KR102165788B1 - Uninterruptible power supply system including energy storage device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치를 포함하는 무정전 전원 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템은, 계통에 연결된 무정전 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 계통의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터, 상기 제1 컨버터와 직렬 연결되고, 상기 제1 컨버터에서 출력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제1 부하에 전달하는 제2 컨버터, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터 사이의 노드에 전기적으로 연결되어 충방전을 수행하는 배터리, 및 상기 배터리 및 상기 노드 사이에 연결되고 양단에 걸린 직류 전압의 크기를 변환하는 제3 컨버터를 포함하되, 상기 제3 컨버터는, 상기 노드의 전압이 미리 결정된 한계 전압보다 낮은 경우, 상기 노드에 상기 배터리에 저장된 전력을 제공하는 UPS 모드로 동작한다.The present invention relates to an uninterruptible power supply system including an energy storage device. In the uninterruptible power supply system of the present invention, in the uninterruptible power supply system connected to the grid, a first converter for converting the AC voltage of the grid to a DC voltage, connected in series with the first converter, and output from the first converter A second converter converting a DC voltage into an AC voltage and transferring it to a first load, a battery electrically connected to a node between the first converter and the second converter to perform charging and discharging, and between the battery and the node A UPS that is connected to and converts the magnitude of the DC voltage across both ends, wherein the third converter provides power stored in the battery to the node when the voltage of the node is lower than a predetermined threshold voltage. Operates in mode.

Figure R1020170026513
Figure R1020170026513

Description

에너지 저장 장치를 포함하는 무정전 전원 공급 시스템{UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEM INCLUDING ENERGY STORAGE DEVICE}Uninterruptible power supply system including an energy storage device TECHNICAL FIELD [0002] Uninterruptible power supply system including energy storage device TECHNICAL FIELD

본 발명은 에너지 저장 장치를 포함하는 무정전 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 구체적으로, 사고 시 에너지 저장 장치의 응답 속도를 향상시키고, 지령 간의 관계를 간소화한 무정전 전원 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an uninterruptible power supply system including an energy storage device, and more particularly, to an uninterruptible power supply system that improves the response speed of the energy storage device in case of an accident and simplifies the relationship between commands.

무정전 전원 공급 시스템(Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.The uninterruptible power supply system (Energy Storage System) is a system that increases energy efficiency by storing generated power in each linked system including power plants, substations, and transmission lines, and then selectively and efficiently using the power when it is needed.

무정전 전원 공급 시스템은 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.If the uninterruptible power supply system equalizes the electric load that fluctuates over time and season and improves the overall load ratio, the unit cost of power generation can be lowered and the investment and operating costs required for power facility expansion can be reduced. You can save.

이러한 무정전 전원 공급 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.This uninterruptible power supply system is installed and used in power generation, transmission and distribution, and customers in the power system, and frequency regulation, generator output stabilization using renewable energy, peak shaving, and load leveling ), it is used as an emergency power supply.

무정전 전원 공급 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.The uninterruptible power supply system is largely divided into physical energy storage and chemical energy storage according to the storage method. Physical energy storage includes methods using pumped water power generation, compressed air storage, and flywheel, and chemical energy storage includes methods using lithium ion batteries, lead acid batteries, and Nas batteries.

한편 이러한 무정전 전원 공급 시스템은 각각의 구성요소를 제어하는 상위 제어기를 포함하며, 상위 제어기(Programmable Logic Controller; 이하 PLC)는 각각의 구성요소와 통신하여 현재 동작 상태를 판단한다. PLC는 무정전 전원 공급 시스템의 모든 시퀀스 동작을 관제하며 각각의 상황에 따라 각 구성요소에 지령을 내려 동작을 수행하게 한다. PLC와 각각의 구성요소는 무선 또는 유선 통신방식으로 통신하게 된다.Meanwhile, such an uninterruptible power supply system includes a host controller that controls each component, and a programmable logic controller (PLC) communicates with each component to determine a current operating state. The PLC controls all sequence operations of the uninterruptible power supply system, and commands each component to perform the operation according to each situation. The PLC and each component communicate through wireless or wired communication.

무정전 전원 공급 시스템은 PLC와 각각의 구성 요소 간의 통신으로 연결되는 방식을 이용하는데, 회로가 복잡해지고 구성요소가 늘어남에 따라 연결의 복잡도가 증가되고 성능이 제한되는 문제점이 있었다. The uninterruptible power supply system uses a method in which a PLC and each component are connected through communication. As the circuit becomes complicated and the number of components increases, the connection complexity increases and performance is limited.

구체적으로, 무정전 전원 공급 시스템에서 통신으로 연결되는 형태의 복잡성이 증대됨에 따라 통신 신호에 대한 간섭이 발생하고, 이에 따라 동작 중 오류를 발생할 수 있는 확률이 높아지며, 무정전 전원 공급 모드(Uninterruptible Power Supply; 이하 UPS)에 대한 동작이 느려지는 문제점이 있었다. Specifically, as the complexity of the communication connection in the uninterruptible power supply system increases, interference with the communication signal occurs, thereby increasing the probability that an error may occur during operation, and the uninterruptible power supply mode (Uninterruptible Power Supply; There was a problem in that the operation for the following UPS) was slow.

본 발명은, PLC 로부터 지령을 받기 이전에 에너지 저장 장치의 DC-DC 컨버터에서 능동적으로 UPS 모드의 동작 여부를 판단하여 무정전 전원을 공급함으로써, 사고 시 빠른 응답 속도와 제어 및 지령간의 관계를 간소화할 수 있는 구조 및 동작 방법을 수행하는 무정전 전원 공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides an uninterruptible power supply by actively determining whether the UPS mode is operated in the DC-DC converter of the energy storage device before receiving the command from the PLC, thereby simplifying the relationship between the fast response speed and control and command in case of an accident. An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply system that performs a structure and operation method that can be used.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템은, 계통에 연결된 무정전 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 계통의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터, 상기 제1 컨버터와 직렬 연결되고, 상기 제1 컨버터에서 출력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제1 부하에 전달하는 제2 컨버터, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터 사이의 노드에 전기적으로 연결되어 충방전을 수행하는 배터리, 및 상기 배터리 및 상기 노드 사이에 연결되고 양단에 걸린 직류 전압의 크기를 변환하는 제3 컨버터를 포함하되, 상기 제3 컨버터는, 상기 노드의 전압이 미리 결정된 한계 전압보다 낮은 경우, 상기 노드에 상기 배터리에 저장된 전력을 제공하는 UPS 모드로 동작한다.In order to solve such a problem, the uninterruptible power supply system of the present invention, in the uninterruptible power supply system connected to the grid, a first converter for converting the AC voltage of the grid to a DC voltage, and is connected in series with the first converter. , A second converter converting the DC voltage output from the first converter into an AC voltage and transferring it to a first load, a battery that is electrically connected to a node between the first converter and the second converter to perform charging and discharging, And a third converter connected between the battery and the node and configured to convert a magnitude of a DC voltage applied across both ends, wherein the third converter provides the node to the node when the voltage of the node is lower than a predetermined threshold voltage. It operates in a UPS mode that provides the power stored in the battery.

또한, 상기 제1 내지 제3 컨버터로부터 동작 상태에 대한 정보를 수신하고, 상기 제1 및 제2 컨버터의 동작 상태를 기초로 상기 제3 컨버터의 동작 모드에 대한 지령을 생성하여 상기 제3 컨버터에 전달하는 PLC를 더 포함할 수 있다.In addition, information on an operation state is received from the first to third converters, and a command for an operation mode of the third converter is generated based on the operation states of the first and second converters, It may further include a PLC to deliver.

또한, 상기 제3 컨버터에서 상기 노드의 전압을 센싱하여 이를 기초로 동작 모드를 결정하는 제1 반응 단위 시간은, 상기 PLC에서 상기 제3 컨버터의 동작 모드에 대한 지령을 갱신하는 제2 반응 단위 시간보다 작을 수 있다.In addition, the first reaction unit time for determining an operation mode based on the sensing voltage of the node in the third converter is a second reaction unit time for updating a command for the operation mode of the third converter in the PLC. Can be smaller than

또한, 상기 제3 컨버터는, 상기 제1 반응 단위 시간을 누적하여 동작 시간을 계산하고, 상기 동작 시간이 상기 제2 반응 단위 시간보다 작은 경우, 상기 제3 컨버터의 동작 모드를 유지할 수 있다.Further, the third converter may accumulate the first reaction unit time to calculate an operation time, and when the operation time is less than the second reaction unit time, the third converter may maintain an operation mode.

또한, 상기 제3 컨버터는, 상기 PLC로부터 동작 모드에 대한 지령을 수신하는 경우, 수신된 상기 지령에 따른 동작 모드로 동작할 수 있다.In addition, when receiving a command for an operation mode from the PLC, the third converter may operate in an operation mode according to the received command.

또한, 상기 제3 컨버터는, 상기 PLC로부터 충전 동작에 대한 지령을 수신하는 경우, 상기 배터리의 전압 레벨에 따라 홀드 모드(Hold mode) 또는 충전 모드(Charge mode)로 동작할 수 있다.In addition, when receiving a command for a charging operation from the PLC, the third converter may operate in a hold mode or a charge mode according to a voltage level of the battery.

또한, 상기 제3 컨버터는, 상기 노드의 전압이 미리 정해진 한계 전압보다 큰 경우, 상기 배터리의 전압 레벨에 따라 서로 다른 방식으로 동작할 수 있다.In addition, when the voltage of the node is greater than a predetermined threshold voltage, the third converter may operate in different ways according to the voltage level of the battery.

또한, 상기 배터리가 완충 상태인 제1 레벨인 경우, 상기 제3 컨버터는 홀드 모드(Hold mode)로 동작하고, 상기 배터리가 상기 제1 레벨보다 작은 경우, 상기 제3 컨버터는 상기 배터리를 충전시키는 충전 모드(Charge mode)로 동작할 수 있다.In addition, when the battery is at a first level in a fully charged state, the third converter operates in a hold mode, and when the battery is smaller than the first level, the third converter charges the battery. It can operate in charge mode.

또한, 상기 배터리가 상기 제1 레벨과 상기 제1 레벨보다 작은 제2 레벨 사이의 영역인 경우, 상기 제3 컨버터는 상기 배터리를 제1 방식으로 충전하고, 상기 배터리가 상기 제2 레벨과 상기 제2 레벨보다 작은 제3 레벨 사이의 영역인 경우, 상기 제3 컨버터는 상기 배터리를 상기 제1 방식과 다른 제2 방식으로 충전할 수 있다.In addition, when the battery is a region between the first level and a second level smaller than the first level, the third converter charges the battery in a first manner, and the battery is charged with the second level and the second level. In the case of an area between the third levels smaller than the second level, the third converter may charge the battery in a second method different from the first method.

또한, 상기 제3 컨버터는, 상기 배터리의 전압 레벨이 미리 정해진 배터리 최소 전압 레벨보다 큰 경우, 상기 UPS 모드로 동작할 수 있다.In addition, the third converter may operate in the UPS mode when the voltage level of the battery is greater than a predetermined minimum battery voltage level.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템은, PLC 로부터 지령을 받기 이전에 에너지 저장 장치의 DC-DC 컨버터에서 능동적으로 무정전 전원을 공급함으로써, 사고 시 빠른 응답 속도를 확보하고 제어 및 지령간의 관계를 간소화할 수 있다. According to the present invention as described above, the uninterruptible power supply system of the present invention secures a fast response speed in case of an accident by actively supplying the uninterruptible power from the DC-DC converter of the energy storage device before receiving a command from the PLC. The relationship between control and command can be simplified.

구체적으로, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템의 에너지 저장 장치에 포함된 Dc-DC 컨버터의 동작 제어 알고리즘을 간소화함에 따라, 사고 시 에너지 저장 장치의 응답 속도를 향상시킬 수 있고, 각 구성 요소 간 통신 연결의 복잡성을 완화시켜 통신 오류 확률을 낮출 수 있으며, 이를 통해 무정전 전원 공급 시스템의 안정성 또한 향상시킬 수 있다. 또한, 무정전 전원 공급 시스템의 유지 보수 및 관리가 용이해지며, 시스템을 관리하는데 필요한 여러 가지 자원 및 비용을 감소시킬 수 있다.Specifically, by simplifying the operation control algorithm of the Dc-DC converter included in the energy storage device of the uninterruptible power supply system of the present invention, it is possible to improve the response speed of the energy storage device in case of an accident, and to connect communication between each component. It is possible to reduce the probability of communication errors by reducing the complexity of the system, thereby improving the stability of the uninterruptible power supply system. In addition, maintenance and management of the uninterruptible power supply system becomes easy, and various resources and costs required to manage the system can be reduced.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다. In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the present invention.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템을 나타내는 위한 블록 회로도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 일반 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 충전 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 UPS 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 동작 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 에너지 저장 장치에 포함된 배터리의 충전 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 일단에 연결된 노드에 대한 전압을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 동작 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a block circuit diagram illustrating an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.
2 is a diagram for describing an operation of an uninterruptible power supply system in a normal mode according to some embodiments of the present invention.
3 is a diagram illustrating an operation in a charging mode of an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.
4 is a diagram for explaining the operation in the UPS mode of the uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an operation algorithm of a DC-DC converter included in an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.
6 is a graph illustrating a charging method of a battery included in an energy storage device of an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.
7 is a graph for explaining a voltage of a node connected to one end of a DC-DC converter included in an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.
8 is a flowchart illustrating an operation algorithm of a DC-DC converter included in an uninterruptible power supply system according to some other embodiments of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements.

이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 포함하는 무정전 전원 공급 시스템에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, an uninterruptible power supply system including an energy storage device according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템을 나타내는 위한 블록 회로도이다.1 is a block circuit diagram showing an uninterruptible power supply system according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템은 계통(AC GRID)(110), 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(130), 제1 부하(135), 및 에너지 저장 장치(200)를 포함한다. 또한, 무정전 전원 공급 시스템의 각 구성요소를 제어하는 PLC(300)를 더 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the uninterruptible power supply system according to the first embodiment of the present invention is a system (AC GRID) 110, a first converter 120, a second converter 130, a first load 135, And an energy storage device 200. In addition, it may further include a PLC (300) for controlling each component of the uninterruptible power supply system.

구체적으로, 계통(AC GRID)(110)은 스위치(AC_CB1)를 통해 제1 컨버터(120)에 교류 전압을 제공한다. Specifically, the grid (AC GRID) 110 provides an AC voltage to the first converter 120 through the switch AC_CB1.

제1 컨버터(120)는 계통(110)에서 제공하는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터를 포함한다. 이때, 제1 컨버터(120)는 AC-DC IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)형 컨버터를 포함하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The first converter 120 includes an AC-DC converter that converts an AC voltage provided by the system 110 into a DC voltage. In this case, the first converter 120 includes an AC-DC Insulated Gate Bipolar Mode Transistor (IGBT) type converter, but the present invention is not limited thereto.

제1 컨버터(120)와 계통(110) 사이에는 스위치(AC_CB2)가 배치될 수 있다. 스위치(AC_CB2)는 교류 전압 전송 라인을 전기적으로 연결시키거나 단절시킬 수 있다. 제1 컨버터(120)와 스위치(AC_CB2)는 PLC(300)의 지령에 의해 제어될 수 있다. A switch AC_CB2 may be disposed between the first converter 120 and the system 110. The switch AC_CB2 may electrically connect or disconnect the AC voltage transmission line. The first converter 120 and the switch AC_CB2 may be controlled by a command of the PLC 300.

제2 컨버터(130)는 제1 컨버터(120)와 직렬로 연결되며 제1 컨버터(120)가 제공하는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제1 부하(135)에 전달할 수 있다. 이때, 제2 컨버터(130)는 DC-AC IGBT형 컨버터를 포함하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The second converter 130 is connected in series with the first converter 120 and may convert the DC voltage provided by the first converter 120 into an AC voltage and transfer it to the first load 135. In this case, the second converter 130 includes a DC-AC IGBT type converter, but the present invention is not limited thereto.

제2 컨버터(130)와 제1 컨버터(120) 사이에는 복수의 스위치(DC_CB1, DC_CB2)가 배치될 수 있다. 복수의 스위치(DC_CB1, DC_CB2)는 직류 전압 전송 라인을 전기적으로 연결시키거나 단절시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 컨버터(130)와 복수의 스위치(DC_CB1, DC_CB2)는 PLC(300)의 지령에 의해 제어될 수 있다. A plurality of switches DC_CB1 and DC_CB2 may be disposed between the second converter 130 and the first converter 120. The plurality of switches DC_CB1 and DC_CB2 may electrically connect or disconnect the DC voltage transmission line. Likewise, the second converter 130 and the plurality of switches DC_CB1 and DC_CB2 may be controlled by a command from the PLC 300.

제1 부하(135)는 전력을 소모하는 다양한 전자 장치 및 설비가 될 수 있다. The first load 135 may be various electronic devices and facilities that consume power.

에너지 저장 장치(200)는 제1 컨버터(120)와 제2 컨버터(130) 사이에 직접적으로 연결될 수 있다. 이때, 에너지 저장 장치(200)는 PLC(300)의 지령을 수신하기 전에 제1 컨버터(120)와 제2 컨버터(130) 사이의 노드(N1)의 전압을 측정하여, 노드(N1)의 전압이 기준 전압보다 낮아지는 경우, 자동으로 제2 컨버터(130)에 배터리(220)의 전력을 전달할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하도록 한다.The energy storage device 200 may be directly connected between the first converter 120 and the second converter 130. At this time, the energy storage device 200 measures the voltage of the node N1 between the first converter 120 and the second converter 130 before receiving the command from the PLC 300, so that the voltage of the node N1 When the voltage is lower than the reference voltage, power of the battery 220 may be automatically transferred to the second converter 130. A detailed description of this will be described later.

에너지 저장 장치(200)는 제3 컨버터(210)와 배터리(220)를 포함할 수 있다. 이때, 배터리(220)는 도면 상에는 하나만 표시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 배터리 셀을 포함하거나, 병렬, 직렬 또는 직병렬로 연결된 배터리 구조체가 될 수 있다. 배터리(220)는 계통(110)으로부터 전력을 전달받아 충전되거나, 저장된 전력을 제1 부하(135)에 제공할 수 있다. The energy storage device 200 may include a third converter 210 and a battery 220. In this case, only one battery 220 is shown on the drawing, but the present invention is not limited thereto, and may include a plurality of battery cells, or may be a battery structure connected in parallel, series, or series parallel. The battery 220 may be charged by receiving power from the system 110 or may provide stored power to the first load 135.

제3 컨버터(210)는 제1 컨버터(120) 및 제2 컨버터(130) 사이의 노드(N1)와, 배터리(220) 사이에 위치하며, 배터리(220)가 일정한 전력을 출력하거나 입력받도록 양단에 걸린 직류 전압의 크기를 변환할 수 있다. 이때, 제2 컨버터(130)는 DC-DC IGBT형 컨버터를 포함하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The third converter 210 is located between the node N1 between the first converter 120 and the second converter 130 and the battery 220, and has both ends so that the battery 220 outputs or receives a constant power. It is possible to convert the magnitude of the DC voltage applied to. In this case, the second converter 130 includes a DC-DC IGBT type converter, but the present invention is not limited thereto.

또한, 제3 컨버터(210)는 양방향 컨버터로 동작할 수 있다. 따라서, 제3 컨버터(210)의 충/방전 회로는 하나로 통합되어 구성될 수 있다. 제3 컨버터(210)는 'UPS 모드'로 동작하지 않는 경우 배터리(220)를 충전시킬 수 있으며, 제3 컨버터(210)는 자체적으로 배터리(220)의 충전률(State of Charge; SOC)을 관리할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Also, the third converter 210 may operate as a bidirectional converter. Thus, the charging/discharging circuit of the third converter 210 may be integrated into one configuration. When the third converter 210 does not operate in the'UPS mode', the battery 220 may be charged, and the third converter 210 automatically determines the state of charge (SOC) of the battery 220. Can be managed. However, the present invention is not limited thereto.

도면에서 에너지 저장 장치(200)가 무정전 전원 공급 시스템 내에 하나만 포함되어 있는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 에너지 저장 장치(200)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 에너지 저장 장치(200)는 동일한 노드에 병렬로 연결되거나, 서로 직렬로 연결될 수 있다.Although only one energy storage device 200 is included in the uninterruptible power supply system in the drawing, the present invention is not limited thereto, and a plurality of energy storage devices 200 may be included. In this case, the plurality of energy storage devices 200 may be connected to the same node in parallel or connected to each other in series.

에너지 저장 장치(200)의 제3 컨버터(210)는, 제1 컨버터(120)가 정상적으로 동작하는 경우, 노드(N1) 사이에 위치한 스위치(DC_CB3)를 오프 시킨다. 이러한 에너지 저장 장치(200)의 상태에는 '정지 모드(Stop mode)' '대기 모드(Standby mode)', '홀드 모드(Hold mode)' 가 있을 수 있다. When the first converter 120 operates normally, the third converter 210 of the energy storage device 200 turns off the switch DC_CB3 located between the nodes N1. The state of the energy storage device 200 may include a'Stop mode', a'Standby mode', and a'Hold mode'.

구체적으로, '정지 모드(Stop mode)'는 모든 동작을 정지하는 것을 의미한다. '대기 모드(Standby mode)'는 에너지 저장 장치(200)가 노드(N1)에 대한 전압 모니터링 수행 없이 대기중인 상태를 의미한다. '홀드 모드(Hold ode)'는 '대기 모드(Standby mode)'와 반대로 에너지 저장 장치(200)가 노드(N1)에 대한 전압 모니터링을 수행하면서 대기 중인 상태를 의미한다. 이 경우, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)의 전압이 하강되는 경우, 'UPS 모드(UPS mode)'로 전환되어 동작할 수 있다. Specifically, the'Stop mode' means stopping all operations. The'standby mode' refers to a state in which the energy storage device 200 is in standby without performing voltage monitoring on the node N1. 'Hold ode' refers to a state in which the energy storage device 200 is in standby while performing voltage monitoring on the node N1, contrary to the'standby mode'. In this case, when the voltage of the node N1 is lowered, the energy storage device 200 may be switched to a'UPS mode' and operate.

또한, 배터리(220)의 충전률(State of Charge; SOC)이 미리 설정된 값보다 낮아지면, 에너지 저장 장치(200)는 스위치(DC_CB3)를 턴온시켜 배터리(220)를 충전한다. 이러한 에너지 저장 장치(200)의 상태를 '충전 모드(Charge Mode)'라 한다.In addition, when the state of charge (SOC) of the battery 220 is lower than a preset value, the energy storage device 200 charges the battery 220 by turning on the switch DC_CB3. The state of the energy storage device 200 is referred to as a'charge mode'.

다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에너지 저장 장치(200)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)과 무관하게 노드(N1)의 전압(Vdc)에 따라 바로 '충전 모드'로 동작하는 '상시 충전 방식'이 이용될 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the energy storage device 200 operates in a'charging mode' immediately according to the voltage Vdc of the node N1 regardless of the voltage level Vbat of the battery 220. A'constant charging method' can be used.

또한, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)의 전압 레벨을 실시간으로 모니터링함으로써 계통(110) 또는 제1 컨버터(120)의 이상 동작을 검출할 수 있다. 이 경우, 에너지 저장 장치(200)는 스위치(DC_CB3)를 턴온시켜 배터리(220)에 저장된 전력을 제1 부하(135)에 전달한다. 이러한 에너지 저장 장치(200)의 상태를 'UPS 모드(UPS Mode)'라 한다.Further, the energy storage device 200 may detect an abnormal operation of the system 110 or the first converter 120 by monitoring the voltage level of the node N1 in real time. In this case, the energy storage device 200 turns on the switch DC_CB3 to deliver the power stored in the battery 220 to the first load 135. The state of the energy storage device 200 is referred to as'UPS mode'.

이러한 에너지 저장 장치(200)의 동작 알고리즘에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술하도록 한다.A detailed description of the operation algorithm of the energy storage device 200 will be described later with reference to FIG. 5.

PLC(300)는 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(130) 및 제3 컨버터(210)의 동작 상태를 수신하고, 이를 기초로 무정전 전원 공급 시스템의 동작을 제어할 수 있다. The PLC 300 may receive the operating states of the first converter 120, the second converter 130, and the third converter 210, and control the operation of the uninterruptible power supply system based on this.

구체적으로, PLC(300)는 수신된 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(130) 및 제3 컨버터(210)의 동작 상태를 이용하여 에너지 저장 장치(200)의 동작 모드를 판단하고, 이를 기초로 무정전 전원 공급 시스템의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, PLC(300)는 제1 컨버터(120)의 동작 상태가 고장이라고 판단되는 경우, 에너지 저장 장치(200)의 동작 모드를 UPS 모드로 판단하고, 제1 컨버터(120)를 리셋시킬 수 있다. 또한, PLC(300)는 제2 컨버터(130)이 동작 상태가 고장이라고 판단되는 경우, 안전을 위해 무정전 전원 공급 시스템을 정지시킬 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, the PLC 300 determines the operation mode of the energy storage device 200 using the received operation states of the first converter 120, the second converter 130, and the third converter 210, and It is possible to control the operation of the uninterruptible power supply system as a basis. For example, when it is determined that the operation state of the first converter 120 is a failure, the PLC 300 determines the operation mode of the energy storage device 200 as the UPS mode, and resets the first converter 120. I can. In addition, the PLC 300 may stop the uninterruptible power supply system for safety when it is determined that the operation state of the second converter 130 is a failure. However, this is only an example, and the present invention is not limited thereto.

PLC(300)는 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 각 구성요소와 무선 또는 유선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, PLC(300)는 무정전 전원 공급 시스템의 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(130) 및 제3 컨버터(210)와 RS 485, CAN, TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol), UDP(User Datagram Protocol)과 같은 프로토콜 기반의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The PLC 300 may communicate wirelessly or wiredly with each component included in the uninterruptible power supply system. For example, the PLC 300 includes a first converter 120, a second converter 130, and a third converter 210 of the uninterruptible power supply system, and RS 485, CAN, Transmission Control Protocol (TCP)/Internet Protocol) and user datagram protocol (UDP). However, the present invention is not limited thereto.

또한, PLC(300)는 에너지 저장 장치(200)의 동작 모드를 기초로 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, PLC(300)는 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(130) 및 제3 컨버터(210)의 동작을 제어하며, 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 스위치(AC_CB1, AC_CB2, DC_CB1, DC_CB2)의 동작을 제어할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the PLC 300 may control the operation of each component included in the uninterruptible power supply system based on the operation mode of the energy storage device 200. For example, the PLC 300 controls the operation of the first converter 120, the second converter 130, and the third converter 210, and switches AC_CB1, AC_CB2, DC_CB1, included in the uninterruptible power supply system, DC_CB2) operation can be controlled. However, the present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 일반 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 충전 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 UPS 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram for describing an operation of an uninterruptible power supply system in a normal mode according to some embodiments of the present invention. 3 is a diagram illustrating an operation in a charging mode of an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention. 4 is a diagram for explaining the operation in the UPS mode of the uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.

도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템이 '일반 모드'로 동작하는 것을 나타낸다. 이러한 '일반 모드'에서 에너지 저장 장치(200)는 앞에서 설명한 '정지 모드(Stop mode)' '대기 모드(Standby mode)', '홀드 모드(Hold mode)로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 2, FIG. 2 shows that the uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention operates in a'normal mode'. In this'normal mode', the energy storage device 200 may operate in the'Stop mode','Standby mode', and'Hold mode' described above.

이 경우, 계통(110)의 교류 전압은 제1 컨버터(120)에 의해 직류 전압으로 변환된다. 이어서, 제1 컨버터(120)의 출력인 직류 전압은 제2 컨버터(130)에 전달되어 교류 전압으로 변환되어 제1 부하(135)에 전달된다.In this case, the AC voltage of the system 110 is converted into a DC voltage by the first converter 120. Subsequently, the DC voltage, which is the output of the first converter 120, is transmitted to the second converter 130, converted into an AC voltage, and transmitted to the first load 135.

이때, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)와 분리된다. 구체적으로, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)의 전압(Vdc)와 미리 정해진 한계 전압(Vdc_limit)을 비교하여, 노드(N1)의 전압(Vdc)이 한계 전압(Vdc_limit)보다 큰 경우 전기적으로 분리된다. 이 경우, 에너지 저장 장치(200)는 PLC(300)로부터 충전 명령을 받거나, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 완충 상태가 아닌 경우 '충전 모드'로 동작할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, the energy storage device 200 is separated from the node N1. Specifically, the energy storage device 200 compares the voltage (Vdc) of the node N1 with a predetermined limit voltage (Vdc_limit), and when the voltage (Vdc) of the node N1 is greater than the limit voltage (Vdc_limit), electrical Is separated by In this case, the energy storage device 200 may operate in a'charge mode' when receiving a charging command from the PLC 300 or when the voltage level Vbat of the battery 220 is not in a fully charged state. However, the present invention is not limited thereto.

도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템이 '충전 모드'로 동작하는 것을 나타낸다. 에너지 저장 장치(200)는 '일반 모드' 상태에서 PLC(300)로부터 충전 명령을 받거나, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)을 체크하여 배터리(220)가 완충 상태가 아닌 경우, '충전 모드'로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 3, FIG. 3 shows that the uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention operates in a'charging mode'. The energy storage device 200 receives a charging command from the PLC 300 in the'normal mode' state, or checks the voltage level (Vbat) of the battery 220, and when the battery 220 is not in a fully charged state, the'charge mode' Can be operated as'.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 에너지 저장 장치(200)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 미리 정한 전압 레벨보다 작은 경우, '충전 모드'로 동작할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5 및 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.Further, in an embodiment of the present invention, when the voltage level Vbat of the battery 220 is less than a predetermined voltage level, the energy storage device 200 may operate in a'charging mode'. A detailed description of this will be described later with reference to FIGS. 5 and 7.

에너지 저장 장치(200)가 '충전 모드'로 동작하는 경우, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)와 전기적으로 연결된다. 이때, 제3 컨버터(210)는 노드(N1)의 전원을 변환하여 배터리(220)에 전달함으로써 배터리(220)를 충전시킨다.When the energy storage device 200 operates in the'charging mode', the energy storage device 200 is electrically connected to the node N1. In this case, the third converter 210 charges the battery 220 by converting the power of the node N1 and transferring the power to the battery 220.

이어서, 에너지 저장 장치(200)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 완충 전압 레벨과 같아지는 경우, '충전 모드'를 중단시킨다.Subsequently, when the voltage level Vbat of the battery 220 becomes the same as the buffer voltage level, the energy storage device 200 stops the'charging mode'.

다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에너지 저장 장치(200)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)과 무관하게 노드(N1)의 전압(Vdc)에 따라 바로 '충전 모드'로 동작하는 '상시 충전 방식'이 이용될 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the energy storage device 200 operates in a'charging mode' immediately according to the voltage Vdc of the node N1 regardless of the voltage level Vbat of the battery 220. A'constant charging method' can be used.

도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템이 'UPS 모드'로 동작하는 것을 나타낸다. Referring to FIG. 4, FIG. 4 shows that the uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention operates in the'UPS mode'.

이 경우, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)와 연결되고, 제1 컨버터(120)는 노드(N1)와 분리된다. 구체적으로, 제1 컨버터(120)에 이상이 발생하여 계통(110)의 전원을 제대로 전달하지 못하는 경우, 노드(N1)의 전압(Vdc)은 낮아지게 된다.In this case, the energy storage device 200 is connected to the node N1 and the first converter 120 is separated from the node N1. Specifically, when an abnormality occurs in the first converter 120 and the power of the system 110 is not properly transmitted, the voltage Vdc of the node N1 is lowered.

이때, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)의 전압(Vdc)을 일정 수준으로 유지시키도록 동작할 수 있으며, 이에 따라 제1 부하(135)에 일정한 전력을 전달할 수 있다.In this case, the energy storage device 200 may operate to maintain the voltage Vdc of the node N1 at a certain level, and accordingly, may deliver a certain power to the first load 135.

예를 들어, 에너지 저장 장치(200)는 노드(N1)의 전압(Vdc)와 미리 정해진 한계 전압(Vdc_limit)을 비교하여, 노드(N1)의 전압(Vdc)이 한계 전압(Vdc_limit)보다 작은 경우, 노드(N1)에 전기적으로 연결된다. For example, the energy storage device 200 compares the voltage Vdc of the node N1 with a predetermined limit voltage Vdc_limit, and the voltage Vdc of the node N1 is less than the limit voltage Vdc_limit , Is electrically connected to the node N1.

이때, PLC(300)는 에너지 저장 장치(200)의 동작 모드를 확인하여 에너지 저장 장치(200)의 동작 모드가 'UPS 모드'로 동작하는 경우, 제1 컨버터(120)의 양측의 스위치(AC_CB2, DC_CB1)를 턴오프 시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에너지 저장 장치(200)가 직접 제1 컨버터(120)의 양측의 스위치(AC_CB2, DC_CB1)를 턴오프 시킬 수 있다.At this time, the PLC 300 checks the operation mode of the energy storage device 200 and, when the operation mode of the energy storage device 200 is operated in the'UPS mode', switches AC_CB2 on both sides of the first converter 120 , DC_CB1) can be turned off. However, the present invention is not limited thereto, and the energy storage device 200 may directly turn off the switches AC_CB2 and DC_CB1 on both sides of the first converter 120.

이를 통해, 에너지 저장 장치(200)는 제1 부하(135)에 일정한 크기의 전력을 지속적으로 전달할 수 있다.Through this, the energy storage device 200 may continuously deliver a certain amount of power to the first load 135.

이하에서는 에너지 저장 장치(200)에 포함된 DC-DC 컨버터인 제3 컨버터(210)의 동작 알고리즘에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, an operation algorithm of the third converter 210, which is a DC-DC converter included in the energy storage device 200, will be described in detail.

도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 동작 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 에너지 저장 장치에 포함된 배터리의 충전 방식을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a flowchart illustrating an operation algorithm of a DC-DC converter included in an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention. 6 is a graph illustrating a charging method of a battery included in an energy storage device of an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에너지 저장 장치(200)의 제3 컨버터(210)는 우선, 에너지 저장 장치(200)는 기본적으로 '홀드 모드'를 기본값으로 동작한다.Referring to FIG. 5, in the third converter 210 of the energy storage device 200 according to some embodiments of the present invention, first, the energy storage device 200 operates in a'hold mode' by default.

이어서, 노드(N1)의 전압(Vdc)과 미리 정한 한계 전압(Vdc_limit)을 비교한다(S110). Subsequently, the voltage Vdc of the node N1 is compared with a predetermined limit voltage Vdc_limit (S110).

이어서, 노드(N1)의 전압(Vdc)이 미리 정한 한계 전압(Vdc_limit)보다 작은 경우, 제3 컨버터(210)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 최소 전압 레벨(Vbat_Min)보다 큰지 여부를 판단한다(S120). 노드(N1)의 전압(Vdc)이 낮아지는 원인으로 예를 들어, 제1 컨버터(120)의 고장이나 계통(110) 전압의 불안정 등이 있을 수 있다. Subsequently, when the voltage Vdc of the node N1 is less than the predetermined limit voltage Vdc_limit, the third converter 210 determines whether the voltage level Vbat of the battery 220 is greater than the minimum voltage level Vbat_Min. It is determined (S120). As a cause of the voltage Vdc of the node N1 being lowered, for example, there may be a failure of the first converter 120 or an unstable voltage of the system 110.

이어서, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 최소 전압 레벨(Vbat_Min)보다 작은 경우, 배터리(220)는 노드(N1) 또는 부하(135)에 전력을 제공하기 충분하지 않은 상태를 의미하므로, 이 경우, S110 단계를 반복 수행한다. Subsequently, when the voltage level (Vbat) of the battery 220 is less than the minimum voltage level (Vbat_Min), the battery 220 means a state that is not sufficient to provide power to the node N1 or the load 135, In this case, step S110 is repeatedly performed.

반면, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 최소 전압 레벨(Vbat_Min)보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 배터리(220)를 방전(Discharge)시키는 'UPS 모드'로 동작한다(S130). 이때, 제3 컨버터(210)는 PLC(300)에 에너지 저장 장치(200)가 'UPS 모드'로 동작함을 알리는 지령을 전달할 수 있다. 다만, 제3 컨버터(210)에서 PLC(300)로 지령이 전달되는 반응 단위 시간은 제3 컨버터(210)의 동작에 대한 반응 단위 시간보다 길기에 제3 컨버터(210)는 PLC(300)로부터 동작 모드에 대한 지령을 수신하기 전, 능동적으로 먼저 동작할 수 있다. On the other hand, when the voltage level Vbat of the battery 220 is greater than the minimum voltage level Vbat_Min, the third converter 210 operates in the'UPS mode' in which the battery 220 is discharged (S130). . In this case, the third converter 210 may transmit a command notifying that the energy storage device 200 operates in the'UPS mode' to the PLC 300. However, since the response unit time at which the command is transmitted from the third converter 210 to the PLC 300 is longer than the response unit time for the operation of the third converter 210, the third converter 210 Before receiving the command for the operation mode, it can be actively operated first.

이어서, 제3 컨버터(210)는 노드의 전압을 센싱하여 이를 기초로 동작 모드를 결정하는 제1 반응 단위 시간을 누적하여 동작 시간(T)을 계산하고, 상기 동작 시간이 PLC(300)에서 제3 컨버터(210)의 동작 모드에 대한 지령을 갱신하는 제2 반응 단위 시간(예를 들어, 딜레이 시간(Delay time))보다 큰지 여부를 판단한다(S140). Subsequently, the third converter 210 senses the voltage of the node and accumulates the first reaction unit time for determining the operation mode based on this, and calculates the operation time T, and the operation time is determined by the PLC 300. 3 It is determined whether or not it is greater than the second response unit time (eg, delay time) for updating the command for the operation mode of the converter 210 (S140).

만약, 제3 컨버터(210)의 'UPS 모드'에 대한 동작 시간(T)이 제2 반응 단위 시간(예를 들어, 딜레이 시간(Delay time))보다 작은 경우, 제3 컨버터(210)는 S120 단계 내지 S140 단계를 반복 수행한다. 즉, 제3 컨버터(210)는 계속해서 'UPS 모드'로 동작할 수 있다.If the operation time T for the'UPS mode' of the third converter 210 is less than the second reaction unit time (eg, delay time), the third converter 210 is S120 Steps to S140 are repeated. That is, the third converter 210 may continue to operate in the'UPS mode'.

반면, 제3 컨버터(210)의 'UPS 모드'에 대한 동작 시간(T)이 제2 반응 단위 시간(예를 들어, 딜레이 시간(Delay time))보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 PLC(300)로부터 'UPS 모드'로 동작하라는 지령이 수신되는 지 여부를 판단한다(S150).On the other hand, when the operation time (T) for the'UPS mode' of the third converter 210 is greater than the second response unit time (eg, delay time), the third converter 210 It is determined whether a command to operate in the'UPS mode' is received from the 300 (S150).

만약, 제3 컨버터(210)가 PLC(300)로부터 'UPS 모드'로 동작하라는 지령을 수신하는 경우, 제3 컨버터(210)는 S120 단계 내지 S150 단계를 반복 수행한다. 이때, 제3 컨버터(210)는 계속해서 'UPS 모드'로 동작할 수 있다. If the third converter 210 receives a command to operate in the'UPS mode' from the PLC 300, the third converter 210 repeats steps S120 to S150. In this case, the third converter 210 may continue to operate in the'UPS mode'.

S150 단계는 노드(N1)의 전압(Vdc)과 미리 정한 한계 전압(Vdc_limit)보다 아래로 떨어졌음에도 불구하고 제3 컨버터(210)가 자체적으로 'UPS 모드'로 동작하지 않는 경우, PLC(300)가 강제로 'UPS 모드'로 동작하라는 지령을 전달하는 것을 의미한다. 이를 통해, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템은 무정전 전원 공급을 위한 2차적인 안전 장치를 구현할 수 있다.In step S150, even though the voltage (Vdc) of the node (N1) and the predetermined limit voltage (Vdc_limit) have fallen below the third converter 210, the PLC 300 does not operate in the'UPS mode' by itself. It means that the command to force the operation in the'UPS mode' is transmitted. Through this, the uninterruptible power supply system of the present invention can implement a secondary safety device for supplying the uninterruptible power.

반면, 제3 컨버터(210)가 PLC(300)로부터 'UPS 모드'가 아닌 다른 동작 모드로 동작하라는 지령을 수신하는 경우, 제3 컨버터(210)는 상기 지령의 동작 모드로 동작하거나, 앞에서 설명한 S110 단계로 회귀하게 된다.On the other hand, when the third converter 210 receives a command from the PLC 300 to operate in an operation mode other than the'UPS mode', the third converter 210 operates in the operation mode of the command, or It returns to step S110.

이와 반대로, 노드(N1)의 전압(Vdc)이 한계 전압(Vdc_limit)보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 배터리(220)를 충전(Charge)시키는 '충전 모드'로 동작한다.Conversely, when the voltage Vdc of the node N1 is greater than the limit voltage Vdc_limit, the third converter 210 operates in a'charging mode' in which the battery 220 is charged.

이어서, 제3 컨버터(210)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)을 체크하여, 전압 레벨(Vbat)에 따라 서로 다른 방식으로 동작한다(S170).Subsequently, the third converter 210 checks the voltage level Vbat of the battery 220 and operates in different ways according to the voltage level Vbat (S170).

만약, 도 6을 함께 참조하면, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 완충 전압 레벨(Over Voltage Limit; 이하 OVL)인 경우, 제3 컨버터(210)는 '홀드 모드'로 동작한다(S172).6, when the voltage level Vbat of the battery 220 is the overvoltage limit (hereinafter referred to as OVL), the third converter 210 operates in a'hold mode' (S172). ).

이와 다르게, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 제2 영역(Region 2)에 있는 경우, 즉, 전압 레벨(Vbat)이 완충 전압 레벨(OVL)보다 작고, 기준 전압 레벨(Voltage max)보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 'CV 모드(CV mode)'로 배터리(220)를 충전한다(S174). In contrast, when the voltage level Vbat of the battery 220 is in the second region 2, that is, the voltage level Vbat is less than the buffer voltage level OVL and is less than the reference voltage level Voltage max. In large cases, the third converter 210 charges the battery 220 in a'CV mode' (S174).

반면, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 제1 영역(Region 1)에 있는 경우, 즉, 기준 전압 레벨(Voltage max)보다 작고, 최저 전압 레벨(Under Voltage Limit; 이하 UVL)보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 'CV 모드'와 다른 'CC 모드(CC mode)'로 배터리(220)를 충전한다(S176). 여기에서, 'CV 모드'와 'CC 모드'는 종래의 기술에 대한 내용이므로 자세한 내용은 생략하도록 한다. On the other hand, when the voltage level (Vbat) of the battery 220 is in the first region (Region 1), that is, less than the reference voltage level (Voltage max) and greater than the lowest voltage level (Under Voltage Limit; hereinafter UVL) , The third converter 210 charges the battery 220 in a'CC mode' different from the'CV mode' (S176). Here, the'CV mode' and the'CC mode' are related to the conventional technology, so detailed information will be omitted.

또한, 도 6에서는, 최저 전압 레벨(UVL)은 최소 전압 레벨(Vbat_Min)과 상이한 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 최저 전압 레벨(UVL)과 최소 전압 레벨(Vbat_Min)은 동일할 수 있다.In addition, in FIG. 6, the minimum voltage level UVL is shown to be different from the minimum voltage level Vbat_Min, but the present invention is not limited thereto, and the minimum voltage level UVL and the minimum voltage level Vbat_Min may be the same. I can.

도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 일단에 연결된 노드에 대한 전압을 설명하기 위한 그래프이다.7 is a graph for explaining a voltage of a node connected to one end of a DC-DC converter included in an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 노드(N1)에서의 전압(Vdc)의 변화를 나타낸다. Referring to FIG. 7, a change in voltage Vdc at a node N1 of an uninterruptible power supply system according to some embodiments of the present invention is shown.

본 발명의 제3 컨버터(210)는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 알고리즘을 통해 동작하며, 노드(N1)의 전압(Vdc)은 정상 상태에서 한계 전압(Vdc_limit)보다 높게 유지된다. The third converter 210 of the present invention operates through the algorithm described with reference to FIGS. 5 and 6, and the voltage Vdc of the node N1 is maintained higher than the limit voltage Vdc_limit in a normal state.

다만, 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 구성요소 중 일부가 고장이 나거나 정상적으로 동작하지 않는 경우, 노드(N1)의 전압(Vdc)이 낮아질 수 있다.However, when some of the components included in the uninterruptible power supply system fail or do not operate normally, the voltage Vdc of the node N1 may be lowered.

이때, 노드(N1)의 전압(Vdc)이 미리 정한 한계 전압(Vdc_limit)보다 작아지는 경우, 제3 컨버터(210)는 'UPS 모드'로 동작하게 되며, 배터리(220)에 저장된 전력을 노드(N1)에 제공한다. At this time, when the voltage Vdc of the node N1 becomes smaller than the predetermined limit voltage Vdc_limit, the third converter 210 operates in the'UPS mode', and the power stored in the battery 220 is transferred to the node ( N1).

이러한 제3 컨버터(210)의 동작 반응 속도는 A 구간에 해당하며 약 5msec 이하의 반응 속도로 동작할 수 있다.The operation reaction speed of the third converter 210 corresponds to section A and may operate at a reaction speed of about 5 msec or less.

이어서, 제3 컨버터(210)는 노드(N1)의 전압(Vdc)이 한계 전압(Vdc_limit)보다 높아져서 정상 범위로 돌아올 때까지, 'UPS 모드'로 동작하게 되며, 이는 B 구간에 해당한다. B 구간은 약 20msec 이하가 될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Subsequently, the third converter 210 operates in the'UPS mode' until the voltage Vdc of the node N1 becomes higher than the limit voltage Vdc_limit and returns to the normal range, which corresponds to the B section. Section B may be less than about 20 msec, but the present invention is not limited thereto.

이를 통해, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 에너지 저장 장치(200)는 PLC(300)로부터 동작 지령을 받지 않고, 능동적으로 동작 모드를 전환하여 무정전 전원을 제공할 수 있다.Through this, the energy storage device 200 included in the uninterruptible power supply system of the present invention can provide uninterruptible power by actively switching an operation mode without receiving an operation command from the PLC 300.

즉, 본 발명의 에너지 저장 장치(200)의 제3 컨버터(210)는 PLC(300)의 지령을 수신하지 않고, 능동적으로 UPS 모드의 동작 여부를 판단하여 무정전 전원을 공급함으로써, 사고시 빠른 응답 속도를 확보하고, PLC(300)로부터 수신하는 데이터 교환을 간소화시킬 수 있다. That is, the third converter 210 of the energy storage device 200 of the present invention does not receive a command from the PLC 300 and actively determines whether the UPS mode is operated and supplies uninterruptible power, thereby providing a fast response speed in case of an accident. It is possible to secure and simplify the data exchange received from the PLC (300).

이를 통해, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템의 제3 컨버터(210)에 대한 동작 제어 알고리즘은 간소화되며, 이에 따라, 무정전 전원 공급 시스템에 오류가 발생하는 경우 에너지 저장 장치(200)의 응답 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 무정전 전원 공급 시스템의 각 구성 요소 간 통신 연결의 복잡성을 완화시켜 통신 오류 확률을 낮출 수 있으며, 무정전 전원 공급 시스템의 안정성 또한 향상시킬 수 있다. Through this, the operation control algorithm for the third converter 210 of the uninterruptible power supply system of the present invention is simplified, and thus, when an error occurs in the uninterruptible power supply system, the response speed of the energy storage device 200 is improved. I can make it. In addition, it is possible to reduce the communication error probability by reducing the complexity of communication connection between components of the uninterruptible power supply system, and improve the stability of the uninterruptible power supply system.

도 8은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 동작 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.8 is a flowchart illustrating an operation algorithm of a DC-DC converter included in an uninterruptible power supply system according to some other embodiments of the present invention. For convenience of description, hereinafter, redundant descriptions of the same matters as those of the above-described embodiment will be omitted, and differences will be mainly described.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템에 포함된 DC-DC 컨버터의 동작 알고리즘은 도 5를 참조하여 설명한 알고리즘과 유사하다. Referring to FIG. 8, an operation algorithm of a DC-DC converter included in the uninterruptible power supply system according to some other embodiments of the present invention is similar to the algorithm described with reference to FIG. 5.

구체적으로, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 알고리즘의 S210 내지 S250 단계는, 도 5의 S110 내지 S150 단계와 실질적으로 동일하게 동작한다.Specifically, steps S210 to S250 of the algorithm of the uninterruptible power supply system according to some other embodiments of the present invention operate substantially the same as steps S110 to S150 of FIG. 5.

다만, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 무정전 전원 공급 시스템의 알고리즘은, S210 단계에서 노드(N1)의 전압(Vdc)이 한계 전압(Vdc_limit)보다 큰 경우, PLC(300)로부터 '충전 모드'에 대한 지령이 수신되었는지 여부를 판단한다(S260).However, in the algorithm of the uninterruptible power supply system according to some other embodiments of the present invention, if the voltage (Vdc) of the node N1 is greater than the limit voltage (Vdc_limit) in step S210, the'charging mode' from the PLC 300 It is determined whether a command for is received (S260).

만약, PLC(300)로부터 '충전 모드'에 대한 지령이 수신되지 않는 경우, 제3 컨버터(210)는 '홀드 모드'로 동작한다(S272).If a command for a'charging mode' is not received from the PLC 300, the third converter 210 operates in a'hold mode' (S272).

반면, PLC(300)로부터 '충전 모드'에 대한 지령이 수신되는 경우, 제3 컨버터(210)는 배터리(220)를 충전(Charge)시키는 '충전 모드'로 동작한다.On the other hand, when a command for a'charging mode' is received from the PLC 300, the third converter 210 operates in a'charging mode' in which the battery 220 is charged.

이어서, 제3 컨버터(210)는 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)을 체크하여, 전압 레벨(Vbat)에 따라 서로 다른 방식으로 동작한다(S270).Subsequently, the third converter 210 checks the voltage level Vbat of the battery 220 and operates in different ways according to the voltage level Vbat (S270).

만약, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 완충 전압 레벨(Over Voltage Limit; 이하 OVL)인 경우, 제3 컨버터(210)는 '홀드 모드'로 동작한다(S272).If the voltage level Vbat of the battery 220 is an Over Voltage Limit (hereinafter OVL), the third converter 210 operates in a'hold mode' (S272).

이와 다르게, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 제2 영역(Region 2)에 있는 경우, 즉, 전압 레벨(Vbat)이 완충 전압 레벨(OVL)보다 작고, 기준 전압 레벨(Voltage max)보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 'CV 모드(CV mode)'로 배터리(220)를 충전한다(S274). In contrast, when the voltage level Vbat of the battery 220 is in the second region 2, that is, the voltage level Vbat is less than the buffer voltage level OVL and is less than the reference voltage level Voltage max. In a large case, the third converter 210 charges the battery 220 in a'CV mode' (S274).

반면, 배터리(220)의 전압 레벨(Vbat)이 제1 영역(Region 1)에 있는 경우, 즉, 기준 전압 레벨(Voltage max)보다 작고, 최저 전압 레벨(Under Voltage Limit; 이하 UVL)보다 큰 경우, 제3 컨버터(210)는 'CV 모드'와 다른 'CC 모드(CC mode)'로 배터리(220)를 충전한다(S276).On the other hand, when the voltage level (Vbat) of the battery 220 is in the first region (Region 1), that is, less than the reference voltage level (Voltage max) and greater than the lowest voltage level (Under Voltage Limit; hereinafter UVL) , The third converter 210 charges the battery 220 in a'CC mode' different from the'CV mode' (S276).

이를 통해, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템에서 에너지 저장 장치(200)의 제3 컨버터(210)는 PLC(300)의 지령을 수신하지 않고도, 능동적으로 UPS 모드의 동작 여부를 판단하여 무정전 전원을 공급함으로써, 사고시 빠른 응답 속도를 확보하고, PLC(300)로부터 수신하는 데이터 교환을 간소화시킬 수 있다. Through this, in the uninterruptible power supply system of the present invention, the third converter 210 of the energy storage device 200 actively determines whether the UPS mode is operated without receiving a command from the PLC 300 to supply uninterruptible power. By doing so, it is possible to secure a fast response speed in case of an accident and to simplify data exchange received from the PLC (300).

이를 통해, 본 발명의 무정전 전원 공급 시스템의 제3 컨버터(210)에 대한 동작 제어 알고리즘은 간소화되며, 이에 따라, 무정전 전원 공급 시스템에 오류가 발생하는 경우 에너지 저장 장치(200)의 응답 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 무정전 전원 공급 시스템의 각 구성 요소 간 통신 연결의 복잡성을 완화시켜 통신 오류 확률을 낮출 수 있으며, 무정전 전원 공급 시스템의 안정성 또한 향상시킬 수 있다. Through this, the operation control algorithm for the third converter 210 of the uninterruptible power supply system of the present invention is simplified, and thus, when an error occurs in the uninterruptible power supply system, the response speed of the energy storage device 200 is improved. I can make it. In addition, it is possible to reduce the communication error probability by reducing the complexity of communication connection between components of the uninterruptible power supply system, and improve the stability of the uninterruptible power supply system.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The above-described present invention is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs. Is not limited by

110: 계통 120: 제1 컨버터
130: 제2 컨버터 135: 제1 부하
200: 에너지 저장 장치 210: 제3 컨버터
220: 배터리 300: PLC
110: system 120: first converter
130: second converter 135: first load
200: energy storage device 210: third converter
220: battery 300: PLC

Claims (10)

계통에 연결된 무정전 전원 공급 시스템에 있어서,
상기 계통의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터;
상기 제1 컨버터와 직렬 연결되고, 상기 제1 컨버터에서 출력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제1 부하에 전달하는 제2 컨버터;
상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터 사이의 노드에 전기적으로 연결되어 충방전을 수행하는 배터리; 및
상기 배터리 및 상기 노드 사이에 연결되고 양단에 걸린 직류 전압의 크기를 변환하는 제3 컨버터를 포함하되,
상기 제3 컨버터는,
상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터 사이의 노드의 전압을 실시간으로 측정하여 상기 전압이 미리 결정된 한계 전압보다 낮은 경우, 상기 노드에 상기 배터리에 저장된 전력을 제공하는 UPS 모드로 동작하는
무정전 전원 공급 시스템.
In the uninterruptible power supply system connected to the grid,
A first converter converting the AC voltage of the system into a DC voltage;
A second converter connected in series with the first converter and converting the DC voltage output from the first converter into an AC voltage and transferring the converted DC voltage to a first load;
A battery electrically connected to a node between the first converter and the second converter to perform charging and discharging; And
A third converter connected between the battery and the node and configured to convert a magnitude of a DC voltage applied across both ends thereof,
The third converter,
Operating in a UPS mode that provides power stored in the battery to the node when the voltage is lower than a predetermined threshold voltage by measuring a voltage of a node between the first converter and the second converter in real time
Uninterruptible power supply system.
제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 컨버터로부터 동작 상태에 대한 정보를 수신하고, 상기 제1 및 제2 컨버터의 동작 상태를 기초로 상기 제3 컨버터의 동작 모드에 대한 지령을 생성하여 상기 제3 컨버터에 전달하는 PLC를 더 포함하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 1,
Receives information on the operation state from the first to third converters, generates a command for the operation mode of the third converter based on the operation state of the first and second converters, and transmits it to the third converter. Including PLC
Uninterruptible power supply system.
제2 항에 있어서,
상기 제3 컨버터에서 상기 노드의 전압을 센싱하여 이를 기초로 동작 모드를 결정하는 제1 반응 단위 시간은, 상기 PLC에서 상기 제3 컨버터의 동작 모드에 대한 지령을 갱신하는 제2 반응 단위 시간보다 작은
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 2,
The first reaction unit time for determining the operation mode based on the sensing voltage of the node in the third converter is less than the second reaction unit time for updating a command for the operation mode of the third converter in the PLC.
Uninterruptible power supply system.
제3 항에 있어서,
상기 제3 컨버터는, 상기 제1 반응 단위 시간을 누적하여 동작 시간을 계산하고, 상기 동작 시간이 상기 제2 반응 단위 시간보다 작은 경우, 상기 제3 컨버터의 동작 모드를 유지하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 3,
The third converter accumulates the first reaction unit time to calculate an operation time, and when the operation time is less than the second reaction unit time, maintains an operation mode of the third converter.
Uninterruptible power supply system.
제2 항에 있어서,
상기 제3 컨버터는, 상기 PLC로부터 동작 모드에 대한 지령을 수신하는 경우, 수신된 상기 지령에 따른 동작 모드로 동작하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 2,
The third converter, when receiving a command for an operation mode from the PLC, operates in an operation mode according to the received command.
Uninterruptible power supply system.
제2 항에 있어서,
상기 제3 컨버터는, 상기 PLC로부터 충전 동작에 대한 지령을 수신하는 경우, 상기 배터리의 전압 레벨에 따라 홀드 모드(Hold mode) 또는 충전 모드(Charge mode)로 동작하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 2,
When receiving a command for a charging operation from the PLC, the third converter operates in a hold mode or a charge mode according to the voltage level of the battery.
Uninterruptible power supply system.
제1 항에 있어서,
상기 제3 컨버터는, 상기 노드의 전압이 미리 정해진 한계 전압보다 큰 경우, 상기 배터리의 전압 레벨에 따라 서로 다른 방식으로 동작하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 1,
When the voltage of the node is greater than a predetermined threshold voltage, the third converter operates in a different manner according to the voltage level of the battery.
Uninterruptible power supply system.
제7 항에 있어서,
상기 배터리가 완충 상태인 제1 레벨인 경우, 상기 제3 컨버터는 홀드 모드(Hold mode)로 동작하고,
상기 배터리가 상기 제1 레벨보다 작은 경우, 상기 제3 컨버터는 상기 배터리를 충전시키는 충전 모드(Charge mode)로 동작하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 7,
When the battery is at the first level in a fully charged state, the third converter operates in a hold mode,
When the battery is less than the first level, the third converter operates in a charge mode for charging the battery.
Uninterruptible power supply system.
제8 항에 있어서,
상기 배터리가 상기 제1 레벨과 상기 제1 레벨보다 작은 제2 레벨 사이의 영역인 경우, 상기 제3 컨버터는 상기 배터리를 제1 방식으로 충전하고,
상기 배터리가 상기 제2 레벨과 상기 제2 레벨보다 작은 제3 레벨 사이의 영역인 경우, 상기 제3 컨버터는 상기 배터리를 상기 제1 방식과 다른 제2 방식으로 충전하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 8,
When the battery is a region between the first level and a second level smaller than the first level, the third converter charges the battery in a first manner,
When the battery is a region between the second level and a third level smaller than the second level, the third converter charges the battery in a second method different from the first method.
Uninterruptible power supply system.
제1 항에 있어서,
상기 제3 컨버터는, 상기 배터리의 전압 레벨이 미리 정해진 배터리 최소 전압 레벨보다 큰 경우, 상기 UPS 모드로 동작하는
무정전 전원 공급 시스템.
The method of claim 1,
The third converter operates in the UPS mode when the voltage level of the battery is greater than a predetermined battery minimum voltage level.
Uninterruptible power supply system.
KR1020170026513A 2017-02-28 2017-02-28 Uninterruptible power supply system including energy storage device KR102165788B1 (en)

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