KR101805273B1 - 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101805273B1
KR101805273B1 KR1020150188878A KR20150188878A KR101805273B1 KR 101805273 B1 KR101805273 B1 KR 101805273B1 KR 1020150188878 A KR1020150188878 A KR 1020150188878A KR 20150188878 A KR20150188878 A KR 20150188878A KR 101805273 B1 KR101805273 B1 KR 101805273B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
ups
power
battery
load
Prior art date
Application number
KR1020150188878A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170078974A (ko
Inventor
장성국
김말수
권용효
박기웅
Original Assignee
주식회사 포스코아이씨티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코아이씨티 filed Critical 주식회사 포스코아이씨티
Priority to KR1020150188878A priority Critical patent/KR101805273B1/ko
Publication of KR20170078974A publication Critical patent/KR20170078974A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101805273B1 publication Critical patent/KR101805273B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/248—UPS systems or standby or emergency generators

Abstract

정전 발생시 안정적으로 전원을 공급함과 동시에 무정전시 정전압 및 정주파의 전원을 공급할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템은, 전원 소스로부터 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력 조절 장치(Power Conditioning System; PCS); 상기 전력 조절 장치에서 출력되는 직류 전압을 배터리에 충전하거나 상기 배터리에 저장된 직류전압을 방전하도록 하는 배터리 조절 장치(Battery Conditioning System: BCS); 및 상기 전력 조절 장치의 출력단에서 상기 배터리 조절 장치와 병렬로 연결되고, 무정전시 상기 전력 조절 장치에서 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하고 정전시 상기 배터리 조절 장치에서 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하며, 변환된 교류전압을 정해진 전압 및 주파수로 UPS 부하에 공급하는 UPS 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법{Energy Storage System Integrated Function of On-Line Uninterruptible Power Supply and Method for Operating That System}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System: ESS)은 에너지원의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통에서의 부족전력을 계통으로 공급한다. 구체적으로, 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 시스템의 상위 제어기인 에너지 관리 시스템(Energy Management System: EMS)에 의해 결정된 전력지령 값에 따라 배터리에 에너지를 충전하거나 배터리에 저장된 에너지를 계통으로 방전한다.
이러한 에너지 저장 시스템은 스마트 그리드 체계에서 핵심적 역할 수행하는 요소로써, 피크 전력 저감, 주파수 안정화, 발전/배전 효율화 등의 기능을 수행함으로써 전력 이용 효율화를 가능하게 한다.
한편, 부하에 전원을 공급할 수 있는 장치로써 에너지 저장 시스템 이외에 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS, 이하 UPS라 함)가 있다. UPS는 데이터센터, 전산실, 산업용 제어 설비, 병원 응급실 등과 같이 극도로 안전한 전원 공급이 요구되는 장소에서 이용된다. 이러한 UPS는 크게 오프라인(Off-Line)UPS와 온라인(On-Line)UPS로 구분된다.
오프라인 UPS는 계통이 정상일 경우 계통전압이 인버터를 경유하지 않고 UPS 부하로 그대로 출력되고, 정전이 발생하는 경우 인버터가 동작 함으로써 배터리에 저장된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 UPS 부하로 공급하게 된다.
온라인 UPS는 계통의 정상 또는 비정상 여부에 관계없이 인버터는 항상 구동되는데, 구체적으로 계통이 정상일 때 컨버터는 계통전압을 직류전압으로 변환하여 인버터로 출력하고, 인버터는 컨버터로부터 출력되는 직류전압을 다시 교류전압으로 변환하여 UPS 부하에 공급한다. 한편, 정전이 발생될 경우, 인버터는 배터리에 저장되어 있는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 UPS 부하로 공급한다. 따라서 온라인 UPS의 경우 평상시에도 정전압 및 정주파수인 양질의 전원을 UPS 부하로 공급할 수 있고, 인버터가 항상 구동되므로 인버터의 동작 절체시간이 없다.
최근에는 에너지 저장 시스템을 이용하여 UPS 기능을 구현하는 방법이 제안된 바 있다. 하지만, 종래기술에 따라 에너지 저장 시스템을 이용하여 UPS를 구현하는 경우 에너지 저장 시스템이 충전모드로 동작하고 있는 도중 정전이 발생되면 에너지 저장 시스템이 발전 모드로 변환되는데 4ms~8ms의 시간이 소요되므로 절체시간이 길 뿐만 아니라, 정전이 발생되지 않은 정상 운전시에도 계통의 전압이 그대로 UPS 부하로 공급 되므로 정전압 및 정주파수의 전원 공급이 이루어 지지 않기 때문에,정전시에 안정적인 전원공급이 요구되고 무정전시 정전압 및 정주파의 전원 공급이 요구되는 특수한 시설에는 적용할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정전 발생시 안정적으로 전원을 공급함과 동시에 무정전시 정전압 및 정주파의 전원을 공급할 수 있는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 소형화가 가능한 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 비상 전원 공급이 요구되는 비상부하에도 빠른 시간 내에 전력을 공급할 수 있는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 다양한 분산형 전원과 연계가 가능한 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템은, 전원 소스로부터 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력 조절 장치(Power Conditioning System; PCS); 상기 전력 조절 장치에서 출력되는 직류 전압을 배터리에 충전하거나 상기 배터리에 저장된 직류전압을 방전하도록 하는 배터리 조절 장치(Battery Conditioning System: BCS); 및 상기 전력 조절 장치의 출력단에서 상기 배터리 조절 장치와 병렬로 연결되고, 무정전시 상기 전력 조절 장치에서 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하고 정전시 상기 배터리 조절 장치에서 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하며, 변환된 교류전압을 정해진 전압 및 주파수로 UPS 부하에 공급하는 UPS 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법은, 전원 소스에서 공급되는 교류전압을 직류전압으로 변환하거나 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력 조절 장치, 상기 직류전압을 배터리에 충전하거나 배터리에 저장된 직류전압을 방전하는 배터리 조절 장치, 및 상기 전력 조절 장치와 상기 배터리 조절 장치에 연결된 UPS 장치를 포함하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법으로서, 무정전시 상기 전력 조절 장치로부터 컨버팅 되어 출력되는 직류 전압을 공급받고 정전시 상기 배터리 조절 장치로부터 출력되는 직류전압을 공급 받는 단계; 상기 전력 조절 장치 또는 상기 배터리 조절 장치로부터 공급되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 교류 전압을 미리 정해진 레벨로 승압하여 UPS 부하에 공급하는단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, UPS 장치가 배터리 조절 시스템과 병렬로 전력 조절 장치에 연결되기 때문에, 무정전시 계통으로부터 제공되는 전력을 전력 조절 장치 및 UPS 장치를 통해 정전압 및 정주파수로 UPS 부하로 안정적으로 제공할 수 있고, 정전 발생시 배터리 조절 장치로부터 제공되는 전원을 UPS 장치를 통해 정전압 및 정주파수로 UPS 부하에 공급할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 UPS 장치가 에너지 저장 시스템에 포함된 전력 조절 장치를 공유할 수 있도록 시스템이 구현되기 때문에, 시스템을 소형화할 있을 뿐만 아니라 시스템 구축 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 온라인 UPS의 기능과 에너지 저장 시스템 본연의 기능을 동시에 구현할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율화를 얻고자 하는 시설에 단일 시스템 형태로 적용이 가능하여 해당 시설의 전력 안정화, 신뢰성 향상, 설비공간 축소, 이중 투자비 감소, 및 투자비 회수 기간 단축을 구현할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 UPS 부하 이외에 공장이나 빌딩 등에서 비상 전원 공급이 요구되는 비상부하에도 4ms~50ms이내에 전력을 공급할 수 있어 디젤 발전기 등의 비상전원과 비교하여 빠른 대응이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기본 전원공급원인 계통 이외에도, 비상전원용 디젤발전기, 태양광 발전기, 풍력 발전기 등과 같은 다양한 분산형 전원과 연계하여 스마트그리드 구축이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온라인 UPS기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온라인 UPS기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 무정전시 온라인 UPS기능이 내장된 에너지 저장 시스템에서의 전력 흐름을 보여주는 도면이다.
도 4는 정전시 온라인 UPS기능이 내장된 에너지 저장 시스템에서의 전력 흐름을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법을 보여주는 플로우차트이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온라인 UPS기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온라인 UPS기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)은 전력 조절 장치(Power Conditioning System: PCS, 510), 배터리 조절 장치(Battery Conditioning System: BCS, 520), UPS(Uninterruptable Power Supply) 장치(530), 및 메인 제어 시스템(540)을 포함한다.
전력 조절 장치(510)는 배터리 조절 장치(520) 및 UPS 장치(530)를 전원 소스(550)와 연계시킨다. 구체적으로, 전력 조절 장치(510)는 전원 소스(550)로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리 조절 장치(520) 및 UPS 장치(530)로 공급한다.
또한, 전력 조절 장치(510)는 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하여 전원 소스(550) 또는 비상부하(570)로 공급한다.
즉, 전력 조절 장치(510)는 전원 소스(550)가 정상인 경우, 즉 무정전인 경우 전원 소스(550)에 연계되어 전원 소스(550)로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리 조절 장치(520)로 제공함으로써 배터리 조절 장치(520)를 충전시키거나 배터리 조절 장치(520)를 방전시킴으로써 배터리 조절 장치(520)에서 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 전원 소스(550) 또는 일반부하(미도시)로 제공한다.
특히, 본 발명에 따른 전력 조절 장치(510)는 무정전시 전력 조절 장치(510)의 출력단에 연결되어 있는 USP 장치(530)로 직류 전압을 출력함으로써 UPS 장치(530)가 UPS 부하(560)에 전력을 공급할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 전력 조절 장치(510)는 전원 소스(550)에 이상이 발생된 경우, 즉 정전시 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하여 비상부하(570)로 출력한다. 이에 따라, 정전시 비상전원 공급이 요구되는 비상 부하(570)는 전력 조절 장치(510)를 통해 비상 전원을 공급받게 된다.
이를 위해, 전력 조절 장치(510)는 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 기어(512), 변압기(514), 전력 변환 유닛(Power Conversion Unit: PCU, 516)을 포함한다.
스위칭 기어(512)는 사고 발생시 사고 전류가 전원 소스(550)으로 유입되거나, 전력 조절 장치(510) 내로 유입되는 것을 차단한다.
변압기(514)는 전원 소스(550)로부터 제공되는 교류 전압을 미리 정해진 값으로 감압하여 전력 변환 유닛(516)으로 공급하거나, 전력 변환 유닛(516)으로부터 출력되는 교류 전압을 미리 정해진 값으로 승압하여 전원 소스(550) 또는 비상 부하(570)로 출력한다.
전력 변환 유닛(516)은 변압기(514)에 의해 감압된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 배터리 조절 장치(520) 또는 UPS 장치(530)로 출력하거나, 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 변압기(514)로 출력한다.
도 1에서는 전력 조절 장치(510)가 1개의 전력 변환 유닛(516)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예 일뿐 전력 조절 장치(510)는 2개 이상의 전력 변환 유닛(516)을 포함할 수도 있다.
상술한 전력 변환 유닛(516)은, 차단기(516a), 필터(516b), 컨버터(516c), 평활 콘덴서(516d), 초기 충전부(516e), 및 스위치(516f)를 포함한다.
차단기(516a)는 변압기(514) 또는 필터(516b)로 과전류가 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
필터(516b)는 변압기(514)를 통해 감압된 교류 전압의 고조파를 감소시키거나 컨버터(516c)로부터 출력되는 교류 전압의 고조파를 감소시키는 역할을 수행한다. 도 1에서는, 이러한 필터(516b)가 LCL타입으로 구성되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 다른 형태의 필터로도 구현 가능할 것이다.
컨버터(516c)는 필터(516b)로부터 출력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하거나, 배터리 조절 장치(520)으로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 역할을 수행한다.
평활 콘덴서(516d)는 배터리 조절 장치(520)에서 컨버터(516c)로 입력되는 직류 전압 또는 컨버터(516c)로부터 출력되는 직류 전압을 평활화하는 역할을 수행한다.
초기 충전부(516e)는 평활 콘덴서(516d)를 초기 충전시켜, 배터리 조절 장치(520)을 전력 조절 장치(510)에 연결할 때 돌입 전류가 발생하는 것을 방지한다. 배터리 조절 장치(520)를 전력 조절 장치(510)에 연결할 때 초기 충전부(516e)에 의해 평활 콘덴서(516d)가 충전되어 있지 않으면 돌입 전류가 발생하게 되어 소자가 파괴되거나 화재가 발생할 수 있다.
스위치(516e)는 초기 충전부(516e)에 의해 평활 콘덴서(516d)의 충전이 완료되면, 컨버터(516c)를 배터리 조절 장치(520) 및 UPS 장치(530)에 전기적으로 연결시킨다.
다음으로, 배터리 조절 장치(520)는 전력 조절 장치(510)로부터 출력되는 직류 전압을 저장하거나 저장된 직류 전압을 전력 조절 장치(510) 또는 UPS 장치(530)로 출력한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 배터리 조절 장치(520)는 전원 소스(550)가 정상인 경우, 즉 무정전인 경우 전력 조절 장치(510)로부터 출력되는 직류 전압을 하나 이상의 배터리로 구성된 배터리 유닛(522)에 충전시키고, 피크 부하시 배터리 유닛(522)을 방전시켜 배터리 유닛(522)에 저장된 직류 전압을 전력 조절 장치(510)를 통해 전원 소스(550) 또는 일반부하로 공급한다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 조절 장치(520)는 전원 소스(550)에 이상이 발생된 경우, 즉 정전인 경우 배터리 유닛(522)을 방전시켜 배터리 유닛(522)에 저장된 직류 전압을 UPS 장치(530)로 출력함으로써, UPS 장치(530)가 배터리 유닛(522)에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 UPS 부하(560)로 출력할 수 있도록 한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 유닛(522)은 복수개의 배터리들로 구성된 배터리 모듈이거나, 복수개의 배터리 모듈로 구성된 배터리 랙이거나, 복수개의 배터리 랙 그룹으로 구성된 배터리 랙 그룹일 수 있다. 이때, 배터리 모듈은 복수개의 배터리들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성될 수 있고, 배터리 랙은 복수개의 배터리 모듈을 직렬로 연결하여 구성될 수 있으며, 배터리 랙 그룹은 복수개의 배터리 랙들을 병렬로 연결하여 구성될 수 있다.
다음으로, UPS 장치(530)는 전원 소스(550)의 정전 여부에 관계 없이 UPS 부하(560)로 정전압 및 정주파(Constant Voltage Constant Frequency: CVCF)의 교류전압을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 UPS 장치(530)는 전원 소스(550)가 정상인 경우, 즉, 무정전인 경우 전력 조절 장치(510)로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 UPS 부하(560)로 공급한다. 또한, 전원 소스(550)에 이상이 발생된 경우, 즉 정전인 경우 UPS 장치(530)는 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 UPS 부하(560)로 공급한다.
이를 위해 UPS 장치(530)는 도 1에 도시된 바와 같이, 초기 충전부(531), 스위치(532), 인버터(533), 필터(534), 및 변압기(535)를 포함한다.
초기 충전부(531)는 인버터(533)에 포함된 평활 콘덴서(미도시)를 초기 충전시켜 배터리 조절 장치(520)가 UPS 장치(530)에 연결될 때 돌입 전류가 발생하는 것을 방지한다. 배터리 조절 장치(520)가 UPS 장치(530)에 연결될 때 초기 충전부(531)에 의해 평활 콘덴서가 충전되어 있지 않으면 돌입 전류가 발생하게 되어 소자가 파괴되거나 화재가 발생할 수 있다.
스위치(532)는 초기 충전부(531)에 의해 평활 콘덴서의 충전이 완료되면, 배터리 조절 장치(520)와 컨버터(516c)를 전기적으로 연결시킨다
인터버(533)는 전력 조절 장치(510) 또는 배터리 조절 장치(520)로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.
필터(534)는 인버터(533)를 통해 승압된 교류 전압의 고조파를 감소시킨다. 도 1에서는 이러한 필터(534)가 RC타입으로 구성되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 다른 형태의 필터로도 구현 가능할 것이다.
변압기(535)는 필터(534)로부터 출력되는 교류전압을 UPS 부하(560)에 적합한 레벨로 승압한다.
한편, 본 발명에 따른 UPS 장치(530)는 도 1에 도시된 바와 같이, 바이패스 스위치(536), 제1 절체 스위치(537), 스위치 기어(538), 및 메인터넌스 스위치(539)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 바이패스 스위치(536)는 UPS 장치(530)에 오류가 발생된 것으로 판단되는 경우 온(On)됨으로써 UPS 장치(530)를 전원 소스(550)와 직접 연결시킨다.
제1 절체 스위치(537)는 UPS 장치(530)가 정상적으로 동작하는 경우 변압기(535) 측으로 절체되어 변압기(535)와 UPS 부하(560)를 연결시킨다. 제1 절체 스위치(537)는 UPS 장치(530)의 오류 발생시 바이패스 스위치(536) 측으로 절체되어 UPS 부하(560)를 바이패스 스위치(536)를 통해 전원 소스(550)에 직접 연결시킨다.
한편, 스위치 기어(538)는 UPS 장치(530)에 심각한 오류가 발생되어 시스템(500)으로부터 UPS 장치(530)를 분리시키켜야 하는 경우, 변압기(535)와 UPS 부하(560)간의 연결을 차단시킨다.
메인터넌스 스위치(539)는 UPS 장치(530)에 심각한 오류가 발생되어 변압기(535)와 UPS 부하(560)간의 연결이 차단되는 경우 온(On)되어 UPS 부하(560)를 전원 소스(550)에 직접 연결시킨다.
이와 같이 본 발명에 따른 UPS 장치(530)는 바이패스 스위치(536), 제1 절체 스위치(537), 스위치 기어(538), 및 메인터넌스 스위치(539)를 통해 UPS 장치(530)에 이상이 발생하더라도 항상 UPS 부하(560)로 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 된다.
한편, 도 1에서 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 UPS 장치(530)는 메인 제어 시스템(540)의 제어에 따라 UPS 장치(530)에 포함된 각 구성들(531~539)의 동작을 제어하는 UPS 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
도 1에서는 본 발명에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)이 하나의 UPS 장치(530)만을 포함하는 것을 도시하였지만, 변형된 실시예에 있어서는 도 2에 도시된 바와 같이 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)이 2개의 UPS 장치(530a, 530b)로 이중화되어 있을 수도 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우 하나의 UPS 장치(530a)가 마스터로 동작하면 다른 하나의 UPS 장치(530b)는 슬레이브로 동작하게 된다. 이에 따라, 마스터 UPS 장치(530a)가 정상적으로 동작하는 경우 마스터 UPS 장치(530a)가 UPS 부하(560)로 교류전압을 공급하고 슬레이브 UPS 장치(530b)는 스탠바이 상태로 대기하게 된다. 마스터 UPS 장치(530a)에 오류가 발생하는 경우 슬레이브 UPS 장치(530b)가 마스터로 절체하여 UPS 부하(560)로 교류전압을 공급하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)은 UPS 장치(530)가 전력 조절 장치(510)에 연계되도록 함으로써 온라인 UPS 장치(530)의 구현을 위해 필수적으로 요구되는 컨버터를 생략할 수 있게 되어, 시스템 구축 비용은 물론 시스템의 소형화를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)은 에너지 저장 시스템의 본연의 기능인 피크부하 또는 계통 사고 발생시 충전되어 있던 전력을 계통으로 방전하여 계통에 전력을 공급하는 기능을 수행하면서도 정전 발생시 UPS 부하(560)로 안정적인 전원을 공급하는 기능을 수행할 수 있게 된다.
다음으로, 메인 제어 시스템(540)은 정전 발생 여부에 따라 전력 조절 장치(510), 배터리 조절 장치(520), 및 UPS 장치(530)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 메인 제어 시스템(540)은 전원 소스(550)의 정전 발생 여부를 판단하고, 무정전시 전력 조절 장치(510)가 전원 소스(550)에서 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리 조절 장치(520)에 저장하거나, 배터리 조절 장치(520)에 저장된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전원 소스(550)나 일반부하로 공급하도록 한다.
또한, 메인 제어 시스템(540)은 무정전시 전력 조절 장치(510)에서 출력되는 직류 전압을 UPS 장치(530)로 공급함으로써, UPS 장치(530)가 전력 조절 장치(510)에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 환하여 UPS 부하(560)로 공급하도록 한다.
한편, 정전시 메인 제어 시스템(540)은 배터리 조절 장치(520)에 저장된 직류 전압을 UPS 장치(530)로 공급하여 UPS 장치(530)가 배터리 조절 장치(210)에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 환하여 UPS 부하(560)로 공급하도록 한다. 또한, 정전시 메인 제어 시스템(540)은 배터리 조절 장치(520)에 저장된 직류 전압을 전력 조절 장치(510)를 통해 교류 전압으로 변환하여 비상 부하(570)로 공급한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 메인 제어 시스템(540)은 도 1에 도시된 바와 같이, 스위치 기어(541), 제2 절체 스위치(542), 상태정보 수집부(543), 전력 관리 장치(Power Management System: PMS, 545), 및 변압기(546)를 포함한다.
먼저, 스위치 기어(541)는 사고 발생시 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)을 전원 소스(550)로부터 분리시켜 전원 소스(550) 및 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(550)을 보호한다. 이때, 스위치 기어(541)는 전원 소스(550)에 포함된 각 전원 별로 설치되어, 각 전원 별로 동작하게 된다.
제2 절체 스위치(542)는 전원 소스(550)에 포함된 각 전원 중 적어도 하나를 전력 조절 장치(510)에 교류 전압을 공급할 전원 소스로 선택한다. 제2 절체 스위치(542)는 각 전원 별로 설치되어, 각 전원 별로 동작하게 된다. 이러한 제2 절체 스위치(542)는 온/중립/오프의 3가지 모드로 동작한다. 예컨대, 계통이 전원 소스로써 선택하는 경우 계통에 연결된 제2 절체 스위치(542)가 온되고, 디젤 발전기가 전원 소스로서 선택되는 경우 디젤 발전기에 연결된 제2 절체 스위치(542)가 온된다.
다음으로, 상태정보 수집부(543)는 전원 소스(550)와 스위치 기어(551) 사이에서 전원 소스(550)의 상태정보를 수집한다. 일 예로, 상태정보 수집부(543)는 PT(Power Transformer) 또는 CT(Current Transformer)를 포함할 수 있고, PT 또는 CT를 통해 각 전원 소스(550)의 상태정보를 수집하여 전력 관리 장치(545)로 제공한다. 전력 관리 장치(545)는 각 전원 소스(550)의 상태정보를 기초로 정전 발생 여부를 판단하게 된다.
전력 관리 장치(545)는 전원 소스(550)의 상태정보에 따라 정전 발생 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 전력 조절 장치(510), 배터리 조절 장치(520), 및 UPS 장치(530)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 전력 관리 장치(545)는 전원 소스(550)의 상태정보를 기초로 정전이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 에너지 관리 장치로부터 전달되는 전력 지령치에 따라 전력 조절 장치(510)가 충방전 동작을 수행하도록 전력 조절 장치(510)를 제어한다. 이때, 에너지 관리 장치로부터 충전 전력 지령치가 수신되면 전력 조절 장치(510)가 전원 소스(550)에서 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 배터리 조절 장치(520)에 충전시키도록 한다. 에너지 관리 장치로부터 방전 전력 지령치가 수신되면 전력 조절 장치(510)가 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전원 소스(550) 또는 일반 부하로 공급하도록 한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 조절 장치(520)를 방전시킴에 있어서, 전력 관리 장치(545)는 배터리 조절 장치(520)에 포함된 배터리 유닛(522)의 SOC(State Of Charge)를 모니터링하여, 배터리 유닛(522)의 SOC가 미리 정해진 기준치까지 감소하게 되면 방전 동작을 중지시킬 수 있다. 이때, 미리 정해진 기준치는 UPS 장치(530)의 백업(Backup) 타임에 단위 입에 의해 결정될 수 있다. 이는 배터리 유닛(522)의 방전으로 인해 배터리 유닛(522)의 SOC가 기준치 이하가 되면 정전이 발생하게 되는 경우 UPS 장치(530)가 미리 설정된 백업 타임 동안 UPS 부하(560)로 교류 전압을 공급할 수 없기 때문이다. 예컨대, UPS 장치(530)의 백업 타임이 30분인 경우, 미리 정해진 기준치는 30분에 미리 정해진 단위 SOC값을 승산한 값으로 설정될 수 있다.
또한, 전력 관리 장치(545)는 정전이 발생되지 않은 것으로 판단되는 경우 전력 조절 장치(510)에서 출력되는 직류 전압을 UPS 장치(530)로 직접 공급함으로써, UPS 장치(530)가 전력 조절 장치(510)에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 정전압 및 정주파로 UPS 부하(560)에 공급하도록 한다.
한편, 전력 관리 장치(545)는 전원 소스(550)의 상태정보를 기초로 정전이 발생된 것으로 판단되면, 배터리 조절 장치(520)에 저장된 직류 전압이 UPS 장치(530)로 공급되도록 하고, UPS 장치(530)가 배터리 조절 장치(210)에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 환하여 UPS 부하(560)로 공급하도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 전력 관리 장치(545)가 무정전시에는 전력 조절 장치(510)로부터 UPS 장치(530)로 전원이 공급되도록 하고, 정전시에는 배터리 조절 장치(520)로부터 UPS 장치(530)로부터 전원이 공급되도록 하여 정전 여부에 관계 없이 UPS 장치(530)가 UPS 부하(560)로 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 한다.
한편, 전력 관리 장치(545)는 정전시 전력 조절 장치(510)가 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 비상 부하(570)로 공급할 수 있도록 한다. 여기서, 비상 부하(570)란 공장이나 빌딩에서 비상시에 전원을 공급해야 하는 대상을 의미한다. 예컨대, 비상 부하(570)에는 냉각수설비 또는 소방수설비 등이 포함된다.
이에 따라, 정전이 발생하더라도 별도의 절체 시간 없이 전력 조절 장치(510)로부터 출력되는 교류 전압이 비상 부하(570)로 바로 공급되게 된다. 이때, 전력 조절 장치(510)는 배터리 조절 장치(520)에 포함된 배터리 유닛(522)의 SOC(State Of Charge)를 모니터링하여, 배터리 유닛(522)의 SOC가 미리 정해진 기준치까지 감소하게 되면 비상 부하(570)로의 전력 공급을 중단시킬 수 있다. 이는 비상 부하(570)로의 전력 공급으로 인해 배터리 유닛(522)의 SOC가 기준치 이하가 되면 UPS 장치(530)가 미리 설정된 백업 타임 동안 UPS 부하(560)로 교류 전압을 공급할 수 없기 때문이다.
일 실시예에 있어서, 전력 관리 장치(545)는 정전 발생 시 전원 소스(550)에 포함된 디젤 발전기(DEG)의 가동 상태를 확인하고, 디젤 발전기(DEG)의 가동 준비가 완료되면 디젤 발전기(DEG)에 연결된 제2 절체 스위치(542)를 온 상태로 절체시킴으로써 비상 부하(570)가 디젤 발전기로부터 전력을 공급받을 수 있도록 한다. 이에 따라, 정전 발생 시 비상 부하(570)는 먼저 전력 조절 장치(520)로부터 전력을 공급받고, 디젤 발전기(DEG)의 가동 준비가 완료되면 디젤 발전기로부터 전력을 공급받게 되므로, 본 발명은 정전이 발생하더라도 빠른 시간 내에 전력 공급의 단절 없이 비상 부하(570)로 전력을 공급할 수 있게 된다.
이외에도 전력 관리 장치(545)는 상태정보 수집부(543)에 의해 수집된 각 전원 소스(550)의 상태정보를 HMI(Human Machine Interface)를 통해 사용자에게 제공한다.
변압기(546)는 UPS 장치(530)의 유지 보수 및 고장시, UPS 장치(530)에 포함된 바이패스 스위치(536) 및 메인터넌스 스위치(539)가 온되면 계통에서 공급되는 교류전압을 UPS 부하(560)에 적합한 레벨로 감압시켜 바이패스 스위치(536) 및 메인터넌스 스위치(539)를 통해 UPS 부하(560)로 공급한다.
다음으로, 전원 소스(550)는 온라인 UPS 기능 내장형 에너지 저장 시스템(500)이 전원을 공급하는 것으로서, 본 발명에 따른 전원 소스(550)는 계통, 디젤 발전기(DEG), 태양광 발전기(PV), 및 풍력 발전기(WT) 중 적어도 하나를 포함한다.
한편, 도 1에 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)은 에너지 관리 시스템(Energy Management System: EMS)을 더 포함할 수 있다. 에너지 관리 시스템은 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)의 운전 스케쥴을 제어하거나 배터리 조절 장치(520)의 충전 또는 방전을 위한 전력 지령치를 생성하여 메인 제어 시스템(540)으로 전달한다.
이외에도, 에너지 관리 시스템은 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)으로부터 전송되는 각종 데이터들의 리포팅, UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(500)의 전력 관리, 발전량 예측, 전력 거래 이력 관리, 또는 최적 발전 계획 수립 등의 기능을 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 온라인 UPS 내장형 에너지 저장 시스템(500)은 온라인 UPS를 구현하기 위해 필수적으로 요구되는 컨버터의 기능을 전력 조절 장치(510)가 수행하기 때문에 별도의 컨버터가 요구되지 않고, 정전 여부에 관계 없이 항상 정전압 및 정주파수의 교류전압을 UPS 부하(560)로 공급함과 동시에 피크 전력 저감, 주파수 안정화, 발전/배전 효율화를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 시스템이 적용되는 환경에 따라 배터리 유닛(522)에 저장된 에너지를 에너지 저장 시스템 본연의 기능과 온라인 UPS 기능에 유동적으로 배분하여 사용 할 수 있으므로 서로 다른 요구 사항이 존재하는 환경에 적용이 용이 하다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 온라인 UPS 내장형 에너지 저장 시스템에서의 전력 흐름에 대해 설명한다.
도 3은 무정전시 온라인 UPS 내장형 에너지 저장 시스템에서의 전력 흐름을 보여주는 도면이다.
먼저, 무정전시 전력 조절 장치(510)는 전원 소스(550)로부터 공급되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 배터리 조절 장치(520)의 배터리 유닛(522)에 충전시킨다(710).
또한, 무정전시 전력 조절 장치(510)는 전원 소스(550)로부터 공급되는 교류전압을 직류 전압으로 변환하여 UPS 장치(530)로 공급하고, UPS 장치(530)는 전력 조절 장치(510)에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 UPS 부하(560)로 공급한다(720). 구체적으로, UPS 장치(530)는 전력 조절 장치(510)로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 UPS 부하(560)에 적합한 레벨로 승압시켜 UPS 부하(560)로 공급한다.
한편, 무정전시 전력 조절 장치(510)는 배터리 조절 장치(520)로부터 출력되는 직류 전압을 전원 소스(550) 또는 일반 부하로 공급할 수도 있다(730). 배터리 조절 장치(520)의 배터리 유닛(522)에 저장된 직류 전압의 방전시, 배터리 유닛(522)의 SOC가 미리 정해진 기준치까지 감소하게 되면 배터리 유닛(522)의 방전은 중단된다. 이는 배터리 유닛(522)의 방전으로 인해 배터리 유닛(522)의 SOC가 기준치 이하가 되면 UPS 장치(530)가 미리 설정된 백업 타임 동안 UPS 부하(560)로 교류 전압을 공급할 수 없기 때문이다.
도 4는 정전시 온라인 UPS 내장형 에너지 저장 시스템에서의 전력 흐름을 보여주는 도면이다.
먼저, 정전시 배터리 조절 장치(520)는 배터리 유닛(522)에 저장된 직류 전압을 방전시켜 UPS 장치(530)로 공급하고, UPS 장치(530)는 배터리 조절 장치(520)에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 UPS 부하(560)로 공급한다(810). 구체적으로, UPS 장치(530)는 배터리 조절 장치(520)로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 UPS 부하(560)에 적합한 레벨로 승압시켜 UPS 부하(560)로 공급한다.
한편, 정전시 배터리 조절 장치(520)는 배터리 유닛(522)에 저장된 직류 전압을 방전시켜 전력 조절 장치(510)로 공급하고, 전력 조절 장치(510)는 배터리 유닛(522)에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 비상 부하(570)로 공급한다(S820). 이때, 상술한 바와 같이, 배터리 조절 장치(520)에 포함된 배터리 유닛(522)의 SOC가 미리 정해진 기준치까지 감소하게 되면 비상 부하(570)로의 전력 공급은 중단된다. 이는 비상 부하(570)로의 전력 공급으로 인해 배터리 유닛(522)의 SOC가 기준치 이하가 되면 UPS 장치(530)가 미리 설정된 백업 타임 동안 UPS 부하(560)로 교류 전압을 공급할 수 없기 때문이다.
이후, 디젤 발전기의 가동 준비가 완료되면, 디젤 발전기로부터 비상 부하(570)로 교류 전압이 공급된다(830).
이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 5에 도시된 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템(이하, '에너지 저장 시스템'이라 함)에 적용될 수 있다.
먼저, 메인 제어 시스템이 에너지 저장 시스템을 가동시킨다(S900). 이후, 메인 제어 시스템은 전원 소스의 상태정보를 판단함으로써 정전이 발생되었는지 여부를 판단한다(S910).
판단결과, 정전이 발생되지 않은 것으로 판단되면 메인 제어 시스템은 에너지 저장 시스템의 동작 모드를 GC(Greed Connection) 모드로 설정한다(S920). 즉, 메인 제어 시스템은 전력 조절 장치를 전원 소스측에 연계시킴으로써 전력 조절 장치가 GC모드로 동작하도록 한다.
이후, 전력 조절 장치는 메인 제어 시스템으로부터 전달되는 전력 지령치에 따라 전원 소스에서 전달되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 배터리 조절 장치에 충전시키거나, 배터리 조절 장치에 저장된 직류 전압을 교류전압으로 변환하여 전원 소스 또는 일반 부하로 공급한다(S930).
한편, 이와 동시에 전력 조절 장치는 전원 소스에서 전달되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 UPS 장치로도 공급함으로써 UPS 장치가 UPS 부하로 전력을 공급할 수 있도록 한다.
이때, UPS 장치는 전력 조절 장치로부터 공급받은 직류 전압을 교류전압으로 변환하고 변환된 교류 전압에서 고조파 성분을 제거한 후, 고조파 성분이 제거된 교류전압을 UPS 부하에서 요구하는 레벨로 승압하여 UPS 부하로 공급하게 된다.
한편, S910에서 정전이 발생된 것으로 판단되면, 메인 제어 시스템은 에너지저장 시스템의 동작모드를 GI(Greed Independence) 모드로 설정한다(S940). GI 모드는 에너지 저장 시스템이 전원 소스와 분리되어 독립된 전원으로 동작하는 모드를 의미한다.
설정된 GI 모드에 따라 배터리 조절 장치는 배터리에 저장된 전력을 UPS 장치를 통해 UPS 부하로 공급하거나 전력 조절 장치를 통해 비상 부하로 공급한다(S950).
구체적으로, UPS 장치는 배터리 조절 장치로부터 공급되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하고, 변환된 교류 전압에서 고조파 성분을 제거한 후, 고조파 성분이 제거된 교류전압을 UPS 부하에서 요구하는 레벨로 승압하여 UPS 부하로 공급하게 된다.
이와 동시에, 전력 조절 장치는 배터리 조절 장치로부터 공급되는 직류전압을 교류 전압으로 변환하여 비상부하로 공급한다.
이후, 메인 제어 시스템은 배터리 조절 장치에 포함된 배터리의 SOC가 미리 정해진 기준치까지 감소하는지 여부를 판단하고(S960), 배터리의 SOC가 기준치까지 감소되면, 배터리 조절 장치가 UPS 장치로만 전력을 공급하도록 제어한다(S970). 이는 에너지 저장 시스템이 배터리의 SOC가 기준치까지 감소한 이후에도 계속적으로 비상 부하에 전력을 공급하게 되면 UPS 부하에서 요구되는 백업 타임 동안 UPS 부하에 전력을 공급할 수 없기 때문이다.
한편, 도 5에 도시하지는 않았지만, 배터리 조절 장치가 전력 조절 장치를 통해 비상 부하로 전력을 공급하는 중에 디젤 발전기의 가동 준비가 완료되면 메인 제어 시스템은 비상 부하를 디젤 발전기에 연계시킴으로써, 비상 부하가 디젤 발전기로부터 전력을 공급 받을 수 있도록 한다. 이에 따라, 정전시 비상 부하가 디젤 발전기에 연계된 이후에는 배터리 조절 장치는 UPS 장치로만 직류 전압을 공급하게 된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
500: 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템
510: 전력 조절 장치 520: 배터리 조절 장치
530: UPS 장치 540: 메인 제어 시스템
550: 전원 소스 560: UPS 부하
570: 비상 부하

Claims (16)

  1. 전원 소스로부터 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력 조절 장치(Power Conditioning System; PCS);
    상기 전력 조절 장치에서 출력되는 직류 전압으로 배터리를 충전하거나 상기 배터리를 방전시켜 직류전압을 출력하는 배터리 조절 장치(Battery Conditioning System: BCS); 및
    상기 전력 조절 장치의 출력단에서 상기 배터리 조절 장치와 병렬로 연결된 UPS장치를 포함하고,
    무정전시 상기 전력 조절 장치는 상기 전원소스 중 계통에서 공급되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 상기 UPS장치로 출력하고, 상기 UPS장치는 상기 계통에서 공급되어 상기 전력 조절 장치에 의해 변환된 직류전압을 미리 정해진 전압 및 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하여 UPS 부하로 공급하고,
    정전시 상기 UPS장치는 상기 배터리에서 출력되는 직류전압을 미리 정해진 전압 및 주파수로 변환하여 상기 UPS 부하에 공급하고, 상기 전력 조절 장치는 상기 배터리에서 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 비상부하로 공급하되 상기 배터리의 SOC(State of Charge)가 상기 UPS 장치의 백업 타임에 따라 결정되는 기준치까지 감소되면 상기 비상부하로의 교류전압 공급은 중단되는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 UPS 장치는,
    상기 전력 조절 장치 또는 상기 배터리 조절 장치로부터 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하는 인버터;
    상기 인버터에서 출력되는 교류전압에서 고조파 성분을 제거하는 필터; 및
    상기 필터를 통해 출력되는 교류전압을 미리 정해진 레벨로 승압하는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 UPS 장치는,
    상기 UPS 장치의 오류 발생시 온(On)되어 상기 전원 소스와 상기 UPS 부하를 직접 연결시키는 바이패스 스위치; 및
    상기 UPS 장치의 정상 동작 시 상기 변압기 측으로 절체되어 상기 변압기를 상기 UPS 부하와 연결시키고, 상기 UPS 장치의 오류 발생시 상기 바이패스 스위치 측으로 절체되어 상기 UPS 부하를 상기 바이패스 스위치를 통해 상기 전원 소스에 직접 연결시키는 제1 절체 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 UPS 장치는,
    상기 UPS 장치의 보수가 요구되는 경우 상기 UPS 부하와 상기 변압기간의 연결을 차단시키는 스위치 기어; 및
    상기 UPS 부하와 상기 변압기간의 연결이 차단되면 상기 UPS 부하를 상기 전원 소스에 직접 연결시키는 메인터넌스 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 UPS 장치는,
    상기 인버터에 포함된 평활 커패시터를 초기충전시켜 상기 전력 조절 장치 또는 상기 배터리 조절 장치로부터 공급되는 직류 전압에 의한 돌입전류의 발생을 방지하는 초기 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 UPS 장치는,
    마스터 모드로 동작하여 상기 UPS 부하로 교류 전압을 공급하는 마스터 UPS 장치; 및 상기 마스터 UPS 장치가 정상 동작 시 스탠바이 상태로 대기하고, 상기 마스터 UPS 장치에 오류가 발생하는 경우 마스터 모드로 절체하여 상기 UPS 부하로 교류 전압을 공급하는 슬레이브 UPS 장치로 이중화되어 있는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    정전 발생 여부에 따라 상기 전력 조절 장치, 상기 배터리 조절 장치, 및 상기 UPS 장치의 동작을 제어하는 메인 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 제어 시스템은,
    계통, 디젤 발전기, 풍력 발전기, 및 태양광 발전기 중 적어도 하나를 포함하는 분산형 전원 소스 중 적어도 하나를 상기 전원 소스로 선택하는 제2 절체 스위치;
    상기 전원 소스의 상태정보를 센싱하는 상태정보 수집부; 및
    상기 전원 소스의 상태정보에 따라 정전 여부를 판단하고, 무정전시 상기 전력 조절 장치를 상기 전원 소스와 연계시켜 미리 정해진 충방전 지령치에 따라 상기 배터리의 충전 또는 방전이 수행되도록 하고 상기 전력 조절 장치에서 출력되는 직류 전압이 상기 UPS 장치로 공급되게 하며, 정전시 상기 배터리 조절 장치에서 출력되는 직류 전압이 상기 UPS 장치로 공급되게 하는 전력 관리 장치(Power Management System: PMS)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    정전시 상기 전력 조절 장치에 의해 변환된 교류 전압을 상기 전력 조절 장치의 입력단에 연결된 상기 비상 부하로 공급하되, 상기 디젤 발전기의 가동 준비가 완료되면 상기 제2 절체 스위치를 통해 상기 디젤 발전기와 상기 비상부하를 연결시켜 상기 디젤 발전기로부터 상기 비상부하로 교류 전압이 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 전원 소스에서 공급되는 교류전압을 직류전압으로 변환하거나 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력조절장치, 상기 직류전압으로 배터리를 충전시키거나 상기 배터리를 방전시켜 직류전압을 출력하는 배터리조절장치, 및 상기 전력조절장치와 상기 배터리조절장치에 연결된 UPS 장치를 포함하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법으로서,
    무정전시 상기 전원 소스 중 계통에서 공급되는 교류전압을 전력조절장치를 통해 직류전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류전압을 상기 UPS장치를 통해 미리 정해진 전압 및 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하여 UPS 부하로 공급하는 단계; 및
    정전시 상기 배터리에서 출력되는 직류전압을 상기 UPS장치를 통해 미리 정해진 전압 및 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하여 상기 UPS 부하로 공급하고, 상기 배터리에서 출력되는 직류전압을 상기 전력조절장치를 통해 교류전압으로 변환하여 비상부하로 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 비상부하로 공급하는 단계에서 정전시 상기 전력조절장치를 통해 상기 비상 부하로 교류전압이 공급될 때 상기 배터리의 SOC(State of Charge)가 상기 UPS 장치의 백업 타임에 따라 결정되는 기준치까지 감소되면 상기 비상 부하로의 교류 전압 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    무정전시 상기 전력조절장치를 통해 변환된 직류전압으로 상기 배터리를 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    정전시 디젤 발전기의 가동 준비가 완료되면 상기 비상 부하를 상기 디젤 발전기에 연결시켜 상기 디젤 발전기로부터 상기 비상부하로 교류 전압을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템의 동작 방법.
  15. 삭제
  16. 배터리;
    전원소스 중 계통이 정상인 경우 상기 계통에서 공급되는 교류전압을 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 계통에 이상이 발생된 경우 배터리로부터 공급되는 제2 직류전압을 교류전압으로 변환하여 비상부하에 공급하는 컨버터를 구비한 전력조절장치; 및
    상기 계통이 정상인 경우 상기 전력조절장치로부터 상기 제1 직류전압을 공급받고, 상기 계통에 이상이 발생된 경우 상기 배터리로부터 상기 제2 직류전압을 공급받으며, 상기 제1 직류전압 또는 상기 제2 직류전압을 교류전압으로 변환하여 UPS부하에 공급하는 인버터를 구비한 UPS장치를 포함하고,
    상기 계통에 이상이 발생되어 상기 전력조절장치를 통해 상기 비상부하로 상기 교류전압이 공급될 때 상기 배터리의 SOC(State of Charge)가 상기 UPS 장치의 백업 타임에 따라 결정되는 기준치까지 감소되면 상기 비상부하로의 교류전압 공급은 중단되는 것을 특징으로 하는 온라인 UPS 기능이 내장된 에너지 저장 시스템.
KR1020150188878A 2015-12-29 2015-12-29 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법 KR101805273B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150188878A KR101805273B1 (ko) 2015-12-29 2015-12-29 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150188878A KR101805273B1 (ko) 2015-12-29 2015-12-29 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170078974A KR20170078974A (ko) 2017-07-10
KR101805273B1 true KR101805273B1 (ko) 2017-12-06

Family

ID=59356215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150188878A KR101805273B1 (ko) 2015-12-29 2015-12-29 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101805273B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019135657A1 (ko) * 2018-01-08 2019-07-11 주식회사 엘지화학 무정전 전원 공급장치로 전환 가능한 에너지 저장 시스템

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102480499B1 (ko) * 2017-12-22 2022-12-23 엘지이노텍 주식회사 직류직류 컨버터를 포함하는 에너지 저장 시스템 및 이를 포함하는 전력 공급 시스템 및 이의 제어 방법
JP7239589B2 (ja) 2017-12-22 2023-03-14 エルジー イノテック カンパニー リミテッド 直流／直流コンバータを含む電力供給システムおよびこれの制御方法
KR102415566B1 (ko) * 2019-05-28 2022-06-30 삼성중공업 주식회사 부유식 구조물의 전력 제어 시스템
CN113949089A (zh) * 2021-10-14 2022-01-18 西安热工研究院有限公司 一种具有谐波抑制能力的电化学储能换流系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100439483B1 (ko) * 2001-08-02 2004-07-12 아데나코리아(주) 전원변동 대응시스템
JP2008067491A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 共通予備無停電電源システム
KR101174891B1 (ko) * 2010-06-01 2012-08-17 삼성에스디아이 주식회사 전력 저장 시스템 및 그 제어방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100439483B1 (ko) * 2001-08-02 2004-07-12 아데나코리아(주) 전원변동 대응시스템
JP2008067491A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 共通予備無停電電源システム
KR101174891B1 (ko) * 2010-06-01 2012-08-17 삼성에스디아이 주식회사 전력 저장 시스템 및 그 제어방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019135657A1 (ko) * 2018-01-08 2019-07-11 주식회사 엘지화학 무정전 전원 공급장치로 전환 가능한 에너지 저장 시스템
EP3648296A4 (en) * 2018-01-08 2020-08-12 Lg Chem, Ltd. ENERGY STORAGE SYSTEM CONVERTIBLE TO UNINTERRUPTED POWER SUPPLY
JP2020528723A (ja) * 2018-01-08 2020-09-24 エルジー・ケム・リミテッド 無停電電源供給装置に切換え可能なエネルギー貯蔵システム
JP7106630B2 (ja) 2018-01-08 2022-07-26 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 無停電電源供給装置に切換え可能なエネルギー貯蔵システム
US11646600B2 (en) 2018-01-08 2023-05-09 Lg Energy Solution, Ltd. Energy storage system convertible to uninterruptible power supply

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170078974A (ko) 2017-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10637284B2 (en) Power supply system and method
KR101805273B1 (ko) 온라인 ups 기능이 내장된 에너지 저장 시스템 및 그 동작 방법
US11073807B2 (en) Method and apparatus for activation and de-activation of power conditioners in distributed resource island systems using low voltage AC
KR101156535B1 (ko) 전력 저장 장치와 그 동작 방법 및 전력 저장 시스템
US10298006B2 (en) Energy storage system and method of driving the same
KR101538232B1 (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템
EP3010110B1 (en) Grid-tied photovoltaic power generation system
CN101262145A (zh) 连接到电网的不间断电源
KR101651772B1 (ko) 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템
CN104578154A (zh) 一种给煤机低电压穿越的方法
KR20140087930A (ko) 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
RU2410816C2 (ru) Устройство гарантированного электроснабжения ответственных потребителей
WO2012024182A1 (en) Modular backup power management
CN102651559A (zh) 可延长空载放电时间的不断电系统控制方法
RU2576664C1 (ru) Устройство бесперебойного электроснабжения
CN110932333A (zh) 一种配电系统
KR101707726B1 (ko) 다수의 에너지 저장 장치의 계통 분리 제어 시스템 및 방법
KR101081583B1 (ko) 단일 정류부를 이용한 듀얼인버터 방식의 선택적 부하 이중화 방식의 무정전 전원장치
RU148724U1 (ru) Устройство бесперебойного питания с автоматическим включением резервного питания
JP2020043748A (ja) 電力変換システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)