KR101626911B1 - 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템은, 제1 전력 계통에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터; 제2 전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터; 전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치; 상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터; 상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치; 및 상기 제2 에너지 저장 장치의 전압에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터의 전압을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법 {Power control system and method for plural energy storage devices}
본 발명은 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생 에너지원, 전력 계통 등에 연결된 복수개의 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
석유 및 천연 가스의 급격한 가격 상승에 대응하기 위해, 전력 산업은 전력 산업의 구조, 운용, 계획, 규제에 대한 상당하고 빠른 변화가 있을 것으로 예측되고 있다. 최근에, 전력망과 통신망의 결합을 통해 전력 공급자 또는 계통 운영자와 소비자가 양방향 실시간으로 전력 사용 정보의 교환을 통해 에너지 효율을 최적화하고자 스마트 그리드(Smart Grid)가 도입되고 있다.
스마트 그리드에서는 신재생 에너지를 중심으로 하는 분산 전원의 도입에 따라 독립적인 운영이 이루어지며, 소비자의 요구에 실시간으로 반응할 수 있도록 지능화 및 기타 여러 기술에 기반을 둔 서비스의 제공을 통해 기존 전력 계통이 갖고 있는 비효율성을 극복하게 된다.
이에, 발전량이 많은 잉여 전력을 저장하고 발전량이 적을 때 공급하기 위해서 에너지 저장 장치를 포함하는 형태의 전력 제어 시스템으로 발전하였다.
이와 관련하여, 도 1은 종래기술에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다. 참고로, 도 1은 제1 전력 계통(10)과 제2 전력 계통(20) 사이에 2개의 에너지 저장 장치(30, 40)를 연결한 구조를 나타낸 것이다.
종래기술의 경우, 에너지 저장 장치를 연결할 때 각각 DC-DC 컨버터를 통해 연결하였으며, 각각의 DC-DC 컨버터의 전압을 조절하여 개별 에너지 저장 장치의 전력을 조절하였다.
도 1을 참조하면, 제1 전력 계통(10)은 제1 컨버터(15)를 통해 DC(Direct Current) 링크부(50)와 연결되며, 마찬가지로 제2 전력 계통(20)은 제2 컨버터(25)를 통해 DC 링크부(50)와 연결된다. 제어 장치(60)는 제1 컨버터(15)의 전력(P1)에 기초하여 제1 컨버터(15)의 전압(V1)을 제어하고 제2 컨버터(25)의 전력(P2)에 기초하여 제2 컨버터(25)의 전압(V2)을 제어함으로써 DC 링크부(50)의 전압을 제어한다.
한편, DC 링크부(50)에는 제1 DC-DC 컨버터(35)를 통해 제1 에너지 저장 장치(30)가 연결되며, 또한 제2 DC-DC 컨버터(45)를 통해 제2 에너지 저장 장치(40)가 연결된다. 이 경우, 각각의 에너지 저장 장치(30, 40)는 그 화학적 특성에 의해 전압이 실질적으로 고정되며, 그 충전상태(SOC; State of Charge)에 따라서 전압이 미세하게 변화하게 된다. 그러므로, 제1 DC-DC 컨버터(35)는 제1 에너지 저장 장치(30)가 요구하는 전압(V3a)을 유지하도록 저압측 DC 전압(V3b)을 제어하며, 마찬가지로 제2 DC-DC 컨버터(45)는 제2 에너지 저장 장치(40)가 요구하는 전압(V4a)을 유지하도록 저압측 DC 전압(V4b)을 제어한다.
전술한 바와 같이, 종래기술의 경우 각각의 에너지 저장 장치에 대해 각각 DC-DC 컨버터를 사용하여 전력 제어를 수행하므로 에너지 저장 장치의 수만큼 DC-DC 컨버터가 필요한데, DC-DC 컨버터를 하나 설치하게 되면 그 만큼 비용이 증가하고 또한 전력 손실로 인해 효율이 떨어지는 문제점이 있기 때문에, 가능하면 DC-DC 컨버터의 수를 줄여 비용을 줄이고 효율을 높이는 방안이 절실히 요구된다.
한국공개특허 제10-2010-0060725호 한국공개특허 제10-2011-0123130호
본 발명은 전술한 바와 같은 요구를 충족시키기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 신재생 에너지원, 전력 계통 등에 복수개의 에너지 저장 장치를 연결 시 DC-DC 컨버터의 수를 줄여 효율적으로 제어하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단일 DC-DC 컨버터를 적용한 하이브리드 타입 에너지 저장 장치의 충방전을 효율적으로 제어하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템은, 제1 전력 계통에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터; 제2 전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터; 전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치; 상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터; 상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치; 및 상기 제2 에너지 저장 장치의 전압에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터의 전압을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템은, 신재생 에너지원에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터; 전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터; 전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치; 상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터; 상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치; 및 상기 제2 에너지 저장 장치의 전압에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터의 전압을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 제어 방법은, 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압을 설정하는 단계; 상기 설정된 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 제2 컨버터의 타단의 전압을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 상기 제2 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 제1 컨버터의 타단의 전압을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 신재생 에너지원, 전력 계통 등에 복수개의 에너지 저장 장치를 연결하여 전력 제어를 수행할 때 하나의 에너지 저장 장치에 대해서는 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 전력 제어를 수행함으로써, DC-DC 컨버터의 수를 줄여 설치 비용을 절감하고 전력 손실을 줄일 수 있는 효과를 가진다.
그리고, 본 발명에 따르면, 단일 DC-DC 컨버터를 적용하여 하이브리드 타입 에너지 저장 장치를 구현함으로써, 충방전 속도와 정전용량을 동시에 만족시키는 저 비용의 에너지 저장 장치를 구현할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다. 참고로, 도 2는 제1 전력 계통(110)과 제2 전력 계통(120) 사이에 2개의 에너지 저장 장치(130, 140)를 연결한 구조를 나타낸 것으로, HVDC(High Voltage Direct Current Transmission System)이나 백투백(Back to Back) 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 경우, 복수개의 에너지 저장 장치를 연결할 때 적어도 하나는 DC-DC 컨버터 없이 연결하며, 나머지는 DC-DC 컨버터를 통해 연결한다.
도 2를 참조하면, 제1 전력 계통(110)은 제1 컨버터(115)를 통해 DC(Direct Current) 링크부(150)와 연결되며, 마찬가지로 제2 전력 계통(120)은 제2 컨버터(125)를 통해 DC 링크부(150)와 연결된다. 따라서, 제1 컨버터(115)의 일단은 제1 전력 계통(110)에 연결되고 타단은 DC 링크부(150)에 연결되며, 제2 컨버터(125)의 일단은 제2 전력 계통(120)에 연결되고 타단은 DC 링크부(150)에 연결된다. 이 경우, 제1 컨버터(115)와 제2 컨버터(125)는 전압형 컨버터(VSC; Voltage Source Converter)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, DC 링크부(150)에는 제1 및 제2 에너지 저장 장치(130, 140)가 연결되는데, 제1 에너지 저장 장치(130)는 DC-DC 컨버터(135)를 통해 DC 링크부(150)에 연결되고, 제2 에너지 저장 장치(140)는 DC-DC 컨버터 없이 DC 링크부(150)에 연결된다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 에너지 저장 장치(130, 140)는 그 화학적 특성에 의해 전압이 실질적으로 고정되며, 그 충전상태(SOC; State of Charge)에 따라서 전압이 미세하게 변화하게 된다. 따라서, DC-DC 컨버터가 있는 제1 에너지 저장 장치(130)의 경우에는 DC-DC 컨버터(135)가 제1 에너지 저장 장치(130)가 요구하는 전압(V3a)을 유지하도록 저압측 DC 전압(V3b)을 개별적으로 제어하게 되며, DC-DC 컨버터가 없는 제2 에너지 저장 장치(140)의 경우에는 제어 장치(160)가 제2 에너지 저장 장치(140)가 요구하는 전압(V4a)을 유지하도록 간접적으로 제어하게 된다.
구체적으로, 제어 장치(160)는 제2 에너지 저장 장치(140)의 전압(V4a)에 기초하여 DC 링크부(150)에 연결된 제2 컨버터(125)의 타단의 전압(V2)을 제어한다. 예컨대, 제어 장치(160)는 제2 에너지 저장 장치(140)가 요구하는 전압(V4a)을 유지시키면서 전력(P4 = I4 × V4a)을 제어하기 위하여 전류(I4 = (V4a - V2) / Z)를 조절하게 되고, 이에 따라 제2 컨버터(125)의 전류(I2)를 조절하게 된다. 그리고, 제어 장치(160)는 제2 컨버터(125)의 전류(I2)를 유지시키면서 전력(P2 = I2 × V2)을 제어하기 위하여 전압(V2)을 조절하게 된다.
또한, 제어 장치(160)는 제2 컨버터(125)의 타단의 전압(V2)에 기초하여 DC 링크부(150)에 연결된 제1 컨버터(115)의 타단의 전압(V1)을 제어한다. 예컨대, 제어 장치(160)는 제2 컨버터(125)의 타단의 전압(V2)을 유지시키면서 제1 컨버터(115)의 전력(P1 = I1 × V1)을 제어하기 위하여 제1 컨버터(115)의 타단의 전압(V1)을 조절하게 된다.
이를 위해, 제어 장치(160)는 제1 컨버터(115)를 제어하기 위한 제1 컨트롤러(미도시)와 및 제2 컨버터(125)를 제어하기 위한 제2 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전력(P1, P2)을 기초로 제2 에너지 저장 장치(140)의 기준 전력을 연산하고 상기 기준 전력과 현재 충전상태(SOC; State of Charge)에 기초하여 제2 에너지 저장 장치(140)의 전압(P4)을 조절하는 기준 설정부(Reference Marker; 미도시)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다. 참고로, 도 3은 풍력(Wind turbine)을 이용하는 신재생 에너지원(210)과 전력 계통(220) 사이에 2개의 에너지 저장 장치(230, 240)를 연결한 구조를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 신재생 에너지원(210)은 제1 컨버터(215)를 통해 DC(Direct Current) 링크부(250)와 연결되며, 마찬가지로 전력 계통(220)은 제2 컨버터(225)를 통해 DC 링크부(250)와 연결된다. 따라서, 제1 컨버터(215)의 일단은 신재생 에너지원(210)에 연결되고 타단은 DC 링크부(250)에 연결되며, 제2 컨버터(225)의 일단은 전력 계통(220)에 연결되고 타단은 DC 링크부(250)에 연결된다. 이 경우, 제1 컨버터(215)와 제2 컨버터(225)는 전압형 컨버터(VSC; Voltage Source Converter)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, DC 링크부(250)에는 제1 및 제2 에너지 저장 장치(230, 240)가 연결되는데, 제1 에너지 저장 장치(230)는 DC-DC 컨버터(235)를 통해 DC 링크부(250)에 연결되고, 제2 에너지 저장 장치(240)는 DC-DC 컨버터 없이 DC 링크부(250)에 연결된다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 에너지 저장 장치(230, 240)는 그 화학적 특성에 의해 전압이 실질적으로 고정되며, 그 충전상태(SOC; State of Charge)에 따라서 전압이 미세하게 변화하게 된다. 따라서, DC-DC 컨버터가 있는 제1 에너지 저장 장치(230)의 경우에는 DC-DC 컨버터(235)가 제1 에너지 저장 장치(230)가 요구하는 전압(V3a)을 유지하도록 저압측 DC 전압(V3b)을 개별적으로 제어하게 되며, DC-DC 컨버터가 없는 제2 에너지 저장 장치(240)의 경우에는 제어 장치(260)가 제2 에너지 저장 장치(240)가 요구하는 전압(V4a)을 유지하도록 간접적으로 제어하게 된다.
구체적으로, 제어 장치(260)는 제2 에너지 저장 장치(240)의 전압(V4a)에 기초하여 DC 링크부(250)에 연결된 제2 컨버터(225)의 타단의 전압(V2)을 제어한다. 예컨대, 제어 장치(260)는 제2 에너지 저장 장치(240)가 요구하는 전압(V4a)을 유지시키면서 전력(P4 = I4 × V4a)을 제어하기 위하여 전류(I4 = (V4a - V2) / Z)를 조절하게 되고, 이에 따라 제2 컨버터(225)의 전류(I2)를 조절하게 된다. 그리고, 제어 장치(260)는 제2 컨버터(225)의 전류(I2)를 유지시키면서 전력(P2 = I2 × V2)을 제어하기 위하여 전압(V2)을 조절하게 된다.
또한, 제어 장치(260)는 제2 컨버터(225)의 타단의 전압(V2)에 기초하여 DC 링크부(250)에 연결된 제1 컨버터(215)의 타단의 전압(V1)을 제어한다. 예컨대, 제어 장치(260)는 제2 컨버터(225)의 타단의 전압(V2)을 유지시키면서 제1 컨버터(215)의 전력(P1 = I1 × V1)을 제어하기 위하여 제1 컨버터(215)의 타단의 전압(V1)을 조절하게 된다.
이를 위해, 제어 장치(260)는 제1 컨버터(215)를 제어하기 위한 제1 컨트롤러(미도시)와 제2 컨버터(225)를 제어하기 위한 제2 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전력(P1, P2)을 기초로 제2 에너지 저장 장치(240)의 기준 전력을 연산하고 상기 기준 전력과 현재 충전상태(SOC; State of Charge)에 기초하여 제2 에너지 저장 장치(240)의 전압(P4)을 조절하는 기준 설정부(Reference Marker; 미도시)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 개략적인 구성도이다. 참고로, 도 4는 태양광(Photovoltaic)을 이용하는 신재생 에너지원(310)과 전력 계통(320) 사이에 2개의 에너지 저장 장치(330, 340)를 연결한 구조를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 신재생 에너지원(310)은 제1 컨버터(315)를 통해 DC(Direct Current) 링크부(350)와 연결되며, 마찬가지로 전력 계통(320)은 제2 컨버터(325)를 통해 DC 링크부(350)와 연결된다. 따라서, 제1 컨버터(315)의 일단은 신재생 에너지원(310)에 연결되고 타단은 DC 링크부(350)에 연결되며, 제2 컨버터(325)의 일단은 전력 계통(320)에 연결되고 타단은 DC 링크부(350)에 연결된다. 이 경우, 제1 컨버터(315)는 DC-DC 컨버터를 사용하고 제2 컨버터(325)는 전압형 컨버터(VSC; Voltage Source Converter)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, DC 링크부(350)에는 제1 및 제2 에너지 저장 장치(330, 340)가 연결되는데, 제1 에너지 저장 장치(330)는 DC-DC 컨버터(335)를 통해 DC 링크부(350)에 연결되고, 제2 에너지 저장 장치(340)는 DC-DC 컨버터 없이 DC 링크부(350)에 연결된다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 에너지 저장 장치(330, 340)는 그 화학적 특성에 의해 전압이 실질적으로 고정되며, 그 충전상태(SOC; State of Charge)에 따라서 전압이 미세하게 변화하게 된다. 따라서, DC-DC 컨버터가 있는 제1 에너지 저장 장치(330)의 경우에는 DC-DC 컨버터(335)가 제1 에너지 저장 장치(330)가 요구하는 전압(V3a)을 유지하도록 저압측 DC 전압(V3b)을 개별적으로 제어하게 되며, DC-DC 컨버터가 없는 제2 에너지 저장 장치(340)의 경우에는 제어 장치(360)가 제2 에너지 저장 장치(340)가 요구하는 전압(V4a)을 유지하도록 간접적으로 제어하게 된다.
구체적으로, 제어 장치(360)는 제2 에너지 저장 장치(340)의 전압(V4a)에 기초하여 DC 링크부(350)에 연결된 제2 컨버터(325)의 타단의 전압(V2)을 제어한다. 예컨대, 제어 장치(360)는 제2 에너지 저장 장치(340)가 요구하는 전압(V4a)을 유지시키면서 전력(P4 = I4 × V4a)을 제어하기 위하여 전류(I4 = (V4a - V2) / Z)를 조절하게 되고, 이에 따라 제2 컨버터(325)의 전류(I2)를 조절하게 된다. 그리고, 제어 장치(360)는 제2 컨버터(325)의 전류(I2)를 유지시키면서 전력(P2 = I2 × V2)을 제어하기 위하여 전압(V2)을 조절하게 된다.
또한, 제어 장치(360)는 제2 컨버터(325)의 타단의 전압(V2)에 기초하여 DC 링크부(350)에 연결된 제1 컨버터(315)의 타단의 전압(V1)을 제어한다. 예컨대, 제어 장치(360)는 제2 컨버터(325)의 타단의 전압(V2)을 유지시키면서 제1 컨버터(315)의 전력(P1 = I1 × V1)을 제어하기 위하여 제1 컨버터(315)의 타단의 전압(V1)을 조절하게 된다.
이를 위해, 제어 장치(360)는 제1 컨버터(315)를 제어하기 위한 제1 컨트롤러(미도시)와 제2 컨버터(325)를 제어하기 위한 제2 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전력(P1, P2)을 기초로 제2 에너지 저장 장치(340)의 기준 전력을 연산하고 상기 기준 전력과 현재 충전상태(SOC; State of Charge)에 기초하여 제2 에너지 저장 장치(340)의 전압(P4)을 조절하는 기준 설정부(Reference Marker; 미도시)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 방법의 흐름도이다. 참고로, 도 5에 도시된 전력 제어 방법은 전술한 도 2 내지 도 4에 도시된 전력 제어 시스템을 전제로 하는 것으로 그 내용을 참조할 수 있으며, 따라서 이하에서는 간략하게 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 단계 S510에서, 제어 장치는 제1 및 제2 컨버터의 타단의 전압과 제2 에너지 저장 장치의 충전상태(SOC; State of Charge)를 참조하여 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압을 설정한다.
단계 S520에서, 제어 장치는 상기 설정된 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 DC 링크부에 연결된 제2 컨버터의 타단의 전압을 설정한다.
단계 S530에서, 제어 장치는 상기 설정된 상기 제2 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 DC 링크부에 연결된 제1 컨버터의 타단의 전압을 설정한다.
그리고, 단계 S540에서, 제어 장치는 상기 설정된 제2 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 제2 컨버터의 전력을 제어하고 상기 설정된 제1 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 제1 컨버터의 전력을 제어한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 및 제2 에너지 저장 장치 중 하나는 배터리(battery) 등과 같이 정전 용량은 상대적으로 크지만 충방전 속도가 상대적으로 느린 에너지 저장 장치를 사용하고, 상기 제1 및 제2 에너지 저장 장치 중 다른 하나는 초전도 전력 저장 장치(SMES; Super conducting Magnetic Energy Storage)나 슈퍼 커패시터(SC; Super Capacitor) 등과 같이 정전 용량은 상대적으로 작지만 충방전 속도가 상대적으로 빠른 에너지 저장 장치를 사용한다.
그리고, 가장 바람직하게는, DC-DC 컨버터(135)를 통해 연결되는 제1 에너지 저장 장치(130)로는 슈퍼 커패시터를 사용하고, DC-DC 컨버터 없이 연결되는 제2 에너지 저장 장치(140)로는 배터리를 사용한다.
그 이유는, 슈퍼 커패시터는 충전상태(SOC)에 따른 변동량이 상대적으로 크며, 배터리는 충전상태(SOC)에 따른 변동량이 상대적으로 작은데, 변동량이 큰 슈퍼 커패시터를 DC-DC 컨버터를 통해 제어하는 것이 상대적으로 바람직하기 때문이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 110: 제1 전력 계통 210, 310: 신재생 에너지원
15, 115, 215, 315: 제1 컨버터
20, 120: 제2 전력 계통 220, 320: 전력 계통
25, 125, 225, 325: 제2 컨버터
30, 130, 230, 330: 제1 에너지 저장 장치
35; 제1 DC-DC 컨버터 135, 235, 335: DC-DC 컨버터
40, 140, 240, 340: 제2 에너지 저장 장치
45: 제2 DC-DC 컨버터
50, 150, 250, 350: DC 링크부
60, 160, 260, 360: 제어 장치

Claims (13)

  1. 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템으로서,
    제1 전력 계통에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터;
    제2 전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터;
    전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치;
    상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터;
    상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치; 및
    상기 제1 컨버터의 전력 및 상기 제2 컨버터의 전력에 기초하여 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전력을 연산하고, 상기 연산된 기준 전력에 기초하여 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압을 설정하며, 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터의 전압을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 및 제2 컨버터는 전압형 컨버터(VSC; Voltage Source Converter)인 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  3. 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템으로서,
    신재생 에너지원에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터;
    전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터;
    전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치;
    상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터;
    상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치; 및
    상기 제1 컨버터의 전력 및 상기 제2 컨버터의 전력에 기초하여 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전력을 연산하고, 상기 연산된 기준 전력에 기초하여 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압을 설정하며, 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 상기 제1 및 제2 컨버터의 전압을 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신재생 에너지원은 풍력이고, 상기 제1 컨버터 및 제2 컨버터는 전압형 컨버터(VSC; Voltage Source Converter)인 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 신재생 에너지원은 태양광이고, 상기 제1 컨버터는 DC-DC 컨버터이며, 상기 제2 컨버터는 전압형 컨버터(VSC; Voltage Source Converter)인 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 에너지 저장 장치 중 하나는 정전 용량은 상대적으로 크지만 충방전 속도가 상대적으로 느린 에너지 저장 장치이고, 상기 제1 및 제2 에너지 저장 장치 중 다른 하나는 정전 용량은 상대적으로 작지만 충방전 속도가 상대적으로 빠른 에너지 저장 장치인 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장 장치는 초전도 전력 저장 장치(SMES; Super conducting Magnetic Energy Storage) 또는 슈퍼 커패시터(SC; Super Capacitor)이고, 상기 제2 에너지 저장 장치는 배터리(battery)인 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 제2 에너지 저장 장치의 전압에 기초하여 상기 DC 링크부에 연결된 상기 제2 컨버터의 타단의 전압을 제어하며, 상기 제2 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 상기 DC 링크부에 연결된 상기 제1 컨버터의 타단의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 에너지 저장 장치의 전압은 충전상태(SOC; State of Charge)에 따라 변동되는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 제1 컨버터를 제어하기 위한 제1 컨트롤러 및 상기 제2 컨버터를 제어하기 위한 제2 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템.
  11. 제1 전력 계통 또는 신재생 에너지원에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터; 제2 전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터; 전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치; 상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터; 및 상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치를 포함하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 제어 장치로서,
    상기 제1 컨버터의 전력 및 상기 제2 컨버터의 전력에 기초하여 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전력을 연산하고, 상기 연산된 기준 전력에 기초하여 상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압을 설정하는 기준 설정부;
    상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 상기 제1 컨버터를 제어하는 제1 컨트롤러; 및
    상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 상기 제2 컨버터를 제어하는 제2 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 제어 장치.
  12. 제1 전력 계통 또는 신재생 에너지원에 일단이 연결되고 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제1 컨버터; 제2 전력 계통에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 제2 컨버터; 전기 에너지를 저장하는 제1 에너지 저장 장치; 상기 제1 에너지 저장 장치에 일단이 연결되고 상기 DC 링크부에 타단이 연결되어 전압을 변환시키는 DC-DC 컨버터; 및 상기 DC 링크부에 연결되어 전기 에너지를 저장하는 제2 에너지 저장 장치를 포함하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압을 설정하는 단계;
    상기 설정된 제2 에너지 저장 장치의 기준 전압에 기초하여 상기 제2 컨버터의 타단의 전압을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 상기 제2 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 상기 제1 컨버터의 타단의 전압을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 설정된 상기 제2 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 상기 제2 컨버터의 전력을 제어하고, 상기 설정된 제1 컨버터의 타단의 전압에 기초하여 상기 제1 컨버터의 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 에너지 저장 장치를 위한 전력 제어 시스템의 제어 방법.
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