KR101756222B1 - Energy storage system with fuction of emergency power supply - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지저장시스템에 관한 것으로서, 계통과 부하설비간에 연결된 제1 전력라인 상에서 일단이 계통에 커플링되고 타단이 상기 부하설비에 커플링되도록 설치된 제어스위치, 제어스위치와 배터리 간에 연결된 제2 전력라인 상에 설치된 AC/DC 양방향 컨버터를 구비하는 PCS(Power Conditioning System)를 구비한다. 이러한 PCS는 제어스위치가 온 상태에서 ESS 모드를 설정하여 계통으로부터 입력되는 입력전원으로 제2 전력라인을 통해 상기 배터리를 충전하는 DC 전압원으로 동작하거나, 상기 입력전원과 함께 상기 배터리의 전원을 상기 부하설비에 제공하는 AC 전류원으로 동작하며, 상기 제어스위치가 오프 상태에서 비상전원공급모드를 설정하여 상기 배터리의 전원을 상기 부하설비에 제공하는 AC 전압원으로 동작한다.The present invention relates to an energy storage system comprising: a control switch having a first end coupled to a system and a second end coupled to the load facility on a first power line connected between a system and a load facility, a second power And a PCS (Power Conditioning System) having an AC / DC bidirectional converter installed on the line. The PCS operates as a DC voltage source for charging the battery through the second power line to the input power source input from the system by setting the ESS mode in the ON state of the control switch, And operates as an AC voltage source that operates as an AC current source for providing the equipment and sets the emergency power supply mode when the control switch is in the off state and supplies the battery power to the load facility.

Description

비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM WITH FUCTION OF EMERGENCY POWER SUPPLY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an energy storage system having an emergency power supply function,

본 발명은 계통형 에너지저장시스템(ESS : Energy Storage System)에 관한 것으로, 비상전원공급기능을 포함한 계통형 에너지저장시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a grid type energy storage system (ESS), and more particularly, to a grid type energy storage system including an emergency power supply function.

일반적으로 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)은 크게 계통형과 UPS(Uninterruptible Power Supply)형으로 구분된다. 계통형 ESS는 전력계통(AC grid)에서 공급하는 전력을 직접 부하에 공급되도록 하는 형태로 구성되고, UPS형 ESS는 전력계통에서 공급하는 전력을 컨버터와 인버터를 거쳐서 부하에 공급되도록 하는 형태로 구성된다.Generally, Energy Storage System (ESS) is divided into system type and uninterruptible power supply (UPS) type. The grid type ESS is configured to supply the power supplied from the power grid (AC grid) directly to the load. The UPS type ESS is configured to supply the power supplied from the power system to the load through the converter and inverter do.

이 중 계통형 ESS는 ESS 모드 중 배터리 충전 모드시에 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 전력계통에서 공급하는 입력전원을 전력량계(10)를 거쳐 부하설비에 공급되게 함과 동시에 EMS(Energy Management System)(20)에서 배터리(40)의 상태정보에 따라 PCS(전력조절장치, Power Conditioning System)(30)를 제어하여 입력전원으로 배터리(40)를 충전시킨다.In the ESS mode, the grid type ESS supplies the input power supplied from the power system to the load facility via the watt hour meter 10 as shown in FIG. 1 (a) Management system 20 controls the PCS (Power Conditioning System) 30 according to the status information of the battery 40 to charge the battery 40 with the input power.

그리고 ESS 모드 중 배터리 방전 모드시에 계통형 ESS는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 전력계통에서 공급하는 입력전원을 전력량계(10)를 거쳐 부하설비에 공급되게 함과 동시에 EMS(Energy Management System)(20)에서 배터리(40)의 상태정보에 따라 PCS(전력조절장치, Power Conditioning System)(30)를 제어하여 배터리(40)를 방전시켜 배터리(40)의 전원이 부하설비에 공급되게 한다. 이러한 배터리 충전 모드 또는 배터리 방전 모드 중에 정전이 발생하게 되면, 계통형 ESS는 비상전원공급모드를 설정하고 비상전원공급모드에 따라 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 PCS(30)의 동작을 오프(off)시켜 부하설비에 전원이 공급되지 않게 한다.In the battery discharge mode during the ESS mode, the grid type ESS supplies the input power supplied from the power system to the load facility via the watt hour meter 10 as shown in FIG. 1 (b) System 20 controls the PCS (Power Conditioning System) 30 according to the state information of the battery 40 to discharge the battery 40 so that the power of the battery 40 is supplied to the load facility do. If a power outage occurs during the battery charging mode or the battery discharge mode, the grid ESS sets the emergency power supply mode and, depending on the emergency power supply mode, performs the operation of the PCS 30 as shown in FIG. 1 (c) Off to prevent power to the load facility.

이와 같이 계통형 ESS는 UPS형 ESS와 달리 정전시에 부하설비로의 전원이 공급되지 않도록 설계됨에 따라 UPS 기능 즉 정전시에 비상 전원이 부하설비로 공급되도록 하는 기능을 가지고 있지 않다. 계통형 ESS가 UPS 기능을 가지지 않는 것은 즉 정전시에 PCS(30)의 동작을 오프시키는 것은 PCS(30)를 동작시켜 배터리(40)의 전원을 부하설비에 공급되도록 하게 되면 배터리(40)의 전원 중 일부가 부하설비에 공급되지만 나머지 일부가 원하지 않게도 전력계통으로 공급되어 전력계통 내의 부하에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.In this way, unlike the UPS type ESS, the grid type ESS is designed not to supply the power to the load facility in the case of power failure, so that the UPS function does not have the function of supplying the emergency power to the load facility in case of power failure. The fact that the grid type ESS does not have the UPS function means that turning off the operation of the PCS 30 during the power outage means that the power of the battery 40 is supplied to the load facility by operating the PCS 30, Some of the power is supplied to the load facility, but some of the power is supplied to the power system undesirably, which may cause problems in the load in the power system.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 계통형 ESS에서 정전 발생시에도 부하설비로 전원 공급이 가능하도록 하는 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an energy storage system having an emergency power supply function that enables power supply to a load facility even when a power failure occurs in a grid type ESS.

본 발명의 특징에 따르면 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템을 제공한다. 이 에너지저장시스템은 계통과 부하설비간에 연결된 제1전력라인 상에서 일단이 상기 계통에 커플링되고 타단이 상기 부하설비에 커플링되도록 설치된 제어스위치와 상기 제어스위치와 배터리 간에 연결된 제2 전력라인 상에 설치된 AC/DC 양방향 컨버터를 가지며, 상기 제어스위치가 온 상태에서 ESS 모드를 설정하여 상기 제어스위치와 배터리 간에 연결된 제2 전력라인을 통해 상기 계통으로부터 입력되는 입력전원으로 상기 배터리를 충전하는 DC 전압원으로 동작하거나, 상기 입력전원과 함께 상기 배터리의 전원을 상기 부하설비에 제공하는 AC 전류원으로 동작하며, 상기 제어스위치가 오프 상태에서 비상전원공급모드를 설정하여 상기 배터리의 전원을 상기 부하설비에 제공하는 AC 전압원으로 동작하는 PCS, 그리고 상기 계통의 전원 상태가 정상시에 상기 제어스위치를 온 상태가 되도록 제어함과 동시에 상기 배터리의 전압, 상기 제2 전력라인에 입력되는 입력전압, 및 상기 AC/DC 양방향 컨버터의 입력전류를 이용하여 생성한 제1 펄스폭변조신호를 상기 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하여 상기 PCS를 상기 DC 전압원 또는 상기 AC전류원으로 동작시키며, 정전시에 상기 제어스위치를 오프 상태가 되도록 제어함과 동시에 상기 계통으로부터 입력되는 상용전압, 설정된 3상 각각의 실효치 전압 지령값, 및 산출된 3상 각각의 실효치 전압을 이용하여 생성한 제2 펄스폭변조신호를 상기 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하여 상기 PCS를 상기 AC 전압원으로 동작시키는 PCS 제어장치를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy storage system having an emergency power supply function. The energy storage system includes a control switch having one end coupled to the system and the other end coupled to the load facility on a first power line connected between the system and the load facility and a second power line connected between the control switch and the battery A DC voltage source having an installed AC / DC bidirectional converter and setting the ESS mode in the ON state of the control switch and charging the battery to an input power input from the system through a second power line connected between the control switch and the battery Or operating as an AC current source for supplying the power of the battery to the load facility together with the input power source and setting the emergency power supply mode when the control switch is in the OFF state to supply the power of the battery to the load facility The PCS operating as an AC voltage source, and the power state of the system being normal And a first pulse width modulation signal generated by using the input voltage of the battery, the input voltage to the second power line, and the input current of the AC / DC bidirectional converter, To the AC / DC bidirectional converter to operate the PCS as the DC voltage source or the AC current source and to control the control switch to be in an off state at the time of a power failure, And outputs a second pulse width modulation signal generated using the respective effective value voltage command value and the calculated effective value voltage of each of the three phases to the AC / DC bidirectional converter to operate the PCS as the AC voltage source .

상기 PCS 제어장치는 상기 배터리의 전압, 상기 입력전압, 및 상기 입력전류를 입력으로 하여 설정된 배터리전압 지령값과 상기 배터리의 전압간의 오차값을 검출하고 상기 오차값에 대응하는 제1 제어신호를 출력하는 ESS모드 제어기, 상기 상용전압, 상기 3상 각각의 실효치 전압 지령값, 및 상기 3상 각각의 실효치 전압을 입력으로 하여 상기 각 상의 실효치 전압 지령값과 상기 실효치 전압의 오차값을 검출하고 각 상의 오차값에 대응하는 제2 제어신호를 출력하는 비상전원공급모드 제어기, 상기 제1 제어신호가 입력되면 상기 제1 제어신호에 대응하는 상기 제1 펄스폭변조신호를 생성하여 상기 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하고, 상기 제2 제어신호가 입력되면 상기 제2 제어신호에 대응하는 상기 제2 펄스폭변조신호를 생성하여 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하는 스위칭신호 발생기, 그리고 정전 발생 여부를 감지하며, 정상시 상기 제어스위치를 온시키고 상기 ESS모드 제어기와 연결되어 상기 제1 제어신호를 상기 스위칭신호 발생기에 제공하며, 정전 발생시 상기 제어스위치를 오프시키고 상기 비상전원공급모드 제어기와 연결되어 상기 제2 제어신호를 상기 스위칭신호 발생기에 제공하는 운전모드 전환기를 포함한다.The PCS controller detects an error value between a battery voltage command value and a battery voltage set by inputting the voltage of the battery, the input voltage, and the input current, and outputs a first control signal corresponding to the error value An effective value voltage command value of each of the three phases and an effective value voltage value of each of the three phases are input to the ESS mode controller, An AC / DC bidirectional converter that generates the first pulse width modulation signal corresponding to the first control signal when the first control signal is input, and outputs the second control signal corresponding to the error value to the AC / DC bidirectional converter And outputs the second control signal to the AC / DC bidirectional converter when the second control signal is input thereto, and generates the second pulse width modulation signal corresponding to the second control signal A switching signal generator for detecting whether a power failure has occurred and for turning on the control switch when normal and providing the first control signal to the switching signal generator in connection with the ESS mode controller, And an operation mode switch connected to the emergency power supply mode controller to provide the second control signal to the switching signal generator.

상기 운전모드 전환기는 상기 제어스위치가 턴 오프되는 시점에 동기하여 상기 비상전원공급모드 제어기와 연결되어 상기 제2 제어신호를 입력으로 하고, 상기 제어스위치가 턴 온되는 시점에 동기하여 상기 ESS모드 제어기와 연결되어 상기 제1 제어신호를 입력으로 한다.Wherein the operation mode switch is connected to the emergency power supply mode controller in synchronization with a time point at which the control switch is turned off so as to input the second control signal to the ESS mode controller in synchronization with a time point at which the control switch is turned on, And inputs the first control signal.

상기 운전모드 전환기는 ESS 모드 중 배터리 충전 모드시에 동작하여 계통의 정전 여부를 검출하고 검출결과에 대한 신호를 출력하는 제1 정전검출기, ESS 모드 중 배터리 방전 모드시에 동작하여 계통의 정전 여부를 검출하고 검출결과에 대한 신호를 출력하는 제2 정전검출기, 상기 제1 및 제2정전검출기의 출력을 논리합하여 출력하는 OR 게이트, 상기 ESS모드 제어기의 출력단과 비상전원공급모드 제어기의 출력단 중 하나와 상기 스위칭신호 발생기를 선택적으로 연결시키는 모드선택 스위치, 그리고 상기 OR 게이트의 출력에 따라 정전 발생 여부를 파악하며 정전 미발생시 상기 모드선택 스위치를 제어하여 상기 ESS모드 제어기의 출력단과 상기 스위칭신호 발생기를 연결시키고, 정전 발생시 상기 모드선택 스위치를 제어하여 상기 비상전원공급모드 제어기의 출력단과 상기 스위칭신호 발생기를 연결시키는 모드전환신호 발생부를 포함한다.Wherein the operation mode switcher comprises a first electrostatic detector for detecting a power failure of the system when the battery is in a charging mode and outputting a signal indicative of a detection result of the system during an ESS mode, And an output terminal of the ESS mode controller and an output terminal of the emergency power supply mode controller are connected to the output terminal of the ESS mode controller and the output terminal of the emergency power supply mode controller, A mode selection switch for selectively connecting the switching signal generator to the output of the ESS mode controller, and a mode selection switch for determining whether a power failure has occurred according to an output of the OR gate, And when the power failure occurs, the mode selection switch is controlled to set the emergency power supply mode Controller includes an output terminal of the mode switching signal generating unit for connection to the switching signal generator.

상기 모드전환신호 발생부는 정전 발생시 상기 제어스위치의 개방속도와 부하전류값을 이용하여 상기 제어스위치의 턴 오프 시점을 파악하고, 정전 발생 후 정상으로 복귀시에 상기 제어스위치의 투입속도와 부하전류값을 이용하여 상기 제어스위치의 턴 온 시점을 파악한다.Wherein the mode switching signal generator detects the turn-off time of the control switch by using the open speed and the load current value of the control switch when a power failure occurs, On point of time of the control switch.

상기 모드전환신호 발생부는 정전 발생 여부에 따라 상기 제어스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작을 제어한다.The mode switching signal generator controls the turn-on or turn-off operation of the control switch depending on whether a power failure has occurred.

본 발명의 실시 예에 따르면, 계통형 ESS에서 정전 발생시에도 배터리의 전원을 부하설비로 공급하는 것이 가능하다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to supply the power of the battery to the load facility even when a power failure occurs in the grid type ESS.

도 1은 종래의 계통형 ESS의 동작을 보인 간략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템의 동작을 보인 간략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템에서 PCS의 구성을 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템에서 PCS 제어장치의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 PCS 제어장치의 내부 구성도이다.1 is a simplified diagram showing the operation of a conventional grid-type ESS.
2 is a simplified diagram illustrating the operation of an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a configuration of a PCS in an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a PCS control apparatus in an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention.
5 is an internal configuration diagram of a PCS control apparatus according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification. And when an element is referred to as "including" an element, it is meant to include not only another element but also other elements, unless specifically stated otherwise.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템을 설명한다.Hereinafter, an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

우선 도 2를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템의 개념적인 동작을 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템의 동작을 보인 간략도이다.First, the conceptual operation of an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 is a simplified diagram illustrating the operation of an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템의 PCS(100)은 계통(전력계통)과 부하설비 사이에 연결된 제1 전력라인 상에 PCS 제어장치(200)의 제어에 따라 턴 온(on) 또는 턴 오프(off)하는 정전용 제어스위치(SW1)가 설치되어 있다. 상기 정전용 제어스위치(SW1)는 특허청구범위에서 제어스위치로 명명된다.2, the PCS 100 of the energy storage system having the emergency power supply function according to the embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention includes a first power system 100 connected between a system (power system) A dedicated control switch SW1 for turning on or off the power line under the control of the PCS control device 200 is provided. The static control switch SW1 is named as a control switch in the claims.

이에 따라, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 ESS 모드 중 배터리 충전 모드시에 에너지저장시스템의 EMS(20)는 PCS 제어장치(200)를 제어하여 정전용 제어스위치(SW1)가 턴 온 상태가 유지되도록 하고 전력계통에서 공급하는 입력전원이 전력량계(10)와 정전용 제어스위치(SW1)를 거쳐 부하설비에 공급되게 함과 동시에, BMS(Battery Management System)로부터 수신된 배터리(40)의 상태정보에 따라 PCS 제어장치(200)를 통해 PCS(100)를 DC 전압원으로 동작하도록 제어하여 입력전원으로 배터리(40)를 충전시킨다.2 (a), the EMS 20 of the energy storage system controls the PCS control device 200 during the battery charging mode of the ESS mode so that the positive control switch SW1 is turned on So that the input power supplied from the power system is supplied to the load facility via the watt hour meter 10 and the control switch SW1 and the power of the battery 40 received from the BMS (Battery Management System) And controls the PCS 100 to operate as a DC voltage source through the PCS control device 200 according to the status information to charge the battery 40 with the input power.

그리고 ESS 모드 중 배터리 방전 모드시에 에너지저장시스템의 EMS(20)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 PCS 제어장치(200)를 제어하여 정전용 제어스위치(SW1)가 턴 온 상태가 유지되도록 하여 전력계통에서 공급하는 입력전원이 전력량계(10)와 정전용 제어스위치(SW1)를 거쳐 부하설비에 공급되게 함과 동시에, BMS로부터 수신된 배터리(40)의 상태정보에 따라 PCS 제어장치(200)를 통해 PCS(100)를 AC 전류원으로 동작하도록 제어하여 배터리(40)의 전원이 부하설비에 공급되게 한다.In the battery discharge mode during the ESS mode, the EMS 20 of the energy storage system controls the PCS control device 200 as shown in FIG. 2 (b) so that the positive control switch SW1 is turned on So that the input power supplied from the power system is supplied to the load facility via the watt hour meter 10 and the control switch SW1 and the PCS control unit 12 is controlled according to the state information of the battery 40 received from the BMS, And controls the PCS 100 to operate as an AC current source through the power supply unit 200 so that the power of the battery 40 is supplied to the load equipment.

ESS 모드 중에 정전이 발생하면 비상전원공급모드가 설정되고, ESS의 EMS(20)는 비상전원공급모드에 따라 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 PCS 제어장치(200)를 제어하여 정전용 제어스위치(SW1)가 턴 오프되도록 하고, 정전용 제어스위치(SW1)의 턴 오프 시점에 작동하여 PCS(100)를 AC 전압원으로 동작하도록 제어하여 배터리(40)의 전원이 부하설비에 공급되게 한다. 이때 PCS(100)가 AC 전압원으로 동작하는 것은 정전 상태가 정상으로 돌아오거나 배터리(40)의 전원이 설정치 이하(또는 완전방전)가 될 때까지 이루어진다.When a power failure occurs in the ESS mode, the emergency power supply mode is set, and the EMS 20 of the ESS controls the PCS control device 200 according to the emergency power supply mode as shown in FIG. 2 (c) The control switch SW1 is turned off and the PCS 100 is operated to operate as an AC voltage source by operating at the time of turning off of the direct control switch SW1 so that the power of the battery 40 is supplied to the load equipment . At this time, the PCS 100 operates as an AC voltage source until the power-off state returns to a normal state or when the power of the battery 40 is lower than a set value (or a completely discharged state).

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가진 에너지저장시스템의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the energy storage system having the emergency power supply function according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3 to FIG.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템 및 일반적인 에너지저장시스템은 EMS, PCS, PCS 제어장치, BMS, 그리고 배터리를 포함하여 구성된다.1 and 2, an energy storage system having an emergency power supply function according to an exemplary embodiment of the present invention and a general energy storage system include an EMS, a PCS, a PCS controller, a BMS, and a battery .

이 중 EMS, BMS 및 배터리는 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템 및 일반적인 에너지저장시스템에서 동일한 동작 및 기능을 수행한다. 그러므로 자세한 동작 설명은 생략한다. Among them, the EMS, the BMS, and the battery perform the same operations and functions in the energy storage system having the emergency power supply function and the general energy storage system according to the embodiment of the present invention. Therefore, detailed description of the operation is omitted.

본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템에서 PCS(100)가 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템에서 PCS의 구성을 보인 도면이다.In an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention, the PCS 100 is shown in FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a PCS in an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 PCS(100)는 계통(AC grid)과 부하설비간에 연결된 제1 전력 라인(power line)에 3개의 CB(Circuit Breaker)(CB1, CB3, CB4)와 하나의 정전용 제어스위치(SW1)가 설치되어 있다.3, the PCS 100 according to the embodiment of the present invention includes three CBs (Circuit Breakers) CB1, CB3 and CB3 connected to a first power line connected between an AC grid and a load facility. , And CB4 and a single control switch SW1 are provided.

구체적으로, 제1 CB(CB1)는 계통과 부하설비를 연결하는 제1 전력라인 상에서 계통에서 제공하는 입력전원을 입력받는 입력단에 연결되며 작업자의 수동 조작에 따라 계통과의 연결을 차단하여 입력전원이 PCS(100)에 입력되는 것을 차단한다. 제3 CB(CB3)는 제1 전력라인 상에서 부하설비측에 전원을 공급하는 출력단에 연결되며 작업자의 수동 조작에 따라 부하설비측과의 연결을 차단하여 부하설비로 전원이 공급되는 것을 차단한다. 제4 CB(CB4)는 입력단과 출력단을 연결하는 바이패스 전력라인 상에 설치되며, ESS가 정상 동작하는 경우에는 개방 상태가 되고, PCS(100) 내부의 장치에 이상이 발생하였을 때 단락이 되어 계통의 입력전원을 부하설비측으로 바이패스(bypass)시킨다. 이러한 제1 CB(CB1), 제3 CB(CB3) 및 제4 CB(CB4)는 통상적으로 알려진 것이다.Specifically, the first CB (CB1) is connected to an input terminal that receives input power provided by the system on a first power line connecting the system and the load facility, and disconnects the system from the input according to a manual operation of an operator, The input to the PCS 100 is blocked. The third CB (CB3) is connected to an output terminal for supplying power to the load equipment on the first power line, and cuts off the connection with the load equipment according to the manual operation of the operator, thereby blocking the supply of power to the load equipment. The fourth CB (CB4) is provided on the bypass power line connecting the input terminal and the output terminal. When the ESS is normally operated, the fourth CB (CB4) is in an open state. When an error occurs in the device inside the PCS 100, And bypasses the input power of the system to the load equipment side. These first CB (CB1), third CB (CB3) and fourth CB (CB4) are commonly known.

정전용 제어스위치(SW1)는 제1 전력라인 상에 설치되어 있다. 구체적으로 정전용 제어스위치(SW1)는 제1 CB(CB1)의 일단에 일단이 연결되고 제3 CB(CB3)의 일단에 타단이 연결되어 제1 및 제3 CB(CB1, CB3)와 직렬 연결되며, PCS 제어장치(200)의 제어신호(S1)에 따라 턴 온 또는 턴 오프된다. 이때 정전용 제어스위치(SW1)의 턴 오프는 정전 발생시에 이루어진다.The dedicated control switch SW1 is provided on the first power line. Specifically, the stationary control switch SW1 has one end connected to one end of the first CB (CB1) and the other end connected to one end of the third CB (CB3) to be connected in series with the first and third CBs CB1 and CB3 And is turned on or off in accordance with the control signal S1 of the PCS control device 200. At this time, the turn-off of the forward control switch SW1 is performed when a power failure occurs.

본 발명의 실시 예에 따른 PCS(100)는 정전용 제어스위치(SW1)와 배터리(40) 사이에 연결된 제2 전력라인 상에 위치한 PCS전원 차단부(110), 입력변압부(120), LC 필터부(130), 입력전류센서(140), AC/DC 양방향 컨버터(150), 그리고 배터리 전류센서(160)를 포함한다.The PCS 100 according to the embodiment of the present invention includes a PCS power cut-off unit 110, an input transformer 120, and an LC (not shown) disposed on a second power line connected between the positive control switch SW1 and the battery 40, A filter unit 130, an input current sensor 140, an AC / DC bidirectional converter 150, and a battery current sensor 160.

PCS전원 차단부(110)는 정전용 제어스위치(SW1)와 제3 CB(CB3)에 커플링되어 정전용 제어스위치(SW1)를 통과한 입력전원(교류 전원)을 입력하거나 제3 CB(CB3)로 전원이 공급되게 한다. PCS전원 차단부(110)는 예컨대 MC(Magnetic Contact)를 이용하여 구성되며, 온 상태 또는 오프 상태로의 절환이 가능하고, 오프 상태시 다른 구성(120 내지 160)으로의 전원 공급을 차단시킨다.The PCS power cut-off unit 110 receives the input power source (AC power source) that is coupled to the positive control switch SW1 and the third CB (CB3) through the positive control switch SW1, ). The PCS power cut-off unit 110 is configured by using, for example, an MC (Magnetic Contact), and can be switched to the on state or the off state, and cut off the power supply to the other components 120 to 160 in the off state.

입력변압부(120)는 PCS전원 차단부(110)로부터 입력되는 교류 전원을 변압시켜 배터리(40)에 부합하는 레벨의 전원으로 만들거나, 배터리(40)로부터 제공된 교류 전원을 부하설비가 요구하는 정격 전압으로 만든다.The input transformer 120 transforms the AC power input from the PCS power cut-off unit 110 into a power source having a level conforming to the battery 40 or converts AC power supplied from the battery 40 into power Make the rated voltage.

LC 필터부(130)는 입력되는 교류 전원에 포함된 고조파 성분을 필터링하고, 입력전류센서(140)는 AC/DC 양방향 컨버터(150)에 입력되는 전류(ia, ib, ic)를 측정하여 측정한 전류(ia, ib, ic)를 PCS 제어장치(200)에 제공한다.The LC filter unit 130 filters the harmonic components included in the input AC power and the input current sensor 140 outputs the currents (i a , i b , i c ) input to the AC / DC bidirectional converter 150 And supplies the measured currents (i a , i b , i c ) to the PCS controller 200.

AC/DC 양방향 컨버터(150)는 3상(A상, B상, C상) PWM(Pluse Width Modulation, 펄스폭변조) 컨버터로서, 입력되는 3상의 펄스폭변조 신호에 따라 입력전류센서(140)로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터의 기능을 수행하고, 배터리(40)측으로부터 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터의 기능을 수행한다.The AC / DC bidirectional converter 150 is a three phase (A phase, B phase, C phase) PWM (Pluse Width Modulation) pulse width modulation And converts the DC power input from the battery 40 side to an AC power source. The inverter 40 converts the AC power input from the battery 40 into an AC power.

배터리 전류센서(160)는 배터리(40)에 입력되는 전류 즉, 배터리 전류(Ibat)를 측정하고 측정한 배터리 전류(Ibat)를 PCS 제어장치(200)에 제공한다.The battery current sensor 160 measures the current input to the battery 40, that is, the battery current I bat , and provides the measured battery current I bat to the PCS controller 200.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 PCS(100)는 배터리(40)와 배터리 전류센서(160) 사이에 제2 CB(CB2)가 설치되며, 제2 CB(CB2)에 의해 배터리(40)로의 전원 입력 또는 전원 출력이 차단된다.The PCS 100 according to the embodiment of the present invention further includes a second CB CB2 between the battery 40 and the battery current sensor 160 and a second CB CB2 between the battery 40 and the battery current sensor 160, Input or power output is interrupted.

한편, PCS 제어장치(200)는 계통에 커플링된 정전용 제어스위치(SW1)의일단으로부터 계통으로부터 입력되는 상용전압인 계통입력 3상전압(Vga, Vgb, Vgc)을 파악하고, PCS전원 차단부(110)의 입력단으로부터 입력되는 전압(즉, 제2 전력라인에 입력되는 전압)인 PCS입력 3상 전압(Va, Vb, Vc)을 파악하며, 배터리 전류센서(160)의 출력단으로부터 배터리 전압(Vbat)을 파악한다.On the other hand, the PCS control device 200 grasps the system input three-phase voltages (V ga , V gb , V gc ) which are the commercial voltages input from the system from one end of the control switch SW1 coupled to the system, (PC) input three-phase voltage (V a , V b , V c ) which is the voltage input from the input terminal of the PCS power cutoff unit 110 (i.e., the voltage input to the second power line) (V bat ) from the output terminal of the battery.

본 발명의 실시 예에 따른 PCS 제어장치(200)가 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템에서 PCS 제어장치의 블록 구성도이다.A PCS controller 200 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 4 is a block diagram of a PCS control apparatus in an energy storage system having an emergency power supply function according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 PCS 제어장치(200)는 ESS모드 제어기(210), 비상전원공급모드 제어기(220), 운전모드 전환기(230), 그리고 스위칭신호 발생기(240)를 포함한다.4, the PCS controller 200 according to the embodiment of the present invention includes an ESS mode controller 210, an emergency power supply mode controller 220, an operation mode switcher 230, and a switching signal generator 240).

ESS모드 제어기(210)는 전력 상황이 정상인 상황에서의 PCS(100)의 동작 즉, 배터리 충전 모드 또는 배터리 방전 모드의 동작을 위한 제1 제어신호를 출력한다. 구체적으로 ESS모드 제어기(210)는 PCS입력 3상전압 (Va, Vb, Vc)과 컨버터 입력전류(ia, ib, ic), 측정된 배터리 전압(Vbat) 등을 입력으로 하여 측정된 배터리 전압(Vbat)과 배터리전압 지령값(Vbat *)과의 차이(오차)에 대응하는 PWM 제어를 위한 제1 제어신호(S2)를 출력한다.The ESS mode controller 210 outputs a first control signal for operation of the PCS 100 in a normal power state, that is, operation of the battery charging mode or the battery discharge mode. More specifically, input and the like ESS mode controller 210 PCS input three-phase voltage (V a, V b, V c) and the converter input current (i a, i b, i c), the measured battery voltage (V bat) And outputs a first control signal S2 for PWM control corresponding to the difference (error) between the measured battery voltage V bat and the battery voltage command value V bat * .

비상전원공급모드 제어기(220)는 정전 상황에서의 PCS(100)의 동작 즉, 비상전원공급모드의 동작을 위한 제2 제어신호를 출력한다. 구체적으로 비상전원공급모드 제어기(220)는 계통입력 3상 전압(Vga, Vgb, Vgc)과 3상의 각 실효치 전압 지령값(Va-rms *, Vb-rms *, Vc-rms *)과 산출된 3상의 각 실효치 전압(Va - rms, Vb - rms, Vc - rms)을 입력으로 하여 각 상의 실효치 기준전압과 실효치 전압간의 차이(오차)에 대응하는 PWM 제어를 위한 제2 제어신호(S3)를 출력한다.The emergency power supply mode controller 220 outputs a second control signal for operation of the PCS 100 in the power failure state, that is, operation of the emergency power supply mode. Specifically, the emergency power mode controller 220 inputs the three-phase grid voltage (V ga, gb V, V gc) and each of the effective value of the voltage command value on the third (a-V rms *, V b-rms *, V c- rms *) and each of the effective value of voltage (V a on the calculated 3 - rms, V b - rms , V c - the rms) as input to the PWM control corresponding to the difference (error) between each on the effective value of the reference voltage and the effective value of the voltage And outputs the second control signal S3.

운전모드 전환기(230)는 정상 상태인지 정전 상태인지에 따라 제1 제어신호(S2)와 제2 제어신호(S3) 중 하나를 선택적으로 입력하여 스위칭신호 발생기(240)에 해당 제어신호를 제공한다. 즉, 운전모드 전환기(230)는 정전 발생 여부를 감지하며, 정상시 정전용 제어스위치를 온시키고 ESS모드 제어기(210)와 연결되어 제1 제어신호(S2)를 스위칭신호 발생기에 제공하며, 정전 발생시 정전용 제어스위치를 오프시키고 상기 비상전원공급모드 제어기(220)와 연결되어 제2 제어신호(S2)를 상기 스위칭신호 발생기(240)에 제공한다. The operation mode switch 230 selectively inputs one of the first control signal S2 and the second control signal S3 depending on whether the apparatus is in the steady state or the power failure state and provides the control signal to the switching signal generator 240 . That is, the operation mode selector 230 senses whether a power failure has occurred, turns on the normal time control switch, and provides the first control signal S2 to the switching signal generator in connection with the ESS mode controller 210, Off control switch is turned off and connected to the emergency power supply mode controller 220 to provide the second control signal S2 to the switching signal generator 240. [

스위칭신호 발생기(240)는 제1 제어신호(S2) 또는 제2 제어신호(S3)에 대응하는 스위칭신호를 발생하여 AC/DC 양방향 컨버터(150)를 구성하는 복수의 스위칭 소자에 각각 제공한다.The switching signal generator 240 generates a switching signal corresponding to the first control signal S2 or the second control signal S3 and provides the switching signal to the plurality of switching elements constituting the AC / DC bidirectional converter 150, respectively.

이하에서는 도 5를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 PCS 제어장치(200)의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 PCS 제어장치의 내부 구성도이다.Hereinafter, the configuration and operation of the PCS controller 200 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 5 is an internal configuration diagram of a PCS control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, PCS 제어장치(200)의 ESS모드 제어기(210)는 축전지전압 제어기(211), 기준전류 연산기(212), 입력전압 위상검출기(213), 제1 모드선택 스위치(214), 그리고 입력전류 제어기(215)를 포함한다.5, the ESS mode controller 210 of the PCS controller 200 includes a battery voltage controller 211, a reference current calculator 212, an input voltage phase detector 213, a first mode selection switch 214), and an input current controller (215).

축전지전압 제어기(211)는 AC/DC 양방향 컨버터(150)의 DC측 전압을 일정한 직류전압으로 유지시키기 위하여, 배터리전압 지령값(Vbat *)과 검출된 배터리 전압(Vbat)을 감산기를 통해 감산하여 오차값을 검출하고, 검출한 오차값을 PI(비례적분) 적분기를 통해 d축 전류값을 출력하며, 리미터에서 PI 적분기에서 출력된 d축 전류값의 레벨을 최대 d축 전류지령값(Idmax *) 이하로 제한하여 d축 전류지령값(Id *)을 입력전류 제어기(215)로 출력한다. d축 전류지령값(Id *)은 d축 전압지령값이 되기 위해 제어되어야 할 전류 조정치이다. 상기에서 배터리전압 지령값(Vbat *)은 배터리 충전 모드인 경우에는 설정된 배터리 충전 전압이고, 배터리 방전 모드인 경우에는 설정된 배터리 방전 정지 전압이다.The battery voltage controller 211 outputs the battery voltage command value V bat * and the detected battery voltage V bat to a DC voltage of the AC / DC bidirectional converter 150 through a subtractor And outputs the d-axis current value through the PI (proportional integral) integrator. The limiter outputs the level of the d-axis current value output from the PI integrator to the maximum d-axis current command value ( I dmax * ) and outputs the d-axis current command value I d * to the input current controller 215. The d-axis current command value (I d * ) is a current adjustment value to be controlled to become the d-axis voltage command value. In this case, the battery voltage command value V bat * is a battery charge voltage set in the battery charge mode, and a battery discharge stop voltage set in the battery discharge mode.

기준전류 연산기(212)는 전력 지령값(POWER*)과 파워팩터 지령값(PF*)(power factor)을 연산하여 축전지전압 제어기(211)의 리미터에 사용되는 최대 d축 전류지령값(Idmax *)과 입력전류 제어기(215)에 제공하는 q축 전류지령값(Iq *)을 산출한다. 이때 제1 모드선택 스위치(214)는 배터리 충전 모드인 경우에는 기준전류 연산기(212)와의 연결을 차단하고 q축 전류지령값(Iq *)을 0으로 하여 입력전류 제어기(215)에 제공하며, 배터리 방전 모드인 경우에는 기준전류 연산기(212)와 연결하여 기준전류 연산기(212)에서 출력하는 q축 전류지령값(Iq *)을 입력전류 제어기(215)에 전달한다.The reference current calculator 212 calculates the power command value POWER * and the power factor command value PF * to calculate a maximum d-axis current command value I dmax (power factor) used in the limiter of the battery voltage controller 211 * ) And the q-axis current command value Iq * to be provided to the input current controller 215 are calculated. At this time, when the battery charging mode is selected, the first mode selection switch 214 disconnects the reference current calculator 212 and provides the q current command value Iq * to the input current controller 215 And transmits the q-axis current command value Iq * output from the reference current calculator 212 to the input current controller 215 in connection with the reference current calculator 212 when the battery is in the battery discharge mode.

입력전류 제어기(215)는 제1 감산기를 통해 축전지전압 제어기(211)로부터 수신된 d축 전류지령값(Id *)에 대한 d축 전류값(Id)의 오차값을 검출하고, 제2 감산기를 통해 기준전류 연산기(212)로부터 수신된 q축 전류지령값(Iq *)에 대한 q축 전류값(Iq)의 오차값을 검출하며, d축 오차값과 q축 오차값을 각각 PI 제어기를 통해 d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)을 생성하여 출력한다. 여기서 d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)은 도 4에 도시된 제1 제어신호(S2)이다.The input current controller 215 detects an error value of the d-axis current value I d with respect to the d-axis current command value I d * received from the storage battery voltage controller 211 via the first subtracter, The error value of the q-axis current value (I q ) with respect to the q-axis current command value (I q * ) received from the reference current calculator 212 through the subtractor is detected. The d-axis error value and the q- The d-axis voltage command value (V d * ) and the q-axis voltage command value (V q * ) are generated and output through the PI controller. Here, the d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * are the first control signal S2 shown in Fig.

이때 d축 전류값(Id)과 q축 전류값(Iq)은 입력전류 제어기(215)의 2상/3상 위상변환기와 입력전압 위상검출기(213)에 의해 생성된다. 즉, 입력전류 제어기(215)의 2상/3상 위상변환기는 컨버터 입력전류(ia, ib, ic)의 각 위상(3상 위상)을 입력전압 위상검출기(213)에서 제공하는 PCS(100)에 입력된 3상 전압의 위상을 이용하여 d축 및 q축의 2상 위상으로 만들어 출력한다. 여기서 입력전압 위상검출기(213)는 PCS입력 3상전압(Va, Vb, Vc)을 입력으로 하여 PCS입력 3상전압(Va, Vb, Vc)의 위상 변화 및 현재의 위상을 검출하고 검출한 현재 위상을 출력한다.At this time it is generated by the d-axis current value (I d) and the q-axis current value (I q) is a two-phase / three-phase phase converter and the input voltage phase detector (213) of the input current controller 215. That is, the two-phase / three-phase phase shifter of the input current controller 215 is connected to the PCS 100, which provides each phase (three-phase phase) of the converter input currents ia, ib, ic by the input voltage phase detector 213, Phase voltage of the d-axis and the q-axis using the phase of the three-phase voltage inputted to the output terminal. Here, the input voltage phase detector 213 detects the phase change and the current phase of the PCS input three-phase voltages Va, Vb, and Vc using the PCS input three-phase voltages V a , V b , and V c as inputs And outputs the detected current phase.

다음으로, PCS 제어장치(200)의 비상전원공급모드 제어기(220)는 A상 전압제어기(221), B상 전압제어기(222), C상 전압제어기(223), 입력전압 위상검출기(224), 그리고 위상변환기(225)를 포함한다.The emergency power supply mode controller 220 of the PCS controller 200 includes an A phase voltage controller 221, a B phase voltage controller 222, a C phase voltage controller 223, an input voltage phase detector 224, And a phase shifter 225. [

A상 전압제어기(221)는 PCS입력 3상전압(Va, Vb, Vc) 중 a상 전압(Va)의 실효치전압 지령값(Va-rms *)과 산출된 a상 실효치전압(Va - rms)의 오차값을 감산기를 통해 검출하고, 검출한 오차값을 PI 제어기를 통해 전압지령값을 생성하여 출력한 후 전압지령값에 사인(sine) 세타값(θ)을 곱하여 a상의 전압지령값(Va *)을 생성하고 이를 위상변환기(225)에 제공한다. 이때 사인 세타값은 계통으로부터 입력된 입력전압의 위상(θ g)이다. The A phase voltage controller 221 compares the effective value voltage command value (V a-rms * ) of the a- phase voltage (V a ) among the PCS input three-phase voltages (V a , V b , V c ) (V a - rms ) is detected by a subtractor, and a voltage command value is generated and output through the PI controller to the detected error value, and then the voltage command value is multiplied by a sine theta value (θ) And provides it to the phase shifter 225. The voltage command value V a * Where the sine theta value is the phase (θ g ) of the input voltage input from the system.

B상 전압제어기(222)는 PCS입력 3상전압(Va, Vb, Vc) 중 b상 전압(Vb)의 실효치전압 지령값(Vb-rms *)과 산출된 b상 실효치전압(Vb - rms)의 오차값을 감산기를 통해 검출하고, 검출한 오차값을 PI 제어기를 통해 전압지령값을 생성하여 출력한 후 전압지령값에 sine(θ-120o)를 곱하여 b상의 전압지령값(Vb *)을 생성하고 이를 위상변환기(225)에 제공한다.The B phase voltage controller 222 compares the effective value voltage command value V b -rms * of the b phase voltage V b among the PCS input three phase voltages V a , V b , and V c and the calculated b phase effective value voltage (V b - rms ) is detected by a subtractor, and a voltage command value is generated and output through the PI controller to the detected error value, and then the voltage command value is multiplied by sine (θ-120 o ) Generates a command value (V b * ) and provides it to the phase converter (225).

C상 전압제어기(223)는 PCS입력 3상전압(Va, Vb, Vc) 중 c상 전압(Vc)의 실효치전압 지령값(Vc-rms *)과 산출된 c상 실효치전압(Vc - rms)의 오차값을 감산기를 통해 검출하고, 검출한 오차값을 PI 제어기를 통해 전압지령값을 생성하여 출력한 후 전압지령값에 sine(θ-240o)를 곱하여 c상의 전압지령값(Vb *)을 생성하고 이를 위상변환기(225)에 제공한다.C phase voltage controller 223 compares the effective value voltage command value V c-rms * of the c-phase voltage V c among the PCS input three-phase voltages V a , V b and V c and the calculated c- (V c - rms ) is detected by a subtractor, and a voltage command value is generated and output through the PI controller to the detected error value. The voltage command value is multiplied by sine (θ - 240 ° ) Generates a command value (V b * ) and provides it to the phase converter (225).

입력전압 위상검출기(224)는 계통입력 3상전압(Vga, Vgb, Vgc)을 입력으로 하여 계통입력 3상전압의 위상 변화 및 현재 위상을 검출하고 검출한 현재 계통입력 3상전압의 위상(θ g)을 위상변환기(225)에 제공한다.The input voltage phase detector 224 receives the three-phase system input voltages V ga , V gb and V gc and detects the phase change and the current phase of the system input three-phase voltage, And provides the phase [theta] g to the phase converter 225. [

위상변환기(225)는 3상/2상 위상변환기이며, 각 상 전압제어기(221, 222, 223)으로부터 수신되는 a상, b상, c상의 전압지령값(Va *, Vb *, Vc *)을 입력전압 위상검출기(224)로부터 수신되는 계통입력전압의 위상(θ g)을 이용하여 d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)을 만들어 출력한다. 여기서 위상변환기(225)에서 출력하는 d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)은 도 4에 도시된 제2 제어신호(S3)이다.The phase converter 225 is a 3-phase / 2-phase phase shifter and generates voltage command values V a * , V b * , V c *) with the input voltage phase detector using the phase (θ g) of the system input voltage received d-axis voltage command value from the (224) (V d *) and q-axis voltage command value (V q *) to create the output do. The d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * output from the phase converter 225 are the second control signal S3 shown in FIG.

그 다음으로, PCS 제어장치(200)의 운전모드 전환기(230)는 제1 정전검출기(231), 제2 정전검출기(232), 모드전환신호 발생부(233), 그리고 제2 모드선택 스위치(234)를 포함한다.The operation mode switch 230 of the PCS control device 200 is connected to the first electrostatic detector 231, the second electrostatic detector 232, the mode switching signal generator 233 and the second mode selection switch 234).

제1 정전검출기(231)는 배터리 충전 모드시에 동작하여 계통의 정전 여부를 검출하고 검출결과에 대한 신호를 출력하며, 제2 정전검출기(232)는 배터리 방전 모드시에 동작하여 계통의 정전 여부를 검출하고 검출결과에 대한 신호를 출력한다. 여기서 제1 및 제2 정전검출기(231, 232)는 정전 검출시에 1의 값을 나타내는 신호를 출력한다.The first electrostatic detector 231 operates in the battery charging mode to detect the power failure of the system and output a signal indicating the detection result. The second electrostatic detector 232 operates in the battery discharge mode, And outputs a signal for the detection result. Here, the first and second electrostatic detectors 231 and 232 output a signal indicating a value of 1 at the time of detection of the power failure.

제1 및 제2 정전검출기(231, 232)의 출력신호는 OR 게이트에 입력되고, OR 게이트는 입력되는 신호를 논리적으로 OR 연산하여 정전여부를 판별하며 최종적으로 정전 여부를 알리는 신호(S1)를 모드전환 신호조절부(233)와 정전용 제어스위치(SW1)에 제공한다. 예컨대, 제1 및 제2 정전검출기(231, 232) 중 적어도 하나에서 정전을 검출하는 경우에, OR 게이트는 정전을 알리는 신호(S1)를 모드전환 신호조절부(233)와 정전용 제어스위치(SW1)에 제공한다. 여기서 정전용 제어스위치(SW1)는 OR 게이트를 통해 정전을 알리는 신호(S1)를 수신하면 턴 오프하여 계통과 PCS(100)간의 전력 연결을 차단한다.The output signals of the first and second electrostatic detectors 231 and 232 are input to the OR gate. The OR gate logically ORs the input signals to determine whether or not there is a power failure, and finally a signal S1 To the mode switching signal regulator 233 and the control switch SW1. For example, when at least one of the first and second electrostatic detectors 231 and 232 detects a blackout, the OR gate supplies a signal S1 indicating a blackout to a mode switching signal regulating unit 233 and a forward control switch SW1. Here, the stationary control switch SW1 turns off when receiving the signal S1 informing the power failure through the OR gate, thereby interrupting the power connection between the system and the PCS 100. [

모드전환신호 발생부(233)는 정전이 발생되지 않았음을 알리는 신호를 수신하면 제2 모드선택 스위치(234)의 정상스위치 연결을 그대로 유지시켜 ESS모드 제어기(210)에서 제공하는 제1 제어신호(S2) 즉, d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)가 스위칭신호 발생기(240)에 제공되게 한다. 그리고 모드전환신호 발생부(233)는 정전이 발생되었음을 알리는 신호(S1)를 수신하면 제2 모드선택 스위치(234)에서 각 스위치의 단자를 1번단자와 3번단자가 연결되도록 스위치를 절환시켜 비상전원공급모드 제어기(220)에서 제공하는 제2 제어신호(S3) 즉, d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)가 스위칭신호 발생기(240)에 제공되게 한다.The mode switching signal generator 233 maintains the normal switch connection of the second mode selection switch 234 when receiving a signal indicating that no power failure has occurred and outputs a first control signal The d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * are supplied to the switching signal generator 240. Upon receiving the signal S1 indicating that a power failure has occurred, the mode switching signal generator 233 switches the terminals of the respective switches in the second mode selection switch 234 so that the first terminal and the third terminal are connected to each other The d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * provided by the emergency power supply mode controller 220 to the switching signal generator 240 .

스위치 절환시에 모드전환신호 발생부(233)는 정전용 제어스위치(SW1)의 개방속도(t2) 즉, 턴 오프되는 속도와 부하설비측에 제공되는 전류값인 부하전류값을 이용하여 제1 스위치절환 타이밍을 산출하고 산출한 제1 스위치절환 타이밍에 맞춰 제2 모드선택 스위치(234) 내의 스위치를 절환시킨다. 한편 모드전환신호 발생부(233)는 정전 상태에서 정상 상태로 복귀되면 정전용 제어스위치(SW1)의 투입 속도(t1) 즉, 턴 온되는 속도와 부하전류값을 이용하여 제2 스위치절환 타이밍을 산출하고 산출한 제2 스위치절환 타이밍에 맞춰 제2 모드선택 스위치(234) 내의 스위치를 1번단자와 2번단자가 연결되도록 절환한다. 여기서 스위치가 1번단자와 2번단자가 연결됨에 따라 ESS모드 제어기(210)에서 제공하는 d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)이 제2 모드선택 스위치(234)를 통해 스위칭신호 발생기(240)에 제공된다.The mode switching signal generating unit 233 generates a mode switching signal at the time of switch switching by using the opening speed t2 of the forward control switch SW1, that is, the speed at which the switching control signal SW1 is turned off and the load current value, And the switch in the second mode selection switch 234 is switched in accordance with the calculated first switch change timing. On the other hand, when the mode switching signal generating unit 233 returns from the normal state to the normal state, the mode switching signal generating unit 233 uses the closing speed t1 of the forward control switch SW1, that is, the turning on speed and the load current value, The switches in the second mode selection switch 234 are switched so that the first terminal and the second terminal are connected in accordance with the calculated second switch change timing. The d-axis voltage command value (V d * ) and the q-axis voltage command value (V q * ) provided by the ESS mode controller (210) are connected to the second mode selection switch And is provided to the switching signal generator 240 through the switch 234.

제2 모드선택 스위치(234)는 입력전류 제어기(215)의 출력단과 위상변환기(225)의 출력단 중 하나와 스위칭신호 발생기(240)를 선택적으로 연결시키는 스위치로 구성된다. 이때 스위치는 d축 전압지령값(Vd *)을 선택적으로 입력하기 위한 제1 스위치와 q축 전압지령값(Vq *)을 선택적으로 입력하기 위한 제2 스위치로 구성된다.The second mode selection switch 234 includes a switch for selectively connecting the output terminal of the input current controller 215 and the output terminal of the phase shifter 225 to the switching signal generator 240. At this time, the switch is composed of a first switch for selectively inputting the d-axis voltage command value V d * and a second switch for selectively inputting the q-axis voltage command value V q * .

마지막으로, 스위칭신호 발생기(240)는 2상/3상 위상변환기(241), 공간벡터 펄스폭변조기(242), 그리고 데드타임 발생기(243)를 포함한다.Finally, the switching signal generator 240 includes a 2-phase / 3-phase phase shifter 241, a spatial vector pulse width modulator 242, and a dead time generator 243.

2상/3상 위상변환기(241)는 ESS모드 제어기(210) 또는 비상전원공급모드 제어기(220)으로부터 수신되는 d축 전압지령값(Vd *)과 q축 전압지령값(Vq *)을 계통입력 3상전압의 위상(θ g) 또는 PCS입력 3상전압의 위상(θ)을 이용하여 3상의 출력전압(Voa, Vob, Voc)을 생성하여 출력한다. 여기서 2상/3상 위상변환기(241)는 정상 상태시에 계통입력 3상전압의 위상(θ g)을 이용하고, 정전시에는 PCS입력 3상전압의 위상(θ)을 이용한다.The 2-phase / 3-phase phase shifter 241 receives the d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * received from the ESS mode controller 210 or the emergency power supply mode controller 220, Phase output voltage (V oa , V ob , V oc ) using the phase (? G ) of the system input three-phase voltage or the phase (?) Of the PCS input three-phase voltage. Here, the two-phase / three-phase phase shifter 241 uses the phase (? G ) of the system input three-phase voltage in the steady state and uses the phase (?) Of the PCS input three-phase voltage during the power failure.

공간벡터 펄스폭변조기(242)는 3상의 출력전압(Voa, Vob, Voc) 각각에 대응하는 3상의 PWM 신호(PWMa, PWMb, PWMc)를 생성하여 출력한다. 이에 따라 데드타임 발생기(243)는 3상의 PWM 신호(PWMa, PWMb, PWMc)에 대응하는 데드타임(dead time) 즉, AC/DC 양방향 컨버터(150)를 이루는 복수의 스위칭 소자간의 온 시간 간격에 대한 신호를 생성하여 각 스위칭 소자에 제공한다. 도 5에서는 일 예로 AC/DC 양방향 컨버터(150)를 이루는 복수의 스위칭 소자가 6개인 것으로 도시하였다. The spatial vector pulse width modulator 242 generates and outputs three-phase PWM signals PWM a , PWM b , and PWM c corresponding to the three-phase output voltages V oa , V ob , and V oc , respectively. Accordingly, the dead time generator 243 generates a dead time corresponding to the PWM signals PWM a , PWM b and PWM c of three phases, that is, the ON time between the plurality of switching elements constituting the AC / DC bidirectional converter 150 A signal for a time interval is generated and provided to each switching element. In FIG. 5, for example, the number of switching elements constituting the AC / DC bidirectional converter 150 is six.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100: PCS(전력조절장치) 110 : PCS전원 차단부
120 : 입력 변압부 130 : LC 필터부
140 : 입력전류센서 150 : AC/DC 양방향 컨버터
160 : 배터리전류센서 200 : PCS 제어장치
210 : ESS모드 제어기 211 : 축전지전압 제어기
212 : 기준전류 연산기 213 : 입력전압 위상검출기
214 : 제1 모드선택 스위치 215 : 입력전류 제어기
220 : 비상전원공급모드 제어기 221 : A상 전압제어기
222 : B상 전압제어기 223 : C상 전압제어기
224 : 입력전압 위상검출기 225 : 3상/2상 위상 변환기
230 : 운전모드 전환기 231 : 제1 정전검출기
232 : 제2 정전검출기 233 : 모드전환신호 발생부
234 : 제2 모드선택 스위치 240 : 스위칭신호 발생기
241 : 2상/3상 위상 변환기 242 : 공간벡터 펄스폭변조기
243: 데드타임 발생기100: PCS (power control unit) 110: PCS power cutoff unit
120: input transformer 130: LC filter unit
140: Input current sensor 150: AC / DC bidirectional converter
160: Battery current sensor 200: PCS control device
210: ESS mode controller 211: battery voltage controller
212: reference current calculator 213: input voltage phase detector
214: first mode selection switch 215: input current controller
220: Emergency power supply mode controller 221: A phase voltage controller
222: B-phase voltage controller 223: C-phase voltage controller
224: input voltage phase detector 225: 3-phase / 2-phase phase shifter
230: operation mode switching unit 231: first electrostatic detector
232: second electrostatic detector 233: mode switching signal generator
234: second mode selection switch 240: switching signal generator
241: Two-phase / three-phase phase shifter 242: Spatial vector pulse width modulator
243: Dead Time Generator

Claims (6)

계통과 부하설비간에 연결된 제1 전력라인 상에서 일단이 상기 계통에 커플링되고 타단이 상기 부하설비에 커플링되도록 설치된 제어스위치와 상기 제어스위치와 배터리 간에 연결된 제2 전력라인 상에 설치된 AC/DC 양방향 컨버터를 가지며, 상기 제어스위치가 온 상태에서 ESS 모드를 설정하여 상기 계통으로부터 입력되는 입력전원으로 상기 제2 전력라인을 통해 상기 배터리를 충전하는 DC 전압원으로 동작하거나, 상기 입력전원과 함께 상기 배터리의 전원을 상기 부하설비에 제공하는 AC 전류원으로 동작하며, 상기 제어스위치가 오프 상태에서 비상전원공급모드를 설정하여 상기 배터리의 전원을 상기 부하설비에 제공하는 AC 전압원으로 동작하는 PCS(Power Conditioning System); 및
상기 계통의 전원 상태가 정상시에 상기 제어스위치를 온 상태가 되도록 제어함과 동시에 상기 배터리의 전압, 상기 제2 전력라인에 입력되는 입력전압, 및 상기 AC/DC 양방향 컨버터의 입력전류를 이용하여 생성한 제1 펄스폭변조신호를 상기 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하여 상기 PCS를 상기 DC 전압원 또는 상기 AC 전류원으로 동작시키며, 정전 시에 상기 제어스위치를 오프 상태가 되도록 제어함과 동시에 상기 계통으로부터 입력되는 상용전압, 설정된 3상 각각의 실효치 전압 지령값, 및 산출된 3상 각각의 실효치 전압을 이용하여 생성한 제2 펄스폭변조신호를 상기 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하여 상기 PCS를 상기 AC 전압원으로 동작시키는 PCS 제어장치;를 포함하고,
상기 PCS 제어장치는,
상기 배터리의 전압, 상기 입력전압, 및 상기 입력전류를 입력으로 하여 설정된 배터리전압 지령값과 상기 배터리의 전압간의 오차값을 검출하고 상기 오차값에 대응하는 제1 제어신호를 출력하는 ESS모드 제어기;
상기 상용전압, 상기 3상 각각의 실효치 전압 지령값, 및 상기 3상 각각의 실효치 전압을 입력으로 하여 상기 각 상의 실효치 전압 지령값과 상기 실효치 전압의 오차값을 검출하고 각 상의 오차값에 대응하는 제2 제어신호를 출력하는 비상전원공급모드 제어기;
상기 제1 제어신호가 입력되면 상기 제1 제어신호에 대응하는 상기 제1 펄스폭변조신호를 생성하여 상기 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하고, 상기 제2 제어신호가 입력되면 상기 제2 제어신호에 대응하는 상기 제2 펄스폭변조신호를 생성하여 AC/DC 양방향 컨버터로 출력하는 스위칭신호 발생기; 및
정전 발생 여부를 감지하여 상기 제어스위치를 온 또는 오프시키는 정전 여부를 알리는 신호를 상기 제어스위치로 출력하여, 정상시 상기 제어스위치를 온시키고 상기 ESS모드 제어기와 연결되어 상기 제1 제어신호를 상기 스위칭신호 발생기에 제공하며, 정전 발생시 상기 제어스위치를 오프시키고 상기 비상전원공급모드 제어기와 연결되어 상기 제2 제어신호를 상기 스위칭신호 발생기에 제공하는 운전모드 전환기;를 포함하고,
상기 운전모드 전환기는,
ESS 모드 중 배터리 충전 모드 시에 동작하여 PCS입력 3상 전압을 입력받아 계통의 정전 여부를 검출하고 검출결과에 대한 신호를 출력하는 제1 정전검출기;
ESS 모드 중 배터리 방전 모드 시에 동작하여 PCS입력 3상 전압을 입력받아 계통의 정전 여부를 검출하고 검출결과에 대한 신호를 출력하는 제2 정전검출기;
상기 제1 및 제2정전검출기의 출력을 논리합하여 상기 정전 여부를 알리는 신호를 출력하는 OR 게이트;
상기 ESS모드 제어기의 출력단과 비상전원공급모드 제어기의 출력단 중 하나와 상기 스위칭신호 발생기를 선택적으로 연결시키는 모드선택 스위치; 및
상기 OR 게이트의 출력에 따라 정전 발생 여부를 파악하며 정전 미발생시 상기 모드선택 스위치를 제어하여 상기 ESS모드 제어기의 출력단과 상기 스위칭신호 발생기를 연결시키고, 정전 발생시 상기 모드선택 스위치를 제어하여 상기 비상전원공급모드 제어기의 출력단과 상기 스위칭신호 발생기를 연결시키는 모드전환신호 발생부;를 포함하고,
상기 스위칭신호 발생기는,
상기 ESS모드 제어기 또는 상기 비상전원공급모드 제어기로부터 수신되는 d축 전압 지령값과 q축 전압 지령값을 계통입력 3상전압의 위상 또는 PCS입력 3상전압의 위상을 이용하여 3상의 출력전압을 생성하여 출력하는 2상/3상 위상변환기;
상기 3상의 출력전압 각각에 대응하는 3상의 PWM 신호를 생성하여 출력하는 공간벡터 펄스폭변조기; 및
상기 3상의 PWM 신호에 대응하여 AC/DC 양방향 컨버터를 이루는 6개의 스위칭 소자간의 온 시간 간격에 대한 신호를 생성하여 각 스위칭 소자에 제공하는 데드타임 발생기;를 포함하고,
상기 운전모드 전환기는 상기 제어스위치가 턴 오프되는 시점에 동기하여 상기 비상전원공급모드 제어기와 연결되어 상기 제2 제어신호를 입력으로 하고, 상기 제어스위치가 턴 온되는 시점에 동기하여 상기 ESS모드 제어기와 연결되어 상기 제1 제어신호를 입력으로 하며,
상기 모드전환신호 발생부는 정전 발생시 상기 제어스위치의 개방속도와 부하전류값을 이용하여 상기 제어스위치의 턴 오프 시점을 파악하고, 정전 발생 후 정상으로 복귀시에 상기 제어스위치의 투입속도와 상기 부하전류값을 이용하여 상기 제어스위치의 턴 온 시점을 파악하는 것을 특징으로 하는 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템.A control switch having one end coupled to the system and the other end coupled to the load facility on a first power line connected between the system and the load facility, and an AC / DC bidirectional And a DC voltage source for charging the battery through the second power line to an input power source input from the system by setting the ESS mode when the control switch is on, A PCS (Power Conditioning System) operating as an AC current source for supplying power to the load facility, and operating as an AC voltage source for setting the emergency power supply mode in the off state and providing the power of the battery to the load facility, ; And
And controlling the control switch to be in an ON state when the power supply state of the system is normal and using an input voltage to be input to the second power line and an input current of the AC / DC bidirectional converter And outputs the generated first pulse width modulation signal to the AC / DC bidirectional converter to operate the PCS as the DC voltage source or the AC current source, and controls the control switch to be in an off state during a power failure, The AC / DC bidirectional converter outputs a second pulse width modulation signal generated using the input commercial voltage, the effective value voltage command value of each of the set three phases, and the calculated effective value voltage of each of the three phases, And a PCS control device operating as a voltage source,
The PCS control device includes:
An ESS mode controller for detecting an error value between a battery voltage command value and a battery voltage set by inputting the voltage of the battery, the input voltage, and the input current, and outputting a first control signal corresponding to the error value;
An effective value voltage command value of each of the three phases and an effective value voltage value of each of the three phases are input as inputs of the commercial voltage, the effective value voltage command value of each of the three phases, and the effective value voltage of each of the three phases, An emergency power supply mode controller for outputting a second control signal;
And outputs the generated first pulse width modulated signal to the AC / DC bidirectional converter when the first control signal is input, and outputs the generated first pulse width modulated signal to the AC / DC bidirectional converter when the first control signal is input, A switching signal generator for generating and outputting the corresponding second pulse width modulated signal to an AC / DC bidirectional converter; And
And a controller for controlling the ESS mode controller to output the first control signal to the switching control unit when the control signal is normal, And an operation mode switch for providing the second control signal to the switching signal generator in response to the emergency power supply mode controller,
Wherein the operation mode selector comprises:
A first electrostatic detector which operates during a battery charging mode during the ESS mode to receive a PCS input three-phase voltage and detect a power failure of the system and output a signal regarding a detection result;
A second electrostatic detector that operates during a battery discharge mode during the ESS mode to receive a PCS input three-phase voltage and detect a power failure of the system and output a signal regarding a detection result;
An OR gate for performing a logical sum of the outputs of the first and second electrostatic detectors and outputting a signal indicating the power interruption;
A mode selection switch for selectively connecting the output terminal of the ESS mode controller and the output terminal of the emergency power supply mode controller to the switching signal generator; And
The mode selection switch is connected to the output terminal of the ESS mode controller and the switching signal generator when the electrostatic failure occurs, And a mode switching signal generator for connecting the output terminal of the supply mode controller and the switching signal generator,
Wherein the switching signal generator comprises:
The three-phase output voltage is generated using the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value received from the ESS mode controller or the emergency power supply mode controller using the phase of the system input three-phase voltage or the phase of the PCS input three-phase voltage Phase / three-phase phase shifter for outputting the phase difference;
A spatial vector pulse width modulator for generating and outputting a three-phase PWM signal corresponding to each of the three-phase output voltages; And
And a dead time generator for generating signals for on-time intervals between the six switching devices constituting the AC / DC bidirectional converter corresponding to the PWM signals of the three phases and providing the signals to the respective switching devices,
Wherein the operation mode switch is connected to the emergency power supply mode controller in synchronization with a time point at which the control switch is turned off so as to input the second control signal to the ESS mode controller in synchronization with a time point at which the control switch is turned on, And receives the first control signal as an input,
Wherein the mode switching signal generator detects the turn-off time of the control switch by using the open speed and the load current value of the control switch when a power failure occurs, Value of the control switch to determine the turn-on point of the control switch. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 모드전환신호 발생부는 정전 발생 여부에 따라 상기 제어스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템.The method of claim 1,
Wherein the mode switching signal generator controls the turn-on or turn-off operation of the control switch depending on whether a power failure has occurred.
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