KR101800953B1

KR101800953B1 - 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법

Info

Publication number: KR101800953B1
Application number: KR1020160006094A
Authority: KR
Inventors: 김주훈; 김광식
Original assignee: 주식회사 포스코아이씨티
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2017-11-24
Also published as: KR20170080383A

Abstract

본 발명은 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 형태에 따른 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템은, 전력 계통으로부터의 전기 에너지를 저장하는 배터리; 상기 전력 계통으로부터 전력 및 주파수를 계측하여 상기 배터리의 충방전을 제어하는 전력 관리 장치; 및 상기 전력 관리 장치의 제어 하에, 상기 전력 계통의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 전력 계통으로 방전하는 전력 변환 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 장치는 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 주파수를 계측하여 상기 전력 변환 장치를 위한 제어정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법 {Energy storage system and method for controlling power frequency}

본 발명은 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 계통에 대해 고속으로 주파수 계측을 수행하여 전력 계통의 주파수 변화에 신속하게 대응할 수 있는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법에 관한 것이다.

정보통신 기술(ICT; Information Communication Technology)의 발달과 함께 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망인 스마트 그리드(Smart Grid) 기술이 개발되었다.

그리고, 최근에는 화석 에너지의 고갈문제와 환경문제를 해결하기 위하여 태양광, 풍력 등과 같은 신재생 에너지원에 대한 관심이 더욱 높아지고 있으며, 이러한 신재생 에너지원의 간헐적인 출력 특성을 안정화시키고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위하여 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)의 중요성이 증대되고 있다.

에너지 저장 시스템(ESS)은 평소에는 전기를 ESS의 배터리(Battery)에 저장 했다가 필요할 때 꺼내 사용할 수 있도록 해주는 시스템을 말한다. 이러한 에너지 저장 시스템은 전력 계통의 전력 및 주파수를 측정하고 이에 기초하여 배터리의 충방전을 제어하는데, 특히 전력 주파수 조정용 에너지 저장 시스템에서는 전력 계통의 주파수 변화에 신속하게 대응하여 전력 계통에 대한 충방전을 수행하는 응동 속도가 중요하다.

이와 관련하여, 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템에서는 1상 모델만 사용하였는데, 이는 매 한 주기의 파형으로 주파수를 구하기 때문에 60Hz의 1주기인 16.67ms마다 측정이 가능하다. 따라서, 종래 기술의 경우 16.67ms보다 빠른 주기의 업데이트는 불가능하고, 만약 통신 오류 등의 원인으로 한 주기의 데이터 전송에 실패하는 경우 주파수 업데이트에 30ms 이상의 긴 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

그러므로, 계측 데이터 변화에 따른 에너지 저장 시스템의 응동 시간에 제한이 있는 경우, 계측에 시간을 많이 빼앗기게 되면 연산ㆍ제어 및 통신에 충분한 시간을 할애하기 어려워지기 때문에 성능 향상에 더 많은 비용이 필요하게 된다. 또한, 긴 계측시간으로 인해 제어 주기가 길어지게 되는 경우, 주파수 변화에 대응하기 위하여 상대적으로 더 많은 전력 조정이 필요해질 수 있기 때문에 전력 변환 장치(PCS; Power Conditioning System)의 용량이 커지고 구축 및 운영 비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 종래기술의 경우 주파수 측정을 위해 FFT(Fast Fourier Transform)를 주로 사용하는데, 이는 실시간으로 많은 수의 복소수 곱셈이 수행되어야 하기 때문에 많은 연산량으로 인해 처리 시간이 길고 또한 고가의 DSP(Digital Signal Processor)를 사용해야 한다. 이 경우, 전력 계통 주파수는 60Hz 내외임에도 불구하고, 불필요한 타 주파수 성분까지 얻어내기 위하여 하드웨어(Hardware) 비용과 소프트웨어(Software) 복잡성까지 증가하게 되는데, 그러므로 전력 계통 주파수를 목적에 맞게 간단하고 저 비용으로 계측할 수 있는 방안이 또한 요구된다.

한국 등록특허 제10-1477648호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 전력 계통의 주파수 계측을 신속하게 수행하여 응동 시간을 줄일 수 있는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 60Hz 내외의 전력 계통 주파수를 목적에 맞게 간단하고 저 비용으로 계측할 수 있는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템 및 전력 주파수 조정 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템은, 전력 계통으로부터의 전기 에너지를 저장하는 배터리; 상기 전력 계통으로부터 전력 및 주파수를 계측하여 상기 배터리의 충방전을 제어하는 전력 관리 장치; 및 상기 전력 관리 장치의 제어 하에, 상기 전력 계통의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 전력 계통으로 방전하는 전력 변환 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 장치는 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 주파수를 계측하여 상기 전력 변환 장치를 위한 제어정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 일 형태에 따른 전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치는, 전력 계통의 전력을 계측하는 전력 계측 모듈; 상기 전력 계통의 주파수를 계측하는 주파수 계측 모듈; 및 상기 전력 계측 모듈에서 계측된 전력 및 상기 주파수 계측 모듈에서 계측된 주파수에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수 조정을 위한 제어정보를 생성하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 주파수 계측 모듈은 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 각각의 주기를 산출하고 상기 산출된 각각의 주기를 평균하여 상기 전력 계통의 주파수를 계측하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 주파수 계측 모듈은, 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 저주파 대역만을 통과시켜 노이즈를 제거하는 제1 내지 제3 LPF(Law Pass Filter); 상기 제1 내지 제3 LPF에서 출력된 사인파를 각각 구형파로 변환하는 제1 내지 제3 슈미트 트리거(Schmitt trigger); 상기 제1 내지 제3 슈미트 트리거에서 출력된 구형파의 엣지(edge)를 각각 검출하여 펄스(Pulse)신호를 생성하는 제1 내지 제3 엣지 디텍터(edge detector); 상기 제1 내지 제3 엣지 디텍터에서 펄스신호 발생 시 카운트값을 각각 출력하는 제1 내지 제3 타이머(Timer); 및 상기 제1 내지 제3 타이머에서 각각 출력된 제1 내지 제3 카운트값에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수를 산출하는 주파수 산출부를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 형태에 따른 전력 주파수 조정 방법은, 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상에 대해 주기를 산출하는 단계; 상기 산출된 제1 내지 제3 위상의 주기를 평균하여 평균주기를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 평균주기에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 위상에 대해 주기를 산출하는 단계는, 상기 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 저주파 대역만을 통과시켜 노이즈를 제거하는 과정; 상기 노이즈가 제거된 사인파를 각각 구형파로 변환하는 과정; 상기 변환된 구형파의 엣지(edge)를 각각 검출하여 펄스(Pulse)신호를 생성하는 과정; 상기 펄스신호의 생성에 각각 상응하여 제1 내지 제3 카운트값을 출력하는 과정; 및 상기 제1 내지 제3 카운트값에 기초하여 상기 제1 내지 제3 위상의 주기를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평균주기를 산출하는 단계는, 상기 제1 내지 제3 위상에 대해 결상을 판단하는 과정; 및 상기 제1 내지 제3 위상 중 적어도 하나의 위상이 결상으로 판단되면 해당 위상을 제외하고 상기 평균주기를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 고속으로 주파수 계측을 수행함으로써 응동 속도를 높일 수 있으며, 이에 따라 상대적으로 적은 전력 조정이 필요하기 때문에 전력 변환 장치(PCS; Power Conditioning System)의 용량을 줄이고 구축 및 운영 비용이 절감할 수 있는 효과를 가진다.

그리고, 본 발명에 따르면, 고가의 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하지 않고 60Hz 내외의 전력 계통 주파수를 목적에 맞게 간단하고 저 비용으로 계측할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 2는 에너지 저장 시스템에서의 응동 시간을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 주파수 계측 방식을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 위한 주파수 계측 모듈의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 계측 모듈에서 결상 체크를 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 계측 모듈에서 평균주기를 산출하는 과정을 나타낸 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.

먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)(10)은 배터리(Battery)(100), 전력 변환 장치(PCS; Power Conditioning System)(200), 전력 관리 장치(PMS; Power Management System)(300)를 포함한다.

배터리(100)는 전력 계통(20)으로부터의 전기 에너지를 저장하는 장치이다. 전력 계통(20)의 전력은 교류 전원이고 통상 배터리(100)는 직류 전원으로 저장하는데, 이를 위해 교류 전원과 직류 전원 사이의 변환을 수행하는 장치가 필요하다.

전력 변환 장치(200)는, 전력 관리 장치(300)의 제어 하에, 전력 계통(20)의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리(100)를 충전하거나 배터리(100)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전력 계통(20)으로 방전한다.

그리고, 전력 관리 장치(300)는 수요자의 사용 패턴에 따라 전력을 저장할 시점과 공급할 시점을 판단하여 전력 변환 장치(200)를 제어함으로써 전력 계통에 대한 입출력(즉, 배터리의 충방전)을 제어한다. 특히, 에너지 저장 시스템(10)이 주파수 조정용으로 사용될 경우, 전력 관리 장치(300)는 전력 계통(20)의 주파수를 계측하여 전력 계통(20)에 대한 입출력을 제어함으로써 전력 계통(20)의 주파수를 조절한다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(300)는 전력 계통의 전력을 계측하는 계측 모듈(310), 전력 계통의 주파수를 계측하는 주파수 계측 모듈(320), 상기 계측된 전력 계통의 전력 및 주파수에 기초하여 연산을 수행하여 전력 변환 장치(200)를 제어하기 위한 제어정보를 생성하는 제어 모듈(330), 상기 생성된 제어정보를 전력 변환 장치(200)로 전송하는 통신 모듈(340) 등을 포함한다.

이와 관련하여, 도 2는 에너지 저장 시스템에서의 응동 시간을 설명하는 도면이다.

에너지 저장 시스템에서 응동 시간(또는 응동 속도)은 전력 계통의 주파수를 계측하여 전력 계통으로 충방전을 수행하는데 소요되는 시간을 의미한다. 구체적으로, 응동 시간(또는 응동 속도)은 전력 관리 장치(300)의 주파수 계측 모듈(320)이 전력 계통(20)의 전압을 센싱하여 주파수를 계측하는 시간, 전력 관리 장치(300)의 제어 모듈(330)이 상기 측정된 주파수에 기초하여 연산과 제어를 수행하고 또한 수행 도중 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위하여 이중화 시스템으로 절체되는 시간, 전력 관리 장치(300)의 통신 모듈(340)이 제어 모듈(330)에서 생성된 제어값(제어정보)를 전력 변환 장치(200)로 전송하는 시간, 그리고 전력 변환 장치(200)가 제어값(제어정보)에 기초하여 전력 계통(20)으로 충방전을 수행하는 시간을 포함한다.

그러므로, 신속하고 정밀한 주파수 계측은 응동 속도를 높여 전력 계통의 주파수 변화에 빠르게 대응할 수 있으며, 이에 따라 상대적으로 더 많은 전력 조정이 필요하기 전에 대응이 가능하여 전력 변환 장치(PCS)의 용량을 줄일 수 있고 구축 및 운영 비용을 절감할 수 있어 매우 중요하다.

이에, 본 발명에서는 고가의 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하지 않고 비교적 간단한 하드웨어 구성으로 신속하고 정밀하게 전력 계통의 주파수를 계측하는 새로운 방식을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(구체적으로는, 전력 관리 장치)에서의 주파수 계측 방식을 설명하는 도면이다.

본 발명에서는, 전력 계통의 단상(1상)에 대해 주파수 계측을 수행할 경우(종래기술) 16.67ms(60Hz의 1주기)보다 더 빠르게 계측할 수 없는 단점을 보완하기 위하여, 전력 계통의 3상을 모두 사용하여 주파수 계측을 수행한다. 그러므로, 5.56ms(60Hz의 1/3주기)마다 측정 결과를 얻을 수 있으며 이에 따라 신속한 주파수 계측이 가능하다.

구체적으로, 처음 1주기(60Hz, 16.67ms)가 끝나는 시점에서 제1 위상(예, 0˚)을 갖는 1주기 제1 파형(Waveform A1)을 분석하여 제1 계측 결과(Analysis A1)를 생성하고, 그로부터 1/3주기 후 제2 위상(예, 120˚)을 갖는 1주기 제2 파형(Waveform B1)을 분석하여 제2 계측 결과(Analysis B1)를 생성하며, 또한 그로부터 1/3주기 후 제3 위상(예, 240˚)을 갖는 1주기 제3 파형(Waveform C1)을 분석하여 제3 계측 결과(Analysis C1)를 생성한다. 그리고, 마찬가지로, 그로부터 1/3주기 후 다시 제1 위상을 갖는 2주기 제1 파형(Waveform A2)을 분석하여 제4 계측 결과(Analysis A2)를 생성하고, 그로부터 1/3주기 후 제2 위상을 갖는 2주기 제2 파형(Waveform B2)을 분석하여 제5 계측 결과(Analysis B2)를 생성하며, 그로부터 1/3주기 후 제3 위상을 갖는 2주기 제3 파형(Waveform C2)을 분석하여 제5 계측 결과(Analysis C2)를 생성하고, 이와 같은 과정은 반복된다.

이와 관련하여, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 위한 주파수 계측 모듈의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 주파수 계측 모듈(320)은 LPF(Law Pass Filter)(321), 슈미트 트리거(Schmitt trigger)(322), 엣지 디텍터(edge detector)(323), 타이머(Timer)(324), 주파수 산출부(325) 등을 포함한다.

LPF(321)는 입력되는 교류 전압에 대해 저주파 대역만을 통과시켜 노이즈(Noise)를 제거한다. 그리고, 슈미트 트리거(322)는 LPF(321)를 통과한 사인파를 구형파로 변환한다. 엣지 디텍터(323)는 슈미트 트리거(322)에서 출력되는 구형파의 엣지(edge)를 검출하여 펄스(Pulse)신호를 생성하고, 타이머(324)는 엣지 디텍터(323)에서 펄스신호 발생 시 타이머 인터럽트(timer interrupt)를 발생시켜 주파수 산출부(325)로 카운트값을 출력한다. 그리고, 주파수 산출부(325)는 타이머(324)로부터 입력되는 카운트값에 기초하여 전력 계통의 주파수를 산출한다.

본 발명에 따른 주파수 계측 모듈(320)은 전술한 구성에 의해 복잡한 연산을 수행하지 않기 때문에 3상 각각의 주기가 끝나는 즉시 주기(카운트값)를 얻을 수 있고 그 역수를 산출하여 주파수를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서는 3상 입력을 사용하기 때문에 결상이 발생하는 경우에도 입력되는 다른 상을 사용하여 주파수를 측정할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 계측 모듈(320)은 전력 계통 3상 전원에 대해 결상 체크를 수행하고, 만약 결상 발생시 이를 배제하여 주파수를 산출한다.

이와 관련하여, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 계측 모듈(구체적으로는, 주파수 산출부)에서 결상 체크를 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명에서는 각 상의 결상 체크를 위해 제1, 제2, 제3 결상카운터를 구비한다. 각 결상카운터의 각 결상카운트값은 소정 시간(예, 5ms)마다 1씩 증가되며, 각 상의 한 주기가 시작되는 순간(이전 한 주기가 끝나는 순간) 해당 결상카운터를 0으로 리셋(reset)한다. 그리고, 만약 일정 시간(예, 30ms)동안 임의의 결상카운터가 리셋되지 않고 결상카운트값이 계속 증가하여 기 설정된 한계설정값에 도달하면, 이를 결상으로 판단하고 주파수 산출시 배제한다.

이를 상술하면, 소정 시간(예, 5ms)마다 도 6의 프로세스가 시작(실행)되고, 단계 S510에서, 모든 결상카운트값(제1 결상카운트값, 제2 결상카운트값, 제3 결상카운트값)가 1씩 증가한다.

단계 S520에서, 제1 결상카운트값과 한계설정값(예, 6)을 비교하고, 만약 제1 결상카운트값이 한계설정값보다 크지 않은 경우에는 단계 S524로 진행되어 에러 없음으로 에러코드를 설정한다. 그러나, 만약 제1 결상카운트값이 한계설정값보다 큰 경우에는 단계 S522로 진행되어 제1 결상카운트값을 한계설정값으로 설정한 후, 단계 S526으로 진행되어 에러 있음으로 에러코드를 설정한다.

그리고, 단계 S530에서, 제2 결상카운트값과 한계설정값(예, 6)을 비교하고, 만약 제2 결상카운트값이 한계설정값보다 크지 않은 경우에는 단계 S534로 진행되어 에러 없음으로 에러코드를 설정한다. 그러나, 만약 제2 결상카운트값이 한계설정값보다 큰 경우에는 단계 S532로 진행되어 제2 결상카운트값을 한계설정값으로 설정한 후, 단계 S536으로 진행되어 에러 있음으로 에러코드를 설정한다.

마찬가지로, 단계 S540에서, 제3 결상카운트값과 한계설정값(예, 6)을 비교하고, 만약 제3 결상카운트값이 한계설정값보다 크지 않은 경우에는 단계 S544로 진행되어 에러 없음으로 에러코드를 설정한다. 그러나, 만약 제3 결상카운트값이 한계설정값보다 큰 경우에는 단계 S542로 진행되어 제3 결상카운트값을 한계설정값으로 설정한 후, 단계 S546으로 진행되어 에러 있음으로 에러코드를 설정한다.

참고로, 하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에러코드 비트 구성을 예시한 것이고, 하기 표 2는 에러코드 값을 나타낸 것이다.

[표 1] 에러코드 비트 구성

[표 2] 에러코드 값

한편, 전술한 바와 같이 결상 체크가 이루어지면, 주파수 계측 모듈(구체적으로는, 주파수 산출부)은 결상이 있는 상은 제외하여 평균주기를 구하고 이에 기초하여 주파수를 산출한다.

이와 관련하여, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 계측 모듈(구체적으로는, 주파수 산출부)에서 평균주기를 산출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

이를 상술하면, 단계 S610에서, 결상 없음(에러코드=0)으로 판단되는 경우, 단계 S615로 진행되어, 제1, 제2, 제3 위상 주기를 평균하여 평균주기를 산출한다.

단계 S620에서, 제1 위상 결상(에러코드=1)으로 판단되는 경우, 단계 S625로 진행되어, 제2 및 제3 위상 주기를 평균하여 평균주기를 산출한다.

단계 S630에서, 제2 위상 결상(에러코드=2)으로 판단되는 경우, 단계 S635로 진행되어, 제1 및 제3 위상 주기를 평균하여 평균주기를 산출한다.

단계 S640에서, 제3 위상 결상(에러코드=4)으로 판단되는 경우, 단계 S645로 진행되어, 제1 및 제2 위상 주기를 평균하여 평균주기를 산출한다.

단계 S650에서, 제1 및 제2 위상 결상(에러코드=3)으로 판단되는 경우, 단계 S655로 진행되어, 제3 위상 주기를 평균주기로 산출한다.

단계 S660에서, 제2 및 제3 위상 결상(에러코드=6)으로 판단되는 경우, 단계 S665로 진행되어, 제1 위상 주기를 평균주기로 산출한다.

단계 S670에서, 제1 및 제3 위상 결상(에러코드=5)으로 판단되는 경우, 단계 S675로 진행되어, 제2 위상 주기를 평균주기로 산출한다.

단계 S680에서, 3상 모두 결상(에러코드=7)으로 판단되는 경우, 단계 S685로 진행되어, 평균주기를 변화 없이 이전 평균주기를 사용한다.

한편, 전술한 바와 같이 평균주기가 산출되면, 주파수 계측 모듈(320)은 이에 기초하여 주파수를 산출한다. 그리고, 제어 모듈(330)은 주파수 계측 모듈(320)에서 산출된 주파수와 전력 계측 모듈(310)에서 산출된 전력에 기초하여 전력 변환 장치(200)를 제어하기 위한 제어값을 생성하고 통신 모듈(340)을 통해 전력 변환 장치(200)로 전송한다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 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.

Claims

전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템으로서,
전기 에너지를 저장하는 배터리;
전력 계통의 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리에 저장된 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 전력 계통으로 방전하는 전력 변환 장치; 및
상기 전력 계통으로부터 전력 및 주파수를 계측하여 상기 전력 변환 장치를 제어하는 전력 관리 장치를 포함하고,
상기 전력 관리 장치는 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 제1 위상을 갖는 제1 파형의 한 주기를 분석하여 제1 위상에 대한 주파수를 계측하고 제2 위상을 갖는 제2 파형의 한 주기를 분석하여 제2 위상에 대한 주파수를 계측하며 제3 위상을 갖는 제3 파형의 한 주기를 분석하여 제3 위상에 대한 주파수를 계측하는 방식으로 각 상별로 순차적으로 주파수를 계측하고, 각 상에 대한 주파수가 개별적으로 계측되면 상기 각 상에 대해 계측된 주파수와 상기 전력 계통으로부터 계측된 전력에 기초하여 상기 전력 변환 장치를 위한 제어정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 관리 장치는
상기 전력 계통의 전력을 계측하는 전력 계측 모듈;
상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 각각의 주기를 산출하고 상기 산출된 각각의 주기에 기초하여 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 각각 주파수를 계측하는 주파수 계측 모듈; 및
상기 전력 계측 모듈에서 계측된 전력 및 상기 주파수 계측 모듈에서 계측된 주파수에 기초하여 상기 전력 변환 장치를 위한 제어정보를 생성하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템.
제2항에 있어서,
상기 주파수 계측 모듈은 상기 전력 계통의 교류 전원의 각 위상에 대해 저주파 대역만을 통과시켜 노이즈를 제거하는 LPF(Law Pass Filter), 상기 LPF에서 출력된 사인파를 구형파로 변환하는 슈미트 트리거(Schmitt trigger), 상기 슈미트 트리거에서 출력된 구형파의 엣지(edge)를 검출하여 펄스(Pulse)신호를 생성하는 엣지 디텍터(edge detector), 상기 엣지 디텍터에서 펄스신호 발생 시 카운트값을 출력하는 타이머(Timer), 및 상기 타이머의 카운트값에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수를 산출하는 주파수 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 관리 장치는 상기 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상에 대해 결상을 체크하고, 상기 제1 내지 제3 위상 중 적어도 하나의 위상이 결상으로 판단되면 해당 위상을 제외하고 상기 전력 계통의 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 에너지 저장 시스템.
전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치로서,
전력 계통의 전력을 계측하는 전력 계측 모듈;
상기 전력 계통의 주파수를 계측하는 주파수 계측 모듈; 및
상기 전력 계측 모듈에서 계측된 전력 및 상기 주파수 계측 모듈에서 계측된 주파수에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수 조정을 위한 제어정보를 생성하는 제어 모듈을 포함하고,
상기 주파수 계측 모듈은 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 제1 위상을 갖는 제1 파형의 한 주기를 분석하여 제1 위상에 대한 주파수를 계측하고 제2 위상을 갖는 제2 파형의 한 주기를 분석하여 제2 위상에 대한 주파수를 계측하며 제3 위상을 갖는 제3 파형의 한 주기를 분석하여 제3 위상에 대한 주파수를 계측하는 방식으로 각 상별로 순차적으로 주파수를 계측하고, 상기 제어 모듈은 상기 주파수 계측 모듈에서 각 상에 대한 주파수가 개별적으로 계측되면 상기 각 상에 대해 계측된 주파수와 상기 전력 계측 모듈에서 계측된 전력에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수 조정을 위한 제어정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치.
제5항에 있어서,
상기 주파수 계측 모듈은,
상기 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 저주파 대역만을 통과시켜 노이즈를 제거하는 제1 내지 제3 LPF(Law Pass Filter);
상기 제1 내지 제3 LPF에서 출력된 사인파를 각각 구형파로 변환하는 제1 내지 제3 슈미트 트리거(Schmitt trigger);
상기 제1 내지 제3 슈미트 트리거에서 출력된 구형파의 엣지(edge)를 각각 검출하여 펄스(Pulse)신호를 생성하는 제1 내지 제3 엣지 디텍터(edge detector);
상기 제1 내지 제3 엣지 디텍터에서 펄스신호 발생 시 카운트값을 각각 출력하는 제1 내지 제3 타이머(Timer); 및
상기 제1 내지 제3 타이머에서 각각 출력된 제1 내지 제3 카운트값에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수를 산출하는 주파수 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치.
제6항에 있어서,
상기 주파수 산출부는 상기 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상의 결상을 각각 체크하기 위한 제1 내지 제3 결상카운터를 구비하며,
상기 주파수 산출부는 상기 제1 내지 제3 결상카운터에 의해 상기 제1 내지 제3 위상 중 적어도 하나의 위상이 결상으로 판단되면 해당 위상을 제외하고 상기 전력 계통의 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 결상카운터의 제1 내지 제3 결상카운트값은 기 설정된 소정 주기마다 각각 증분되고 상기 제1 내지 제3 카운트값의 입력에 상응하여 각각 리셋(reset)되며,
상기 주파수 산출부는 상기 제1 내지 제3 결상카운트값 중 적어도 하나가 기 설정된 한계설정값보다 크면 해당 결상카운트값에 상응하는 위상을 결상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치.
제8항에 있어서,
상기 주파수 산출부는 상기 제1 내지 제3 결상카운터의 제1 내지 제3 결상카운트값 중 적어도 하나가 기 설정된 한계설정값보다 크면 해당 결상카운트값을 한계설정값으로 변경하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정을 위한 전력 관리 장치.
전력 주파수 조정 방법으로서,
전력 계통의 전력을 측정하고, 상기 전력 계통의 교류 전원의 3상에 대해 제1 위상을 갖는 제1 파형의 한 주기를 분석하여 제1 위상에 대한 주파수를 계측하고 제2 위상을 갖는 제2 파형의 한 주기를 분석하여 제2 위상에 대한 주파수를 계측하며 제3 위상을 갖는 제3 파형의 한 주기를 분석하여 제3 위상에 대한 주파수를 계측하는 방식으로 각 상별로 개별적으로 주파수를 산출하는 단계;
상기 측정된 전력 및 상기 각 상별로 산출된 주파수에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수 조정을 위한 제어정보를 생성하는 단계; 및
상기 제어정보에 기초하여 상기 전력 계통의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정 방법.
제10항에 있어서,
상기 각 상별로 개별적으로 주파수를 산출하는 단계는,
상기 전력 계통의 교류 전원의 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 저주파 대역만을 통과시켜 노이즈를 제거하는 과정;
상기 노이즈가 제거된 사인파를 각각 구형파로 변환하는 과정;
상기 변환된 구형파의 엣지(edge)를 각각 검출하여 펄스(Pulse)신호를 생성하는 과정;
상기 펄스신호의 생성에 각각 상응하여 제1 내지 제3 카운트값을 출력하는 과정; 및
상기 제1 내지 제3 카운트값에 기초하여 상기 제1 내지 제3 위상의 주파수를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 위상의 주파수를 산출하는 과정은,
상기 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 결상을 판단하는 과정; 및
상기 제1 내지 제3 위상 중 적어도 하나의 위상이 결상으로 판단되면 해당 위상을 제외하고 평균 주파수를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 결상을 판단하는 과정은,
상기 제1 내지 제3 위상의 결상을 각각 체크하기 위한 제1 내지 제3 결상카운트값을 기 설정된 소정 주기마다 각각 증분시키는 과정; 및
상기 제1 내지 제3 결상카운트값 중 적어도 하나가 기 설정된 한계설정값보다 크면 해당 결상카운트값에 상응하는 위상을 결상으로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 위상에 대해 각각 결상을 판단하는 과정은,
상기 제1 내지 제3 카운트값의 출력에 상응하여 각각 상기 제1 내지 제3 결상카운트값을 리셋(reset)하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 주파수 조정 방법.
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