KR101696999B1 - 에너지 저장 장치의 제어 방법 및 전력 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

실시예의 에너지 저장 장치의 제어 방법은, 계통과 연결되는 에너지 저장 장치에 의하여 상기 계통의 동작 주파수 변화에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 제어하는 방법으로서, 상기 계통의 동작 주파수가 미리 설정된 주파수 범위에 해당하는 데드 밴드 범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 동작 주파수가 상기 데드 밴드 범위 내에 속하는 경우에, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 나타내는 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 계통의 동작 주파수가 데드 밴드 범위 내에 속하고, 상기 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위를 벗어나는 경우에, 상기 SOC 레벨을 상기 유지 범위 내에 속하도록 상기 SOC 레벨을 조정하는 단계;를 포함하고, 상기 유지 범위는 미리 설정된 하한값과 상한값 사이의 범위를 나타내고, 상기 SOC 레벨을 조정하는 단계는, 상기 SOC 레벨이 상기 하한값 보다 작은 경우와 상기 상한값 보다 큰 경우 각각에 대해서 상이한 조정을 수행한다.

Description

에너지 저장 장치의 제어 방법 및 전력 관리 시스템{Method for controlling an energy storage device and system for managing a power}

본 발명은 전력 계통에서의 보조 서비스를 제공하는 것으로서, 특히, 주파수 조정과, 전기 저장 시스템을 사용하는 통합된 에너지 저장에 대한 것이다.

어떤 주어진 시간동안, 예를 들면, 하루 동안, 전기 계통 오퍼레이터는 초 단위, 분 단위, 시간 단위로 필요로 하는 에너지 양을 평가한다.

전기 공급자는 이러한 평가된 에너지 양을 발전소를 통하여 공급한다. 일반적으로, 실제 로드의 평균은 평가된 양에 가깝다. 그러나, 요구되는 에너지 양이 급격하게 변동하는 경우가 있으며, 예상보다 더 높거나 반대로 예상보다 낮아지는 경우 모두 에너지 양의 급격한 변화로 인하여 실질적인 부담이 증가된다.

이러한 변동에 대비하여, 전기 공급자는 발전소로부터의 전기 출력을 변화시켜, 요구되는 로드에 맞출 수 있다. 발전소의 출력이 변화되는 것을 "부하 추종(load following)"이라 할 수 있다. 전달되는 전력보다 부하가 더 큰 경우에, 전기 장치들의 동작이 온전히 유지되도록 하기 위해서는, 전달하는 전력이 증가되어야 하는 것은 당연한 이치다.

도 1은 발전소의 실제 로드(110)와 부하 추종(120)을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 발전소가 실제 부하의 변동에 정확히 매칭하는 것은 어려운 일이다. 공급된 전력이 전력 부하와 상이한 경우에, 가정이나 공장에 공급된 AC 전류의 주파수는 기준값이라 할 수 있는 50Hz 또는 60Hz가 아닐 것이다. 주파수의 이러한 차이는 가전 제품, 조명 등 전자 기기가 비효율적으로 동작하게 만들 수 있으며, 나아가 안전하지 않게 동작시킬 수 있는 원인이 된다.

AC 전류의 요구되는 동작 주파수를 유지하기 위하여, 전력 시스템 오퍼레이터는 발전소가 주파수 조정이라는 부가적인 동작을 수행하도록 하여야 한다. 도 1을 참조하면, 도면부호 130은 바람직한 동작 범위 내에서 주파수를 유지시키기 위하여 매순간 얼마나 많은 주파수 조정이 이루어져야 하는지를 나타낸다.

부하(요구량)가 공급된 전력보다 작은 경우에는, 출력 주파수가 60Hz이상으로 증가하게 되고, 반대로, 로드가 공급된 전력보다 큰 경우에는, 발전기의 에너지 생산이 감소하기 때문에 주파수가 감소하게 된다.

계통의 주파수와 동기화되는 빠른 응답의 발전소가 마련되거나, 전력 공급에 있어서의 실패 이벤트나 다른 문제들에 대하여 매우 빠르게 에너지 공급을 시작할 수 있는 빠른 응답의 발전소가 마련되는 것을 상상할 수 있으나, 이러한 발전소를 구성시키는 것은 현재로서는 매우 어려운 일이다.

주파수 조정과 동기화된 저장소와 같은 서비스는 일반적으로 전력 계통에 보조적인 서비스로 나뉜다. 이러한 서비스들은 전력 제공과 소비를 위한 에너지의 요구들을 만족시켜야 한다.

주파수 조정, 동기화된 저장소 및 다른 보조 서비스들은 발전소에 의해 제공된다. 그러나, 배터리, 플라이휠, 커패시터 또는 다른 장치와 같은 에너지 저장 기술은 전기 전력 계통로 에너지를 공급하는데 사용될 수 있다. 그리고, 이러한 에너지 저장 기술들은 계통으로부터 초과된 에너지에 대해서는 추후의 사용을 위하여 저장시키거나, 계통로 에너지를 방전시키는 등의 동작을 수행할 수 있다.

주파수 조정이 매순간(도 1의 도면부호 130) 시스템에서 전체 에너지를 일정하게 유지하기 위하여 에너지를 더하거나 빼는 등의 조정이 이루어져야 하기 때문에, 에너지 저장 기술은 이러한 요구를 만족시킬 필요가 있다.

에너지 저장 기술은 직접적으로 새로운 에너지를 생산해내는 것이 아니라, 발전소에서 생산된 에너지의 사용에 보다 좋은 효율을 부여할 수 있는 기술이라 할 수 있다. 이러한 효율성은 전력 시스템의 동작에 있어서 좀 더 낮은 비용과 좀 더 낮은 에너지 방출을 의미한다고도 볼 수 있다.

본 발명은 전력 시스템을 보다 효율적으로 동작시켜, 계통과 배터리 사이의 안정적인 에너지 전달이 수행되도록 하는 방안을 제안하고자 한다.

실시예의 에너지 저장 장치의 제어 방법은, 계통과 연결되는 에너지 저장 장치에 의하여 상기 계통의 동작 주파수 변화에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 제어하는 방법으로서, 상기 계통의 동작 주파수가 미리 설정된 주파수 범위에 해당하는 데드 밴드 범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 동작 주파수가 상기 데드 밴드 범위 내에 속하는 경우에, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 나타내는 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 계통의 동작 주파수가 데드 밴드 범위 내에 속하고, 상기 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위를 벗어나는 경우에, 상기 SOC 레벨을 상기 유지 범위 내에 속하도록 상기 SOC 레벨을 조정하는 단계;를 포함하고, 상기 유지 범위는 미리 설정된 하한값과 상한값 사이의 범위를 나타내고, 상기 SOC 레벨을 조정하는 단계는, 상기 SOC 레벨이 상기 하한값 보다 작은 경우와 상기 상한값 보다 큰 경우 각각에 대해서 상이한 조정을 수행한다.

또한, 실시예의 전력 관리 시스템은, 발전 장치와, 배터리와, 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하거나, 상기 발전 장치 또는 배터리로부터 직류 전력을 공급받아 변환하는 전력 변환 시스템; 및 상기 배터리의 SOC 레벨 정보를 읽어들이고, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 따른 SOC 변화량을 감시하는 충전 제어부;를 포함하고, 상기 충전 제어부는 상기 전력 변환부를 통하여 상기 계통의 주파수를 읽어들이고, 상기 충전 제어부는, 상기 계통의 주파수가 미리 설정된 주파수 범위에 해당하는 데드 밴드 범위 내에 속하는지 여부를 판단하고, 상기 주파수가 상기 데드 밴드 범위 내에 속하면서, 상기 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위를 벗어나는 경우에, 상기 SOC 레벨을 상기 유지 범위 내에 속하도록 상기 SOC 레벨을 조정한다.

제안되는 본 실시예에 의해서, 계통 주파수가 미리 설정된 데드 밴드의 상한값과 하한값 근방에서 변동되는 경우에도, 안정적인 배터리의 충전과 방전이 수행되도록 할 수 있다.

이를 통해, 계통 주파수를 안정화시키는 것이 용이해지는 장점이 있다.

도 1은 발전소의 실제 로드와 부하 추종을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시예의 전력 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따라 배터리에서 충전의 특정 범위를 유지시키는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4와 도 5는 본 실시예에 따라 SOC 레벨에 따라 적용되는 조정 그래프이다.
도 6은 본 실시예의 조정 그래프와 비교하기 위하여 히스테리시스 곡선이 적용되지 않는 경우를 보여주는 그래프이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부되는 도면과 함께 자세히 설명하여 본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 전력 관리 시스템의 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 시스템(100)은 발전 장치(101), 직류/교류 컨버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115), 부하(117) 및 직류/직류 컨버터(121)를 포함한다.

발전 장치(101)는 전기 에너지를 생산한다. 발전 장치가 태양광 발전 장치인 경우, 발전 장치(101)는 태양 전지 어레이일 수 있다. 태양 전지 어레이는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다. 또한 발전 시스템이 풍력 발전 시스템인 경우, 발전 장치(101)는 풍력 에너지를 전기 에너지를 변환하는 팬일 수 있다. 다만, 앞서 기재한 바와 같이 전력 공급 시스템(100)은 발전 장치(101) 없이 배터리 에너지 저장 시스템(113)만을 통하여 전력을 공급할 수 있다. 이 경우 전력 공급 시스템(100)은 발전 장치(101)를 포함하지 않을 수 있다.

직류/교류 컨버터(103)는 직류 전력을 교류 전력으로 컨버팅한다. 발전 장치(101)가 공급한 직류 전력 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 컨버팅한다.

교류 필터(105)는 교류 전력으로 컨버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다. 구체적인 실시예에 따라서 교류 필터(105)는 생략될 수 있다.

교류/교류 컨버터(107)는 교류 전력을 계통(109) 또는 부하(117)에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109) 또는 독립된 부하에 공급한다. 구체적인 실시예에 따라서 교류/교류 컨버터(107)는 생략될 수 있다.

계통(109)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.

부하(117)는 발전 시스템으로부터 전기 에너지를 공급받아 전력을 소모한다.배터리 에너지 저장 시스템(113)은 발전 장치(101)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다.

구체적으로, 계통(109) 또는 부하(117)가 경부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 발전 장치(101)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 계통(109) 또는 부하(117)가 과부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 충전된 전력을 방전하여 계통(109) 또는 부하(117)에 전력을 공급한다. 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급 상황은 시간대별로 큰 차이를 가질 수 있다.

따라서 전력 공급 시스템(100)이 발전 장치(101)가 공급하는 전력을 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 대한 고려 없이 일률적으로 공급하는 것은 비효율적이다. 그러므로 전력 공급 시스템(100)은 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 사용하여 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 따라 전력 공급의 양을 조절 한다. 이를 통해 전력 공급 시스템(100)은 계통(109) 또는 부하(117)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.

직류/직류 컨버터(121)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 공급하거나 공급받는 직류 전력의 크기를 컨버팅한다. 구체적인 실시예에 따라서는 직류/직류 컨버터(121)는 생략될 수 있다.

시스템 제어부(115)는 직류/교류 컨버터(103) 및 교류/교류 컨버터(107)의 동작을 제어한다. 또한 시스템 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전과 방전을 제어하는 충전 제어부(111)를 포함할 수 있다.

충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통(109) 또는 부하(117)가 과부하인 경우, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 전력을 공급하여 계통(109) 또는 부하(117)에 전력을 전달하게 제어한다. 계통(109) 또는 부하(117)가 경부하인 경우, 충전 제어부(111)는 외부의 전력 공급원 또는 발전 장치(101)가 전력을 공급하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전달하게 제어한다.

한편, 계통으로 공급되는 AC 전류의 주파수는 일정하게 유지되도록 하여야 하며, 이러한 주파수의 조정 동안에, 배터리의 SOC는 오르거나 내리는 변화가 많이 발생할 수 있다. 예를 들면, 배터리는 계통으로 에너지의 많은 양을 전달하게 되면, 배터리에는 아주 적은 충전량(약 20%의 SOC)만이 남게 된다. 다른 예로는, 배터리는 계통으로부터 많은 양의 에너지를 받는 경우에는, 배터리에는 아주 많은 충전량(약 85%의 SOC)이 남는다. 이러한 두가지 예에서, 배터리의 방전양 또는 충전량이 많은 경우에, 계통 주파수를 계속하여 조정하기 위해서 배터리는 열악한 상황에 놓여진다. 따라서, 좀 더 신뢰있는 시스템을 제공하기 위하여, 실시예에서는 바람직한 범위 내에서 배터리 충전이 변경된다.

본 실시예에 따르면, 배터리 충전을 증가시키거나 감소시키는 동작이 수행되며, 이러한 동작은 전력 분배 시스템의 전체적인 요구에 맞추어 적당한 SOC를 맞추기 위하여 수행된다. 특히, 계통 주파수의 변동을 억제하기 위하여, 배터리의 SOC 레벨을 일정하게 유지할 수 있는 방법으로서, 배터리의 SOC 레벨과, 순간 계통 주파수의 값에 따라 서로 다른 주파수 조정 알고리즘이 적용되도록 함으로써, 보다 안정적인 계통 안정화를 도모할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.

도 3은 본 실시예에 따라 배터리에서 충전의 특정 범위를 유지시키는 방법을 설명하는 흐름도이다. 시스템이 주파수 조정을 제공하기 위하여 전력을 더하거나 흡수하지 않는 시간 동안에 전기 계통의 동작 주파수를 조정하기 위한 방법이다.

먼저, 충전 제어부(115)는 현재의 SOC 레벨을 획득한다(S310). 예를 들면, 충전 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)으로부터 SOC 레벨을 읽어들일 수 있으며, 상기 SOC 레벨은 주기적으로 모니터링되는 값이다.

그 다음, 상기 충전 제어부(115)는 계통 주파수 값을 획득한다(S320). 예를 들면, 충전 제어부(115)는 주기적으로 전력 변환부(110)로부터 측정된 계통 주파수를 정보를 획득한다. 그리고, 상기 충전 제어부(115)는 수신한 주파수가 미리 설정된 데드 밴드 내에 속하는지 여부를 판단한다(S330). 예를 들면, 미리 설정된 데드 밴드인 60Hz±0.05Hz 내의 범위에 속하는지 여부가 판단된다. 이러한 범위는 주파수 조정을 위하여 시스템에 미리 설정된 주파수 범위가 될 수 있다. 예를 들면, 60Hz±0.05Hz 범위가 미리 설정된 데드 밴드(또는 기준 주파수 범위)가 될 수 있으며, 순간 계통 주파수가 설정된 기준 주파수 범위를 벗어나는 때에만, 조정 요청이 이루어질 수 있다. 이 경우, 60Hz는 기준 주파수가 될 수 있다. 그리고, 60.05Hz는 최대 기준 주파수가 되며, 59.95Hz는 최소 기준 주파수가 된다.

순간 계통 주파수가 데드 밴드의 범위 내에 속하지 않는 경우(데드 밴드 범위를 벗어나는 경우)에는, SOC 레벨의 조정은 수행되지 않는다. 왜냐하면, 주파수가 높을 때에 계통으로의 에너지 전달이나, 주파수가 낮을 때에 계통으로부터의 에너지 전달은 그 자체로 조정에 대한 필요를 야기할 수 있기 때문이다. 즉, 계통 주파수가 데드 밴드 범위를 벗어나는 경우에는, 계통과 배터리 상호간의 에너지 전달을 통하여 계통 주파수의 조정이 자연적으로 이루어지기 때문이다.

그러나, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하는 경우라면, 상기 충전 제어부(115)는 미리 결정된 상한값(L2)과 하한값(L1) 범위 내에 해당 SOC 레벨이 속하는지 여부를 판단한다(S340). 한 실시예에서는, L1은 전체 배터리 용량의 45%가 되고, L2는 전체 배터리 용량의 55%가 될 수 있다.

만약, SOC 값이 유지 범위(L1<SOC<L2)를 벗어나지만, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하는 경우에는, SOC 레벨 조정을 위한 과정이 수행된다(S350). SOC 레벨 조정 과정은 첨부되는 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명하기로 한다. 본 실시예에서는, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하면서, SOC 레벨이 하한값 보다 더 작거나, SOC 레벨이 상한값 보다 더 큰 경우에 SOC 레벨 조정 과정이 수행되며, 특히, SOC 현재 레벨이 하한값 보다 작은 경우와, 상한값 보다 큰 경우에 각각 별도의 조정 그래프에 따라 조정 과정이 수행된다.

한편, SOC 레벨이 유지 범위(데드 밴드) 내에 속하는 경우(S330)에는, 계통과 배터리 셀 사이에서의 에너지 전달은 수행되지 않는다.

그리고, 배터리의 SOC 레벨 수정이 진행되는 동안에는, 계통 주파수가 데드 밴드를 벗어나는지 여부가 계속하여 모니터링된다(S360). 만약, 계통 주파수가 데드 밴드를 벗어나는 경우에는, 시스템은 배터리의 충전 또는 배터리의 방전을 중단한다. 그러나, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속한다면, 추가적으로 SOC값을 확인하는 단계 370을 수행한다.

단계 370에서, SOC 레벨이 목표로 설정한 레벨(목표값)로 돌아왔는지 여부를 확인한다. 예를 들면, SOC 레벨이 S330에서 수행된 유지 범위 내에 다시 속하는지 여부가 확인된다. 실시예에 따라서는, 그 값이 변경될 수 있음은 물론이며, SOC가 50%가 되거나 그 값에 가까워질 때까지 수행된다.

반면, SOC 값이 설정된 상한 또는 하한값에 근접하는 값일 경우에, 반복적으로 충전 수정이 필요하다. SOC값이 유지 범위 내에 속하지 않는 경우에는, 단계 350 내지 단계 370이 반복 수행된다. SOC값이 단계 370에서 요구되는 값이 된 경우에는, 시스템은 충전 프로세스를 중단한다.

실시예에서는, 충전 제어부(115)가 직접 계통 전력의 주파수를 상기 인버터(130) 또는 전력 변환부(110)를 통하여 모니터링할 수 있으며, 계통 주파수가 언제 미리 설정된 데드 밴드 내에 들어오는지를 빠르게 결정할 수 있다.

즉, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 들어오게 되면, 상기 충전 제어부(115)는 배터리 셀의 SOC 레벨이 수정될 필요가 있는지 여부를 판단한다.

계통의 주파수 조정에 대한 설명과, 배터리 셀의 SOC 레벨을 조절하는 것에 대한 설명은 도 4와 도 5에 개시된다.

도 4와 도 5는 본 실시예에 따라 SOC 레벨에 따라 적용되는 조정 그래프들이다. 먼저, SOC 레벨이 기설정된 유지 범위를 벗어나고, 순간 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하는 경우에 도 4 또는 도 5에 도시된 조정 그래프가 적용된다.

측정된 SOC 레벨이 하한값 보다 작은 경우(예를 들면, SOC 레벨이 45보다 작은 경우)는, 도 4에 도시된 조정 그래프가 적용되며, SOC 레벨을 상승시키기 위하여 충전 구간이 더 부여된 조정값을 반영하고 있다.

도 4 및 도 5는 계통의 주파수 조정을 위하여 시스템의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 수직축은 검출된 계통 주파수의 Hz단위를 나타내며, 수평축은 배터리 셀과 계통 사이에 전달되는 에너지 양의 MW(메가와트) 단위를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 기준 계통 주파수로서 60Hz가 사용되고, 점선들 사이의 영역은 데드 밴드(유지 범위)의 구간으로서, 계통 주파수의 조절이 필요없는 계통 주파수의 허용 범위 내의 변동에 해당하는 구간이라 할 수 있다. 도시된 예에서는, 데드 밴드가 60Hz±0.05Hz 로 설정되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 데드 밴드 내에서도 상한 변곡점과, 하한 변곡점이 설정된다. 예를 들면, 기준 주파수가 60Hz이고, 데드 밴드 범위가 60Hz±0.05Hz 인 경우에, 상한 변곡점은 60Hz＋0.025Hz 지점이 되고, 하한 변곡점은 60Hz－0.025Hz 지점으로 각각 설정될 수 있다.

상한 변곡점과 하한 변곡점은, 계통 주파수가 데드 밴드의 상한값과 하한값 근방에 위치하는 경우에, 배터리의 충전과 방전이 급격하게 변하지 않도록 하기 위하여 설정되는 값이다.

계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하면서도, 상한 변곡점과 데드 밴드의 상한값 사이에 속하는 경우에는 배터리의 급격한 충전과 방전이 교차되는 경우를 막기 위하여, 히스테리시스 곡선을 따라 충전에서 방전으로 완만히 변경되거나, 반대로 배터리 방전에서 충전으로 완만히 변경된다.

또한, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하면서도, 하한 변곡점과 데드 밴드의 하한값 사이에 속하는 경우에도, 히스테리시스 곡선을 따라 방전에서 충전으로 완만히 변경되거나, 반대로 배터리 충전에서 방전으로 완만히 변경된다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 데드 밴드 내에 상한값과 상한 변곡점 사이의 상한 변곡구간(4A)이 형성되고, 데드 밴드의 하한값과 하한 변곡점 사이의 하한 변곡구간(4B)이 형성된다. 그리고, 이들 변곡 구간에서는 히스테리시스 곡선을 따라 배터리의 충전 또는 방전 상태로의 천이가 완만히 이루어질 수 있다.

만약, 도 6에 도시된 바와 같이, 순간 계통 주파수가 데드 밴드에 속하는지 여부에 따라서 충전중인 상태에서 갑자기 충전이 중단(6A, 6B)되거나, 배터리 방전을 통하여 계통으로 전력을 공급하는 도중에 배터리의 방전이 갑자기 중단(6C,6D)되는 경우라면, 계통 주파수의 데드 밴드의 상한값과 하한값 근방에서 유동하는 경우에 배터리의 충전 및 방전이 급격하게 변동될 수 있다.

이러한 경우에는, 배터리의 수명을 더욱 짧게 만드는 것 뿐만 아니라, 계통 주파수의 안정화를 더 해치는 결과를 초래할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 측정된 SOC 레벨이 상한값 보다 작은 경우(예를 들면, SOC 레벨이 55보다 큰 경우)는, 도 5에 도시된 조정 그래프가 적용되며, SOC 레벨을 감소시키기 위하여 방전 구간(예를 들면, 2MW로의 방전이 설정)이 더 부여된 조정값을 반영하고 있다.

도 5의 경우도 마찬가지로, 기준 계통 주파수로서 60Hz가 사용되고, 점선들 사이의 영역은 데드 밴드(유지 범위)의 구간으로서, 계통 주파수의 조절이 필요없는 계통 주파수의 허용 범위 내의 변동에 해당하는 구간이라 할 수 있다. 도시된 예에서는, 데드 밴드가 60Hz±0.05Hz 로 설정되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 데드 밴드 내에서도 상한 변곡점과, 하한 변곡점이 설정된다. 예를 들면, 기준 주파수가 60Hz이고, 데드 밴드 범위가 60Hz±0.05Hz 인 경우에, 상한 변곡점은 60Hz＋0.025Hz 지점이 되고, 하한 변곡점은 60Hz－0.025Hz 지점으로 각각 설정될 수 있다.

계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하면서도, 상한 변곡점과 데드 밴드의 상한값 사이에 속하는 경우에는 배터리의 급격한 충전과 방전이 교차되는 경우를 막기 위하여, 히스테리시스 곡선을 따라 충전에서 방전으로 완만히 변경되거나, 반대로 배터리 방전에서 충전으로 완만히 변경된다.

또한, 계통 주파수가 데드 밴드 내에 속하면서도, 하한 변곡점과 데드 밴드의 하한값 사이에 속하는 경우에도, 히스테리시스 곡선을 따라 방전에서 충전으로 완만히 변경되거나, 반대로 배터리 충전에서 방전으로 완만히 변경된다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 데드 밴드 내에 상한값과 상한 변곡점 사이의 상한 변곡구간(5A)이 형성되고, 데드 밴드의 하한값과 하한 변곡점 사이의 하한 변곡구간(5B)이 형성된다. 그리고, 이들 변곡 구간에서는 히스테리시스 곡선을 따라 배터리의 충전 또는 방전 상태로의 천이가 완만히 이루어질 수 있다.

Claims (13)

1. 계통과 연결되는 에너지 저장 장치에 의하여 상기 계통의 동작 주파수 변화에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 제어하는 방법으로서,
   상기 계통의 동작 주파수가 미리 설정된 주파수 범위에 해당하는 데드 밴드 범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계;
   상기 동작 주파수가 상기 데드 밴드 범위 내에 속하는 경우에, 상기 에너지 저장 장치의 충전량을 나타내는 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 계통의 동작 주파수가 데드 밴드 범위 내에 속하고, 상기 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위를 벗어나는 경우에, 상기 SOC 레벨을 상기 유지 범위 내에 속하도록 상기 SOC 레벨을 조정하는 단계;를 포함하고,
   상기 유지 범위는 미리 설정된 하한값과 상한값 사이의 범위를 나타내고,
   상기 SOC 레벨을 조정하는 단계는, 상기 SOC 레벨이 상기 하한값 보다 작은 경우와 상기 상한값 보다 큰 경우 각각에 대해서 상이한 조정을 수행하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 데드 밴드 범위 내에 속하는 주파수에 대하여, 상기 계통과 에너지 저장 장치 사이의 에너지 전달 변화가 완만하도록 하기 위한 히스테리시스 곡선에 따라 상기의 에너지 전달이 수행되도록 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 데드 밴드는 미리 설정된 최대 기준 주파수와, 최소 기준 주파수 사이의 범위로 설정되고,
   상기 데드 밴드 내에는 상기 최대 기준 주파수 보다 작은 값의 상한 변곡점과, 상기 최소 기준 주파수 보다 큰 값의 하한 변곡점이 형성되는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 계통의 동작 주파수가 상기 최대 기준 주파수와 상한 변곡점 사이에 해당하는 경우에는, 상기 계통으로부터 상기 에너지 저장 장치로 전달되는 에너지 양이 상기 히스테리시스 곡선에 따르도록 제어하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 계통의 동작 주파수가 상기 상한 변곡점과 하한 변곡점 사이에 해당하는 경우에는, 상기 계통 주파수의 변동에 관계없이 상기 계통과 에너지 저장 장치 사이에 전달되는 에너지 양은 일정하게 유지되도록 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 계통과 에너지 저장 장치 사이의 일정하게 전달되는 에너지 양은, 상기 SOC 레벨이 상기 하한값 보다 작은 경우와 상기 상한값 보다 큰 경우 각각 서로 상이한 에너지 저장 장치의 제어 방법.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 계통의 동작 주파수가 상기 최소 기준 주파수와 하한 변곡점 사이에 해당하는 경우에는, 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 계통으로 전달되는 에너지 양이 상기 히스테리시스 곡선에 따르도록 제어하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 계통의 동작 주파수가 상기 상한 변곡점과 하한 변곡점 사이에 해당하는 경우에는, 상기 계통 주파수의 변동에 관계없이 상기 계통과 에너지 저장 장치 사이에 전달되는 에너지 양은 일정하게 유지되도록 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
9. 발전 장치와, 배터리와, 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하거나, 상기 발전 장치 또는 배터리로부터 직류 전력을 공급받아 변환하는 전력 변환 시스템; 및
   상기 배터리의 SOC 레벨 정보를 읽어들이고, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 따른 SOC 변화량을 감시하는 충전 제어부;를 포함하고,
   상기 충전 제어부는 전력 변환부를 통하여 상기 계통의 주파수를 읽어들이고,
   상기 충전 제어부는, 상기 계통의 주파수가 미리 설정된 주파수 범위에 해당하는 데드 밴드 범위 내에 속하는지 여부를 판단하고, 상기 주파수가 상기 데드 밴드 범위 내에 속하면서, 상기 SOC 레벨이 미리 설정된 유지 범위를 벗어나는 경우에, 상기 SOC 레벨을 상기 유지 범위 내에 속하도록 상기 SOC 레벨을 조정하는 전력 관리 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 데드 밴드 범위 내에 속하는 주파수에 대하여, 상기 계통과 에너지 저장 장치 사이의 에너지 전달 변화가 완만하도록 하기 위한 히스테리시스 곡선에 따라 상기의 에너지 전달이 수행되도록 하는 전력 관리 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 데드 밴드는 미리 설정된 최대 기준 주파수와, 최소 기준 주파수 사이의 범위로 설정되고,
    상기 충전 제어부는, 상기 데드 밴드 내에는 상기 최대 기준 주파수 보다 작은 값의 상한 변곡점과, 상기 최소 기준 주파수 보다 큰 값의 하한 변곡점을 형성하고, 상기 계통의 주파수가 상기 상한 변곡점과 최대 기준 주파수 사이인 경우와, 상기 하한 변곡점과 최소 기준 주파수 사이인 경우를 각각 다르게 제어하는 전력 관리 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 계통 주파수가 상기 최대 기준 주파수와 상한 변곡점 사이에 해당하는 경우에는, 상기 계통으로부터 상기 에너지 저장 장치로 전달되는 에너지 양이 상기 히스테리시스 곡선에 따르도록 제어하는 전력 관리 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 계통 주파수가 상기 상한 변곡점과 하한 변곡점 사이에 해당하는 경우에는, 상기 계통 주파수의 변동에 관계없이 상기 계통과 에너지 저장 장치 사이에 전달되는 에너지 양은 일정하게 유지되도록 하는 전력 관리 시스템.
    

Images