KR102019087B1 - Control method of photovoltaic energy storage system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전 에너지 저장시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주간 동작모드와 야간 동작모드로 구분되어 동작하는 태양광 발전 에너지 저장시스템과, 이 태양광 발전 에너지 저장시스템을 운용하는 방법, 특히 DC전원의 끊김 없이 배터리를 교체할 수 있는 배터리 교체 방법을 포함하는 태양광 발전 에너지 저장시스템의 제어방법에 대한 것이다.The present invention relates to a control method of a photovoltaic energy storage system, and more particularly, to a photovoltaic energy storage system operating by being divided into a daytime operation mode and a nighttime operation mode, and operating the photovoltaic energy storage system. The present invention relates to a method of controlling a photovoltaic energy storage system including a method of replacing a battery, in particular, a battery that can be replaced without disconnecting a DC power source.
태양광 발전 시스템은, 태양광 에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있는 반도체 소자를 사용하는 태양전지를 하나 이상 사용하여 발전, 전기에너지를 생산하는 발전시스템을 말한다. 이러한 상기와 같은 태양광 발전 시스템은 필요에 따라 하나 또는 둘 이상의 태양전지를 편성하여, 이들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용한다. 이러한 일반적인 형태의 태양광 발전 시스템은 다양한 형태로 공중에 개시되어 있다.The photovoltaic power generation system refers to a power generation system that generates power and electric energy by using at least one solar cell using a semiconductor device capable of converting solar energy into electrical energy. Such a photovoltaic power generation system uses one or two or more solar cells as necessary, and connects them in series or in parallel. This general type of solar power system is disclosed in the air in various forms.
상기와 같은 태양광 발전 시스템의 특징적인 부분으로는, 전기에너지의 근원이 되는 태양광이 주간에만 공급되므로, 야간에는 원천적으로 발전이 불가능하며 또한 주간에도 기상상황에 따라 발전출력이 변동할 수 있다는 것이다. 이에 따라, 일반적인 태양광 발전 시스템은 별도의 에너지 저장시스템을 편성한다. As a characteristic part of the above photovoltaic power generation system, since solar light, which is the source of electric energy, is supplied only during the daytime, power generation is not possible at night, and power generation output may fluctuate depending on weather conditions during the daytime will be. Accordingly, a general photovoltaic power generation system organizes a separate energy storage system.
그리고 상기와 같이 하여, 별도로 일조량이 많은 시간 동안 생산하는 전기에너지의 일부를 잉여전력으로 할당한 뒤 상기 에너지 저장시스템에 저장하여 태양광 발전과 함께 운전한다.In addition, as described above, a portion of the electrical energy produced during a large amount of sunshine is allocated as surplus power and stored in the energy storage system to operate together with photovoltaic power generation.
상기와 같은 에너지 저장시스템은, 그 용량증가와 가격 하락, 수명 장기화 등의 요인으로 인하여 태양광 발전 시스템에서 비중이 증가하는 추세이며, 또한 안정적인 전력 공급에도 기여하고 있기 때문에 그 중요도가 계속 증가하는 추세이다.The energy storage system as described above is increasing in weight in the solar power system due to factors such as capacity increase, price drop, and long life, and it also increases in importance as it contributes to stable power supply. to be.
상기와 같은 에너지 저장장치는 대표적으로 전기 에너지를 저장하는 배터리, 열에너지를 저장하는 축열조, 화학에너지를 저장하는 수소발생장치 등 필요로 하는 에너지원에 따라 다양한 형태로 구성이 가능하며, 이에 대한 다양한 형태가 개시되어 있다.The energy storage device as described above can be configured in various forms according to the energy source, such as a battery for storing electrical energy, a heat storage tank for storing thermal energy, a hydrogen generator for storing chemical energy, various forms for this Is disclosed.
예를 들어, 한국 등록특허 10-1469904호는 에너지 저장장치가 구성된 태양광 발전 설비의 통합전력제어반 모드 제어시스템을 개시하고 있다. 상기 등록특허는 대상건물의 전력수요패턴, 일조량에 따른 태양광 발전량 실시간 모니터링 데이터, 실시간 계통전력가격을 토대로 계통연계형 태양광 발전설비의 최적제어를 통하여 전력요금을 최소화하기 위한 일련의 기술들을 개시하고 있다.For example, Korean Patent No. 10-1469904 discloses an integrated power control panel mode control system of a photovoltaic power generation facility having an energy storage device. The registered patent discloses a series of technologies for minimizing the electricity bill through optimal control of grid-connected solar power generation facilities based on the power demand pattern of the target building, real-time monitoring data of solar power generation according to the amount of sunshine, and real-time grid power price. Doing.
또한, 한국 공개특허 1-2016-0028884호는 태양광 발전장치 및 전력저장장치가 구비된 전력공급 시스템의 운영방법을, 한국 공개특허 10-2017-0038640호는 에너지저장장치 전력 연동제어시스템 및 제어방법을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open No. 1-2016-0028884 discloses a method of operating a power supply system equipped with a photovoltaic device and a power storage device, and Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0038640 refers to an energy storage device power interlocking control system and control. A method is disclosed.
그리고 한국 등록특허 10-1651772호는 시스템 효율성을 향상시킬 수 있는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템을 개시하고 있으며, 한국 등록특허 10-1766433호는 태양광 발전전력과 배터리 충방전 전력의 전력계통 연계운전을 위한 전력변환장치가 포함된 에너지저장 시스템을 개시하여, 동작 영역(CCM/DCM)과 인버터 측으로 흐르는 전류값의 평균을 참조하여 벅모드 또는 부스트모드로 자동 절환되는 에너지저장 시스템을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent No. 10-1651772 discloses a plurality of energy storage power control systems that can improve system efficiency, and Korean Patent No. 10-1766433 links solar power generation and power charging / discharging power systems. Disclosed is an energy storage system including a power conversion device for operation, and an energy storage system for automatically switching to a buck mode or a boost mode with reference to an average of current values flowing to an operating region (CCM / DCM) and an inverter. .
상기한 한국 공개특허 및 등록특허들은 모두 본 발명과는 그 구성요소 및 제어방법들이 완전히 상이한 기술들로 판단된다.All of the above-mentioned Korean published patents and registered patents are judged to be completely different technologies from those of the present invention.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 현재 개시되어 있는 기술들과는 다른 구성과 방법으로서, 태양광 발전 에너지 저장시스템과, 이를 이용한 태양광 발전 에너지 저장시스템의 제어방법을 개시하는 데 그 목적이 있다.The present invention solves the problems of the prior art as described above, and as a configuration and method different from the currently disclosed technology, and discloses a photovoltaic energy storage system and a control method of a photovoltaic energy storage system using the same. There is a purpose.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,The present invention to achieve the object of the present invention as described above,
하나 이상의 배터리를 사용하는, 태양광 발전 에너지 저장시스템으로서 하나 이상의 태양전지를 포함하는 태양전지 단위체; 상기 태양전지 단위체가 생산하는 전력을 제어하고, DC/DC 컨버터를 포함하는 태양전지부; 상기 태양전지 단위체와 태양전지부 사이에 설치되는 태양전지 차단기; 상기 태양전지부와 전력계통 사이에 설치는 DC링크부; 상기 DC링크부와 상기 전력계통 사이에 설치되며, DC/AC 양방향 전력변환기를 포함하는 전력변환부; 하나 이상의 배터리를 포함하여, 전기에너지를 저장할 수 있는 배터리 단위체; 상기 배터리 단위체의 충전을 제어하고, 상기 DC링크부를 접점으로 하여 상기 태양전지부 및 전력변환부과 연결되며, DC/DC 컨버터를 포함하는 배터리부; 상기 배터리부와 배터리 단위체 사이에 설치되는 배터리 차단기 및 배터리 스위치; 상기 배터리부와 DC부하 사이에 연결 설치되어, DC부하에 직류전원을 공급하기 위하여 DC/DC 컨버터를 포함하는 DC부하부; 그리고 상기 태양전지부, 배터리부, DC링크부, 전력변환부 및 DC부하부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 태양광 발전 에너지 저장시스템을 제공한다.A solar cell unit including one or more solar cells as a photovoltaic energy storage system using one or more batteries; A solar cell unit controlling power generated by the solar cell unit and including a DC / DC converter; A solar cell breaker installed between the solar cell unit and the solar cell unit; A DC link unit installed between the solar cell unit and the power system; A power converter installed between the DC link unit and the power system and including a DC / AC bidirectional power converter; A battery unit capable of storing electrical energy, including one or more batteries; A battery unit which controls the charging of the battery unit, is connected to the solar cell unit and the power conversion unit using the DC link unit as a contact point, and includes a DC / DC converter; A battery breaker and a battery switch installed between the battery unit and the battery unit; A DC load unit installed between the battery unit and the DC load, the DC load unit including a DC / DC converter to supply DC power to the DC load; And it provides a photovoltaic energy storage system including a control unit for controlling the operation of the solar cell unit, the battery unit, the DC link unit, the power conversion unit and the DC load unit.
그리고 상기 태양광 발전 에너지 저장시스템을 이용하여 DC부하에 전력을 공급하고 배터리를 충전하기 위한 태양광 발전 에너지 저장시스템의 제어방법으로서,And as a control method of the photovoltaic energy storage system for supplying power to the DC load and charging the battery using the photovoltaic energy storage system,
태양광 발전 에너지 저장시스템의 전체 시스템 상태를 확인하는 시스템 상태확인단계(S1); 그리고 상기 단계(S1)에서 전체 시스템이 정상일 때, 상기 제어부가 현재시간(t)이 주간경계시간(td)을 초과하고 야간경계시간(tn) 미만의 범위에 속한다고 판단하면 현재시간(t)이 주간에 속하는 것으로 판단하고, 상기 범위를 벗어나면 현재시간(t)이 야간에 속하는 것으로 판단하는 주야간 판단단계(S2)를 실시하고, System status check step (S1) to check the overall system status of the photovoltaic energy storage system; And when the whole system is normal in the step (S1), if the control unit determines that the current time (t) exceeds the daytime boundary time (td) and falls within the range of less than the night boundary time (tn) the current time (t) If it is determined that it belongs to the daytime, and the range is out of the above range, the day and night judgment step (S2) to determine that the current time (t) belongs to the night,
상기 단계(S2)에서 상기 현재시간(t)이 주간에 속하는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 주간동작으로 운용하는 주간동작모드 단계(S31); 그리고 상기 단계(S31) 후 상기 제어부가 상기 배터리 단위체의 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S32)를 실시하며,If it is determined in step S2 that the current time t belongs to daytime, the controller operates the solar energy storage system of the present invention in a daytime operation mode step S31; After the step S31, the controller performs a charging state checking step S32 of checking the charging state of the battery unit.
상기 단계(S32)에서 상기 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 저전압 또는 과전압 상태인 경우 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하고, 상기 단계(S32)에서 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 정상전압인 경우 상기 태양전지 단위체가 생산하는 전기에너지의 전압(PV)을 측정하여 상기 태양전지 단위체의 동작을 판단하는 동작모드 판단단계(S33)를 실시하고,In the step S32, when the state of charge of the battery in the battery unit is a low voltage or an overvoltage state, the battery remaining scenario mode S5 is executed, and in the step S32, the state of charge of the battery in the battery unit is a normal voltage. By performing the operation mode determination step (S33) of measuring the voltage (PV) of the electrical energy produced by the solar cell unit to determine the operation of the solar cell unit,
상기 단계(S33)에서 최초동작전압(PVr)이 동작시작전압인 150V를 초과하거나 또는 현재전압(PV)이 동작유지전압 범위인 100V 초과 500V 미만의 범위 내에 있으면 상기 시스템 상태확인단계(S1)를 실시하고, 상기 단계(S33)에서 상기 최초동작전압(PVr)이 150V 이하이거나 또는 현재전압(PV)이 상기 동작유지전압 범위를 벗어나면 상기 태양전지 단위체의 발전을 멈추는 동작대기모드(S34)를 실시하고, 상기 단계(S34) 이후에는 상기 주야간 판단단계(S2)를 실시하며, In the step S33, if the initial operating voltage PVr exceeds 150 V, which is an operation start voltage, or the current voltage PV is within a range of more than 100 V and less than 500 V, which is an operation holding voltage range, the system state checking step S1 is performed. In operation S33, when the initial operation voltage PVr is 150 V or less or the current voltage PV is out of the operation maintenance voltage range, an operation standby mode S34 for stopping power generation of the solar cell unit is performed. After the step S34, the day and night determination step S2 is performed.
상기 단계(S2)에서 상기 현재시간(t)이 야간에 속하는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 야간동작으로 운용하는 야간동작모드 단계(S41); 그리고 상기 단계(S41) 후 상기 제어부가 상기 배터리 단위체의 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S42)를 실시하며,If the current time (t) is determined to belong to the night in the step (S2), the night operation mode step (S41) for the control unit to operate the photovoltaic energy storage system of the present invention at night operation; And after the step (S41) and the control unit performs a charge state check step (S42) for checking the state of charge of the battery unit,
상기 단계(S42)에서 상기 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 저전압 또는 과전압 상태인 경우 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하고, 상기 단계(S42)에서 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 정상전압인 경우 상기 시스템 상태확인단계(S1)를 실시하는 태양광 발전 에너지 저장시스템의 제어방법을 제공한다.In the step S42, when the state of charge of the battery in the battery unit is a low voltage or an overvoltage state, the battery remaining scenario mode S5 is executed, and in the step S42, the state of charge of the battery in the battery unit is a normal voltage. It provides a control method of a photovoltaic energy storage system for performing the system status check step (S1).
상기에서, 상기 단계(S31)에서는 상기 태양전지부 내 DC/DC 컨버터는 최대 전력 지점 추종 모드로 운용되고, 상기 전력변환부 내 DC/AC 전력변환기는 인버터 모드로 동작하는 것이 바람직하다.In the step S31, the DC / DC converter in the solar cell unit is operated in the maximum power point following mode, the DC / AC power converter in the power converter is preferably operated in the inverter mode.
상기에서, 상기 단계(S41)에서는 상기 전력변환부 내 DC/AC 전력변환기는 컨버터 모드로 동작하고, 상기 DC링크부의 계통전류 기준값은 네거티브(-) 값이 되는 것이 바람직하다.In the above step S41, the DC / AC power converter in the power converter is operated in the converter mode, the system current reference value of the DC link unit is preferably a negative (-) value.
상기에서, 상기 단계(S31) 및 상기 단계(S41)에서, 상기 DC부하부에 직류전원을 공급하는 것은 상기 배터리 단위체가 되도록 하는 것이 바람직하다.In the above, in the step S31 and the step S41, supplying the DC power to the DC load is preferably such that the battery unit.
상기 단계에서, 충전상태 확인단계(S32, S42)가 시작되면 배터리의 충전상태를 확인하기 위하여, 배터리의 충전상태값(soc)이 확인 가능한지를 판단하는 충전상태 확인단계(S321); 상기 단계(S321)에서 상기 충전상태값(soc) 확인 가능하면, 상기 충전상태값(soc)을 미리 입력된 최소허용 sic값(soc_mi), 최대허용 sic값(soc_mx)과 비교하는 soc확인단계(S322); 그리고 상기 단계(S322)에서, 상기 충전상태값(soc)이 최소허용 soc값(soc_mi) 이상 최대허용 soc값(soc_mx) 이하일 경우 배터리의 충전상태가 정상인 것으로 판단하고 정상전압 판단단계(S324)를 실시하여 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)를 종료하며, In the above step, in order to check the state of charge of the battery when the state of charge check step (S32, S42) is started, a state of charge check step (S321) of determining whether the state of charge (soc) of the battery can be confirmed; If it is possible to check the state of charge (soc) in the step (S321), the soc check step of comparing the state of charge (soc) with the minimum allowable sic value (soc_mi), the maximum allowable sic value (soc_mx) previously input ( S322); In the step S322, when the state of charge value soc is less than the minimum allowable soc value soc_mi or less than the maximum allowable soc value soc_mx, it is determined that the state of charge of the battery is normal and the normal voltage determination step S324 is performed. To terminate the charging state checking step (S32, S42),
상기 단계(S322)에서 상기 충전상태값(soc)이 상기 최소허용 soc값(soc_mi) 미만이거나 상기 최대허용 soc값(soc_mx) 초과인 경우 상기 배터리 잔량 시나리오단계(S5)를 실시하고, 상기 단계(S321)에서 상기 충전상태값(soc)이 확인 불가능하면, 배터리의 전압값(BV)을 미리 입력된 최소허용 전압값(BV_mi), 최대허용 전압값(BV_mx)과 비교하는 배터리전압 확인단계(S323); 그리고 상기 단계(S323)에서, 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최소허용 전압값(BV_mi) 초과 최대허용 전압값(BV_mx) 미만일 경우 배터리의 충전상태가 정상인 것으로 판단하고 정상전압 판단단계(S324)를 실시하여 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)를 종료하며, In the step S322, when the state of charge value soc is less than the minimum allowable soc value soc_mi or exceeds the maximum allowable soc value soc_mx, the battery remaining amount scenario step S5 is executed. If the charge state value (soc) is impossible to check in S321, the battery voltage checking step (S323) comparing the voltage value BV of the battery with the minimum allowable voltage value BV_mi and the maximum allowable voltage value BV_mx previously inputted. ); In operation S323, when the battery voltage value BV is greater than the minimum allowable voltage value BV_mi and less than the maximum allowable voltage value BV_mx, it is determined that the state of charge of the battery is normal and the normal voltage determination step S324 is performed. To terminate the charging state checking step (S32, S42),
상기 단계(S323)에서 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최소허용 전압값(BV_mi) 이하이거나 상기 최대허용 전압값(BV_mx) 이상일 경우 상기 배터리 잔량 시나리오단계(S5)를 실시한다.In the step S323, when the battery voltage value BV is less than or equal to the minimum allowable voltage value BV_mi or greater than or equal to the maximum allowable voltage value BV_mx, the battery remaining amount scenario step S5 is performed.
상기 단계에서, 배터리잔량 시나리오모드(S5)가 시작되면 상기 배터리 단위체 내 배터리가 저전압인지 과전압인지 판단하는 배터리 전압 판단단계(S51); 상기 단계(S51)에서, 상기 배터리 단위체 내 배터리들이 저전압 상태로 판단되면 배터리가 저전압 상태임을 상기 제어부가 사용자에게 알리는 저전압 경고단계(S52); 상기 단계(S52)이후, 배터리의 저전압 상태를 확인하는 배터리 저전압 상태확인단계(S53); 그리고 상기 단계(S53)에서, 미리 입력된 한계허용 전압값(BV_lim)보다 현재 배터리 전압값(BV)이 더 낮고 충전카운트(cn)가 미리 입력된 최대 충전카운트(cmx)보다 높다면 배터리 저전압에러 통보단계(S55)를 실시한 뒤 상기 시스템 상태확인 단계(S1)를 실시하고, In the step, the battery voltage determination step (S51) for determining whether the battery in the battery unit is a low voltage or an overvoltage when the battery remaining scenario mode (S5) is started; In the step S51, if it is determined that the batteries in the battery unit is a low voltage state, the low voltage warning step (S52) of the control unit to inform the user that the battery is in a low voltage state; A battery low voltage state checking step (S53) of checking a low voltage state of the battery after the step (S52); In operation S53, when the current battery voltage value BV is lower than the previously input limit allowable voltage value BV_lim and the charging count cn is higher than the maximum charge count value cmx previously input, the battery low voltage error. After the notification step (S55) is carried out the system status check step (S1),
상기 단계(S53)에서 미리 입력된 한계허용 전압값(BV_lim)보다 현재 배터리 전압값(BV)이 같거나 높은 경우 또는 상기 충전카운트(cn)가 미리 입력된 최대 충전카운트(cmx)보다 같거나 작다면 배터리의 충전을 실시하는 충전 단계(S54)를 실시하며, When the current battery voltage value BV is equal to or higher than the limit allowable voltage value BV_lim previously input in the step S53 or the charge count cn is equal to or smaller than the maximum charge count cmx previously input. To perform the charging step (S54) for charging the multi-sided battery,
상기 단계(S51)에서, 상기 배터리 단위체 내 배터리들이 과전압 상태로 판단되면, 배터리가 과전압 상태임을 상기 제어부가 사용자에게 알리는 과전압 경고단계(S56); 상기 단계(S56) 이후, 배터리 단위체(210)에 대한 충전을 차단하는 배터리 충전정지단계(S57)를 실시한 뒤 상기 배터리 전압 판단단계(S51)를 실시한다.In the step S51, if it is determined that the batteries in the battery unit are in an overvoltage state, the control unit notifies the user that the battery is in an overvoltage state (S56); After the step (S56), after performing the battery charge stop step (S57) for blocking the charge to the
상기에서, 충전 단계(S54)가 실시되면 상기 배터리 단위체에 대한 충전을 실시하면서, 충전을 실시하기 시작하면서 측정한 충전시간(ct)이 2시간이 초과하는지를 비교하고, 상기 충전시간(ct)이 2시간이 초과할 때까지 배터리의 충전을 실시하는 것이 바람직하다.In the above, when the charging step (S54) is carried out while charging the battery unit, and comparing the charging time (ct) measured while starting the charging is more than 2 hours, the charging time (ct) is It is preferable to charge the battery until more than two hours.
또한 상기 충전 단계(S54)에 따라 상기 배터리 단위체에 대한 충전을 실시한 뒤, 상기 배터리 충전상태값(soc)이 미리 입력된 충전허용 soc값(soc_ps)을 초과하거나 또는 상기 배터리 전압값(BV)이 정격전압값(RV)을 초과하였다면, 상기 시스템 상태확인 단계(S1)을 실시하고, In addition, after charging the battery unit according to the charging step (S54), the battery charge state value (soc) exceeds the previously input charge allowable soc value (soc_ps) or the battery voltage value (BV) If the rated voltage value (RV) is exceeded, the system state checking step (S1) is performed,
상기 단계(S54)에 따라 상기 배터리 단위체에 대한 충전을 실시한 뒤, 상기 배터리 충전상태값(soc)이 미리 입력된 충전허용 soc값(soc_ps) 이하이고 상기 배터리 전압값(BV)이 정격전압값(RV) 이하라면, 현재 충전카운트(cn)에 하나를 더하여 상기 단계(S53)를 실시하는 것이 바람직하다.After charging the battery unit according to the step (S54), the battery charge state value (soc) is less than the input charge allowable soc value (soc_ps) and the battery voltage value (BV) is the rated voltage value ( RV) or less, it is preferable to perform the step (S53) by adding one to the current charge count (cn).
그리고 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템에서의 배터리 단위체 내 배터리를 교체하는 방법으로서, 상기 제어부가 배터리 교체모드로 설정되는 배터리 교체설정단계(S61); 상기 단계(S61)에서, 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템이 주간 동작 모드로 운영될 경우 야간 동작 모드로 변경하는 야간동작모드 변경단계(S62); 상기 단계(S62)를 실시하였거나 또는 상기 단계(S61)에서 야간 동작 모드로 판단될 경우, 배터리부 내 전자접촉기를 차단하여 배터리를 교체하는 배터리 교체단계(S63); 그리고 상기 단계(S63)가 종료된 이후 상기 제어부가 배터리 교체모드를 해제하여 주간 또는 야간 동작모드로 동작한다.And a method for replacing the battery in the battery unit in the solar energy storage system of the present invention, the battery replacement setting step of the control unit is set to the battery replacement mode (S61); In the step (S61), when the solar energy storage system of the present invention is operated in the daytime operation mode night operation mode change step (S62) for changing to the night operation mode; A battery replacement step (S63) of replacing the battery by blocking the magnetic contactor in the battery unit when the step (S62) or the step S61 is determined to be a night operation mode; After the step S63 ends, the controller releases the battery replacement mode and operates in the day or night operation mode.
상기에서, 상기 단계(S62)에서 배터리부 내 전자접촉기를 차단하기 전, 상기 배터리부 내 DC/DC 컨버터를 정전압 충전모드로 변경하여 일정 전압으로 유지하는 것이 바람직하다.In the above, before the magnetic contactor in the battery unit is blocked in step S62, it is preferable to change the DC / DC converter in the battery unit to a constant voltage charging mode and maintain the constant voltage.
본 발명에 따른 태양광 발전 에너지 저장시스템과 그 제어방법은, 주간과 야간, 그리고 일사량에 관계 없이 배터리를 일정하고 유효하게 충전하고 DC부하에게 균일한 직류전압을 제공할 수 있으며, 또한 배터리의 고장 여부를 신속하게 판단하고 안전하게 조치할 수 있다. The photovoltaic energy storage system and control method thereof according to the present invention can be used to constantly and effectively charge a battery regardless of daytime, nighttime, and insolation, and provide a uniform DC voltage to a DC load, and also cause a failure of the battery. You can quickly determine whether it is safe and take action safely.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템의 구조도.
도 4는 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 이용한 주, 야간 태양광 발전 저장시스템 제어 순서도.
도 5는 본 발명의 충전상태 확인단계에서의 상세한 순서도.
도 6은 본 발명의 배터리잔량 시나리오모드의 상세한 순서도.
도 7은 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템에서의 배터리 교체 순서도.1 to 3 is a structural diagram of the photovoltaic energy storage system of the present invention.
Figure 4 is a flow chart of day and night photovoltaic power storage system control using the photovoltaic energy storage system of the present invention.
5 is a detailed flowchart of the state of charge check step of the present invention.
6 is a detailed flowchart of the battery remaining scenario mode of the present invention.
Figure 7 is a flow chart of battery replacement in the photovoltaic energy storage system of the present invention.
이하에서는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 이해와 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. The following description is to aid the understanding and practice of the present invention, but not to limit the present invention thereto. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes can be made within the spirit of the invention as set forth in the claims below.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템의 구조도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 통하여 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템의 구성요소 및 동작에 대하여 설명한다.1 to 3 is a structural diagram of the photovoltaic energy storage system of the present invention. Hereinafter, the components and operation of the photovoltaic energy storage system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
설명에 앞서, 도 1 내지 도 3에서 실선으로 이어진 부분은 전기에너지가 송수신되는 물리적인 회로 연결관계를 표시한 것이며, 도 1에서의 점선으로 이어진 부분은 각 구성요소간 신호 또는 정보를 주고받을 수 있도록 통신 가능하게 연결된 연결관계를 표시한 것으로, 도 1에서 실선과 점선 연결관계는 접점 없이 독립적으로 이루어진다.Prior to the description, parts shown in solid lines in FIGS. 1 to 3 represent physical circuit connection relationships in which electrical energy is transmitted and received, and parts shown in dotted lines in FIG. 1 may exchange signals or information between components. The connection relationship is communicatively connected so that a solid line and a dotted line connection relationship are independently formed without a contact point in FIG. 1.
그리고 도 2 내지 도 3에서의 점선 화살표 방향은 전기에너지의 흐름 방향을 표시한 것이다. And the dotted arrow direction in Figures 2 to 3 indicates the flow direction of the electrical energy.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템은 태양전지(C)를 사용하여 발전, 전기에너지를 생산하는 발전시스템에 적용된다. 상기 태양전지(C)는 하나로 구성할 수도 있고, 또는 둘 이상 구성하여 직렬 및 병렬로 연결하여 구성할 수도 있다. 본 발명에서는, 상기와 같이 전기에너지를 생산하는 하나 이상의 태양전지(C)를 태양전지 단위체(110)로 구성하여 사용한다. As shown in FIG. 1, the photovoltaic power generation energy storage system of the present invention is applied to a power generation system that generates power and electric energy using a solar cell (C). The solar cell C may be configured as one, or two or more may be configured to be connected in series and in parallel. In the present invention, at least one solar cell (C) for producing electrical energy as described above is used to configure the
그리고 상기 태양전지 단위체(110)가 생산하는 전력을 제어하기 위하여, 태양전지부(100)가 상기 태양전지 단위체(110)에 연결된다. 상기 태양전지부(100)는 상기 태양전지 단위체(110)의 동작을 제어하기 위한 일련의 센서 및 연산장치, 저장장치 및 상기 저장장치에 내장된 하나 이상의 프로그램들을 포함할 수 있으며, 이러한 상기 태양전지부(100)의 구성은 일반적인 것이므로 이에 대한 설명은 생략한다. And in order to control the power produced by the
특히, 상기 태양전지부(100)는 상기 태양전지 단위체(110)가 생산하는 전기에너지의 직류전원 전압을 변환하기 위한 DC/DC 컨버터를 포함하는데, 상기 태양전지부(100)의 DC/DC 컨버터는 일방향으로서, 상기 태양전지 단위체(110)가 생산한 전기에너지의 직류전원 전압을 도 1의 태양전지부(100) 위에 표시한 화살표 방향으로만 변환하여 이동시키도록 한다.In particular, the
또한 상기 태양전지부(100)와 태양전지 단위체(110) 사이로는 태양전지 차단기(120)가 설치된다.In addition, a
그리고 상기 태양전지부(100)와 태양전지 단위체(110)가 생산하는 전기에너지 외, 기타 전기에너지가 인입될 수 있는 전력망, 즉 전력계통(G) 사이로는 DC링크부(300) 및 전력변환부(310)가 연결된다.In addition to the electric energy produced by the
상기 DC링크부(300)는 상기 태양전지부(100)에서 송전하는 전기에너지에 대하여, 상기 전력계통(G)에 송전할 전류량의 기준값을 결정하는 부분이다.The
또한 상기 DC링크부(300)와 연결되는 전력변환부(310)은 상기 전력계통(G)에서 인입되는 교류전원을 직류전원으로 변환하거나, 또는 상기 DC링크부(300)로부터 송신되는 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위한 DC/AC 양방향 전력변환기를 포함하여, 직류전원을 교류전원으로 변환(역변환)하여 상기 전력계통(G)에 송전할 때는 인버터로서 동작하고, 반대로 전력계통(G)으로부터 송전되는 교류전원을 직류전원으로 변환(순변환)할 때는 컨버터로서 동작하도록 한다.In addition, the
그리고 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템은, 상기 태양전지 단위체(110)가 생산한 전기에너지의 일부를 저장하기 위하여, 하나 이상의 배터리를 포함하는 배터리 단위체(210)를 포함한다. 상기 배터리 단위체(210)의 구성요소로서 포함되는 하나 이상의 배터리는, 전기에너지를 충전시킬 수 있는 배터리라면 모두 사용할 수 있다.And the photovoltaic energy storage system of the present invention, in order to store a portion of the electrical energy produced by the
그리고 상기 배터리 단위체(210)의 충전을 제어하기 위하여, 배터리부(200)가 상기 배터리 단위체(210)와 연결된다. 상기 배터리부(200)는 또한 상기 태양전지부(100) 및 상기 전력변환부(310)와는 상기 DC링크부(300)를 접점으로 하여 연결된다. In addition, in order to control the charging of the
상기와 같은 배터리부(200)는, 주간 동작모드에서는 상기 태양전지부(100)로부터 송신되는 전기에너지를 상기 배터리 단위체(210)로 전달하여 상기 배터리 단위체(210)를 충전시키는 역할을 하며, 야간 동작모드 또는 배터리가 저전압 상태인 경우에는 상기 전력계통(G)으로부터 송신되는 전기에너지를 상기 배터리 단위체(210)로 전달하여 상기 배터리 단위체(210)를 충전시키는 역할을 한다.The
또한 상기 배터리부(210)는 상기 배터리 단위체(210) 내의 전기에너지를 방전하여 필요한 경우 다른 구성요소들에게 공급할 수도 있다.In addition, the
이를 위하여, 상기 배터리부(200)는 상기 배터리 단위체(210)의 동작을 제어하기 위한 일련의 센서 및 연산장치, 저장장치 및 상기 저장장치에 내장된 하나 이상의 프로그램들을 포함할 수 있으며, 이러한 상기 배터리부(200)의 구성은 일반적인 것이므로 이에 대한 설명은 생략한다. To this end, the
특히, 상기 배터리부(200)는 전기에너지의 직류전원 전압을 변환하기 위한 DC/DC 컨버터를 포함하는데, 상기 배터리부(200)의 DC/DC 컨버터는 양방향으로서, 전기에너지의 직류전원 전압을 도 1의 배터리부(200) 위에 표시한 화살표 방향으로만 변환하여 이동시키도록 한다.In particular, the
또한 상기 배터리부(200)와 상기 배터리 단위체(210) 사이로는 배터리 차단기(220)와 배터리 스위치(230)가 포함되어 연결된다.In addition, a
그리고 상기 태양전지 단위체(110)가 생산하는 직류전원이 교류전원으로의 변환 없이 직접 필요한 DC부하(D)에 직류전원을 공급하기 위하여, DC부하부(400)가 상기 배터리부(200)와 상기 DC부하(D) 사이에 연결된다.In addition, in order for the DC power produced by the
상기 DC부하부(400)는 상기 배터리부(200) 또는 상기 배터리 단위체(210)로부터 공급되는 직류전원을 상기 DC부하(D)에 제공하기 위하여, 직류전원 전압을 변환하기 위한 일방향 DC/DC 컨버터를 포함한다.The DC load unit 400 is a one-way DC / DC converter for converting a DC power voltage in order to provide a DC power supplied from the
그리고 본 발명은 상기 태양전지부(100), 배터리부(200), DC링크부(300), 전력변환부(310) 및 DC부하부(400)의 동작을 제어하기 위한 제어부(500)를 포함한다. 이러한 상기 제어부(500)는 상기한 구성요소들을 제어하기 위하여, 하나 이상의 연산장치 및 기억장치, 그리고 상기 기억장치 내 설치되는 하나 이상의 프로그램을 포함할 수 있다.In addition, the present invention includes a control unit 500 for controlling the operation of the
또한 상기 제어부(500)는 상기한 구성요소들 외에도 태양전지 단위체(110)나 배터리 단위체(210), 차단기(120, 220) 및 스위치(230)의 동작을 직접 제어할 수도 있다. 아니면 상기 태양전지 단위체(110) 및 태양전지 차단기(120)의 동작은 상기 태양전지부(100)가 제어하고, 상기 배터리 단위체(210) 및 배터리 차단기(220), 배터리 스위치(230)의 동작은 배터리부(200)가 제어하도록 할 수도 있다.In addition to the above components, the controller 500 may directly control operations of the
상기와 같이 함으로서, 상기 태양전지 단위체(110)가 전력을 생산하는 주간에는 도 2에서의 점선 화살표 방향과 같이 전기에너지가 흐른다. 도 2에서와 같이, 상기 태양전지 단위체(110)에서 생산되는 전기에너지는 상기 태양전지부(100), 전력변환부(310)을 거쳐 교류전원으로 변환, 전력계통(G)에 송전될 수도 있고, 또는 상기 배터리부(200)를 거쳐 상기 배터리 단위체(210) 내의 배터리를 충전시키거나, 또는 상기 DC부하부(400)를 거쳐 DC부하(D)에 직류전원을 공급할 수도 있다.As described above, during the day in which the
또한 야간이거나 또는 기상 상황 내지 기타 문제로 인하여 상기 태양전지 단위체(110)가 전기에너지를 공급하지 않는 경우에는, 도 3에서의 점선 화살표 방향과 같이, 전력계통(G)으로부터 교류전원을 공급 받아 직류전원으로 변환한 뒤, 상기 배터리 단위체(210) 또는 상기 DC부하(D)에 제공할 수도 있다.In addition, when the
상기 도 2 및 도 3에서 도시된 전기에너지의 흐름 방향은 일반적인 경우이며, 때에 따라서는 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리가 고장 또는 파손 등으로 인하여 전기에너지를 공급하지 못하는 상태로 교체 또는 수리해야 하는 경우가 발생할 수도 있다. 이러한 특수한 상황에 대한 동작절차는 차후에 설명하기로 한다.The flow direction of the electrical energy shown in FIGS. 2 and 3 is a general case, and in some cases, the battery in the
도 4는 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템의 동작 구조도이다. 이하에서는 도 1 및 도 4를 통하여 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템의 동작에 대하여 설명한다. 4 is a structural view of the operation of the photovoltaic energy storage system of the present invention. Hereinafter, the operation of the photovoltaic energy storage system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 4.
본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 포함한, 태양광 발전시스템이 가동하기 시작하면, 우선 상기 제어부(500)가 상기 태양광 발전 에너지 저장시스템의 전체 시스템 상태를 확인하는 시스템 상태확인단계(S1)를 실시한다. 상기 단계(S1)에서, 구성요소 중 어느 하나의 고장이나 파손 등으로 인하여 정상 동작이 불가능하거나 또는 동작 시 안전사고의 위험이 발생할 수 있다면, 상기 제어부(500)는 곧바로 비상종료단계(S11)를 실시하여 모든 시스템을 종료하여 끝내면 된다.When the photovoltaic power generation system including the photovoltaic energy storage system of the present invention starts to operate, first, the control unit 500 checks the overall system state of the photovoltaic energy storage system (S1). Is carried out. In the step (S1), if the normal operation is not possible due to the failure or damage of any one of the components, or if the risk of a safety accident may occur during operation, the control unit 500 immediately exits the emergency termination step (S11) To shut down and exit all systems.
그리고 상기 단계(S1)에서 전체 시스템이 고장 없이 정상 동작할 수 있다고 판단되면, 상기 제어부(500)는 상기 태양광 발전 에너지 저장시스템을 주간동작모드로 할지 야간동작모드로 할지 결정하는 주야간 판단단계(S2)를 실시한다. And if it is determined in the step (S1) that the entire system can operate normally without failure, the control unit 500 determines the day and night determination step of determining whether to set the solar energy storage system in daytime operation mode or night operation mode ( S2) is performed.
상기 단계(S2)에서 주간 또는 야간을 판별하는 기준은 현재시간(t)을 기준으로 하여, 주간경계시간(td)을 초과하고 야간경계시간(tn) 미만으로 상기 현재시간(t)이 위치하여 있다면 주간으로 판단하며, 상기 현재시간(t)이 상기 범위 바깥에 있다면, 야간으로 판단한다. 예를 들어, 상기 주간경계시간(td)이 오전 6시(td=6)이고, 상기 야간경계시간(tn)이 오후 6시(tn=18)로 설정되어 있다면, 상기 현재시간(t)이 6 초과 18 미만의 범위 내에 있을 때 주간으로 판단하고, 상기 범위를 벗어나면 야간으로 판단한다.The criterion for determining the day or night in the step (S2) is based on the current time (t), the current time (t) is located above the daytime boundary time (td) and less than the night boundary time (tn) If it is present, it is determined as day, and if the current time t is out of the range, it is determined as night. For example, if the daytime boundary time td is 6 am (td = 6) and the nighttime boundary time tn is set to 6 pm (tn = 18), then the current time t is When it is in the range of more than 6 and less than 18, it is judged as daytime, and when it is out of this range, it is judged as night.
상기 단계(S2)에서 현재시간(t)이 주간으로 판단되었다면, 상기 태양전지 단위체(110)가 발전을 할 수 있음을 전제하는 것이므로, 상기 제어부(500)가 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 주간동작모드로 운용하는 주간동작모드 단계(S31)를 실시한다.If the current time (t) is determined to be daytime in the step (S2), it is assumed that the
상기 단계(S31)에서, 상기 태양전지부(100)는 상기 태양전지 단위체(110)가 생산하는 전기에너지의 발전량에 따르기 위하여, 상기 태양전지부(100) 내 DC/DC 컨버터는 최대 전력 지점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 모드로 운용된다. 이에 따라 상기 DC링크부(300)는 미리 설정된 일정전압으로 유지하면서, 상기 일정전압 이상이 되면 그 부분만큼 상기 전력계통(G)에 송전하는 전류량의 기준값을 결정한다. In step S31, the
여기서 상기 전력계통(G)에 전력을 송전시키기 위하여, 상기 전력변환부(310) 내 DC/AC 전력변환기는 인버터 모드로 동작한다.Here, in order to transmit power to the power system (G), the DC / AC power converter in the
또한, 상기 미리 설정된 일정전압은 예를 들어, 단상 AC220V인 경우 상기 일정전압을 350Vdc로, 삼상 AC380V인 경우에는 일정전압을 620Vdc로 하면 된다.The predetermined voltage may be, for example, 350Vdc for the single-phase AC220V and 620Vdc for the three-phase AC380V.
그리고 상기 단계(S31) 이후, 상기 제어부(500)는 상기 배터리부(200)를 통하여 상기 배터리 단위체(210)의 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S32)를 실시한다.After the step S31, the controller 500 performs a charge state checking step S32 of checking the state of charge of the
상기 단계(S32)에서, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리의 충전상태에 따라 다음 단계가 결정되는데, 상기 배터리의 충전상태가 저전압 또는 과전압 상태인 경우, 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하고, 상기 배터리의 충전상태가 정상전압인 경우에는 상기 태양전지 단위체(110)의 동작을 판단하는 동작모드 판단단계(S33)를 실시한다.In the step S32, the next step is determined according to the state of charge of the battery in the
이러한 상기 충전상태 확인단계(S32)와, 상기 단계(S32) 이후에 실시될 수 있는 배터리잔량 시나리오모드(S5)의 자세한 구성 및 단계에 대하여는 차후에 별도의 도면을 통하여 설명하도록 한다.The detailed configuration and steps of the checking of the state of charge (S32) and the remaining battery power scenario mode (S5) that can be performed after the step (S32) will be described later through separate drawings.
상기 단계(S32)에서 상기 배터리의 충전상태가 정상전압인 경우, 상기 태양전지 단위체(110)의 동작을 판단하는 동작모드 판단단계(S33)를 실시한다. 상기 단계(S33)에서는 상기 태양전지 단위체(110)가 발전하여 생산하는 전기에너지의 전압(PV)을 측정하여 다음 동작모드를 결정한다.In operation S32, when the state of charge of the battery is a normal voltage, an operation mode determination step S33 of determining an operation of the
이때 상기 단계(S33)에서 다음 단계를 결정하기 위한 인자로는 상기 태양전지 단위체(110)가 발전을 시작할 때의 최초동작전압(PVr) 또는 현재 발전하여 생산하는 전기에너지의 현재전압(PV)을 사용한다.At this time, as a factor for determining the next step in the step (S33) as the initial operating voltage (PVr) when the
상기 단계(S33)에서, 최초동작전압(PVr)이 동작시작전압인 150V를 초과하거나, 또는 현재전압(PV)이 동작유지전압 범위인 100V 초과 500V 미만의 범위 내에 있으면, 상기 태양전지 단위체(110)의 발전이 정상적으로 이루어지고 있는 것을 의미하므로, 본 발명의 시스템이 별도의 동작 종료 명령이 내려지지 않는 이상 다시 시스템의 상태를 확인하는 상기 단계(S1)로 돌아가서 본 발명의 동작을 유지하도록 한다. In the step (S33), if the initial operating voltage PVr exceeds the
그리고 상기 단계(S33)에서, 최초동작전압(PVr)이 150V 이하로 측정되거나, 또는 현재전압(PV)이 상기 범위를 벗어나 100V 이하 또는 500V 이상으로 측정되었다면, 상기 태양전지 단위체(110)의 발전을 멈추는 동작대기모드(S34)를 실시한다.In operation S33, when the initial operating voltage PVr is measured to be 150 V or less, or if the current voltage PV is measured to be 100 V or less or 500 V or more out of the range, the
상기 단계(S34)를 실시하게 되면 상기 태양전지 단위체(110)의 발전이 멈추게 되는데, 그럼에도 불구하고 상기 DC부하(D)에는 48V의 직류전원이 연속적으로 제공되어야 하므로, 이때는 상기 전력계통(G)이나 상기 충전되어 있는 배터리 단위체(210)로부터 전력을 공급받도록 하는 것이 바람직하다. When the step (S34) is performed, the power generation of the
상기 단계(S34)를 실시한 다음에는 다시 주간 및 야간을 판단하는 주야간 판단단계(S2)를 실시하여 주간 또는 야간동작모드 판단을 실시한다.After performing the step (S34), the day and night determination step (S2) to determine the day and night again to perform the day or night operation mode determination.
상기와 같은 단계의 반복으로 주간동작이 이루어진다.Day operation is performed by repetition of the above steps.
그리고 상기 주야간 판단단계(S2)에서 현재시간(t)이 야간으로 판단되었다면, 상기 제어부(500)가 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 야간동작모드로 운용하는 야간동작모드 단계(S41)를 실시한다.And if the current time (t) is determined to be nighttime in the day and night determination step (S2), the control unit 500 operates the night operation mode step (S41) for operating the solar energy storage system of the present invention in the night operation mode. Conduct.
상기 단계(S41)가 실시될 때 그 직전 단계가 주간동작모드로 동작하여 DC링크부(300)가 상기의 일정 전압을 유지하고 있는 상태였다면, 상기 단계(S41)를 통해 야간동작모드로 전환하면서 상기 배터리부(200)는 배터리 충전 전류값을 천천히 증가시키고, 상기 DC링크부(300)는 계통전류 기준값을 네거티브(-)값으로 변경하며, 상기 전력변환부(310)의 DC/AC 전력변환기를 컨버터 모드로 동작함으로서 상기 전력계통(G)에서 전력을 공급받도록 한다.If the step immediately before the step (S41) is carried out in the daytime operation mode and the
그리고 주간동작모드 또는 야간동작모드에서, 상기 DC부하부(400)에는 상기 배터리 단위체(210)가 안정적으로 DC부하부(400) 및 DC부하(D)에 전력을 공급할 수 있다.In addition, in the daytime operation mode or the night operation mode, the DC load unit 400 may stably supply power to the DC load unit 400 and the DC load D to the DC unit 400.
최초 동작모드가 야간동작모드에서 상기 단계(S41)를 실시할 경우, 우선 상기 배터리부(200)는 자신의 DC/DC 컨버터는 배터리 방전을 통하여 상기 배터리 단위체(210)를 통해 상기 DC링크부(300)에 일정 전압, 예를 들어 단상 220Vac일 때 350Vdc, 삼상 380V일 경우 620Vdc를 제공하고 유지한다.When the initial operation mode performs the step (S41) in the night operation mode, first, the
그리고 상기한 바와 같이, 야간동작모드(S41)로 전환하면서 상기 배터리부(200)가 배터리 충전을 위한 전력을 전력계통(G)을 통하여 공급받기 위하여 배터리 충전 전류 값을 천천히 증가시키고, 상기 DC링크부(300)는 계통전류 기준값을 네거티브(-)값으로 변경하며, 상기 전력변환부(310)의 DC/AC 전력변환기를 컨버터 모드로 동작함으로서 상기 전력계통(G)에서 전력을 공급받도록 한다.As described above, while switching to the night operation mode (S41), the
상기 DC부하부(400)에게 제공, 상기 DC부하(D)에게 안정적으로 48V의 직류전원을 제공하도록 하고, 그 후에 상기 전력변환부(310)의 DC/AC 전력변환기가 컨버터 모드로 동작하여 상기 전력계통(G)에서 전력을 공급, 상기 DC부하(D)에게 공급하는 전력의 전압을 유지시킬 수 있는 별도의 단계를 포함할 수 있다.Provided to the DC load unit 400, to stably provide a 48V DC power to the DC load (D), after that the DC / AC power converter of the
그리고 상기와 같이 전력계통(G)으로부터 전력이 공급되면, 상기 배터리부(200)는 자신의 DC/DC컨버터의 전류 방향을 바꾸어 정전류 또는 정전압 모드로 상기 배터리 단위체(210)의 배터리를 충전한다.When the power is supplied from the power system G as described above, the
상기 단계(S41)를 실시한 다음에는, 상기 배터리 단위체(210)의 배터리 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S42)를 실시한다. 상기 단계(S42)는 상기 단계(S32)와 동일하게, 상기 배터리 단위체(210)가 저전압 또는 과전압 상태일 경우 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)가 실시된다. 그리고 상기 단계(S42)에서 상기 배터리 단위체(210)가 정상 전압으로 판단될 경우, 본 발명의 시스템이 별도의 동작 종료 명령이 내려지지 않는 이상 다시 시스템의 상태를 확인하는 상기 단계(S1)로 돌아가서 본 발명의 동작을 유지하도록 한다. After performing the step (S41), the charge state check step (S42) to check the battery charge state of the
상기와 같은 단계의 반복으로 야간동작이 이루어진다.The night operation is performed by repetition of the above steps.
도 5는 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)의 구체적인 순서도이다. 이하에서는 도 5를 통하여 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)의 구체적인 동작 순서에 대하여 설명한다.5 is a detailed flowchart of the charging state checking step (S32, S42). Hereinafter, a detailed operation procedure of the charging state checking step (S32, S42) will be described with reference to FIG.
상술한 바와 같이, 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)는 상기 배터리 단위체(210)의 충전상태를 확인하여 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시할지 아니면 주간 또는 야간동작에 따른 다음 단계를 실시할지를 정하는 단계이다. 이를 위하여, 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)는 우선 상기 배터리 단위체(210)의 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S321)를 실시한다.As described above, the step of checking the state of charge (S32, S42) checks the state of charge of the
이때, 상기 충전상태 확인단계(S321)는, 배터리의 충전상태값(soc)이 확인 가능한지를 확인하는 단계를 포함한다. 상기 배터리의 충전상태값(soc) 상기 배터리 단위체(210)의 충전 정도를 나타내는 값으로서 백분율로 표현될 수 있다. 만약 상기 배터리의 충전상태값(soc)이 100%라면 상기 배터리 단위체(210)가 완전히 충전되었음을 의미할 것이며, 만약 0%라면 전혀 충전이 되지 않았음을 의미할 것이다.At this time, the charging state checking step (S321) includes a step of checking whether the state of charge (soc) of the battery can be confirmed. The state of charge (soc) of the battery may be expressed as a percentage indicating a degree of charge of the
여기에서, 상기 배터리의 충전상태값(soc)을 용이하게 확인할 수 있도록 상기 배터리 단위체(210) 또는 상기 배터리부(200)에 별도의 배터리관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 추가적으로 포함되어 설치되어 있는 경우에는 상기 단계(S321)에서 상기 배터리의 충전상태값(soc)을 확인하여 상기 배터리 단위체(210)가 저전압, 정상전압 또는 과전압 중 어느 하나인지를 판단하는 soc확인단계(S322)를 실시한다.Here, an additional battery management system (BMS) is additionally installed in the
상기 단계(S322)에서, 상기 배터리의 충전상태값(soc)이 정상전압 범위인지를 판단하기 위하여, 미리 상기 제어부(500) 또는 상기 배터리부(200)에는 최소허용 soc값(soc_mi)과 최대허용 soc값(soc_mx)이 입력되어 있다. 상기 최소허용 soc값(soc_mi)는 10%, 최대허용 soc값(soc_mx)은 90%로 입력되는 것이 일반적인데, 이러한 상기 최소, 최대허용 soc값(soc_mi, soc_mx)은 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들의 수명을 고려하여 설정하면 된다. In the step S322, in order to determine whether the state of charge (soc) of the battery is within the normal voltage range, the minimum allowable soc value (soc_mi) and the maximum allowable value are previously provided to the controller 500 or the
상기 단계(S322)에서, 상기 배터리의 충전상태값(soc)이 상기 최소허용 soc값(soc_mi) 이상 최대허용 soc값(soc_mx) 이하의 범위 안에 속할 때, 상기 배터리의 충전상태(soc)값은 정상전압 범주 안에 속하는 것이므로, 정상전압 판단단계(S324)를 실시하여 현재 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리가 정상전압으로 동작하고 있음을 확인한 후 상기 도 4와 함께 전술한 주간 또는 야간에 따른 동작을 실시하도록 한다.In the step S322, when the state of charge (soc) of the battery falls within the range of the minimum allowable soc value (soc_mi) or more than the maximum allowable soc value (soc_mx), the charge state (soc) value of the battery is Since it is within the normal voltage range, the normal voltage determination step (S324) is performed to confirm that the battery in the
그리고 상기 단계(S322)에서, 상기 배터리의 충전상태값(soc)이 상기 최소허용 soc값(soc_mi) 미만일 경우에는 저전압, 상기 배터리의 충전상태값(soc)이 상기 최대허용 soc값(soc_mx) 초과인 경우 과전압으로 판단할 수 있으므로, 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하게 된다.In step S322, when the state of charge (soc) of the battery is less than the minimum allowable soc value (soc_mi), the low voltage, and the state of charge (soc) of the battery exceeds the maximum allowable soc value (soc_mx). In this case, since it may be determined as an overvoltage, the battery remaining scenario mode S5 is performed.
또한 상기 단계(S321)에서, 상기 배터리 단위체(210) 또는 상기 배터리부(200)에 배터리관리 시스템이 별도로 추가되어 설치되지 않아 충전상태값(soc)을 확인할 수 없는 경우에는, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리 전압값(BV)을 기준으로 판단하는 배터리전압 확인단계(S323)를 실시한다.In addition, in the step (S321), when the battery management system is not separately added to the
이때, 상기 배터리 전압값(BV)은 백분율로 표현하여, 정격전압일 대를 100%로 하는 것이 바람직하다.At this time, the battery voltage value (BV) is expressed as a percentage, it is preferable to make the rated voltage range of 100%.
상기 단계(S323) 에서, 상기 배터리 전압값(BV)이 정상전압 범위인지를 판단하기 위하여, 미리 상기 제어부(500) 또는 상기 배터리부(200)에는 최소허용 전압값(BV_mi)과 최대허용 전압값(BV_mx)이 입력되어 있다. 일반적으로 상기 배터리 전압값(BV)을 정격전압 12V를 기준으로 하여 100%로 보았을 때, 상기 최소허용 전압값(BV_mi)는 85%, 최대허용 전압값(BV_mx)은 120%로 입력되는 것이 일반적인데, 이러한 상기 최소, 최대허용 전압값(BV_mi, BV_mx)은 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들의 수명 또는 정격전압 등의 수치를 고려하여 조정될 수 있다.In step S323, in order to determine whether the battery voltage value BV is within a normal voltage range, the controller 500 or the
상기 단계(S323)에서, 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최소허용 전압값(BV_mi) 초과 최대허용 전압값(BV_mx) 미만의 범위 안에 속할 때, 상기 배터리 전압값(BV)은 정상전압 범주 안에 속하는 것이므로, 정상전압 판단단계(S324)를 실시하여 현재 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리가 정상전압으로 동작하고 있음을 확인한 후 상기 도 4와 함께 전술한 주간 또는 야간에 따른 동작을 실시하도록 한다.In the step S323, when the battery voltage value BV falls within a range of more than the minimum allowable voltage value BV_mi and less than the maximum allowable voltage value BV_mx, the battery voltage value BV falls within a normal voltage range. Since belonging to, the normal voltage determination step (S324) is carried out to confirm that the battery in the
그리고 상기 단계(S322)에서, 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최소허용 전압값(BV_mi) 이하일 경우에는 저전압, 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최대허용 전압값(BV_mx) 이상인 경우 과전압으로 판단할 수 있으므로, 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하게 된다.In operation S322, when the battery voltage value BV is less than or equal to the minimum allowable voltage value BV_mi, a low voltage is determined, and when the battery voltage value BV is greater than or equal to the maximum allowable voltage value BV_mx, it is determined as an overvoltage. In this case, the battery remaining scenario mode S5 is performed.
상기와 같은 순서를 통하여 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)가 실시된다.The charging state checking step (S32, S42) is carried out through the above procedure.
도 6은 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)의 구체적인 순서도이다. 이하에서는 도 6을 통하여 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)의 구체적인 순서에 대하여 설명한다.6 is a detailed flowchart of the battery remaining scenario mode (S5). Hereinafter, a detailed procedure of the battery remaining scenario mode S5 will be described with reference to FIG. 6.
상술한 바와 같이, 상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)는 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)에서 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리가 저전압이거나 또는 과전압 상태로 판단되었을 때 실시되는 별도의 절차이다.As described above, the battery remaining scenario mode S5 is a separate procedure performed when the battery in the
상기 배터리잔량 시나리오모드(S5)가 시작되면, 우선 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리가 저전압인지 과전압인지를 판단해야 한다. 따라서 배터리 전압 판단단계(S51)를 실시한다.When the battery remaining scenario mode S5 is started, it is first determined whether the battery in the
상기 단계에서 배터리의 저전압 또는 과전압을 판단하는 요소로는 상기한 배터리 충전상태값(soc)와 이와 관련된 최소, 최대허용 soc값(soc_mi, soc_mx)를 사용하거나 또는 배터리 전압값(BV) 및 이와 관련된 최소, 최대허용 배터리 전압값(BV_mi, BV_mx)을 사용한다.In this step, as the factor for determining the low voltage or overvoltage of the battery, the above-described battery charge state value (soc) and the minimum and maximum allowable soc values (soc_mi, soc_mx) related thereto or the battery voltage value (BV) Use the minimum and maximum allowable battery voltage values BV_mi and BV_mx.
만약 상기 단계(S51)에서, 상기 배터리 충전상태값(soc)이 상기 최소허용 soc값(soc_mi) 미만이거나 또는 상기 배터리 전압(BV) 값이 상기 최소허용 배터리 전압값(BV_mi) 이하라면, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들은 저전압 상태이므로, 배터리가 저전압 상태임을 상기 제어부(500)가 디스플레이 등의 수단을 통해 사용자에게 알리는 저전압 경고단계(S52)를 실시한다.If the battery charge state value (soc) is less than the minimum allowable soc value (soc_mi) or the battery voltage (BV) value is less than the minimum allowable battery voltage value (BV_mi) in the step (S51), the battery Since the batteries in the
상기 단계(S52)가 실시되었다는 것은 상기 배터리의 충전 잔량이 거의 남아있지 않다는 것이므로, 상기 제어부(500)는 상기 전력계통(G)으로부터 전력을 끌어 와 상기 DC부하부(400)에 DC48V의 안정적인 정전압을 제공하는 것이 바람직하다.Since the step S52 has been performed, since the remaining charge of the battery remains little, the control unit 500 draws power from the power system G and supplies a stable constant voltage of DC48V to the DC load unit 400. It is desirable to provide.
이때 상기 제어부(500)가 상기 전력계통(G)으로부터 전력을 끌어오는 것이 바람직한 이유는, 상기와 같이 배터리 단위체(210) 내에 배터리가 제대로 충전되지 않는 상황은 일반적으로, 주간 상황에서 기상악화로 인하여 상기 태양전지 단위체(110)가 전기에너지를 생산하는 데 문제가 생겼을 때 발생하기 때문이다. 따라서 상기 단계(S52)에서는 상기 전력계통(G)으로부터 전력을 공급받아 상기 DC부하부(400)에 전력을 공급하는 별도의 절차를 포함하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the control unit 500 draws power from the power system G. As described above, a situation in which the battery is not properly charged in the
또한 상기 단계(S52)에서는 하나씩 상승하는 카운터인 충전카운트(cn)를 디폴트값(%d)으로 초기화한다. 상기 디폴트값(%d)은 관리자가 필요에 따라 변경하여 설정할 수 있으나, 간편하게 0 또는 1로 하는 것이 바람직하다.In addition, in step S52, the charging count cn, which is a counter that increases by one, is initialized to the default value% d. The default value (% d) can be changed and set by the administrator as necessary, but it is preferable to simply set it to 0 or 1.
그리고 상기 단계(S52)를 실시한 다음에는, 배터리의 저전압 상태를 확인하는 배터리 저전압 상태확인단계(S53)를 실시한다.After the step S52 is performed, a battery low voltage state checking step S53 for checking a low voltage state of the battery is performed.
상기 단계(S53)에서는 상기 제어부(500) 또는 배터리부(200)에 미리 입력되는 한계허용 전압값(BV_lim)과 최대 충전카운트(cmx)를 이용하여 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들의 고장 여부를 판단한다.In the step S53, whether the batteries in the
이에 대해 더 자세히 설명하면, 상기 한계허용 전?값(BV_lim)은 상기 배터리들의 고장 여부를 판단하기 위하여 설정된 값으로, 상기 최소허용 전압값(BV_mi)보다 더 낮은 값으로 설정된다. 예를 들어, 상기 최소허용 전압값(BV_mi)dl 85%로 설정되어 있다면, 상기 한계허용 전압값(BV_lim)은 80% 정도로 설정하면 된다.In more detail, the limit allowable voltage value BV_lim is set to determine whether the batteries have failed, and is set to a value lower than the minimum allowable voltage value BV_mi. For example, when the minimum allowable voltage value BV_mi dl is set to 85%, the limit allowable voltage value BV_lim may be set to about 80%.
그리고 상기 최대 충전카운트(cmx)는 이 다음 단계가 진행될 때마다 하나씩 상승하는 카운터로, 상기 충전카운트(cn)의 디폴트값(%d)보다는 크게 설정된다.The maximum charging count (cmx) is a counter that increases by one each time the next step is performed, and is set larger than the default value (% d) of the charging count (cn).
상기 단계(S53)에서는 상기 한계허용 전압값(BV_lim)보다 현재 측정된 배터리 전압값(BV)이 더 낮고, 이 다음 단계에서 배터리의 충전 시 상승하는 상기 충전카운트(cn)가 최대 충전카운트(cmx)보다 높다면 배터리가 고장이나 파손, 수명이 다하는 등 기능상의 문제가 발생한 것으로 판단하고 배터리 저전압에러 통보단계(S55)를 실시한 뒤 도 4와 함께 상술한 주야간 동작단계로 돌아간다. 상기와 같이 주야간 동작단계로 돌아가면, 시스템 상태 확인단계(S1)에서 상기 배터리의 오류를 감지하여 상기 비상종료단계(S11)를 실시하여 모든 시스템을 정지시킨다.In the step S53, the battery voltage value BV currently measured is lower than the limit allowable voltage value BV_lim, and the charging count cn rising when the battery is charged in the next step is the maximum charge count (cmx). Higher than), it is determined that a functional problem occurs such as failure or damage of the battery, or the end of life, and after performing the battery low voltage error notification step (S55), the process returns to the above-mentioned day and night operation step. Returning to the day and night operation step as described above, in the system state check step (S1) to detect the error of the battery to perform the emergency shutdown step (S11) to stop all the systems.
하지만 상기 단계(S53)를 최초로 돌입하였을 때는 상기 충전카운트(cn)가 없거나 또는 0, 또는 1 등으로 설정되어 상기 최대 충전카운트(cmx)보다 낮을 것이므로, 상기 단계(S55)로 돌입하지 않고 배터리의 충전을 실시하는 충전 단계(S54)를 실시한다.However, when the step S53 is first entered, the charging count cn may be absent or set to 0, 1, or the like, and thus lower than the maximum charging count cmx. Therefore, the battery does not enter the step S55. A charging step (S54) of performing charging is performed.
이때, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들을 충전하는 전력량은 상기 DC부하(D)가 사용하는 전력을 고려하여 배터리가 충전이 가능하도록 기준 충전전류값에 상기 DC부하(D)의 사용전류를 더하여 배터리를 충전할 수 있다.In this case, the amount of power to charge the batteries in the
또한, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들에게 전력을 공급하는 것은, 상기 전력계통(G)을 통하여 전력을 공급하는 것이 바람직한데, 이는 상기 단계(S52)를 통해 설명하였듯이 일반적으로 배터리가 저전압이 되는 상태는 상기 태양전지 단위체(110)의 발전이 기상 등의 이유로 인하여 안정적으로 이루어지지 않아 발생하는 문제이기 때문이다.In addition, to supply power to the batteries in the
상기 단계(S54)에서는 상기 배터리 단위체(210) 내 모든 배터리들에 대하여 충전을 실시하면서, 충전시간(ct), 정격전압값(RV), 충전허용 soc값(soc_ps)을 이용하여 상기 배터리의 충전이 충분히 이루어졌는지를 판단한다. In the step S54, the battery is charged using the charging time (ct), the rated voltage value (RV), and the charge allowable soc value (soc_ps) while charging all the batteries in the
이때 상기 정격전압값(RV)은 미리 제어부(500) 또는 배터리부(200)에 입력되어 있는 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들의 정격전압값으로서, 예를 들어 상기 배터리가 12V 배터리 하나로 구성되는 경우에는 상기 정격전압값(RV)은 12V가 될것이며, 상기 12V 배터리 8개를 직렬로 연결하여 구성하는 경우에는 상기 정격전압값(RV)은 96V가 될 것이다.In this case, the rated voltage value RV is a rated voltage value of the batteries in the
그리고 상기 충전허용 soc값(soc_ps) 또한 미리 제어부(500) 또는 배터리부(200)에 입력되어 있는 값으로서, 일반적으로 상기 최소허용 soc값(soc_mi)보다는 크고 최대허용 soc값(soc_mx)보다는 작은 수치로 설정된다. 예를 들어, 본 발명의 출원인은 반복적인 실험을 통하여, 상기 충전허용 soc값(soc_ps)이 60% 정도로 설정하면 되는 것을 알아내었다.In addition, the charge allowable soc value (soc_ps) is also a value input to the controller 500 or the
상기와 같이 설정된 상태에서, 우선 상기 단계(S54)에서 배터리의 충전은 최소 2시간 이상 하는 것이 바람직하므로, 충전 시작부터 측정하기 시작하는 충전시간(ct)이 2시간 이상인지를 판단하여 2시간이 초과될 때까지 충전을 반복하고 상기 충전시간(ct)이 2시간을 초과하면 상기 배터리 충전상태값(soc)을 이용하거나 또는 배터리 전압값(BV)을 이용하여 현재 충전된 정도를 측정한다.In the state set as described above, it is preferable to charge the battery at least 2 hours in the step S54. Therefore, it is determined whether the charging time (ct) to be measured from the start of charging is 2 hours or more. The charging is repeated until it is exceeded, and when the charging time ct exceeds 2 hours, the degree of current charge is measured using the battery state of charge value soc or the battery voltage value BV.
상기와 같이 최소 2시간 이상 충전을 실시한 상태에서, 상기 배터리 충전상태값(soc)이 미리 입력된 상기 충전허용 soc값(soc_ps)을 초과하거나 또는 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 정격전압값(RV)을 초과하였다면, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들이 모두 충분히 충전되었음을 의미하는 것이므로, 상술한 주, 야간 동작모드로 돌아가면 된다.In the state where charging is performed for at least 2 hours as described above, the battery state of charge value soc exceeds the charge allowable soc value soc_ps previously input or the battery voltage value BV equals the rated voltage value. If RV) is exceeded, it means that all of the batteries in the
그리고 상기와 같이 최소 2시간 이상 충전을 한 상태에서, 상기 배터리 충전상태값(soc)이 미리 입력된 상기 충전허용 soc값(soc_ps)을 이하이고 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 정격전압값(RV) 이하라면, 아직 상기 배터리들의 충전이 충분히 완료되지 않았다는 것을 의미하므로, 상기 충전카운트(cn)에 하나를 더하여 상기 배터리 저전압 상태확인단계(S53)를 다시 실시한다. In the state where the battery has been charged for at least 2 hours as described above, the battery charge state value soc is less than the previously input charge allowable soc value soc_ps and the battery voltage value BV is equal to the rated voltage value. RV) or less, it means that the charging of the batteries has not yet been completed sufficiently, so that the battery low voltage state checking step S53 is added again by adding one to the charging count cn.
상기와 같은 순서로 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리의 충전을 반복적으로 실행하게 되는데, 상술한 바와 같이 상기 충전 단계(S54)를 일정 횟수 이상 반복적을 실행하였는데도 불구하고 배터리의 충전이 충분하지 않다면, 상술한 바와 같이 이는 배터리에 문제가 발생한 것이므로 상기 단계(S53)에서 이를 감지하여 에러임을 통보(S55)하고 종료할 수 있다.When the
상기와 같은 순서로 배터리의 저전압 상태일 때의 대응 절차가 실시된다.In the same manner as above, the corresponding procedure when the battery is in the low voltage state is performed.
그리고 상기 배터리 전압 판단단계(S51)에서, 상기 배터리 충전상태값(soc)이 최대허용 soc값(soc_mx)을 초과하였거나 또는 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최대허용 전압값(BV_mx) 이상이라면, 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들은 과충전된 상태로 판단하고, 상기 배터리가 과전압임을 상기 제어부(500)가 디스플레이 등을 통해 관리자에게 통보하는 배터리 과전압경보(S56)를 실시하고, 상기 배터리부(200)가 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들의 충전을 차단하는 배터리 충전정지단계(S57)를 실시한다.In the battery voltage determining step S51, when the battery state of charge value soc exceeds the maximum allowable soc value soc_mx or the battery voltage value BV is greater than or equal to the maximum allowable voltage value BV_mx. The batteries in the
상기와 같이 배터리 충전정지(S57)를 실시하게 되면, 상기 배터리 단위체(210)에 대한 충전은 멈추지만 상기 배터리 단위체(210) 내 배터리들은 상기 DC부하부(400)에 지속적으로 정전압을 공급하여 줘야 하므로, 배터리의 충전량은 자연스럽고 지속적으로 감소할 수 있다. 상기 단계(S57) 후에는 상기 배터리 전압 판단단계(S51)를 다시 실시하여 배터리 전압이 정상상태인지 확인한 후, 정상 전압으로 판단되면 상술한 주, 야간 동작모드로 돌아간다.When the battery charging stop (S57) is performed as described above, the charging of the
도 7은 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템에서, 상기 배터리 단위체(210) 내의 배터리를 교체하고자 할 때의 절차를 나타낸 순서도이다. 이하에서는 도 7을 통하여 상기 배터리 교체 절차에 대하여 설명한다.7 is a flowchart illustrating a procedure when a battery in the
도 6에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템은 상기 배터리 단위체(210) 내의 배터리가 수명이 다하거나 고장, 파손 등으로 정상동작하지 않는 상황을 감지할 수 있다. 관리자는 상기와 같은 문제가 발생할 경우, 상기 배터리 단위체(210) 내의 배터리를 교체하여야 하며, 이러한 상기 배터리 교체 상황에서도 상기 DC부하부(400)에 연속적으로 정전압을 제공하여 상기 DC부하(D)에 전력공급이 중단되는 일이 없도록 해야 한다.As described with reference to FIG. 6, the photovoltaic energy storage system of the present invention may detect a situation in which the battery in the
이를 위하여, 상기 관리자가 상기 제어부(500)를 통하여 배터리 교체모드를 선택하면, 상기 제어부(500)는 배터리 교체설정단계(S61)를 실시한다. To this end, when the administrator selects the battery replacement mode through the control unit 500, the control unit 500 performs a battery replacement setting step (S61).
상기 단계(S61)에서, 현재 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템이 주간 동작 모드로 운영되는지, 야간 동작 모드로 운영되는지를 판단하는데, 상기 단계(S61)에서 현재 본 발명이 주간 동작 모드로 운영되고 있다면, 현재 동작을 시간에 관계 없이 야간 동작 모드로 변경하는 야간동작모드 변경단계(S62)를 실시한다.In step S61, it is determined whether the present solar energy storage system of the present invention operates in the daytime operation mode or the night operation mode. In the step S61, the present invention operates in the daytime operation mode. If so, the night operation mode changing step (S62) of changing the current operation to the night operation mode regardless of time is performed.
상기와 같이 하는 이유는, 본 발명이 주간 동작 모드로 실시되어 상기 태양전지 단위체(110)가 생산하는 전기에너지를 공급받을 경우, 상기 태양전지 단위체(110)가 생산하는 전기에너지의 경우 일사량에 따라 변동이 발생할 수 있는데, 이때 상기 DC부하부(400)가 요구하는 정전압을 충분히 공급하여 줄 수 없게 되면 상기 배터리 단위체(210)가 별도의 전기를 공급하여 줄 수 없는 상황에서 상기 DC부하(D)에 전기를 공급하는 데 차질이 발생할 수 있기 때문이다.The reason for doing so is that when the present invention is carried out in the daytime operation mode and receives the electrical energy produced by the
따라서 야간 동작 모드로 변겅, 상기 계통전원(G)에서 안정적으로 전력을 공급받아 상기 DC부하부(400)에 전기를 공급하는 것이 바람직하여, 상기와 같이 하는 것이다.Therefore, it is preferable to supply electricity to the DC load unit 400 by receiving power stably from the system power source G, and changing to a night operation mode, as described above.
상기 단계(S62)를 통하거나 또는 현재 야간 동작 모드로 실시중이었다면, 배터리 교체단계(S63)를 실시한다.If the step S62 or the current operation in the night operation mode, the battery replacement step (S63) is carried out.
상기 단계(S63)에서는, 상기 배터리부(200) 내 DC/DC 컨버터는 정전류 충전을 진행하고 있었으면 정전압 충전모드로 변경하여 일정 전압으로 유지, 예를 들면 교체될 배터리의 전압으로 맞춘 뒤 배터리부(200) 내 전자접촉기를 차단하여 배터리를 제거하고 새 배터리로 교환한다.In the step S63, when the DC / DC converter in the
상기와 같이 정전압 충전모드로 변경하는 이유는, 상기 DC부하부(400)의 DC/DC 컨버터가 그 전압을 이용하여 상기 DC부하에 일정 전압을 연속적으로 공급하기 위해서이다.The reason for changing to the constant voltage charging mode as described above is that the DC / DC converter of the DC load unit 400 continuously supplies a predetermined voltage to the DC load using the voltage.
또한 일정 전압, 특히 교체될 배터리의 전압으로 맞추는 것은 배터리 전압과 상기 설정한 일정 전압이 차이가 날 경우 전압차에 따른 큰 전류가 상기 배터리 단위체(210)와 상기 배터리부(200)의 DC/DC 컨버터 사이에 발생할 수 있기 때문에 상기와 같이 하는 것이 바람직하다. In addition, matching to a predetermined voltage, in particular, the voltage of the battery to be replaced is a large current according to the voltage difference is a DC / DC of the
상기 단계(S63)를 통해 배터리 교체가 완료되면, 관리자는 상기 제어부(500)를 통해 배터리 교체완료를 입력, 본 발명은 상기한 주, 야간 동작모드로 전환한다.When the battery replacement is completed through the step (S63), the manager inputs the battery replacement completion through the control unit 500, the present invention switches to the above-mentioned day, night operation mode.
100 : 태양전지부. 110 : 태양전지 단위체.
120 : 태양전지 차단기. 200 : 배터리부.
210 : 배터리 단위체. 220 : 배터리 차단기.
230 : 배터리 스위치. 300 : DC링크부.
310 : 전력변환부. 400 : DC부하부.
500 : 제어부.100: solar cell unit. 110: solar cell unit.
120: solar cell breaker. 200: battery unit.
210: battery unit. 220: battery breaker.
230: battery switch. 300: DC link section.
310: power conversion unit. 400: DC load part.
500: control unit.
Claims (11)
태양광 발전 에너지 저장시스템의 전체 시스템 상태를 확인하는 시스템 상태확인단계(S1); 그리고 상기 단계(S1)에서 전체 시스템이 정상일 때, 상기 제어부가 현재시간(t)이 주간경계시간(td)을 초과하고 야간경계시간(tn) 미만의 범위에 속한다고 판단하면 현재시간(t)이 주간에 속하는 것으로 판단하고, 상기 범위를 벗어나면 현재시간(t)이 야간에 속하는 것으로 판단하는 주야간 판단단계(S2)를 실시하고,
상기 단계(S2)에서 상기 현재시간(t)이 주간에 속하는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 주간동작으로 운용하는 주간동작모드 단계(S31); 그리고 상기 단계(S31) 후 상기 제어부가 상기 배터리 단위체의 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S32)를 실시하며,
상기 단계(S32)에서 상기 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 저전압 또는 과전압 상태인 경우 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하고, 상기 단계(S32)에서 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 정상전압인 경우 상기 태양전지 단위체가 생산하는 전기에너지의 전압(PV)을 측정하여 상기 태양전지 단위체의 동작을 판단하는 동작모드 판단단계(S33)를 실시하고,
상기 단계(S33)에서 최초동작전압(PVr)이 동작시작전압인 150V를 초과하거나 또는 현재전압(PV)이 동작유지전압 범위인 100V 초과 500V 미만의 범위 내에 있으면 상기 시스템 상태확인단계(S1)를 실시하고, 상기 단계(S33)에서 상기 최초동작전압(PVr)이 150V 이하이거나 또는 현재전압(PV)이 상기 동작유지전압 범위를 벗어나면 상기 태양전지 단위체의 발전을 멈추는 동작대기모드(S34)를 실시하고, 상기 단계(S34) 이후에는 상기 주야간 판단단계(S2)를 실시하며,
상기 단계(S2)에서 상기 현재시간(t)이 야간에 속하는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템을 야간동작으로 운용하는 야간동작모드 단계(S41); 그리고 상기 단계(S41) 후 상기 제어부가 상기 배터리 단위체의 충전상태를 확인하는 충전상태 확인단계(S42)를 실시하고,
상기 단계(S42)에서 상기 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 저전압 또는 과전압 상태인 경우 배터리잔량 시나리오모드(S5)를 실시하고, 상기 단계(S42)에서 배터리 단위체 내 배터리의 충전상태가 정상전압인 경우 상기 시스템 상태확인단계(S1)를 실시하며,
상기 충전상태 확인단계(S32, S42)가 시작되면 배터리의 충전상태를 확인하기 위하여, 배터리의 충전상태값(soc)이 확인 가능한지를 판단하는 충전상태 확인단계(S321);
상기 단계(S321)에서 상기 충전상태값(soc) 확인 가능하면, 상기 충전상태값(soc)을 미리 입력된 최소허용 soc값(soc_mi), 최대허용 soc값(soc_mx)과 비교하는 soc확인단계(S322);
그리고 상기 단계(S322)에서, 상기 충전상태값(soc)이 최소허용 soc값(soc_mi) 이상 최대허용 soc값(soc_mx) 이하일 경우 배터리의 충전상태가 정상인 것으로 판단하고 정상전압 판단단계(S324)를 실시하여 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)를 종료하며,
상기 단계(S322)에서 상기 충전상태값(soc)이 상기 최소허용 soc값(soc_mi) 미만이거나 상기 최대허용 soc값(soc_mx) 초과인 경우 상기 배터리 잔량 시나리오단계(S5)를 실시하고,
상기 단계(S321)에서 상기 충전상태값(soc)이 확인 불가능하면, 배터리의 전압값(BV)을 미리 입력된 최소허용 전압값(BV_mi), 최대허용 전압값(BV_mx)과 비교하는 배터리전압 확인단계(S323);
그리고 상기 단계(S323)에서, 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최소허용 전압값(BV_mi) 초과 최대허용 전압값(BV_mx) 미만일 경우 배터리의 충전상태가 정상인 것으로 판단하고 정상전압 판단단계(S324)를 실시하여 상기 충전상태 확인단계(S32, S42)를 종료하며,
상기 단계(S323)에서 상기 배터리 전압값(BV)이 상기 최소허용 전압값(BV_mi) 이하이거나 상기 최대허용 전압값(BV_mx) 이상일 경우 상기 배터리 잔량 시나리오단계(S5)를 실시하는 것을 특징으로 하는, 태양광 에너지 저장시스템의 제어방법.Solar cell unit including one or more solar cells; A solar cell unit controlling power generated by the solar cell unit and including a DC / DC converter; A solar cell breaker installed between the solar cell unit and the solar cell unit; A DC link unit installed between the solar cell unit and the power system; A power converter installed between the DC link unit and the power system and including a DC / AC bidirectional power converter; A battery unit capable of storing electrical energy, including one or more batteries; A battery unit which controls the charging of the battery unit, is connected to the solar cell unit and the power conversion unit using the DC link unit as a contact point, and includes a DC / DC converter; A battery breaker and a battery switch installed between the battery unit and the battery unit; A DC load unit installed between the battery unit and the DC load, the DC load unit including a DC / DC converter to supply DC power to the DC load; And for supplying power to the DC load and charging the battery using a photovoltaic energy storage system including a control unit for controlling the operation of the solar cell unit, battery unit, DC link unit, power conversion unit and DC load unit As a control method of the solar energy storage system,
System status check step (S1) to check the overall system status of the photovoltaic energy storage system; And when the whole system is normal in the step (S1), if the control unit determines that the current time (t) exceeds the daytime boundary time (td) and falls within the range of less than the night boundary time (tn) the current time (t) If it is determined that it belongs to the daytime, and the range is out of the above range, the day and night judgment step (S2) to determine that the current time (t) belongs to the night,
If it is determined in step S2 that the current time t belongs to daytime, the controller operates the solar energy storage system of the present invention in a daytime operation mode step S31; After the step S31, the controller performs a charging state checking step S32 of checking the charging state of the battery unit.
In the step S32, when the state of charge of the battery in the battery unit is a low voltage or an overvoltage state, the battery remaining scenario mode S5 is executed, and in the step S32, the state of charge of the battery in the battery unit is a normal voltage. By performing the operation mode determination step (S33) of measuring the voltage (PV) of the electrical energy produced by the solar cell unit to determine the operation of the solar cell unit,
In the step S33, if the initial operating voltage PVr exceeds 150 V, which is an operation start voltage, or the current voltage PV is within a range of more than 100 V and less than 500 V, which is an operation holding voltage range, the system state checking step S1 is performed. In operation S33, when the initial operation voltage PVr is 150 V or less or the current voltage PV is out of the operation maintenance voltage range, an operation standby mode S34 for stopping power generation of the solar cell unit is performed. After the step S34, the day and night determination step S2 is performed.
If the current time (t) is determined to belong to the night in the step (S2), the night operation mode step (S41) for the control unit to operate the photovoltaic energy storage system of the present invention at night operation; After the step S41, the controller performs a charging state checking step S42 of checking a charging state of the battery unit.
In the step S42, when the state of charge of the battery in the battery unit is a low voltage or an overvoltage state, the battery remaining scenario mode S5 is executed, and in the step S42, the state of charge of the battery in the battery unit is a normal voltage. The system status checking step (S1) is carried out,
A charge state checking step (S321) of determining whether a charge state value (soc) of the battery can be checked in order to check the charge state of the battery when the charge state checking steps (S32, S42) are started;
If it is possible to check the state of charge (soc) in the step (S321), the soc check step of comparing the state of charge (soc) with the minimum allowable soc value (soc_mi), the maximum allowable soc value (soc_mx) in advance ( S322);
In the step S322, when the state of charge value soc is less than the minimum allowable soc value soc_mi or less than the maximum allowable soc value soc_mx, it is determined that the state of charge of the battery is normal and the normal voltage determination step S324 is performed. To terminate the charging state checking step (S32, S42),
In the step S322, when the state of charge value soc is less than the minimum allowable soc value soc_mi or exceeds the maximum allowable soc value soc_mx, the battery level remaining scenario scenario S5 is performed.
If the state of charge (soc) is impossible to check in step S321, the battery voltage check comparing the voltage value BV of the battery with the minimum allowable voltage value BV_mi and the maximum allowable voltage value BV_mx previously inputted. Step S323;
In operation S323, when the battery voltage value BV is greater than the minimum allowable voltage value BV_mi and less than the maximum allowable voltage value BV_mx, it is determined that the state of charge of the battery is normal and the normal voltage determination step S324 is performed. To terminate the charging state checking step (S32, S42),
In the step S323, when the battery voltage value BV is less than the minimum allowable voltage value BV_mi or more than the maximum allowable voltage value BV_mx, the remaining battery capacity scenario step S5 may be performed. Control method of solar energy storage system.
상기 배터리 단위체 내 배터리가 저전압인지 과전압인지 판단하는 배터리 전압 판단단계(S51);
상기 단계(S51)에서, 상기 배터리 단위체 내 배터리들이 저전압 상태로 판단되면 배터리가 저전압 상태임을 상기 제어부가 사용자에게 알리는 저전압 경고단계(S52);
상기 단계(S52)이후, 배터리의 저전압 상태를 확인하는 배터리 저전압 상태확인단계(S53);
그리고 상기 단계(S53)에서, 미리 입력된 한계허용 전압값(BV_lim)보다 현재 배터리 전압값(BV)이 더 낮고 충전카운트(cn)가 미리 입력된 최대 충전카운트(cmx)보다 높다면 배터리 저전압에러 통보단계(S55)를 실시한 뒤 상기 시스템 상태확인 단계(S1)를 실시하고,
상기 단계(S53)에서 미리 입력된 한계허용 전압값(BV_lim)보다 현재 배터리 전압값(BV)이 같거나 높은 경우 또는 상기 충전카운트(cn)가 미리 입력된 최대 충전카운트(cmx)보다 같거나 작다면 배터리의 충전을 실시하는 충전 단계(S54)를 실시하며,
상기 단계(S51)에서, 상기 배터리 단위체 내 배터리들이 과전압 상태로 판단되면, 배터리가 과전압 상태임을 상기 제어부가 사용자에게 알리는 과전압 경고단계(S56);
상기 단계(S56) 이후, 배터리 단위체(210)에 대한 충전을 차단하는 배터리 충전정지단계(S57)를 실시한 뒤 상기 배터리 전압 판단단계(S51)를 실시하는 것을 특징으로 하는, 태양광 에너지 저장시스템의 제어방법.The method of claim 1, wherein the battery remaining scenario mode S5 is started.
A battery voltage determination step of determining whether the battery in the battery unit is undervoltage or overvoltage (S51);
In the step S51, if it is determined that the batteries in the battery unit is a low voltage state, the low voltage warning step (S52) of the control unit to inform the user that the battery is in a low voltage state;
A battery low voltage state checking step (S53) of checking a low voltage state of the battery after the step (S52);
In operation S53, when the current battery voltage value BV is lower than the previously input limit allowable voltage value BV_lim and the charging count cn is higher than the maximum charge count value cmx previously input, the battery low voltage error. After the notification step (S55) is carried out the system status check step (S1),
When the current battery voltage value BV is equal to or higher than the limit allowable voltage value BV_lim previously input in the step S53 or the charge count cn is equal to or smaller than the maximum charge count cmx previously input. To perform the charging step (S54) for charging the multi-sided battery,
In the step S51, if it is determined that the batteries in the battery unit are in an overvoltage state, the control unit notifies the user that the battery is in an overvoltage state (S56);
After the step (S56), after performing the battery charge stop step (S57) for blocking the charge to the battery unit 210, and performing the battery voltage determination step (S51), of the solar energy storage system Control method.
상기 충전 단계(S54)가 실시되면 상기 배터리 단위체에 대한 충전을 실시하면서, 충전을 실시하기 시작하면서 측정한 충전시간(ct)이 2시간이 초과하는지를 비교하고, 상기 충전시간(ct)이 2시간이 초과할 때까지 배터리의 충전을 실시하는 것을 특징으로 하는, 태양광 에너지 저장시스템의 제어방법.The method of claim 7, wherein
When the charging step (S54) is carried out while charging the battery unit, comparing the charging time (ct) measured while starting to charge exceeds 2 hours, the charging time (ct) is 2 hours The charging method of the solar energy storage system, characterized in that to charge the battery until it exceeds this.
상기 충전 단계(S54)에 따라 상기 배터리 단위체에 대한 충전을 실시한 뒤, 배터리 충전상태값(soc)이 미리 입력된 충전허용 soc값(soc_ps)을 초과하거나 또는 상기 배터리 전압값(BV)이 정격전압값(RV)을 초과하였다면, 상기 시스템 상태확인 단계(S1)을 실시하고,
상기 단계(S54)에 따라 상기 배터리 단위체에 대한 충전을 실시한 뒤, 배터리 충전상태값(soc)이 미리 입력된 충전허용 soc값(soc_ps) 이하이고 상기 배터리 전압값(BV)이 정격전압값(RV) 이하라면, 현재 충전카운트(cn)에 하나를 더하여 상기 단계(S53)를 실시하는 것을 특징으로 하는, 태양광 에너지 저장시스템의 제어방법.The method of claim 7, wherein
After charging the battery unit according to the charging step (S54), the battery charge state value (soc) exceeds the previously input charge allowable soc value (soc_ps) or the battery voltage value (BV) is rated voltage If the value RV is exceeded, the system status checking step S1 is performed.
After charging the battery unit according to the step (S54), the battery charge state value (soc) is equal to or less than the previously input charge allowable soc value (soc_ps) and the battery voltage value (BV) is the rated voltage value (RV Or less), adding one to the current charging count (cn) and performing the step (S53).
상기 제어부가 배터리 교체모드로 설정되는 배터리 교체설정단계(S61);
상기 단계(S61)에서, 본 발명의 태양광 발전 에너지 저장시스템이 주간 동작 모드로 운영될 경우 야간 동작 모드로 변경하는 야간동작모드 변경단계(S62);
상기 단계(S62)를 실시하였거나 또는 상기 단계(S61)에서 야간 동작 모드로 판단될 경우, 상기 배터리부 내 DC/DC 컨버터를 정전압 충전모드로 변경하여 일정 전압으로 유지하도록 한 뒤 배터리부 내 전자접촉기를 차단하여 배터리를 교체하는 배터리 교체단계(S63);
그리고 상기 단계(S63)가 종료된 이후 상기 제어부가 배터리 교체모드를 해제하는 것을 특징으로 하는, 태양광 에너지 저장시스템에서의 배터리 교체방법.Solar cell unit including one or more solar cells; A solar cell unit controlling power generated by the solar cell unit and including a DC / DC converter; A solar cell breaker installed between the solar cell unit and the solar cell unit; A DC link unit installed between the solar cell unit and the power system; A power converter installed between the DC link unit and the power system and including a DC / AC bidirectional power converter; A battery unit capable of storing electrical energy, including one or more batteries; A battery unit which controls the charging of the battery unit, is connected to the solar cell unit and the power conversion unit using the DC link unit as a contact point, and includes a DC / DC converter; A battery breaker and a battery switch installed between the battery unit and the battery unit; A DC load unit installed between the battery unit and the DC load, the DC load unit including a DC / DC converter to supply DC power to the DC load; And for supplying power to the DC load and charging the battery using a photovoltaic energy storage system including a control unit for controlling the operation of the solar cell unit, battery unit, DC link unit, power conversion unit and DC load unit As a method of replacing the battery in the battery unit of the solar energy storage system,
A battery replacement setting step (S61) in which the controller is set to a battery replacement mode;
In the step (S61), when the solar energy storage system of the present invention is operated in the daytime operation mode night operation mode change step (S62) for changing to the night operation mode;
When the step S62 is performed or when it is determined in the night operation mode in step S61, the DC / DC converter in the battery unit is changed to the constant voltage charging mode to maintain a constant voltage and then the magnetic contactor in the battery unit. Battery replacement step (S63) to replace the battery by blocking the;
And after the step (S63) is finished, the controller releases the battery replacement mode.
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