KR101571954B1 - 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법 - Google Patents

배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101571954B1
KR101571954B1 KR1020140008197A KR20140008197A KR101571954B1 KR 101571954 B1 KR101571954 B1 KR 101571954B1 KR 1020140008197 A KR1020140008197 A KR 1020140008197A KR 20140008197 A KR20140008197 A KR 20140008197A KR 101571954 B1 KR101571954 B1 KR 101571954B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
power
target
power conversion
controller
Prior art date
Application number
KR1020140008197A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150087958A (ko
Inventor
오승진
권병기
이종학
Original Assignee
주식회사 포스코아이씨티
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 주식회사 포스코아이씨티 filed Critical 주식회사 포스코아이씨티
Priority to KR1020140008197A priority Critical patent/KR101571954B1/ko
Publication of KR20150087958A publication Critical patent/KR20150087958A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101571954B1 publication Critical patent/KR101571954B1/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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • 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
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

배터리 랙의 이상 발생시 배터리 에너지 저장 시스템의 효율 저하 없이도 지속적인 운전이 가능한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템은, 복수개의 배터리 랙(Battery Rack)을 포함하는 N개의 배터리 그룹; 상기 N개의 배터리 그룹과 1:1로 연결되어 배터리 그룹을 충방전시키는 N개의 전력 변환 모듈; 상기 전력 변환 모듈 별로 전력 지령치를 생성하고, 상기 전력 지령치에 따라 상기 전력 변환 모듈이 상기 배터리 그룹을 충방전 시키도록 상기 전력 변환 모듈을 제어하는 제1 제어기; 및 이상이 발생된 배터리 랙인 타겟 배터리 랙이 존재하면, 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량에 따라 상기 타겟 배터리 랙의 분리 가능 여부를 판단하고, 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능하면 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경시키기 위한 제1 조절명령을 생성하여 상기 제1 제어기로 전송하는 BESS 제어기를 포함하고, 상기 제1 제어기는, 상기 BESS 제어기로부터 상기 제1 조절명령이 수신되면 상기 타겟 배터리 랙이 포함되어 있는 타겟 배터리 그룹에 전류가 흐르지 않도록 상기 타겟 배터리 그룹과 연결된 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법{Battery Energy Storage System Capable of Emergency Operation and Method for Emergency Operation of Battery Energy Storage System Under Error of Battery Rack}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 운전 방법에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력수요가 점차 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다.
최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있는데, 이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 발전 출력의 제어가 불가능한 풍력이나 태양광과 같은 신재생 에너지를 기존 전력망에 부담 없이 연결할 수 있도록 하고 전력 소비 패턴에 따라 에너지를 충전 또는 방전 하는 역할을 한다.
특히, 2차 전지를 이용하는 배터리 에너지 저장 시스템(BESS: Battery Energy Storage System)은 계통의 전압 및 주파수 안정화를 위해 사용될 뿐만 아니라, 풍력이나 태양광과 같이 발전량이 일정하지 않은 신재생 에너지 발전 시스템과 연계하여 잉여 에너지를 저장하고, 피크 부하 또는 계통 사고 발생시 배터리에 저장된 에너지를 방전하여 부하에 에너지를 공급하며, 계통 복구시 과도상태를 감쇄시키는 역할을 수행한다.
최근 다양한 신재생 에너지원의 출현으로 인해 부각되고 있는 지능형 전력망(Smart Grid)뿐만 아니라 전기 자동차에도 이러한 배터리 에너지 저장 시스템이 이용될 수 있다.
이하 이러한 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 도 1을 참조하여 간략히 설명한다.
도 1은 일반적인 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 에너지 저장 시스템(100)은, 배터리 관리 장치(Battery Conditioning System, BCS, 110), 전력 관리 장치(Power Conditioning System: PCS, 120), 및 배터리 에너지 저장 시스템 제어기(BESS Controller, 130, 이하, 'BESS 제어기'라 함)를 포함한다.
배터리 관리 장치(110)는, 복수개의 배터리 그룹(112a~112b)들을 포함함으로써, 계통(140) 또는 신재생 에너지원(미도시)으로부터 제공되는 에너지를 배터리 그룹(112a~112b)에 저장하거나, 배터리 그룹(112a~112b)에 저장되어 있는 에너지를 계통(140) 또는 부하(미도시)로 공급한다. 이때, 배터리 그룹(112a~112b)은 복수개의 배터리 랙(미도시)을 포함한다.
이러한 배터리 관리 장치(110)는, 에너지 저장을 담당하는 배터리 그룹(112a~112b)외에도, 배터리 항온 항습을 위한 공조모듈(HVAC, 미도시), 및 화재에 대비하기 위한 소방모듈(Fire Suppression, 미도시)를 더 포함한다.
전력 관리 장치(120)는, 배터리 관리 장치(110)와 계통(140), 신재생 에너지원, 또는 부하를 연계하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 관리 장치(120)는 배터리 관리 장치(110)에 포함된 배터리 그룹(112a~112b)에 전력을 충전시키거나 하나 이상의 배터리 그룹(112a~112b)에 저장된 전력을 계통(140) 또는 부하로 출력하는 역할을 수행한다.
이때, 전력 관리 장치(120)는 외부로부터 유입되는 전력의 차단과 외부로의 전력 투입을 담당하는 스위치 기어(SWGR, 122), 승압/감압을 담당하는 변압기(TR, 124), 교류를 직류로 변환하거나 직류를 교류로 변환하는 전력 변환 모듈(Power Conversion Unit: PCU, 126a~126b)을 포함한다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 변환 모듈(126a~126b)들 중 제1 전력 변환 모듈(126a)은 제1 배터리 그룹(112a)과 연결되어 제1 배터리 그룹(112a)에 직류전력을 공급하거나 제1 배터리 그룹(112a)으로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환한다. 또한, 제2 전력 변환 모듈(126b)은 제2 배터리 그룹(112b)과 연결되어 제2 배터리 그룹(112b)에 직류전력을 공급하거나 제2 배터리 그룹(112b)으로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환한다.
또한, 도 1에서 도시하지는 않았지만 전력 관리 장치(120)는 전력 관리 장치(120)의 온도를 조절하기 위한 냉각 시스템(Cooling System)을 더 포함할 수 있다.
BESS 제어기(130)는 배터리 관리 장치(110) 및 전력 관리 장치(120)와 연결되어 배터리 관리 장치(110) 및 전력 관리 장치(120)의 통합 제어를 수행하고, 각 장치(110, 120)의 운전 상태를 모니터링한다. 특히, BESS 제어기(130)는 EMS(Energy Management System)와 같은 상위 제어기(미도시)로부터 배터리 에너지 저장 시스템(100)이 출력해야 하는 전력 지령치(Reference)를 수신하고, 수신된 전력 지령치에 따라 전력 관리 장치(120)를 제어하여 배터리 에너지 저장 시스템(100)이 전력 지령치에 해당하는 전력을 출력할 수 있도록 한다.
하지만, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 배터리 에너지 저장 시스템(100)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 배터리 그룹(112a~112b)에 포함된 배터리 랙들(210a~210n, 220a~220n) 중 어느 하나의 배터리 랙(210b)에서만 이상이 발생하여도 별도의 배터리 랙 분리 시퀀스가 존재하지 않기 때문에 이상이 발생된 배터리 랙(210b)이 포함된 제1 배터리 그룹(112a)를 사용하지 못하게 된다.
이에 따라 이상이 발생한 배터리 랙(210b)을 제1 배터리 그룹(112a)에서 분리하기 위해서는 제1 배터리 그룹(112a)에 연결되어 있는 제1 전력 관리 장치(126a)의 회로 차단기(Circuit Breaker: CB, 230)를 오픈시켜 제1 전력 관리 장치(126a)를 계통(140)에서 분리시켜야만 한다.
이로 인해, 2개의 전력 관리 장치(126a~126b)중 제1 전력 관리 장치(126a)를 사용할 수 없기 때문에 배터리 에너지 저장 시스템(100)의 효율은 50%로 감소하게 될 뿐만 아니라, 이상이 발생된 배터리 랙(210b)의 분리가 완료된 이후에도 제1 전력 관리 장치(126a)의 정상 동작을 위한 초기화 시간이 요구되기 때문에 제1 전력 관리 장치(126a)의 초기화 시간 동안 제1 전력 관리 장치(126a)를 정상적으로 사용할 수 없어 배터리 에너지 저장 시스템(100)의 효율이 저하된다.
이와 같이, 종래의 배터리 에너지 저장 시스템의 경우, 하나의 배터리 랙에 이상이 발생하는 경우 해당 배터리 랙을 포함하는 배터리 그룹과 연결된 전력 관리 장치를 사용할 수 없게 되거나 아예 배터리 에너지 저장 시스템의 운전을 정지시켜야 하기 때문에 배터리 에너지 저장 시스템의 전체 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 랙의 이상 발생시 배터리 에너지 저장 시스템의 효율 저하 없이도 지속적인 운전이 가능한 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템은, 복수개의 배터리 랙(Battery Rack)을 포함하는 N개의 배터리 그룹; 상기 N개의 배터리 그룹과 1:1로 연결되어 배터리 그룹을 충방전시키는 N개의 전력 변환 모듈; 상기 전력 변환 모듈 별로 전력 지령치를 생성하고, 상기 전력 지령치에 따라 상기 전력 변환 모듈이 상기 배터리 그룹을 충방전 시키도록 상기 전력 변환 모듈을 제어하는 제1 제어기; 및 이상이 발생된 배터리 랙인 타겟 배터리 랙이 존재하면, 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량에 따라 상기 타겟 배터리 랙의 분리 가능 여부를 판단하고, 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능하면 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경시키기 위한 제1 조절명령을 생성하여 상기 제1 제어기로 전송하는 BESS 제어기를 포함하고, 상기 제1 제어기는, 상기 BESS 제어기로부터 상기 제1 조절명령이 수신되면 상기 타겟 배터리 랙이 포함되어 있는 타겟 배터리 그룹에 전류가 흐르지 않도록 상기 타겟 배터리 그룹과 연결된 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법은, 복수개의 배터리 랙을 포함하는 N개의 배터리 그룹과 상기 배터리 그룹에 1:1로 연결된 N개의 전력 변환 모듈을 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템의 운전 방법으로서, 이상이 발생된 타겟 배터리 랙이 검출되면, 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량에 따라 상기 타겟 배터리 랙의 분리 가능 여부를 판단하는 단계; 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능하면 상기 타겟 배터리 랙이 포함되어 있는 타겟 배터리 그룹에 전류가 흐르지 않도록 상기 타겟 배터리 그룹과 연결된 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하는 단계; 상기 타겟 배터리 랙의 랙 스위치를 오프시켜 상기 타겟 배터리 랙을 상기 타겟 배터리 그룹에서 분리시키는 단계; 및 상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 이전 상태로 복원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리 랙의 이상 발생시 해당 배터리 랙이 포함된 배터리 그룹에 전류가 흐르지 않도록 해당 배터리 그룹에 연결된 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 조절하기 때문에, 해당 전력 관리 장치를 계통에서 분리시키거나 배터리 에너지 저장 시스템의 운전을 정지시키지 않고도 이상이 발생한 배터리 랙을 배터리 그룹으로부터 분리시킬 수 있으므로, 배터리 에너지 저장 시스템의 효율 저하 없이도 배터리 에너지 저장 시스템의 지속적인 운전을 보장할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전력 관리 장치를 계통에서 분리시키지 않은 상태에서 이상이 발생된 배터리 랙을 배터리 그룹으로부터 분리시킬 수 있기 때문에, 이상이 발생된 배터리 랙의 분리가 완료되면 해당 전력 관리 장치를 곧 바로 정상동작 시킬 수 있어 전력 관리 장치의 초기화 시간 동안 발생할 수 있는 배터리 에너지 저장 시스템의 효율 저하를 최소화시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 이상이 발생된 배터리 랙을 포함하는 배터리 그룹에 연결된 전력 변환 모듈의 전력 지령치 조절로 인해 변화되는 전력량을 정상 동작하는 다른 전력 변환 모듈이 부담하기 때문에, 배터리 에너지 저장 시스템이 일정한 전력을 출력하거나 충전시킬 수 있어 배터리 에너지 저장 시스템의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 2는 배터리 랙의 이상 발생시 배터리 에너지 저장 시스템의 효율 저하를 보여주기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 5a는 종래기술에 따른 배터리 에너지 저장 시스템에서의 배터리 랙 분리시점을 보여주는 그래프.
도 5b는 본 발명에 따른 배터리 에너지 저장 시스템에서의 배터리 랙 분리시점을 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법을 보여주는 플로우차트.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
<배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템(이하, '배터리 에너지 저장 시스템'이라 함)의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(300)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 장치(310), 전력 관리 장치(320), 및 BESS(Battery Energy Storage System) 제어기(330)를 포함한다.
먼저, 배터리 관리 장치(Battery Conditioning System: BCS, 310)는, 충전시 풍력이나 태양광 등과 같은 신재생 에너지원(미도시)로부터 공급되는 전력을 저장하고, 방전시 저장되어 있는 전력을 계통(340) 또는 부하(미도시)로 공급한다.
이러한 배터리 관리 장치(310)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 배터리 그룹(312a~312n)을 포함하고, 각 배터리 그룹(312a~312n)은 복수개의 배터리 랙(350a~350n)을 포함한다.
복수개의 배터리 랙(350a~350n)은 복수개의 배터리(미도시)들이 패킹되어 있는 배터리 모듈(352)을 포함하고, 이러한 배터리 모듈(352)은 스택구조로 배터리 랙(350a~350n)에 포함된다. 복수개의 배터리 랙(350a~350n)은 전력 관리 장치(320)의 충전명령에 따라 복수개의 배터리에 전력을 저장하고, 방전명령에 따라 복수개의 배터리에 저장되어 있는 전력을 방전한다.
또한, 배터리 랙(350a~350n)은 배터리 랙(350a~350n)에 포함된 랙 스위치(Rack Switch, 354)를 통해 전력 관리 장치(320)에 연결된다.
이외에도, 도시하지는 않았지만 배터리 랙(350a~350n)에는 팬, 초기 충전 모듈, 제어모듈, 및 전원공급모듈이 추가로 포함될 수 있다.
팬은 배터리 모듈(352)의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 복수개의 배터리 모듈(352)마다 하나가 설치되거나, 각 배터리 모듈(352)마다 별도로 설치될 수도 있다.
초기 충전 모듈은 배터리 랙(350a~350n) 또는 배터리 모듈(356)이 배터리 관리 장치(310) 내에 새롭게 연결되거나 배터리 관리 장치(310)의 운전 중 배터리 랙(350a~350n) 간의 전압 불균형이 발생하는 경우 배터리 랙(350a~350n)간의 전압 차이로 인해 발생될 수 있는 돌입전류를 방지하는 역할을 수행한다. 돌입 전류는 병렬로 연결되어 있는 배터리 랙(350a~350n)간의 전압 불균형으로 인해 발생하게 되는 것으로서, 이러한 돌입 전류로 인해 소자에 소자의 용량을 초과하는 전류가 흐르게 되어 소자가 파괴되거나 화재가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 경우, 초기 충전 모듈을 통해 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 정상 상태에 도달하기 이전의 시간 구간 동안 복수개의 배터리 모듈에 포함된 각 배터리들을 초기 충전(Pre-Charging)시켜 배터리 랙(350a~350n)간의 전압 차이를 최소화시킴으로써 돌입전류의 발생을 방지한다.
제어모듈은 배터리 랙(350a~350n)마다 포함되어 배터리 랙(350a~350n)의 충방전 동작을 제어하고, 해당 배터리 랙(350a~350n)의 SoC(State of Charge), 온도, 및 습도 중 적어도 하나를 모니터링하고, 모니터링 결과를 BCS 제어기(314)로 전달한다.
BCS 제어기(314)는 배터리 관리 장치(310)의 동작을 제어하는 것으로서, 특히, 본 발명에 따른 BCS 제어기(314)는 각 배터리 랙(350a~350n)의 상태를 모니터링함으로써 이상이 발생된 배터리 랙(350a~350n)을 검출한다. 일 실시예에 있어서, 배터리 랙(350a~350n)의 상태는 각 배터리 랙(350a~350n)의 SoC, 배터리 랙(350a~350n)의 온도, 및 배터리 랙(350a~350n)의 습도 중 적어도 하나를 포함한다. 이때, 배터리 랙(350a~350n)의 SoC, 온도, 및 습도 중 적어도 하나는 각 배터리 랙(350a~350n)에 포함된 제어모듈로부터 제공 받을 수 있다.
일 실시예에 있어서, BCS 제어기(314)는 배터리 랙(350a~350n)의 SoC, 온도, 및 습도 중 적어도 하나가 미리 정해져 있는 기준 범위를 벗어나는 경우, 해당 배터리 랙을 이상이 발생된 타겟 배터리 랙으로 검출한다.
BCS 제어기(314)는 타겟 배터리 랙이 검출되면 타겟 배터리 랙의 식별정보 및 타겟 배터리 랙이 포함되어 있는 타겟 배터리 그룹의 식별정보를 BESS 제어기(330)로 전달한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 배터리 그룹(312a)에 포함된 배터리 랙(350b)이 타겟 배터리 랙이고, 제1 배터리 그룹(312a)이 타겟 배터리 그룹(312a)인 것으로 설명하기로 한다.
한편, BCS 제어기(314)는 BESS 제어기(330)로부터 타겟 배터리 그룹(312a)에서 타겟 배터리 랙(350b)을 분리시키라는 분리명령이 수신되면, 타겟 배터리 랙(350b)에 포함되어 있는 랙 스위치(354)를 오픈 시킴에 의해 타겟 배터리 랙(350b)을 타겟 배터리 그룹(312a)로부터 분리시킨다.
BCS 제어기(314)는 타겟 배터리 그룹(312a)에서 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 완료되면, 타겟 배터리 랙(350b)의 분리완료를 BESS 제어기(330)로 피드백한다.
도 3에 도시하지는 않았지만 배터리 관리 장치(310)는 배터리 그룹(312a~312n) 및 BCS 제어기(314) 외에 배터리 관리 장치(310) 내의 화재 발생을 제어하는 소방모듈, 및 배터리 관리 장치(310) 내의 온도를 조절하는 공조모듈을 더 포함할 수 있다.
전력 관리 장치(320)는, 신재생 에너지원으로부터 제공되는 전력을 배터리 관리 장치(310)에 저장하거나 배터리 관리 장치(310)에 저장되어 있는 전력을 계통(340) 또는 부하로 공급한다. 보다 구체적으로, 전력 관리 장치(320)는 배터리 관리 장치(310)에 포함된 배터리 그룹(312a~312n)에 신재생 에너지원으로부터 제공되는 전력을 충전시키거나 하나 이상의 배터리 그룹(312a~312n)에 저장된 전력을 계통(3400 또는 부하에 제공하는 역할을 수행한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 전력 관리 장치(320)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치 기어(322), 변압기(324), 복수개의 전력 변환 모듈(Power Converting Unit: PCU, 326a~326n), 복수개의 차단기(328a~328n), 및 PCS 제어기(329)를 포함한다.
먼저, 스위치 기어(SWGR, 322)는 외부로부터 유입되는 전력의 차단과 외부로의 전력 투입을 담당하고, 변압기(TR, 324)는 각 전력 변환 모듈(326a~326n)에서 출력되는 교류전압을 미리 정해진 권선비에 따라 승압하여 부하에 공급하고, 신재생 에너지원 또는 계통(340)에서 공급되는 교류전압을 미리 정해진 권선비에 따라 감압하여 전력 변환 모듈(326a~326n)로 공급한다.
전력 변환 모듈(326a~326n)은 변압기(324)를 통해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 배터리 관리 장치(310)로 제공하거나, 배터리 관리 장치(310)로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통(340) 또는 부하로 공급하는 것으로서, 대용량 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 구현을 위해 복수개의 전력 변환 모듈(326a~326n)들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전력 변환 모듈(326a~326n)은 배터리 관리 장치(310)에 포함된 배터리 그룹(312a~312n)과 1:1로 연결될 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 제1 전력 변환 모듈(326a~326n)은 제1 배터리 그룹(312a)과 연결되고, 제n 전력 변환 모듈(326n)은 제n 배터리 그룹(312n)과 연결된다.
이러한 제1 내지 제n 전력 변환 모듈(326a~326n)은 인버터, 필터, 평활 커패시터, 초기충전모듈, 및 스위치를 포함할 수 있다.
인버터는 배터리 관리 장치(310)로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환한다. 필터는 인버터로부터 출력되는 교류전압의 고조파를 감소시킨다. 이러한 필터는 LCL타입으로 구성될 수 있다. 평활 콘덴서는 배터리 관리 장치(310)로부터 인버터로 입력되는 직류 전압 또는 인버터로부터 출력되는 직류 전압을 평활화하는 역할을 수행한다. 이러한 평활 콘덴서의 전압이 미리 충전되어 있어야, 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 연결할 때 돌입 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 초기충전모듈은 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 연결할 때 평활 콘덴서가 충전되어 있지 않은 경우 돌입 전류 발생을 방지함으로써 소자가 파괴되거나 화재가 발생하는 것을 방지한다. 스위치는 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 연결시키기는 기능을 수행한다.
차단기(Circuit Breaker, 328a~328n)는 온오프 동작을 통해 전력 변환 모듈(326a~326n)을 계통(340)에 연결시키거나 연결을 해제하는 역할을 수행한다. 특히, 차단기(328a~328n)는 사고 발생시 오프되어 사고 전류가 전력 변환 모듈(326a~326n) 내로 유입되는 것을 차단하는 역할을 수행한다.
다음으로, PCS 제어기(329)는 전력 관리 장치(320)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, BESS 제어기(330)로부터 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 전체 전력 지령치를 수신하고, 수신된 전체 전력 지령치에 따라 각 전력 변환 모듈(326a~326n) 별 전력 지령치를 생성하며, 생성된 전력 변환 모듈 별 전력 지령치에 따라 각 전력 변환 모듈(326a~326n)이 배터리 그룹(312a~312n)을 충방전시킬 수 있도록 전력 변환 모듈(326a~326n)의 동작을 제어한다.
특히, 본 발명에 따른 PCS 제어기(329)는 이상이 발생된 배터리 랙의 검출 여부에 따라 각 전력 변환 모듈 별 전력 지령치를 변경할 수 있다.
이하, 이러한 PCS 제어기(329)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 제어기(329)는 전력 지령치 생성부(362), 제1 전력 지령치 변경부(364), 보정량 산출부(366), 및 제2 전력 지령치 변경부(368)를 포함한다.
전력 지령치 생성부(362)는 BESS 제어기(330)로부터 전달되는 전체 전력 지령치에 기초하여 각 전력 변환 모듈(326a~326n) 별 전력 지령치를 생성한다. 일 실시예에 있어서, 전력 지령치 생성부(362)는 각 전력 변환 모듈(326a~326n)들이 균등하게 부하를 분담할 수 있도록 하기 위해, 전체 전력 지령치를 전력 변환 모듈(326a~326n)의 개수(N)로 제산함으로써 각 전력 변환 모듈(326a~326n) 별 전력 지령치를 생성할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 전력 지령치 생성부(362)가 생성하는 각 전력 변환 모듈(326a~326n)들의 최초 전력 지령치는 모두 동일하게 설정된다.
제1 전력 지령치 변경부(364)는 BESS 제어기(330)로부터 타겟 배터리 그룹(312a)에 연결된 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 변경을 명령하는 제1 조절명령이 수신되면, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 변경한다. 일 실시예에 있어서, 제1 전력 지령치 변경부(364)는 타겟 전력 변환 모듈(326a)에 연결된 타겟 배터리 그룹(350b)에서 전류가 흐르지 않도록 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 변경할 수 있다. 즉, 제1 전력 지령치 변경부(364)는 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 "0"으로 변경함으로써 타겟 전력 변환 모듈(326a)에 연결된 타겟 배터리 그룹(312a)에 전류가 흐르지 않도록 한다. 이에 따라 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 충방전 전력량이 "0"으로 유지되고, 이 시간 동안 타겟 배터리 그룹(312a)에서 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능해 지게 된다.
제1 전력 지령치 변경부(364)는 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치가 "0"으로 변경되면, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 변경 완료를 BESS 제어기(330)로 피드백한다.
한편, 제1 전력 지령치 변경부(364)는 BESS 제어기(330)로부터 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 복원을 위한 제2 조절명령이 수신되면, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 직전 상태로 복원시킨다.
제1 전력 지령치 변경부(364)는 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치가 이전 상태로 복원되면, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 복원 완료를 BESS 제어기(330)로 피드백한다.
보정량 산출부(366)는 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 일정한 전력량을 충전 또는 방전 시킬 수 있도록 하기 위해, 제1 전력 지령치 변경부(364)에 의해 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치가 변경되면, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 변화량에 기초하여 타겟 전력 변환모듈(326a)을 제외한 타 전력 변환 모듈(326b~326n)들의 전력 지령치를 보정하기 위한 보정량을 산출한다.
일 실시예에 있어서, 보정량 산출부(366)는 아래의 수학식 1을 이용하여 보정량을 산출할 수 있다.
Figure 112014007054713-pat00001
수학식 1에서, -P1은 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 변화량을 나타내고, -P2는 보정량을 나타내며, N은 전력 변환 모듈(326a~326n)의 개수를 나타낸다.
제2 전력 지령치 변경부(368)는, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치가 변경되면, 타겟 전력 변환 모듈(326a)을 제외한 타 전력 변환 모듈(326b~326n)의 전력 지령치를 변경한다.
일 실시예에 있어서, 제2 전력 지령치 변경부(368)는 보정량 산출부(366)에 의해 산출된 보정량을 타 전력 변환 모듈(326b~326n)의 전력 지령치에 가산함으로써 타 전력 변환 모듈(326b~326n)들의 전력 지령치를 변경할 수 있다.
한편, 제2 전력 지령치 변경부(368)는 제1 전력 지령치 변경부(364)에 의해 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치가 복원되면, 타 전력 변환 모듈(362b~326n)들의 전력 지령치를 이전 상태로 복원시키고, 타 전력 변환 모듈(326b~326n)의 전력 지령치 복원 완료를 BESS 제어기(330)로 피드백한다.
상술한 실시예에 있어서, 전력 지령치 생성부(362), 제1 전력 지령치 변경부(364), 보정량 산출부(366), 및 제2 전력 지령치 변경부(368)가 분리된 구성인 것으로 설명하였지만, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 변형된 실시예에 있어서 전력 지령치 생성부(362), 제1 전력 지령치 변경부(364), 보정량 산출부(366), 및 제2 전력 지령치 변경부(368)는 하나의 구성으로 구현될 수 있을 것이다.
BESS 제어기(330)는 배터리 관리 장치(310) 및 전력 관리 장치(320)와 연결되어 배터리 관리 장치(310) 및 전력 관리 장치(320)의 통합 제어를 수행하고, 각 장치(310, 320)의 운전 상태를 모니터링한다. 특히, 본 발명에 따른 BESS 제어기(330)는 타겟 배터리 랙(350b)이 검출되면 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량에 기초하여 타겟 배터리 랙(350b)의 분리 가능 여부를 판단하고, 분리가 가능한 것으로 판단되면 타겟 배터리 랙(350b)의 분리를 위해 PCS 제어기(329)가 전력 변환 모듈(326a~326n)들의 전력 지령치를 변경할 수 있도록 한다.
이하, 이러한 BESS 제어기(330)의 구성을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS 제어기(330)의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS 제어기(330)는 인터페이스부(410), 판단부(420), 제1 조절 명령 생성부(430), 분리 명령 생성부(440), 제2 조절 명령 생성부(450), 및 용량 재설정부(460)를 포함한다.
인터페이스부(410)는 BESS 제어기(330)를 EMS(Energy Management System)와 같은 상위 제어기(미도시), BCS 제어기(314), 및 PCS 제어기(329)와 연결시켜 BESS 제어기(330)가 상위 제어기, BCS 제어기(314), 및 PCS 제어기(329)와 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 제어를 위해 필요한 데이터를 송수신할 수 있도록 한다.
구체적으로, 인터페이스부(410)는 상위 제어기와 BESS 제어기(330)를 연결시켜, 상위 제어기로부터 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 전체 전력 지령치를 수신하고, 재설정된 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량을 상위 제어기로 전송한다.
인터페이스부(410)는 BCS 제어기(314)와 BESS 제어기(330)를 연결시켜, BCS 제어기(314)로부터 타겟 배터리 랙(350b)의 식별정보 및 타겟 배터리 그룹(312a)의 식별정보 중 적어도 하나를 수신하고, 타겟 배터리 랙(350b)을 타겟 배터리 그룹(312a)에서 분리시키기 위한 분리명령을 BCS 제어기(314)로 전송한다. 또한, 인터페이스부(410)는 BCS 제어기(314)로부터 타겟 배터리 랙(350b)의 분리 완료를 피드백받는다.
인터페이스부(410)는 PCS 제어기(329)와 BESS 제어기(330)를 연결시켜, PCS 제어기(329)로 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 전체 전력 지령치, 전력 변환 모듈(326a~326n)의 전력 지령치 변경을 위한 제1 조절명령, 및 전력 변환 모듈(326a~326n)들의 전력 지령치 복원을 위한 제2 조절명령을 전달하고, PCS 제어기(329)로부터 전력 변환 모듈(326a~326n)들의 전력 지령치 변경 완료 및 전력 지령치 복원 완료를 피드백받는다.
판단부(420)는 BCS 제어기(314)로부터 타겟 배터리 랙(350b)의 식별정보 및 타겟 배터리 그룹(312a)의 식별정보 중 적어도 하나가 수신되면, 타겟 배터리 랙(350b)이 검출된 것으로 판단하여, 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량을 기초로 타겟 배터리 랙(350b)의 분리 가능 여부를 판단한다.
일 실시예에 있어서, 판단부(420)는 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량 대비 임계비율 보다 작으면 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능한 것으로 판단하고, 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량 대비 임계비율이상이면 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능하지 않은 것으로 판단한다.
이때, 임계비율은 아래의 수학식 2를 이용하여 정의된다.
Figure 112014007054713-pat00002
수학식 2에서, T는 임계비율을 나타내고 N은 전력 변환 모듈(326a~326n)의 개수를 나타낸다.
예컨대, 전력 관리 장치(320)가 2개의 전력 변환 모듈(326a, 326b)을 포함하는 경우, 임계비율은 50%로 설정된다. 따라서, 판단부(420)는 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량의 50%보다 작으면 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능한 것으로 판단하고, 50%이상이면 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 불가능한 것으로 판단한다.
이는, 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량의 50%이상인 경우에도 타겟 배터리 랙(350b)의 분리를 위해 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 "0"으로 변경하게 되면 타 전력 변환 모듈(326b)이 자신의 최대 충방전 전력량인 100%를 초과하는 전력량을 부담하여야 하기 때문이다.
한편, 판단부(420)는 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능하지 않은 것으로 판단되면, 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량 대비 임계비율보다 작아질 때까지 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 현재 충방전 전력량을 모니터링한다.
제1 조절 명령 생성부(430)는 판단부(420)에 의해 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능한 것으로 판단되면, PCS 제어기(329)가 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 "0"으로 변경하고 타 전력 변환 모듈(326b~326n)의 전력 지령치를 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치 변화량에 기초하여 산출된 보정량만큼 증가시킬 수 있도록 전력 변환 모듈(326a~326n)의 전력 지령치 변경을 명령하는 제1 조절명령을 생성하여 PCS 제어기(329)로 전달한다. 이때, 제1 조절 명령 생성부(430)는 타겟 배터리 랙(350b)의 식별정보 및 타겟 배터리 그룹(312a)의 식별정보를 제1 조절 명령에 포함시켜 PCS 제어기(329)로 전송한다.
분리명령 생성부(440)는 제1 조절명령에 따라 PCS 제어기(329)가 전력 변환 모듈(326a~326n)의 전력 지령치 변경을 완료하면, 타겟 배터리 랙(350b)을 타겟 배터리 그룹(312a)에서 분리시키기 위한 분리명령을 생성하고, 생성된 분리명령을 BCS 제어기(314)로 전송한다.
이상이 발생된 타겟 배터리 랙(350b)이 검출되는 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(300)에 전류가 흐르지 않는 시점, 즉 도 5a에 도시된 바와 같이 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 전체 충방전 전력량이 "0"인 시점에 타겟 배터리 랙(350b)을 타겟 배터리 그룹(312a)으로부터 분리하는 것이 가장 이상적이지만, 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 전체 충방전 전력량이 "0"이 되는 시점의 예측이 어려울 뿐만 아니라 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 전체 충방전 전력량이 "0"인 시점의 지속시간 또한 보장할 수 없다.
이에 따라, 본 발명은 즉 도 5b에 도시된 바와 같이 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 충방전 전력량이 "0"이 되도록 하고, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 충방전 전력량이 "0"이 되면 분리 명령 생성부(440)가 타겟 배터리 랙(350b)의 분리 명령을 BCS 제어기(314)로 전송함으로써, 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 충방전 전력량이 "0"으로 유지되는 시간 동안 타겟 배터리 랙(350b)을 타겟 배터리 그룹(312a)에서 분리될 수 있도록 한다.
제2 조절 명령 생성부(450)는 BCS 제어기(314)에 의해 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 완료되면, 전력 변환 모듈(326a~326n)들의 전력 지령치를 이전상태로 복원시키기 위한 제2 조절명령을 생성하여 PCS 제어기(329)로 전송한다.
용량 재설정부(460)는 전력 변환 모듈(326a~326n)들의 전력 지령치가 이전 상태로 복원되면, 타겟 배터리 랙(350b)의 분리로 인해 변경된 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량을 재산출하고, 재산출된 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 최대 충방전 전력량을 상위 제어기로 전달한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 경우 타겟 배터리 랙(350b)이 검출되면 타겟 배터리 랙(350b)을 포함하는 타겟 배터리 그룹(312a)에 연결된 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 전력 지령치를 "0"으로 변경하여 타겟 배터리 그룹(312a)에서 전류가 흐르지 않도록 함으로써 타겟 배터리 그룹(312a)에서 타겟 배터리 랙(350b)의 분리를 용이하게 함과 동시에, 타 전력 변환 모듈(326b~326n)들의 전력 지령치를 보정량만큼 증가시키기 때문에 배터리 에너지 저장 시스템(300)은 일정한 전력량을 충전 또는 방전할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 경우 타겟 배터리 랙이 검출된 경우에도 타겟 전력 변환 모듈(326a)에 연결된 차단기(328a)를 온 상태로 유지시켜 타겟 전력 변환 모듈(326a)을 계통(340)에서 분리시키지 않은 상태에서도 타겟 배터리 랙(350b)의 분리가 가능하기 때문에, 타겟 배터리 랙(350b)의 분리 이후 타겟 전력 변환 모듈(326a)의 초기화 과정(평활 커패시터의 충전 등)을 다시 수행할 필요가 없어 타겟 배터리 랙(350b)의 분리로 인한 배터리 에너지 저장 시스템(300)의 효율 저하를 최소화시킬 수 있게 된다.
<배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법>
이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법(이하, 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법'이라 함)에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법을 보여주는 플로우차트이다. 도 6에 도시된 제어 방법은 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 배터리 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있다.
먼저, BCS 제어기가 이상이 발생된 타겟 배터리 랙이 검출되는지 여부를 판단한다(S600). 일 실시예에 있어서, BCS 제어기는 배터리 랙의 SoC, 온도, 및 습도를 모니터링하고, 배터리 랙의 SoC, 온도, 및 습도가 기준범위를 벗어나는 배터리 랙을 이상이 발생된 배터리 랙으로 검출한다.
판단결과, 타겟 배터리 랙이 검출되면, BCS 제어기는 타겟 배터리 랙의 식별정보 및 타겟 배터리 랙이 포함된 타겟 배터리 그룹의 식별정보 중 적어도 하나를 BESS 제어기로 전달한다(S610).
BESS 제어기는 BCS 제어기로부터 제어기는 타겟 배터리 랙의 식별정보 및 타겟 배터리 랙이 포함된 타겟 배터리 그룹의 식별정보 중 적어도 하나가 수신되면, 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량을 확인하고(S620), 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량의 임계비율보다 작은지 여부를 판단한다(S630). 이때, 임계비율은 수학식 2에 따라 정의된다.
판단결과, BESS 제어기는 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량의 임계비율보다 작으면 타겟 배터리 랙의 분리가 가능한 것으로 판단하여 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 조절하기 위한 제1 조절명령을 생성하고(S635), 생성된 제1 조절명령을 PCS 제어기로 전달한다(S640).
이후, PCS 제어기는 제1 조절명령에 따라 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경한다(S650). 구체적으로, PCS 제어기는 타겟 배터리 그룹에 연결된 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 "0"으로 변경하여 타겟 배터리 그룹에서 전류가 흐르지 않도록 한다. 또한, 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치 변경량을 기초로 타겟 전력 변환 모듈을 제외한 타 전력 변환 모듈들의 전력 지령치 변경을 위한 보정량을 산출하고, 산출된 보정량을 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치에 가산함으로써 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경한다.
이후, PCS 제어기는 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치 변경 완료를 BESS 제어기로 피드백하면(S660), BESS 제어기는 타겟 배터리 랙의 분리 명령을 생성한다(S665). 이후, BESS 제어기는 타겟 배터리 랙의 분리 명령을 BCS 제어기로 전송하고(S670), BCS 제어기는 타겟 배터리 랙의 랙 스위치를 오프시켜 타겟 배터리 랙을 타겟 배터리 그룹에서 분리시킨다(S680). 이후, BCS 제어기는 타겟 배터리 랙의 분리 완료를 BESS 제어기로 피드백하면(S690), BESS 제어기는 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 이전상태로 복원시키기 위한 제2 조절명령을 생성하고(S695), 생성된 제2 조절명령을 PCS 제어기로 전송한다(S700).
이후, PCS 제어기는 제2 조절명령에 따라 각 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 이전 상태로 복원시키고(S710), 전력 변환 모듈의 전력 지령치 복원 완료를 BESS 제어기로 피드백한다(S720). 이후, BESS 제어기는 타겟 배터리 랙의 분리로 인해 변경되는 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량을 재산출하고(S730), 산출된 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량을 상위 제어기로 전송한다(S740).
한편, S630의 판단결과, 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량이 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량의 임계비율이상이면 타겟 배터리 랙만의 분리가 불가능한 것으로 판단하여 S620으로 회귀하여 이후의 과정을 반복한다.
상술한 배터리 에너지 저장 시스템의 운전 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 이용하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로도 구현될 수 있는데, 이때 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법을 수행하기 위한 프로그램은 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 롬(ROM), 램, 또는 플래시 메모리와 같은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록 매체에 저장된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
300: 배터리 에너지 저장 시스템 310: 배터리 관리 장치
312a~312n: 배터리 그룹 314: BCS 제어기
320: 전력 관리 장치 322: 스위치 기어
324: 변압기 326a~326n: 전력 변환 모듈
328a~328n: 차단기 329: PCS 제어기
330: BESS 제어기 340: 계통
350a~350n: 배터리 랙 352: 배터리 모듈
354: 랙 스위치 362: 전력 지령치 생성부
364: 제1 전력 지령치 변경부 366: 보정량 산출부
368: 제2 전력 지령치 변경부 410: 인터페이스부
420: 판단부 430: 제1 조절명령 생성부
440: 분리명령 생성부 450: 제2 조절명령 생성부
460: 용량 재설정부

Claims (14)

  1. 복수개의 배터리 랙(Battery Rack)을 포함하는 N개의 배터리 그룹;
    상기 N개의 배터리 그룹과 1:1로 연결되어 배터리 그룹을 충방전시키는 N개의 전력 변환 모듈;
    상기 전력 변환 모듈 별로 전력 지령치를 생성하고, 상기 전력 지령치에 따라 상기 전력 변환 모듈이 상기 배터리 그룹을 충방전 시키도록 상기 전력 변환 모듈을 제어하는 제1 제어기; 및
    이상이 발생된 배터리 랙인 타겟 배터리 랙이 존재하면, 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량에 따라 상기 타겟 배터리 랙의 분리 가능 여부를 판단하고, 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능하면 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경시키기 위한 제1 조절명령을 생성하여 상기 제1 제어기로 전송하는 BESS 제어기를 포함하고,
    상기 제1 제어기는, 상기 BESS 제어기로부터 상기 제1 조절명령이 수신되면 상기 타겟 배터리 랙이 포함되어 있는 타겟 배터리 그룹에 전류가 흐르지 않도록 상기 타겟 배터리 그룹과 연결된 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하고,
    상기 BESS 제어기는, 상기 타겟 배터리 그룹에서 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 완료되면 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 복원시키기 위한 제2 조절명령을 생성하여 상기 제1 제어기로 전송하고,
    상기 제1 제어기는, 상기 BESS 제어기로부터 상기 제2 조절명령이 수신되면 상기 각 전력 변환모듈의 전력 지령치를 이전 상태로 복원시키는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 타겟 배터리 그룹의 충방전 동작을 정지시키기 위해 상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 0으로 변경하고,
    상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치 변화량에 기초하여 상기 타겟 전력 변환 모듈을 제외한 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 보정하기 위한 보정량을 산출하며, 상기 보정량을 상기 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치에 가산하여 상기 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치 변화량을 상기 타 전력 변환 모듈의 개수로 제산하여 상기 보정량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 BESS 제어기는,
    상기 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량이 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량 대비 임계비율보다 작으면 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임계 비율은, 수학식
    Figure 112014007054713-pat00003
    를 이용하여 산출되고, 상기 수학식에서 P는 임계비율을 나타내고, N은 전체 전력 변환 모듈의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 랙의 SoC(State of Charge), 온도, 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 랙의 상태정보를 모니터링하고, 상기 배터리 랙의 상태정보가 미리 정해진 기준 범위를 벗어나는 배터리 랙을 상기 타겟 배터리 랙으로 검출하며, 상기 타겟 배터리 랙의 식별정보 및 상기 타겟 배터리 그룹의 식별정보 중 적어도 하나를 상기 BESS 제어기로 제공하는 제2 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BESS 제어기는, 상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치 변경이 완료되면 상기 타겟 배터리 랙의 분리명령을 생성하여 상기 제2 제어기로 전달하고,
    상기 제2 제어기는, 상기 BESS 제어기로부터 상기 분리명령이 수신되면 상기 타겟 배터리 랙의 랙 스위치(Rack Switch)를 오프시켜 상기 타겟 배터리 그룹에서 상기 타겟 배터리 랙을 분리시키는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 BESS 제어기는,
    상기 제1 제어기에 의해 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치가 복원되면 상기 타겟 배터리 랙의 분리에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량을 재산출하여 상위 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템.
  10. 복수개의 배터리 랙을 포함하는 N개의 배터리 그룹과 상기 배터리 그룹에 1:1로 연결된 N개의 전력 변환 모듈을 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템의 운전 방법으로서,
    이상이 발생된 타겟 배터리 랙이 검출되면, 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량에 따라 상기 타겟 배터리 랙의 분리 가능 여부를 판단하는 단계;
    상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능하면 상기 타겟 배터리 랙이 포함되어 있는 타겟 배터리 그룹에 전류가 흐르지 않도록 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경시키기 위한 제1 조절명령을 생성하는 단계;
    상기 제1 조절명령에 따라 상기 타겟 배터리 랙 그룹과 연결된 타겟 전력 변환 모듈 및 상기 타겟 전력 변환 모듈을 제외한 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하는 단계;
    상기 타겟 배터리 랙의 랙 스위치를 오프시켜 상기 타겟 배터리 랙을 상기 타겟 배터리 그룹에서 분리시키는 단계;
    상기 타겟 배터리 그룹에서 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 완료되면 상기 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 이전 상태로 복원시키기 위한 제2 조절 명령을 생성하는 단계; 및
    상기 제2 조절 명령에 따라 상기 각 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 이전 상태로 복원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변경하는 단계에서, 상기 타겟 배터리 그룹의 충방전 동작을 정지시키기 위해 상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 0으로 변경하고, 상기 타겟 전력 변환 모듈의 전력 지령치 변화량에 기초하여 상기 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 보정하기 위한 보정량를 산출하며, 상기 보정량을 상기 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치에 가산하여 상기 타 전력 변환 모듈의 전력 지령치를 변경하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서, 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 현재 충방전 전력량이 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량 대비 임계비율보다 상기 타겟 배터리 랙의 분리가 가능한 것으로 판단하고,
    상기 임계 비율은, 수학식
    Figure 112015035235479-pat00004
    를 이용하여 산출되고, 상기 수학식에서 P는 임계비율을 나타내고, N은 전체 전력 변환 모듈의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 판단하는 단계 이전에,
    상기 배터리 랙의 SoC, 온도, 및 습도 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 랙의 상태정보를 모니터링하여 상기 타겟 배터리 랙을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 검출하는 단계에서, 상기 배터리 랙의 상태정보가 미리 정해진 기준 범위를 벗어나는 배터리 랙을 이상이 상기 타겟 배터리 랙으로 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복원시키는 단계 이후에,
    상기 타겟 배터리 랙의 분리에 따른 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 최대 충방전 전력량을 재산출하여 상위 제어기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙의 에러 발생 시 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법.
KR1020140008197A 2014-01-23 2014-01-23 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법 KR101571954B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140008197A KR101571954B1 (ko) 2014-01-23 2014-01-23 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140008197A KR101571954B1 (ko) 2014-01-23 2014-01-23 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150087958A KR20150087958A (ko) 2015-07-31
KR101571954B1 true KR101571954B1 (ko) 2015-11-25

Family

ID=53877117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140008197A KR101571954B1 (ko) 2014-01-23 2014-01-23 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101571954B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102007666B1 (ko) * 2017-12-22 2019-08-06 삼성중공업 주식회사 선박용 배터리시스템 및 그 운용방법
KR20210016795A (ko) 2019-08-05 2021-02-17 주식회사 엘지화학 에너지 허브 장치 및 에너지 관리 방법
KR102373347B1 (ko) * 2019-10-22 2022-03-11 서창전기통신 주식회사 통합 환경 모니터링 및 제어 장치가 구비된 에너지저장시스템 및 운용방법
KR102159817B1 (ko) * 2020-03-30 2020-09-24 주식회사 대건소프트 딥러닝을 통한 에너지저장장치 운영 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램
KR102245281B1 (ko) 2020-10-20 2021-04-28 에이펙스인텍 주식회사 전력변환시스템과 배터리관리시스템의 이상 집중 감시와 제어가 가능한 비상관제시스템
CN114069784A (zh) * 2021-11-15 2022-02-18 北京胜能能源科技有限公司 一种移动供电系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007259612A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Hitachi Ltd 電源制御装置
KR101183751B1 (ko) 2009-09-10 2012-09-17 가부시키가이샤 히다치 엔지니어링 서비스 발전 시스템의 전력 저장 장치 및 그 전력 저장 장치의 운용 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007259612A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Hitachi Ltd 電源制御装置
KR101183751B1 (ko) 2009-09-10 2012-09-17 가부시키가이샤 히다치 엔지니어링 서비스 발전 시스템의 전력 저장 장치 및 그 전력 저장 장치의 운용 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150087958A (ko) 2015-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101571954B1 (ko) 배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법
KR101412742B1 (ko) 독립형 마이크로그리드 제어 시스템 및 그 제어방법
US10003200B2 (en) Decentralized module-based DC data center
EP3176897B1 (en) Power source system
US9893561B2 (en) Power supply conversion system and method of controlling the same
EP2342798B1 (en) Emergency power supply apparatus
KR101538232B1 (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템
JP6338131B1 (ja) 電源システム
JP6004350B2 (ja) 蓄電池集合体の充放電制御システム
KR101793579B1 (ko) 직류-교류 공통 모선형 하이브리드 전원 시스템
JP2013247795A (ja) 分散型電源の自立運転システム
TW201351846A (zh) 在低電壓事件期間用於供電給儀器的系統、方法與設備
KR101805273B1 (ko) 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법
WO2015032420A1 (en) Redundant point of common coupling (pcc) to reduce risk of microgrid&#39;s islanding
KR20160044353A (ko) 계통 연계형 태양광 발전 시스템
US10855197B2 (en) Power supply system
TWI408865B (zh) 不斷電電源供應器及其所適用之電源供應方法
US20200076229A1 (en) Devices and methods for reliable power supply for electronic devices
JP2004023860A (ja) 瞬低対策機能付き電力貯蔵用ナトリウム−硫黄電池システム
KR101563062B1 (ko) 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법
WO2019240667A1 (en) Systems and method for hybrid energy storage
KR101856628B1 (ko) 에너지 저장 시스템의 비상 제어 장치 및 그 방법
KR101818969B1 (ko) 그리드 전원과 에너지 저장 시스템의 핫 스왑 장치
KR101549313B1 (ko) 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 운전 방법
KR101167795B1 (ko) 전력 변환 장치, 이를 포함하는 전지 전력 저장 시스템, 및 전력 변환 장치의 콘덴서 충전 방법

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
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181101

Year of fee payment: 4