KR101592227B1 - 에너지저장시스템의 dc 버스 불균형 제어 회로 - Google Patents

에너지저장시스템의 dc 버스 불균형 제어 회로 Download PDF

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윤용범
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로에 관한 것으로, (+)단이 DC Bus의 양극에 연결되고 (-)단이 중성점에 연결되는 제1 배터리, (+)단이 상기 중성점에 연결되고 (-)단이 DC Bus의 음극에 연결되는 제2 배터리, 상기 제1 배터리의 (+)단에 일 단이 연결되고 다른 일 단이 DC-DC 컨버터의 제1 스위칭 박스의 입력단에 연결되는 제1 리액터, 상기 제1 스위칭 박스의 입력단에 (+)단이 연결되고 (-)단이 Isolation 변압기의 1차측의 일 단에 연결되는 제1 커패시터, 상기 1차측의 다른 일 단이 상기 제1 스위칭 박스의 출력단 및 상기 중성점에 연결되고, 2차측의 일 단이 상기 중성점 및 상기 DC-DC 컨버터의 제2 스위칭 박스의 입력단에 연결되는 Isolation 변압기, 상기 Isolation 변압기의 2차측의 다른 일 단에 (+)단이 연결되고 (-)단이 상기 제2 스위칭 박스의 출력단에 연결되는 제2 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 (-)단에 일 단이 연결되고 다른 일 단이 상기 제2 배터리의 (-)단에 연결되는 제2 리액터를 포함한다.

Description

에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로{CIRCUIT FOR CONTROLLING DC BUS IMBALANCE OF ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 전력저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종의 배터리 및 전력변환장치(PCS)로 구성되는 전력저장시스템(ESS)에서 배터리의 충전 상태에 영향을 받지 않고 배터리 간에 에너지를 주고받으며 불균형 충전을 해소할 수 있도록 하는 전력저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로에 관한 것이다.
일반적으로 에너지저장시스템(ESS : Energy Storage System)(또는 에너지저장장치)은 배터리에 전기에너지를 충전한 후 필요시 방전하는 장치로서, 전력에너지를 제어하는 전력관리시스템(Power Management System), DC 배터리와 AC 전력계통 간의 전력을 변환하는 전력변환장치(PCS : Power Conditioning System) 및 에너지를 저장하는 배터리로 구성되어 있다.
상기 에너지저장장치는 충방전을 통하여 전력피크의 평활화, 불연속적인 출력특성을 갖는 풍력 및 태양광의 출력특성 안정화, 전력계통의 주파수를 조정하는 것을 주요 목적으로 활용되고 있다.
향후 적용목적에 맞는 다양한 ESS가 전력계통에 적용될 것으로 전망되는데, 개별 사이트마다 단일 목적의 ESS가 적용될 수도 있지만, 경제성 및 적용 사이트의 확보를 고려하여 다종의 대용량 ESS가 한 사이트(발전단지)에 적용될 전망이다.
이때 이종의 배터리 및 PCS가 한 사이트에 적용될 경우, 종류별 ESS를 개별시스템으로 설치하는 것보다, 다종의 배터리 및 PCS를 DC Bus를 통해 연계하는 것이 전체 ESS 시스템의 신뢰성 측면에서 유리하다.
또한 DC Bus 전압을 높이는 것이 전력밀도를 상승시켜 ESS의 효율을 제고할 수 있는데, 배터리의 배터리관리시스템(BMS : Battery Management System)의 절연레벨을 높여야 하는 등의 어려움으로 인하여 최근 3-레벨(level) PCS의 적용이 검토되고 있다. 상기 3-레벨 PCS의 경우, 현재 적용되고 있는 1000Vdc 보다 높은 2000Vdc(1000Vdc)로서 3-레벨 DC 전압(+, GND, -)을 컨버터를 통해 AC로 변환하는 시스템의 구성이 가능하다. 그러나 3-레벨 PCS를 적용한 상태에서 양극성의 DC Bus와 음극성의 DC Bus 사이에 불평형(또는 불균형)이 발생할 경우, 3-레벨 PCS의 출력전압에 고조파가 발생하여 전력품질이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 3-레벨 중성점 클램핑 방식(NPC : Neutral Point Clamped) 컨버터의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같은 NPC(Neutral Point Clamped) 3-level 컨버터는, 120도의 위상차를 갖는 A, B, C 삼상 컨버터에 있어서, A상의 스위치(S1, S2)가 도통하고, B상의 스위치(S3, S4) 및 C상의 스위치(S3, S4)가 도통되면 동일한 크기의 전압 및 120도의 위상차를 갖는 3상 전압을 출력하므로 DC Bus 단의 중성점(Neutral Point)인 Z점은 변하지 않아 DC Bus 전압은 벡터적으로 균형을 유지한다.
그러나 어느 한 상의 스위치(예 : S2와 S3)가 도통되어 출력이 중성점(Neutral Point)인 Z level의 전압을 출력하면 120도의 위상차를 갖지만 출력전압 크기가 제로(0)가 되어 벡터적인 균형이 깨지게 되고, DC Bus 중성점 값이 변하게 되어 DC Bus 전압의 균형을 유지할 수 없게 된다.
한편, 통상적인 컨버터의 경우, PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 방법으로 출력전압을 생성하게 되는데, 3-level 컨버터의 경우에도 PWM 방식으로 스위칭을 수행할 때, DC Bus 불평형 전압을 제어하는 스위칭 전략을 채택하고 있다. 하지만 이 방법은 DC 커패시터(Cd1, Cd2)가 배터리로 대체되는 ESS의 경우, 에너지의 불균형을 해소하기 위해서는 스위칭 소자의 전류정격을 상향 조정해야 하는 추가적인 문제점이 있기 때문에 근본적인 대책이 될 수 없다.
도 2는 종래의 또 다른 3-레벨 PCS의 전압 불평형을 제어하는 회로의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같은 종래의 DC Bus 전압의 불평형을 제어하는 회로에 있어서, 대용량의 배터리는 +DC, -DC, NP(중성점)로 연결하는 시스템에 적용되는 시스템은 아니지만, 양극성 커패시터의 전압(VC2)과 음극성 커패시터의 전압(VC1) 간의 전압 불균형을 제어하는 회로이다.
도 2에 도시되는 불평형 제어 회로는 PCS의 스위칭 방법과 더불어 Buck(강압)/Boost(승압) DC-DC 컨버터를 제어하여 DC Bus 전압의 불평형을 제어하고 있다.
예컨대 음극성 커패시터의 전압(VC1)이 양극성 커패시터의 전압(VC2)보다 클 경우, 스위치 S2와 S4가 도통되어 에너지저장 배터리의 에너지(VES)가 양극성 커패시터(C2)에 충전되어 양극성의 커패시터의 전압(VC2)이 상승한다. 또한 상기 양극성 커패시터의 전압(VC2)이 음극성 커패시터의 전압(VC1)보다 클 경우, 스위치 S1과 S3가 도통되어 에너지저장 배터리의 에너지(VES)가 음극성 커패시터(C1)에 충전되어 음극성 커패시터의 전압(VC1)이 상승하여 DC Bus의 전압 불평형을 해소하게 된다.
도 3은 종래의 또 다른 배터리 충전량 밸런싱 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도로서, 복수개의 입력전원과 연결된 복수의 전력변환장치로 구성되는 복수의 배터리 충전량 밸런싱 장치를 보인 예시도이다. 가령, 배터리(B0)와 배터리(B1) 사이의 리액터(L1)를 이용하여 상기 배터리(B0)와 다른 배터리(B1)의 충전량 불균형을 제어하는 것이다.
도 4는 종래의 에너지저장시스템의 배터리와 전력변환장치의 연결 구성의 일 예를 보인 예시도이다.
도 4를 참조하면, 상위 배터리와 하위 배터리 사이의 중간점(NP)은 임피던스 (Z)를 통해 접지(GND)에 연결되며, 이종의 배터리가 +VDC와 NP, -VDC와 NP, 또는 +VDC와 VDC의 사이에 연결될 수 있으며, 2 레벨 PCS가 +VDC와 NP, -VDC와 NP, 또는 +VDC와 VDC의 사이에 연결될 수 있으며, 3 레벨 PCS가 +VDC, NP, -VDC에 연결될 수 있다. 따라서 상이한 배터리 간의 SOC(State of Charge) 및 PCS의 특성에 따라 +VDC와 NP, 또는 VDC와 NP 간의 전압에 불평형이 발생한다.
상기 2 level 컨버터의 경우 교류출력을 생성하는데 있어서, +레벨과 -레벨, +레벨과 NP 레벨, -레벨과 NP 레벨을 활용하므로, AC 출력특성은 배터리의 불평형에 영향을 받지 않으나, 3 level 컨버터의 경우는 NP레벨을 활용하여 교류출력을 생성하므로, 배터리의 불평형이 교류 출력에 큰 영향을 미친다.
따라서 상기 3 레벨 컨버터의 경우, PWM 스위칭 방법에 따라 NP 레벨에 불균형이 발생하게 되는데, 통상적으로 NP 전압레벨이 VDC전압의 중간 레벨이 되도록 컨버터의 PWM 스위칭제어를 통하여 NP 전압을 제어한다.
또한 DC Bus 또는 DC link 단이 커패시터와 연계된 컨버터의 경우, 불평형에 따른 에너지가 크지 않기 때문에 가능한 방법이지만, PCS가 불균형적으로 배치되거나 불균형 부하가 연계되어 있는 ESS 시스템의 경우, 에너지의 불균형을 해소하기 위한 근본적인 대책이 되기는 어려우며, 이에 대한 별도의 DC Bus측의 전압 불균형을 해소하기 위한 설비가 필요하다.
다시 말해 상기 도 4에 도시된 바와 같은 배터리 불평형 해소 방법의 경우 배터리 및 PCS 각각의 특성에 따른 DC 전압(+Vdc, GND, -Vdc)의 불평형이 더욱 악화될 수 있으며, DC 전압의 불평형 발생 시 최근 적용이 검토되고 있는 3 level PCS의 경우 출력전압에 고조파가 발생하여 전력품질이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2013-0110379호(2013.10.10.공개, 배터리 충전량 밸런싱 장치 및 배터리 충전량 밸런싱 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 이종의 배터리 및 전력변환장치(PCS)로 구성되는 전력저장시스템(ESS)에서 배터리의 충전 상태에 영향을 받지 않고 배터리 간에 에너지를 주고받으며 불균형 충전을 해소할 수 있도록 하는 전력저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로는, (+)단이 DC Bus의 양극에 연결되고 (-)단이 중성점에 연결되는 제1 배터리: (+)단이 상기 중성점에 연결되고 (-)단이 DC Bus의 음극에 연결되는 제2 배터리; 상기 제1 배터리의 (+)단에 일 단이 연결되고 다른 일 단이 DC-DC 컨버터의 제1 스위칭 박스의 입력단에 연결되는 제1 리액터; 상기 제1 스위칭 박스의 입력단에 (+)단이 연결되고 (-)단이 Isolation 변압기의 1차측의 일 단에 연결되는 제1 커패시터; 상기 1차측의 다른 일 단이 상기 제1 스위칭 박스의 출력단 및 상기 중성점에 연결되고, 2차측의 일 단이 상기 중성점 및 상기 DC-DC 컨버터의 제2 스위칭 박스의 입력단에 연결되는 Isolation 변압기; 상기 Isolation 변압기의 2차측의 다른 일 단에 (+)단이 연결되고 (-)단이 상기 제2 스위칭 박스의 출력단에 연결되는 제2 커패시터; 및 상기 제2 커패시터의 (-)단에 일 단이 연결되고 다른 일 단이 상기 제2 배터리의 (-)단에 연결되는 제2 리액터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 제1,제2 스위칭 박스의 각각은, 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자에 역방향으로 병렬 연결된 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는, 싸이리스터, GTO, IGCT, IGBT, 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 대지 절연전압을 유지하기 위해 상기 중성점을 접지 임피던스를 통해 접지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 스위칭 박스는 제1 배터리의 에너지를 상기 Isolation 변압기를 통하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제2 스위칭 박스는 상기 제2 배터리의 에너지를 상기 Isolation 변압기를 통하여 상기 제1 배터리로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 배터리의 에너지가 제2 배터리 보다 많을 경우, 상기 제1 스위칭 박스의 스위치가 On 되어, 제1 리액터에 상기 제1 배터리의 에너지가 축적되고, 상기 제1 커패시터에 축적되어 있는 에너지는 상기 Isolation 변압기의 2차측에 전달되어 상기 제2 배터리를 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 스위치가 Off 되면, 상기 제1 배터리의 전류는 상기 제1 커패시터 및 상기 Isolation 변압기를 통해 흐르고, 상기 Isolation 변압기의 2차측에 전압이 유기되어 제2 스위칭 박스의 다이오드와 제2 커패시터를 통해 제2 리액터에 에너지가 축적되며 그 축적된 에너지가 상기 제2 스위칭 박스의 다이오드를 통해 상기 제2 배터리를 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 DC Bus의 중성점과 상기 Isolation 변압기의 1차측 및 2차측의 공통 접속점 사이에 연결되는 제3 리액터;를 더 포함하고, 상기 제1 스위칭 박스의 제1 스위치의 도통 시, 제1 배터리, 제1 리액터, 제1 스위칭 박스, 및 제3 리액터로 형성되는 루프1의 전류 흐름을 통해 상기 제1 배터리의 에너지가 상기 제1 스위치의 도통시간 동안 제3 리액터에 저장되며, 상기 제1 스위치가 소호되면 상기 제3 리액터에 저장되어 있는 에너지가 제2 스위칭 박스, 제3 리액터, 제2 배터리, 및 제2 리액터로 형성되는 루프2의 전류 흐름을 통해 상기 제2 배터리에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이종의 배터리 및 전력변환장치(PCS)로 구성되는 전력저장시스템(ESS)에서 배터리의 충전 상태에 영향을 받지 않고 배터리 간에 에너지를 주고받으며 불균형 충전을 해소할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 3-레벨 중성점 클램핑 방식(NPC : Neutral Point Clamped) 컨버터의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 종래의 또 다른 3-레벨 PCS의 전압 불평형을 제어하는 회로의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 종래의 또 다른 배터리 충전량 밸런싱 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 종래의 에너지저장시스템의 배터리와 전력변환장치의 연결 구성의 일 예를 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로를 보인 예시도이다.
도 6과 도 7은 상기 도 5에 도시된 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 예시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로를 보인 예시도.
도 9과 도 10은 상기 도 8에 도시된 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로를 보인 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로는, 배터리(Battery 1, Battery 2), 리액터(301, 303), DC-DC 컨버터(100), DC Bus인 +Vdc(201), 중성점인 NP(202), -Vdc(203), 및 접지 임피던스(400)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 제1 배터리(Battery 1)의 (+)단이 DC Bus의 +Vdc(201)에 연결되고 (-)단이 중성점(NP)에 연결되며, 제2 배터리(Battery 2)의 (+)단이 상기 중성점(NP)에 연결되고 (-)단이 DC Bus의 Vdc(203)에 연결된다. 그리고 상기 제1 배터리(Battery 1)의 (+)단에 제1 리액터(301)의 일 단이 연결되고, 다른 일 단이 제1 스위칭 박스(110)의 입력단에 연결된다. 상기 제1 스위칭 박스(110)의 입력단에 제1 커패시터(Cap.1)의 (+)단이 연결되고 (-)단이 Isolation 변압기(130)의 1차측의 일 단에 연결된다. 상기 Isolation 변압기(130)의 1차측의 다른 일 단은 상기 제1 스위칭 박스(110)의 출력단 및 상기 중성점(NP)에 연결된다. 상기 Isolation 변압기(130)의 2차측의 일 단이 상기 중성점(NP) 및 제2 스위칭 박스(120)의 입력단에 연결되고 상기 Isolation 변압기(130)의 2차측의 다른 일 단이 제2 커패시터(Cap.2)의 (+)단에 연결된다. 상기 제2 커패시터(Cap.2)의 (-)단은 상기 제2 스위칭 박스(120)의 출력단 및 제2 리액터(303)의 일 단에 연결된다. 상기 제2 리액터(303)의 다른 일 단은 상기 제2 배터리(Battery 2)의 (-)단에 연결된다.
상기 DC-DC 컨버터(100)는 스위칭 박스(110, 120), Isolation 변압기(130), 커패시터(Cap.1, Cap.2)를 포함하고, 상기 스위칭 박스(110, 120)는 각기 스위칭 소자(111, 121)와 다이오드(112, 122)를 포함한다. 상기 스위칭 소자와 다이오드는 역방향으로 병렬 연결된다.
이때 상기 스위칭 소자(111, 121)는 싸이리스터, GTO, IGCT, IGBT, 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 스위칭 박스(110, 120) 중 제1 스위칭 박스(110)는 제1 배터리(Battery 1)의 에너지를 Isolation 변압기(130)를 통하여 제2 배터리(Battery 2)로 전달한다. 반대로 상기 스위칭 박스(110, 120) 중 제2 스위칭 박스(120)는 제2 배터리(Battery 2)의 에너지를 상기 Isolation 변압기(130)를 통하여 제1 배터리(Battery 1)로 전달한다.
그리고 상기 DC Bus 단의 제1 배터리(Battery 1) 및 제2 배터리(Battery 2)는 대지 절연전압을 유지하기 위해 중성점(202)을 접지 임피던스(400)를 통해 대지에 연결한다.
이하 상기 도 5에 도시된 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 동작을 도 6과 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6과 도 7은 상기 도 5에 도시된 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 배터리(Battery 1)의 에너지가 제2 배터리(Battery 2) 보다 많을 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 스위치(111)이 On 되어, 제1 리액터(301)에 상기 제1 배터리(Battery 1)의 에너지가 축적되고, 제1 커패시터(Cap.1)에 축적되어 있는 에너지는 상기 Isolation 변압기(130)를 통해 2차측에 전달되어 상기 제2 배터리(Battery 2)를 충전시킨다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 스위치(111)가 Off 되면, 상기 제1 배터리(Battery 1)의 전류는 제1 커패시터(Cap.1) 및 상기 Isolation 변압기(130)를 통해 흐르게 되고, 상기 Isolation 변압기(130)의 2차측에 전압이 유기되어 제2 스위칭 박스(120)의 다이오드(122)를 통해 제2 커패시터(Cap.2)에 에너지가 축적된다. 또한 이전 단계에서 제2 리액터(303)에 축적된 에너지는 상기 다이오드(122)를 통해 상기 제2 배터리(Battery 2)에 충전된다.
한편 상기 제2 배터리(Battery 2)의 에너지가 상기 제1 배터리(Battery 1) 보다 많을 경우에는 상기와 반대로 동작한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로를 보인 예시도로서, 상기 도 5에 있어서, DC Bus의 중성점과 Isolation 변압기의 공통 접속점 사이에 제3 리액터(302)를 추가로 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같은 불균형 제어 회로는, 도 7에 도시된 불균형 제어 회로에 있어서, 상기 제3 리액터(302)를 통해 에너지 전달을 추가로 수행하여 배터리의 전압 밸런싱을 수행한다.
이하 상기 도 8에 도시된 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 동작을 도 9과 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9과 도 10은 상기 도 8에 도시된 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8을 참조하면, 제1 스위치(111) 도통 시, 도 6에 도시된 바와 같은 방식으로 동작하되, 도면 9에 도시된 바와 같이 루프1(loop 1)의 전류 흐름을 통해 상기 제1 배터리(Battery 1)의 에너지가 상기 제1 스위치(111)의 도통시간 동안 제3 리액터(302)로 저장된다.
그리고 상기 제1 스위치(111)가 소호되면, 도 7에 도시된 바와 같은 방식으로 동작하되, 도 10에 도시된 바와 같이 제3 리액터(302)에 저장되어 있는 에너지가 루프2(loop 2)의 전류 흐름을 통해 제2 배터리(Battery 2)에 에너지를 충전한다.
반대로 상기 제2 스위치(121)의 도통 또는 소호 시, 상기 제3 리액터(302) 및 DC/DC 컨버터(100)를 통해 상기 제2 배터리(Battery 2)의 충전에너지가 상기 제1 배터리(Battery 1)에 충전된다.
상기와 같이 본 실시예는 간단한 회로구성을 통해 비용을 절감할 수 있으며, 향후 배터리 ESS 확대 적용 시 DC Bus 불균형 전압제어를 용이하게 수행할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Battery 1 : 제1 배터리
Battery 2 : 제2 배터리
Cap.1, Cap.2 : 커패시터
100 : DC-DC 컨버터
110, 120 : 스위칭 박스
111, 121 : 스위칭 소자
112, 122 : 다이오드
130 : Isolation 변압기
201 : +Vdc
202 : 중성점(NP)
203 : -Vdc
301, 302, 303 : 리액터

Claims (8)

  1. (+)단이 DC Bus의 양극에 연결되고 (-)단이 중성점에 연결되는 제1 배터리:
    (+)단이 상기 중성점에 연결되고 (-)단이 DC Bus의 음극에 연결되는 제2 배터리;
    상기 제1 배터리의 (+)단에 일 단이 연결되고 다른 일 단이 DC-DC 컨버터의 제1 스위칭 박스의 입력단에 연결되는 제1 리액터;
    상기 제1 스위칭 박스의 입력단에 (+)단이 연결되고 (-)단이 절연 변압기(Isolation transformer)의 1차측의 일 단에 연결되는 제1 커패시터;
    상기 1차측의 다른 일 단이 상기 제1 스위칭 박스의 출력단 및 상기 중성점에 연결되고, 2차측의 일 단이 상기 중성점 및 상기 DC-DC 컨버터의 제2 스위칭 박스의 입력단에 연결되는 절연 변압기(Isolation transformer);
    상기 절연 변압기(Isolation transformer)의 2차측의 다른 일 단에 (+)단이 연결되고 (-)단이 상기 제2 스위칭 박스의 출력단에 연결되는 제2 커패시터; 및
    상기 제2 커패시터의 (-)단에 일 단이 연결되고 다른 일 단이 상기 제2 배터리의 (-)단에 연결되는 제2 리액터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 제1,제2 스위칭 박스의 각각은,
    스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자에 역방향으로 병렬 연결된 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,
    싸이리스터, GTO, IGCT, IGBT, 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    대지 절연전압을 유지하기 위해 상기 중성점을 접지 임피던스를 통해 접지시키는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 박스는 제1 배터리의 에너지를 상기 절연 변압기(Isolation transformer)를 통하여 상기 제2 배터리로 전달하고, 상기 제2 스위칭 박스는 상기 제2 배터리의 에너지를 상기 절연 변압기(Isolation transformer)를 통하여 상기 제1 배터리로 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 배터리의 에너지가 제2 배터리 보다 많을 경우, 상기 제1 스위칭 박스의 스위치가 On 되어, 제1 리액터에 상기 제1 배터리의 에너지가 축적되고, 상기 제1 커패시터에 축적되어 있는 에너지는 상기 절연 변압기(Isolation transformer)의 2차측에 전달되어 상기 제2 배터리를 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 박스의 스위치가 Off 되면, 상기 제1 배터리의 전류는 상기 제1 커패시터 및 상기 절연 변압기(Isolation transformer)를 통해 흐르고, 상기 절연 변압기(Isolation transformer)의 2차측에 전압이 유기되어 제2 스위칭 박스의 다이오드와 제2 커패시터를 통해 제2 리액터에 에너지가 축적되며 그 축적된 에너지가 상기 제2 스위칭 박스의 다이오드를 통해 상기 제2 배터리를 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 DC Bus의 중성점과 상기 절연 변압기(Isolation transformer)의 1차측 및 2차측의 공통 접속점 사이에 연결되는 제3 리액터;를 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭 박스의 제1 스위치의 도통 시, 제1 배터리, 제1 리액터, 제1 스위칭 박스, 및 제3 리액터로 형성되는 루프1의 전류 흐름을 통해 상기 제1 배터리의 에너지가 상기 제1 스위치의 도통시간 동안 제3 리액터에 저장되며, 상기 제1 스위치가 소호되면 상기 제3 리액터에 저장되어 있는 에너지가 제2 스위칭 박스, 제3 리액터, 제2 배터리, 및 제2 리액터로 형성되는 루프2의 전류 흐름을 통해 상기 제2 배터리에 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 DC 버스 불균형 제어 회로.
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