KR101523300B1 - 전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법 - Google Patents

전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

대용량의 전력변환장치를 간편하게 성능 시험할 수 있는 전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 계통 전원을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 충전기; 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 출력하여 상기 전력변환장치로 공급하는 그리드 시뮬레이터(GRID SIMULATOR); 및 상기 그리드 시뮬레이터와 전력변환장치 사이에 병렬 연결되어, 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력이 상기 그리드 시뮬레이터로 유입되는 것을 막고자 상기 교류 전압 또는 상기 발전 전력의 흐름을 조절하는 알엘씨 부하(RLC LOAD)를 포함한다.
이로써, 본 발명은 력변환장치(PCS)를 직접 계통에 연결하여 시험하지 않고, 배터리 전원을 사용하는 그리드 시뮬레이터(GRID Simulator)를 동작시켜 적은 계통 수전용량만으로도 대용량의 전력변환장치(PCS)를 의 성능을 시험할 수 있다.

Description

전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법{EFFICIENCY TEST SYSTEM AND METHOD FOR POWER CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대용량의 전력변환장치를 간편하게 성능 시험할 수 있는 전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)는 배터리로부터 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력계통에 전력을 공급하거나 직접 교류 부하에 전력을 공급하는 기능과 전력계통으로부터 교류전력을 직류로 변환하여 배터리에 전력을 저장하는 기능이 모두 가능한 장치를 일컫는다.
이러한 전력변환장치는 용도와 분야에 따라 변전소 적용 에너지저장 시스템용 전력변환장치, 신재생에너지 적용 에너지저장 시스템용 전력변환장치 및 수용가 적용 에너지저장 시스템용 전력변환장치로 분류되며, (표 1)과 같은 공인시험기관의 성능 시험이 요구되었다.
구분 시험 및 검사 항목

안전
시험		 보호기능시험 이상전압/이상주파수 보호기능시험, 입력과 출력 전류 보호기능시험, 복전후 일정시간 투입방지기능시험
외부사고시험 부하차단시험, 누설전류시험, 온도상승시험, 계통전압 순간정전, 순간강하시험


성능

시험

 정상특성시험 교류전압, 주파수 추종범위 시험, 효율시험, 교류출력 역률시험, 교류출력전류 왜형률 시험
과도응답 특성시험 계통전압 급변시험, 계통전압위상 급변시험
내전기 특성시험 계통전압 왜형율 내량시험
PMS 연계시험 PCS, BMS 통신 확인 시험, 제어/설정 시험, 보호계전기 연동시험
PMS, 배터리 연계시험 주파수 조정신호 추종시험, 정격 충방전 시험, 응답시간 측정시험, 과충전/과방전 시험
그러나, 대용량의 전력변환장치인 경우에는 공인시험기관의 설비 용량이 제한되고 있는 관계로 정격 용량에서의 시험이 불가능한 문제점이 있다. 따라서, 이에 대한 시험을 할 수 있는 시험 설비 및 계통의 수전 용량이 필요하게 되는데, MW급 용량의 전력변환장치를 시험하기 위해서는 수 MW의 계통 수전 용량이 필요한 실정이다.
1. 한국등록특허 : 제1316550호, 등록일자 : 2013년 10월 02일, 발명의 명칭 : 정지형 시뮬레이터를 이용한 에너지 저장장치 시험 시스템.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그리드 시뮬레이터(GRID Simulator)를 이용하여 대용량의 전력변환장치(PCS)를 성능 시험할 수 있는 전력변환장치의 성능 시험 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 계통 전원을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 충전기; 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 출력하여 상기 전력변환장치로 공급하는 그리드 시뮬레이터(GRID SIMULATOR); 및 상기 그리드 시뮬레이터와 전력변환장치 사이에 병렬 연결되어, 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력이 상기 그리드 시뮬레이터로 유입되는 것을 막고자 상기 교류 전압 또는 상기 발전 전력의 흐름을 조절하는 알엘씨 부하(RLC LOAD)를 포함하는 전력변환장치의 성능 시험 시스템이 제공된다.
여기서, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 그리드 시뮬레이터는 프로그램머블 제어기(Programmable Controller)에 의해 출력 전압, 주파수 및 위상을 가변하거나 급변시켜 상기 교류 전압을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템은 상기 그리드 시뮬레이터 및 상기 알엘씨 부하 사이에 복수개로 연결되어, 상기 교류 전압을 상기 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압으로 변환시키는 변압기를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템은 상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우, 상기 알엘씨 부하는 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력을 공급받아 상기 그리드 시뮬레이터로 공급되는 것을 차단하도록 상기 발전 전력과 같거나 큰값을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템은 상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우, 상기 알엘씨 부하는 상기 그리드 시뮬레이터에서 발생된 교류 전압을 상기 전력변환장치로 유도하도록 상기 발전 전력보다 작은값을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템은 상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우, 상기 전력변환장치는, 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 더 공급받고, 상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우에 상기 전력변환장치는, 상기 배터리 충전기로부터 전원을 공급받지 않고 상기 배터리로 발전 전력을 공급하여 충전시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, (a) 계통 전원을 이용하여 배터리를 배터리 충전기에서 충전하는 단계; (b) 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 그리드 시뮬레이터(GRID SIMULATOR)에서 출력하여 상기 전력변환장치로 공급하는 단계; 및 (c) 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력이 상기 그리드 시뮬레이터로 유입되는 것을 막고자 상기 교류 전압 또는 상기 발전 전력의 흐름을 알엘씨 부하(RLC LOAD)에서 조절하는 단계를 포함하는 전력변환장치의 성능 시험 방법이 제공된다.
여기서, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 상기 (b) 단계는 프로그램머블 제어기(Programmable Controller)에 의해 가변되거나 급변된 출력 전압, 주파수 및 위상을 제공받아 상기 교류 전압을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 방법은 상기 그리드 시뮬레이터 및 상기 알엘씨 부하 사이에 변압기가 복수개로 연결되어, 상기 교류 전압을 상기 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압으로 상기 변압기에서 변환시키는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 방법은 상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우, 상기 (c) 단계는 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력을 알엘씨 부하에서 공급받아 상기 그리드 시뮬레이터로 공급되는 것을 차단하도록 상기 알엘씨 부하는 상기 발전 전력과 같거나 큰값을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 방법은 상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우, 상기 그리드 시뮬레이터에서 발생된 교류 전압을 상기 전력변환장치로 유도하도록 상기 알엘씨 부하는, 상기 발전 전력보다 작은값을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 전력변환장치의 성능 시험 방법은 상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우, 상기 배터리 충전기의 배터리를 상기 전력변환장치에서 전원으로 더 공급받고, 상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우, 상기 배터리 충전기로부터 전원을 전력변환장치에서 공급받지 않고 상기 배터리로 상기 발전 전력을 공급하여 충전시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 전력변환장치(PCS)를 직접 계통에 연결하여 시험하지 않고, 배터리 전원을 사용하는 그리드 시뮬레이터(GRID Simulator)를 동작시켜 적은 계통 수전용량만으로도 대용량의 전력변환장치(PCS)의 성능을 시험할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 각 성능 시험 조건에 맞는 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 성능 시험 방법(S100)을 예시적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 각 성능 시험 조건에 맞는 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치(130)의 성능 시험 시스템(100)은 전력변환장치(130)의 성능을 시험하고자 배터리 충전기(110), 그리드 시뮬레이터(120), 전력변환장치(130), 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140) 및 변압기(150)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 배터리 충전기(110)는 계통 전원을 이용하여 배터리(111)를 충전하는 역할을 한다. 이때, 배터리(111)는 작은 용량의 계통 전원으로 배터리 충전기(110)를 이용하여 충전함으로써, 큰 용량의 계통 전원이 요구되지 않는다.
이러한 배터리 충전기(110)는 일단이 계통 전원 예컨대 AC 380V 전원과 연결되고 타단이 이후에 설명될 그리드 시뮬레이터(120)와 연결된다. 따라서, 배터리 충전기(110)에 충전된 배터리를 그리드 시뮬레이터(120)로 공급하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 그리드 시뮬레이터(120)는 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 출력하게 된다.
이때, 출력되는 교류 전압은 프로그램머블 제어기(Programmable Controller)의 제어하에 생성된다. 즉, 상기 프로그램머블 제어기는 배터리 충전기(110)에 충전된 배터리를 이용하여 출력 전압, 주파수 및 위상을 가변하거나 급변시켜 교류 전압을 발생시키게 된다.
따라서, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력되는 교류 전압은 출력 전압, 주파수 및 위상을 가변하거나 급변된 결과를 의미한다. 이와 같이, 교류 전압을 가변하거나 급변시키는 이유는 이후에 설명될 전력변환장치(130)의 임의의 성능 시험 조건에 맞추기 위함이다. 이러한 그리드 시뮬레이터(120)는 이후에 설명될 전력변환장치(130)와 배터리 충전기(110) 사이에 배치되어 연결된다.
다음으로, 본 발명에 따른 전력변환장치(130)는 그리드 시뮬레이터(120)에서 공급되는 교류 전압을 공급받아 성능 시험 조건에 맞는 성능 시험이 이루어지는 주체로서 변전소 적용 에너지저장 시스템용 전력변환장치, 신재생에너지 적용 에너지저장 시스템용 전력변환장치 및 수용가 적용 에너지저장 시스템용 전력변환장치 중 어느 하나일 수 있다.
이러한 전력변환장치(130, PCS, Power Conditioning System)는 배터리(111)로부터 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력 계통에 발전 전력을 공급하거나 직접 교류 부하에 발전 전력을 공급하는 기능과 전력 계통으로부터 교류 전력을 직류로 변환하여 배터리(111)에 발전 전력을 저장하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)는 그리드 시뮬레이터(120)와 전력변환장치(130) 사이에 병렬 연결된다. 이러한 본 발명에 따른 알엘씨 부하(140)는 앞서 설명한 전력변환장치(130)에서 발생된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막고자 교류 전압 또는 발전 전력의 흐름을 조절하는 역할을 한다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)는 성능 시험 조건이 방전 성능 시험인 경우에 전력변환장치(130)에서 발생된 발전 전력을 공급받아 그리드 시뮬레이터(120)로 공급되는 것을 차단하도록 발전 전력과 같거나 큰값을 가질 수 있다.
이런 경우에는 먼저 그리드 시뮬레이터(120)가 구동되면, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전력이 알엘씨 부하(140)로 공급된다. 이런 다음 알엘씨 부하(140)에서 출력된 교류 전력이 전력변환장치(130)를 구동시키게 된다.
따라서, 전력변환장치(130)가 구동됨으로써 출력된 발전 전력이 다시 알엘씨 부하(140)로 흐르게됨으로써 전력변환장치(130)에서 출력된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
이와 마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)는 성능 시험 조건이 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우에 전력변환장치(130)에서 발생된 발전 전력을 공급받아 그리드 시뮬레이터(120)로 공급되는 것을 차단하도록 발전 전력과 같거나 큰값을 가질 수 있다.
이런 경우에는 먼저 그리드 시뮬레이터(120)가 구동되면, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전력이 알엘씨 부하(140)로 공급된다. 이런 다음 알엘씨 부하(140)에서 출력된 교류 전력이 전력변환장치(130)를 구동시키게 된다.
따라서, 전력변환장치(130)가 구동됨으로써 출력된 발전 전력이 다시 알엘씨 부하(140)로 흐르게됨으로써 전력변환장치(130)에서 발전된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
반면, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)는 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우에 그리드 시뮬레이터(120)에서 발생된 교류 전압을 전력변환장치(130)로 직접 유도되도록 전력변환장치(130)에서 출력되는 발전 전력보다 작은값을 가질 수 있다.
이와 같이 작은값을 갖게 되면, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전압이 알엘씨 부하(140)로 유입되지 않고 전력변환장치(130)로 직접 공급되어 전력변환장치(130)에서 출력된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 변압기(150, transformer)는 그리드 시뮬레이터(120) 및 알엘씨 부하(140) 사이에 복수개로 구비되어 그리드 시뮬레이터(120) 및 알엘씨 부하(140) 사이에서 연결된다.
이러한, 본 발명에 따른 복수개의 변압기(150)는 앞서 설명한 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전압을 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압으로 변환시켜 전력변환장치(130) 또는/및 알엘씨 부하(140)로 공급하게 된다.
따라서, 복수개의 변압기(150)에서 생성된 교류 전압을 이용하여 임의의 성능 시험 조건, 예컨대 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험 조건에 맞추어 전력변환장치(130)의 성능 시험을 실시할 수 있다. 더욱이, 앞서 설명한 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)도 위와 같이 변압기(150)에서 생성된 교류 전압을 이용하여 동작하게 됨은 물론이다.
그러나, 여기서 위와 같이 기술된 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험 조건에만 한정되지 않고 본 실시예에서는 도 6과 같은 다양한 성능 시험 조건을 실시할 수도 있다.
예를 들면, 도 1에서와 같이, 정상특성 시험항목(교류전압, 주파수 추종범위 시험, 효율시험, 교류출력 역률시험, 교류출력전류 왜형률 시험)은 그리드 시뮬레이터(120)에서 전력변환장치(130)의 계통 전압 및 주파수 동작 범위의 교류 출력을 시험할 수도 있다.
또한, 효율 시험은 충전 효율과 방전 효율로 구분될 경우, 방전 효율은 도 2와 같은 방법으로 성능 시험을 측정할 수 있으며, 충전 효율은 도 3과 같은 방법을 사용하여 성능 시험을 측정할 수 있다.
또한, 계통 전압과 관련된 보호기능 시험의 이상 전압 보호기능시험, 외부 사고시험의 계통전압 순간정전, 순간강하시험, 정상특성시험의 교류전압, 주파수 추종범위 시험, 과도응답특성의 계통전압 급변시험 등은 그리드 시뮬레이터(120)의 교류출력 전압을 가변하거나 급변함으로서 시험이 가능하다.
또한, 계통 주파수와 관련된 보호기능시험의 이상 주파수 보호기능시험, 정상특성시험의 교류전압, 주파수 추종범위 시험 등은 그리드 시뮬레이터(120)의 출력 주파수를 가변하거나 급변시킴으로써 성능 시험이 가능하며, 과도응답특성시험의 계통전압위상 급변시험은 그리드 시뮬레이터(120)의 출력 위상을 급변시킴으로써 성능 시험이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 전력변환장치(130, PCS)를 직접 계통에 연결하여 시험하지 않고, 배터리 전원을 사용하는 그리드 시뮬레이터(120, GRID Simulator)를 동작시켜 적은 계통 수전용량만으로도 대용량의 전력변환장치(PCS)를 의 성능 시험을 실시할 수 있는 장점을 제공하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)은 도 1 내지 도 4에서와 같이 전력변환장치(130)의 타단에 배터리 충전기(110)와 배터리(111)를 더 연결시킬 수 있다.
이럴 경우, 도 1 및 도 2와 도 4에서와 같이, 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우에는 전력변환장치(130)가 배터리 충전기(110)의 배터리(111)를 전원으로 더 공급받을 수 있게 된다.
반면, 도 3에서와 같이, 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우에는 전력변환장치(130)가 연결된 배터리 충전기(110)로부터 전원을 공급받지 않고 배터리(111)로 발전 전력을 공급하여 충전시키는 역할만 하게 된다.
더욱이, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)은 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우에 주파수 제어기 및 PMS(160, Power Management System)를 더 구비할 수 있다.
이러한 주파수 제어기 및 PMS(160)는 일단이 그리드 시뮬레이터(120)의 CT와 연결되고 타단이 전력변환장치(130)의 카운터와 G/W 회로와 연결될 수 있다. 이러한 구성들은 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험을 위하여 필요한 구성들이다.
무엇보다도, 도 4에 도시된 그리드 시뮬레이터(120)는 도 2 및 도 3의 그리드 시뮬레이터(120)와 달리 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 전력변환장치(130)의 병렬운전 시험을 하고자 도 2 내지 도 4에 도시된 전력변환장치(130, PCS)의 구성을 더 구비할 수도 있다. 이와같이, 회로를 구성하게 됨녀, 수 MW 이상의 전력변환장치(130)도 성은 시험이 가능하게 된다.
제2 실시예
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 성능 시험 방법(S100)을 예시적으로 나타낸 순서도이다. 이때, 도 5를 설명하면서 보조적으로 도 2 내지 도 4를 참조하고자 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치의 성능 시험 시스템(100)의 성능 시험 방법(S100)은 전력변환장치(130)의 성능을 시험하고자 S110 단계 내지 S140 단계를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 S110 단계에서는 계통 전원을 이용하여 배터리(111)를 배터리 충전기(110)에서 충전하는 역할을 한다. 이때, 배터리(111)는 작은 용량의 계통 전원으로 배터리 충전기(110)를 이용하여 충전함으로써, 큰 용량의 계통 전원이 요구되지 않는다. 이러한 배터리(111)는 그리드 시뮬레이터(120)로 공급된다.
이후, 본 발명에 따른 S120 단계에서는 배터리 충전기(110)의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력하게 된다.
이때, 출력되는 교류 전압은 프로그램머블 제어기(Programmable Controller)의 제어하에 생성된다. 즉, 상기 프로그램머블 제어기는 배터리 충전기(110)에 충전된 배터리를 이용하여 출력 전압, 주파수 및 위상을 가변하거나 급변시켜 교류 전압을 발생시키게 된다.
따라서, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력되는 교류 전압은 출력 전압, 주파수 및 위상을 가변하거나 급변된 교류 전압을 의미한다. 이와 같이, 교류 전압을 가변하거나 급변시키는 이유는 이후에 설명될 전력변환장치(130)의 임의의 성능 시험 조건에 맞추기 위함이다.
이후, 본 발명에 따른 S130 단계에서는 전력변환장치(130)에서 발생된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막고자 그리드 시뮬레이터(120)에서 유입되는 교류 전압 또는 전력변환장치(130)에서 출력되는 발전 전력에 대하여 이 흐름을 알엘씨 부하(140, RLC LOAD)에서 조절하게 된다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 S130 단계에서는 성능 시험 조건이 방전 성능 시험인 경우에 전력변환장치(130)에서 발생된 발전 전력을 알엘씨 부하(140)에서 공급받아 그리드 시뮬레이터(120)로 공급되는 것을 차단하도록 발전 전력과 같거나 큰값을 가질 수 있다.
보다 구체적으로 설명하자면, 먼저, 그리드 시뮬레이터(120)가 구동되면, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전력이 알엘씨 부하(140)로 공급된다. 이런 다음 알엘씨 부하(140)에서 출력된 교류 전력이 전력변환장치(130)를 구동시키게 된다.
따라서, 전력변환장치(130)가 구동됨으로써 출력된 발전 전력이 다시 알엘씨 부하(140)로 흐르게됨으로써 전력변환장치(130)에서 출력된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
이와 마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 S130 단계에서는 성능 시험 조건이 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우에 전력변환장치(130)에서 발생된 발전 전력을 알엘씨 부하(140)에서 공급받아 그리드 시뮬레이터(120)로 공급되는 것을 차단하도록 발전 전력과 같거나 큰값을 가질 수 있다.
이런 경우에도, 먼저 그리드 시뮬레이터(120)가 구동되면, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전력이 알엘씨 부하(140)로 공급된다. 이런 다음 알엘씨 부하(140)에서 출력된 교류 전력이 전력변환장치(130)를 구동시키게 된다. 따라서, 전력변환장치(130)가 구동됨으로써 출력된 발전 전력이 다시 알엘씨 부하(140)로 흐르게됨으로써 전력변환장치(130)에서 발전된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
반면, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 S130 단계에서는 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우에 그리드 시뮬레이터(120)에서 발생된 교류 전압을 전력변환장치(130)로 직접 유도되도록 전력변환장치(130)에서 출력되는 발전 전력보다 작은값을 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)에서 가질 수 있다.
이와 같이, 작은값을 갖게 되면, 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전압이 알엘씨 부하(140)로 유입되지 않고 전력변환장치(130)로 직접 공급되어 전력변환장치(130)에서 출력된 발전 전력이 그리드 시뮬레이터(120)로 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 S140 단계에서는 그리드 시뮬레이터(120)에서 출력된 교류 전압을 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압으로 변압기(150, transformer)에서 변환시켜 전력변환장치(130) 또는/및 알엘씨 부하(140)로 공급하게 된다.
따라서, 복수개의 변압기(150)에서 생성된 교류 전압을 이용하여 임의의 성능 시험 조건, 예컨대 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험 조건에 맞추어 전력변환장치(130)의 성능 시험을 실시할 수 있다. 더욱이, 앞서 설명한 알엘씨 부하(RLC LOAD, 140)도 위와 같이 변압기(150)에서 생성된 교류 전압을 이용하여 동작하게 됨은 물론이다.
그러나, 여기서 위와 같이 기술된 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험 조건에만 한정되지 않고 본 실시예에서는 도 6과 같은 다양한 성능 시험 조건을 실시할 수도 있다.
예를 들면, 도 1에서와 같이, 정상특성 시험항목(교류전압, 주파수 추종범위 시험, 효율시험, 교류출력 역률시험, 교류출력전류 왜형률 시험)은 그리드 시뮬레이터(120)에서 전력변환장치(130)의 계통 전압 및 주파수 동작 범위의 교류 출력을 시험할 수도 있다.
또한, 효율 시험은 충전 효율과 방전 효율로 구분될 경우, 방전 효율은 도 2와 같은 방법으로 성능 시험을 측정할 수 있으며, 충전 효율은 도 3과 같은 방법을 사용하여 성능 시험을 측정할 수도 있다.
또한, 계통 전압과 관련된 보호기능 시험의 이상 전압 보호기능시험, 외부 사고시험의 계통전압 순간정전, 순간강하시험, 정상특성시험의 교류전압, 주파수 추종범위 시험, 과도응답특성의 계통전압 급변시험 등은 그리드 시뮬레이터(120)의 교류출력 전압을 가변하거나 급변함으로서 시험이 가능하다.
또한, 계통 주파수와 관련된 보호기능시험의 이상 주파수 보호기능시험, 정상특성시험의 교류전압, 주파수 추종범위 시험 등은 그리드 시뮬레이터(120)의 출력 주파수를 가변하거나 급변시킴으로써 성능 시험이 가능하며, 과도응답특성시험의 계통전압위상 급변시험은 그리드 시뮬레이터(120)의 출력 위상을 급변시킴으로써 성능 시험이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 전력변환장치(130, PCS)를 직접 계통에 연결하여 시험하지 않고, 배터리 전원을 사용하는 그리드 시뮬레이터(120, GRID Simulator)를 동작시켜 적은 계통 수전용량만으로도 대용량의 전력변환장치(PCS)를 의 성능 시험을 실시할 수 있는 방법을 제공하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 전력변환장치의 성능 시험 방법(S100)은 도 1 및 도 2와 도 4에서와 같이, 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우에는 전력변환장치(130)가 배터리 충전기(110)의 배터리(111)를 전원으로 더 공급받을 수 있게 된다.
반면, 도 3에서와 같이, 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우에는 전력변환장치(130)가 연결된 배터리 충전기(110)로부터 전원을 공급받지 않고 배터리(111)로 발전 전력을 공급하여 충전시키는 역할만 하게 된다.
더욱이, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력변환장치의 성능 시험 방법(S100)은 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우에 주파수 제어기 및 PMS(160, Power Management System)를 더 활용할 수 있다.
이러한 주파수 제어기 및 PMS(160)는 일단이 그리드 시뮬레이터(120)의 CT와 연결되고 타단이 전력변환장치(130)의 카운터와 G/W 회로와 연결될 수 있다. 이러한 구성들은 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험을 위하여 필요한 구성들이다.
무엇보다도, 도 4에 도시된 그리드 시뮬레이터(120)는 도 2 및 도 3의 그리드 시뮬레이터(120)와 달리 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 전력변환장치(130)의 병렬운전 시험을 하고자 도 2 내지 도 4에 도시된 전력변환장치(130, PCS)의 구성을 더 구비할 수도 있다. 이와같이, 회로를 구성하게 됨녀, 수 MW 이상의 전력변환장치(130)도 성능 시험이 가능하게 된다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 성능 시험 시스템 110 : 배터리 충전기
111 : 배터리 120 : 그리드 시뮬레이터
130 ; 전력변환장치 140 : 알엘씨 부하
150 : 변압기 160 : 주파수 제어기 및 PMS

Claims (12)

  1. 계통 전원을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 충전기;
    상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 출력하여 상기 전력변환장치로 공급하는 그리드 시뮬레이터(GRID SIMULATOR);
    상기 그리드 시뮬레이터와 전력변환장치 사이에 병렬 연결되어, 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력이 상기 그리드 시뮬레이터로 유입되는 것을 막고자 상기 교류 전압 또는 상기 발전 전력의 흐름을 조절하는 알엘씨 부하(RLC LOAD); 및
    상기 그리드 시뮬레이터 및 상기 알엘씨 부하 사이에 복수개로 연결되어, 상기 교류 전압을 상기 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압으로 변환시키는 변압기;를 포함하되,
    상기 그리드 시뮬레이터는,
    프로그램머블 제어기(Programmable Controller)에 의해 출력 전압, 주파수 및 위상을 가변하거나 급변시켜 상기 교류 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우,
    상기 알엘씨 부하는,
    상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력을 공급받아 상기 그리드 시뮬레이터로 공급되는 것을 차단하도록 상기 발전 전력과 같거나 큰값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우,
    상기 알엘씨 부하는,
    상기 그리드 시뮬레이터에서 발생된 교류 전압을 상기 전력변환장치로 유도하도록 상기 발전 전력보다 작은값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우, 상기 전력변환장치는, 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 더 공급받고,
    상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우에 상기 전력변환장치는, 상기 배터리 충전기로부터 전원을 공급받지 않고 상기 배터리로 발전 전력을 공급하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 시스템.
  7. (a) 계통 전원을 이용하여 배터리를 배터리 충전기에서 충전하는 단계;
    (b) 상기 배터리 충전기의 배터리를 전원으로 이용하여 에너지저장 시스템(ESS)용 전력변환장치(PCS)를 시험하기 위한 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압을 그리드 시뮬레이터(GRID SIMULATOR)에서 출력하여 상기 전력변환장치로 공급하는 단계;
    (c) 상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력이 상기 그리드 시뮬레이터로 유입되는 것을 막고자 상기 교류 전압 또는 상기 발전 전력의 흐름을 알엘씨 부하(RLC LOAD)에서 조절하는 단계; 및
    (d) 상기 그리드 시뮬레이터 및 상기 알엘씨 부하 사이에 변압기가 복수개로 연결되어, 상기 교류 전압을 상기 임의의 성능 시험 조건에 맞는 교류 전압으로 상기 변압기에서 변환시키는 단계;를 포함하되,
    상기 (b) 단계는,
    프로그램머블 제어기(Programmable Controller)에 의해 가변되거나 급변된 출력 전압, 주파수 및 위상을 제공받아 상기 교류 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우,
    상기 (c) 단계는,
    상기 전력변환장치에서 발생된 발전 전력을 알엘씨 부하에서 공급받아 상기 그리드 시뮬레이터로 공급되는 것을 차단하도록 상기 알엘씨 부하는 상기 발전 전력과 같거나 큰값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우,
    상기 그리드 시뮬레이터에서 발생된 교류 전압을 상기 전력변환장치로 유도하도록 상기 알엘씨 부하는, 상기 발전 전력보다 작은값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 성능 시험 조건이 방전 성능 시험 또는 PMS(Power Management System)와 배터리 충전기간 연동 시험과 상기 전력변환장치의 병렬운전 시험인 경우, 상기 배터리 충전기의 배터리를 상기 전력변환장치에서 전원으로 더 공급받고,
    상기 성능 시험 조건이 충전 성능 시험인 경우, 상기 배터리 충전기로부터 전원을 전력변환장치에서 공급받지 않고 상기 배터리로 상기 발전 전력을 공급하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 성능 시험 방법.
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