KR102171351B1 - Method for controlling parallel driving Power Conversion System module - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 형태는 PCS 전력제어장치가, 단위 모듈로 된 전력변환장치(PCS)를 병렬로 연결시킨 모듈형 PCS를 제어하는 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 방법에 있어서, 에너지저장장치(ESS)에 구비된 배터리의 배터리 충전율(SOC)을 산출하는 배터리 충전율 산출 과정; 산출된 배터리 충전율(SOC)을 기반으로 배터리에서 요구되는 전력인 부하 전력을 산출하는 부하 전력 산출 과정; 및 산출된 부하 전력을 기반으로 각 모듈형 PCS에서 균일하게 출력하도록 제어하는 부하 공유 제어 과정;을 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention is a method for controlling a parallel operation of a modular PCS in which a PCS power control device controls a modular PCS in which a power conversion device (PCS) as a unit module is connected in parallel, an energy storage device (ESS) A battery charging rate calculation process of calculating a battery charging rate (SOC) of the battery provided in the battery; A load power calculation process of calculating load power, which is power required by the battery, based on the calculated battery charge rate (SOC); And a load sharing control process of controlling to uniformly output from each modular PCS based on the calculated load power.
Description
본 발명은 모듈형 전력변환장치의 병렬운전 제어 방법으로서, 병렬로 연결된 다수개의 모듈형 전력변환장치를 제어하는 모듈형 전력변환장치의 병렬운전 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling parallel operation of a modular power converter, and to a method for controlling parallel operation of a modular power converter for controlling a plurality of modular power converters connected in parallel.
기존의 단일 모듈형 전력변환장치(PCS; Power Conversion System)는 대전력 시스템에서 전력용 스위치 소자에 대 전류가 흘러 전류 제곱에 비례하는 도통 손실이 발생한다. 또한 스위칭 시에 발생되는 손실로 인하여 열원이 스위치에 집중됨에 따라 방열판의 부피가 커지게 되는 단점이 있다. In the conventional single modular power conversion system (PCS), a large current flows through a power switch element in a high power system, resulting in conduction loss proportional to the square of the current. In addition, there is a disadvantage in that the volume of the heat sink increases as the heat source is concentrated on the switch due to losses generated during switching.
이에, 대용량 발전이 가능하고 소비자가 원하는 용량을 자유롭게 제작할 수 있도록 도 1과 같이 전력변환장치(PCS)를 병렬 모듈로 구성하여, Master 모듈이 모든 Slave 모듈의 기준전류를 지령하여 제어하는 Master-Slave 방식으로 구동한다. Accordingly, the power conversion device (PCS) is configured as a parallel module as shown in Fig. 1 so that large-capacity power generation is possible and the customer can freely manufacture the desired capacity, so that the master module commands and controls the reference current of all slave modules. Driven in a way.
그러나 이러한 기존의 Master-Slaver 방식은, 부가적인 전류 검출이 필요하지 않지만 Master 모듈이 Slave 모듈에게 전류제어 기준값을 지령해야 하므로 Slave 모듈 수만큼 신호선이 필요하며 Master모듈의 고장은 시스템 전체에 영향을 미치게 되어 신뢰성이 저하된다. However, the existing Master-Slaver method does not require additional current detection, but since the Master module has to command the current control reference value to the Slave module, signal lines are required as many as the number of Slave modules, and the failure of the Master module affects the entire system. And the reliability decreases.
따라서 제어기 구조가 간단하고 부가적인 전류 검출이 필요하지 않으며 균등한 부하분담이 가능하게 하여 시스템의 신뢰성을 높일 수 있는 새로운 제어 방식이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a new control method that has a simple controller structure, does not require additional current detection, and enables even load sharing to increase the reliability of the system.
본 발명의 기술적 과제는 전력변환장치(PCS)의 높은 전력밀도와 높은 전력변환 효율에서 에너지저장장치(ESS)를 충전하기 위해 에너지저장장치(ESS)의 부하량에 따라 각 모듈에서 출력 전력을 균등하게 분배하여 순환전류를 억제하고 효율을 증대시키는 부하 공유(Load Sharing) 제어 기법을 제안한다.The technical problem of the present invention is to equalize the output power from each module according to the load of the energy storage device (ESS) to charge the energy storage device (ESS) at high power density and high power conversion efficiency of the power conversion device (PCS). We propose a load sharing control technique that suppresses circulating current by distributing and increases efficiency.
본 발명의 실시 형태는 PCS 전력제어장치가, 단위 모듈로 된 전력변환장치(PCS)를 병렬로 연결시킨 모듈형 PCS를 제어하는 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 방법에 있어서, 에너지저장장치(ESS)에 구비된 배터리의 배터리 충전율(SOC)을 산출하는 배터리 충전율 산출 과정; 산출된 배터리 충전율(SOC)을 기반으로 배터리에서 요구되는 전력인 부하 전력을 산출하는 부하 전력 산출 과정; 및 산출된 부하 전력을 기반으로 각 모듈형 PCS에서 균일하게 출력하도록 제어하는 부하 공유 제어 과정;을 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention is a method for controlling a parallel operation of a modular PCS in which a PCS power control device controls a modular PCS in which a power conversion device (PCS) as a unit module is connected in parallel, an energy storage device (ESS) A battery charging rate calculation process of calculating a battery charging rate (SOC) of the battery provided in the battery; A load power calculation process of calculating load power, which is power required by the battery, based on the calculated battery charge rate (SOC); And a load sharing control process of controlling to uniformly output from each modular PCS based on the calculated load power.
상기 배터리 충전율 산출 과정은, 온도에 따른 배터리 초기전압을 보상하는 배터리 초기전압 보상 과정; 및 상기 배터리 초기전압을 전류적산법에 적용하여 배터리 충전율을 추종하여 산출하는 배터리 충전율 추종 과정;을 포함할 수 있다.The process of calculating the battery charge rate may include a process of compensating an initial battery voltage for compensating an initial battery voltage according to temperature; And a battery charging rate tracking process of applying the initial voltage of the battery to a current integration method to follow the battery charging rate and calculating the battery charging rate.
상기 배터리 초기전압 보상 과정은, V_batt,init는 배터리 초기전압, V_n은 n번째 모듈형 PCS의 출력전압, V_Ta는 온도에 의해 변화된 전압값, V_Ra는 배터리 내부저항에 의해 강하된 전압값, T_BAT는 배터리 온도, 25는 상온 25℃, 0.1은 V_Ta 산출을 위한 gain값이라 할 때,In the battery initial voltage compensation process, V_ batt, init is the initial battery voltage, V_ n is the output voltage of the nth modular PCS, V_ Ta is the voltage value changed by temperature, and V_ Ra is the voltage decreased by the internal resistance of the battery. Value, T_ BAT is the battery temperature, 25 is the room temperature 25℃, 0.1 is the gain value for calculating V_ Ta ,
에 의해 배터리 초기전압인 V_batt,init이 산출됨을 특징으로 할 수 있다. It may be characterized in that V_batt,init, which is the initial voltage of the battery , is calculated by.
상기 배터리 충전율 추종 과정은, SOC_init는 SOC 초기값, V_batt,init는 배터리 초기전압, V_batt,max는 배터리 최대 전압, V_batt,min는 배터리 최소전압, C_n은 배터리 공칭용량일 할 때, The battery charge rate tracking process is when SOC_ init is the initial value of SOC, V_ batt, init is the initial battery voltage, V_ batt,max is the maximum battery voltage, V_ batt, min is the minimum battery voltage, and C_ n is the nominal battery capacity. ,
에 의해 배터리 충전율(SOC)을 산출할 수 있다. The battery charge rate (SOC) can be calculated by.
상기 부하 공유 제어 과정은, 각 모듈형 PCS 전력인 P_n을 산출하는 모듈형 PCS 전력 산출 과정; 각 모듈형 PCS 전력인 P_n을 이용하여 부하 전력을 공급할 모듈형 PCS의 개수 N을 결정하는 모듈형 PCS 공급개수 결정 과정; 전체 모듈형 PCS의 전체 전력량에서 결정된 모듈형 PCS의 개수 N으로 나누어 전력 레퍼런스 값을 산출하는 전력 레퍼런스 값 산출 과정; 및 부하 전력을 공급하기로 결정된 모듈형 PCS에 대하여 상기 전력 레퍼런스 값으로 제어하여 출력하는 전력 레퍼런스 값 제어 과정;을 포함할 수 있다.The load sharing control process, modular PCS power calculating step of calculating a P_ n of each modular power PCS; A process of determining the number of modular PCSs supplied by using each of the modular PCS power P_ n to determine the number N of the modular PCSs to supply load power; A power reference value calculation process of calculating a power reference value by dividing the number N of the modular PCS determined from the total amount of power of the entire modular PCS; And a power reference value control process of controlling and outputting the power reference value for the modular PCS determined to supply load power.
상기 모듈형 PCS 전력 산출 과정은, P_Load는 부하 전력, N은 모듈형 PCS 개수라 할 때, 에 의해 P_n을 산출하거나, 또는 i_dc,n는 n번째 모듈 출력 전류, V_dc,n은 n번째 모듈 출력 전압, K는 상수라 할 때, 에 의해 P_n을 산출할 수 있다.The modular PCS power calculating process, P_ Load the load power, N is referred to when the number of modular PCS, P_ to calculate n, or i_ dc, n is the n-th module output current, dc V_, n is the n-th module by the output voltage, when the K d is a constant, By it can be calculated P_ n.
본 발명의 실시 형태에 따르면 모듈형 전력변환장치(PCS)를 병렬로 연결하여 낮은 정격 소자를 사용하여 열 설계가 용이하다는 장점을 가지고 있으며 방열판의 크기를 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a modular power conversion device (PCS) is connected in parallel, so that thermal design is easy by using a low-rated element, and the size of a heat sink can be reduced.
또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 여러 개의 전력변환장치(PCS)를 병렬로 동작함으로써 하나의 모듈이 고장이 발생해도 나머지 모듈로 동작이 가능하고, 또한 여분의 모듈을 추가시킴으로써 단일 전력변환장치(PCS)에 비해 시스템의 신뢰성이 향상될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by operating several power conversion devices (PCS) in parallel, even if one module fails, it is possible to operate with the remaining modules, and by adding an extra module, a single power conversion device (PCS) ), the reliability of the system can be improved.
도 1은 기존의 병렬 연결된 모듈형 PCS의 예시 그림.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS가 구비된 상세 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어방법을 도시한 플로차트.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어가 이루어질 때 각 모듈형 PCS의 출력전력을 나타낸 실험 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어가 이루어질 때 낮은 부하에서도 높은 효율을 나타내는 실험 그래프.1 is an exemplary diagram of a conventional parallel-connected modular PCS.
2 is a block diagram of a system for controlling parallel operation of a modular PCS according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a detailed picture provided with a modular PCS according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart showing a method for controlling parallel operation of a modular PCS according to an embodiment of the present invention.
5 is an experimental graph showing the output power of each modular PCS when the parallel operation control of the modular PCS according to an embodiment of the present invention is performed.
6 is an experimental graph showing high efficiency even at a low load when parallel operation control of a modular PCS according to an embodiment of the present invention is performed according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and is provided to completely inform the scope of the invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. As such, the invention is only defined by the scope of the claims. In addition, in describing the present invention, when it is determined that related known technologies may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS가 구비된 상세 그림이다.2 is a block diagram of a system for controlling parallel operation of a modular PCS according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a detailed diagram of a modular PCS according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 경부하에서 낮은 효율을 가지는 단일 모듈형 전력변환장치(PCS;Power Conversion System)의 구조를 소용량 PCS모듈 여러 개를 이용한 병렬 운전 방식에 적용하여 낮은 정격의 속도 빠른 소자를 소 전력 다중 시스템에 사용함으로써, 전체 부하에서 높은 효율을 가지도록 한다.The present invention applies the structure of a single modular power conversion system (PCS) having low efficiency under light load to a parallel operation method using several small-capacity PCS modules, so that a low-rated, high-speed device can be applied to a small power multi-system. By using it, it has high efficiency at full load.
이를 위하여 본 발명은 PCS의 높은 전력밀도와 높은 전력변환 효율에서 ESS를 충전하기 위해 ESS의 부하량에 따라 각 모듈에서 출력 전력을 균등하게 분배하여 순환전류를 억제하고 효율을 증대시키는 부하 공유(Load Sharing) 제어를 수행한다.To this end, in order to charge the ESS at the high power density and high power conversion efficiency of the PCS, the present invention evenly distributes the output power from each module according to the load of the ESS to suppress the circulating current and increase the efficiency. ) Perform control.
본 발명의 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 시스템은, 도 2에 도시한 바와 같이 병렬구조로 된 모듈형 PCS(100), 배터리로 이루어진 에너지저장장치(400)(ESS;Energy Storage System), 배터리를 관리하는 배터리관리장치(300)(BMS;Battery Management System), 및 모듈형 PCS(100)를 각각 제어하는 PCS 전력제어장치(200)를 포함한다.The parallel operation control system of the modular PCS of the present invention includes a
모듈형 PCS(100)는, 단위 모듈 형태의 전력변환장치(PCS;Power Conversion System)가 병렬로 연결되어 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 계통전력을 부하에 전달하는 모듈형 AC/DC Converter 병렬구조를 가질 수 있다.In the
에너지저장장치(400)(ESS)는, 에너지를 저장하는 시스템으로서 신재생 에너지와 스마트그리드에서 생산되는 에너지를 저장하는데 사용되는 시스템으로서, 생산된 전력을 배터리에 저장해뒀다가 전력이 필요할 때 공급하는 전력시스템이다. The energy storage device 400 (ESS) is a system that stores energy and is used to store renewable energy and energy produced in the smart grid. The generated power is stored in a battery and then supplied when power is needed. It is a power system.
배터리관리장치(300)(BMS)는, 배터리 온도(V_temp), 배터리 내부저항(R_Total), 배터리 전류(i_BAT)를 포함하는 배터리 상태값을 PCS 전력제어장치(200)에 제공한다.The battery management device 300 (BMS) provides a battery state value including a battery temperature (V _temp ), a battery internal resistance (R _Total ), and a battery current (i _BAT ) to the PCS
PCS 전력제어장치(200)는, 병렬로 연결된 복수개의 모듈형 PCS(100)를 각각 제어하는 장치로서, 부하에서 요구하는 출력 전력에 따라 동작하는 모듈의 수를 결정하고, 출력 전력은 부하에 해당하는 배터리의 SOC에 따라 결정한다. 병렬운전 시에 발생되는 순환전류는 각 모듈의 전력을 균등하게 분담하여 출력전압을 동일하게 제어하는 부하 공유 제어를 수행한다. 이하 도 4 내지 도 6과 함께 PCS 전력제어장치(200)의 부하 공유 제어 방법에 대하여 설명한다.The PCS
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어방법을 도시한 플로차트이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어가 이루어질 때 각 모듈형 PCS의 출력전력을 나타낸 실험 그래프이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 PCS의 병렬 운전 제어가 이루어질 때 낮은 부하에서도 높은 효율을 나타내는 실험 그래프이다.4 is a flowchart showing a method for controlling parallel operation of a modular PCS according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an output of each modular PCS when parallel operation control of the modular PCS according to an embodiment of the present invention is performed. An experimental graph showing power, and FIG. 6 is an experimental graph showing high efficiency even at a low load when parallel operation control of a modular PCS according to an embodiment of the present invention is performed according to an embodiment of the present invention.
PCS 전력제어장치(200)가 단위 모듈로 된 전력변환장치(PCS)를 병렬로 연결시킨 모듈형 PCS(100)를 제어하는 본 발명의 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 방법은, 도 4에 도시한 바와 같이 에너지저장장치(ESS)에 구비된 배터리의 배터리 충전율(SOC)을 산출하는 배터리 충전율 산출 과정(S410)과, 산출된 배터리 충전율(SOC)을 기반으로 배터리에서 요구되는 전력인 부하 전력을 산출하는 부하 전력 산출 과정(S420)과, 산출된 부하 전력을 기반으로 각 모듈형 PCS(100)에서 균일하게 출력하도록 제어하는 부하 공유 제어 과정(S430)을 포함할 수 있다. 이하 상술한다.The method for controlling parallel operation of the modular PCS of the present invention in which the PCS
배터리 충전율 산출 과정(S410)은, 에너지저장장치(ESS)에 구비된 배터리의 배터리 충전율(SOC)을 산출하는 과정이다.The battery charge rate calculation process (S410) is a process of calculating a battery charge rate (SOC) of a battery provided in the energy storage device (ESS).
배터리 충전율(SOC;State Of Charge)은 배터리의 충,방전과 배터리의 사용에 따른 중요한 정보로서, 배터리 충전율(SOC)는 배터리의 전압과 비례하는 특성을 보인다. SOC 추종 방법으로 배터리의 유입, 유출되는 전류의 양을 카운팅하여 예측하는 방법인 전류적산법을 사용하여 배터리 충전율(SOC)을 추종이 이루어질 수 있다. 다만, 전류적산법을 사용하여 배터리 충전율(SOC)을 추종함에 있어서, 기존의 전류적산법은 초기값 오차가 발생하면 계속하여 오차가 발생하므로 본 발명은 개선된 전류적산법을 적용하여 배터리 충전율(SOC)을 계산한다. The battery charge rate (SOC) is important information according to the charging and discharging of the battery and the use of the battery, and the battery charge rate (SOC) has a characteristic proportional to the voltage of the battery. As the SOC tracking method, the battery charging rate (SOC) can be tracked using the current integration method, which is a method of counting and predicting the amount of current flowing in and out of the battery. However, in tracking the battery charge rate (SOC) using the current integration method, the existing current integration method continues to generate an error when an initial value error occurs, so the present invention applies the improved current integration method to determine the battery charge rate (SOC). Calculate.
전압으로 계산되는 SOC는 온도에 따라 센싱 받는 전압 정보의 오차가 각기 다르게 발생하기 때문이 온도에 따른 전압 값을 보상한 후 배터리 충전율(SOC)을 산출하도록 한다.The SOC calculated as a voltage has different errors in voltage information sensed according to temperature, so the battery charge rate (SOC) is calculated after compensating for the voltage value according to the temperature.
이를 위하여 배터리 충전율 산출 과정(S410)은, 배터리 초기전압 보상 과정(S411)과 배터리 충전율 추종 과정(S412)을 가질 수 있다.To this end, the battery charge rate calculation process (S410) may include a battery initial voltage compensation process (S411) and a battery charge rate tracking process (S412).
배터리 초기전압 보상 과정(S412)은, 온도에 따른 배터리 초기전압을 보상하는 과정이다. 따라서 V_n은 n번째 모듈형 PCS(100)의 출력전압, V_Ta는 온도에 의해 변화된 전압값, V_Ra는 배터리 내부저항에 의해 강하된 전압값, V_BAT는 배터리 전압, I_BAT는 배터리 전류, T_BAT는 배터리 온도, 25는 상온 25℃, 0.1은 V_Ta 산출을 위한 gain값 이라 할 때, 하기의 [수학식 1]에 의해 배터리 초기전압인 V_batt,init이 산출되도록 한다.The initial battery voltage compensation process (S412) is a process of compensating the initial battery voltage according to temperature. Therefore, V_ n is the output voltage of the nth modular PCS(100), V_ Ta is the voltage value changed by temperature, V_ Ra is the voltage value dropped by the internal resistance of the battery, V_ BAT is the battery voltage, I_ BAT is the battery current. , T_ BAT is such that the battery temperature, the room temperature 25 25 ℃, when 0.1 is referred to as gain value, the following
배터리 충전율 추종 과정(S412)은, 배터리 초기전압을 전류적산법에 적용하여 배터리 충전율(SOC)을 추종하여 산출하는 과정이다.The battery charge rate tracking process (S412) is a process of applying the initial voltage of the battery to the current integration method to follow and calculate the battery charge rate (SOC).
따라서 SOC_init는 SOC 초기값, V_batt,init는 배터리 초기전압, V_batt,max는 배터리 최대 전압, V_batt,min는 배터리 최소전압, C_n은 배터리 공칭용량일 할 때, 하기의 [수학식 2]에 의해 배터리 충전율(SOC)이 산출되도록 한다.Therefore, when SOC_ init is the initial SOC value, V_ batt, init is the initial battery voltage, V_ batt,max is the maximum battery voltage, V_ batt,min is the battery minimum voltage, and C_ n is the battery nominal capacity, the following [Equation 2] to calculate the battery charging rate (SOC).
전류적산법은 SOC 초기값과 센싱된 전류의 적산 값으로 배터리의 SOC를 추정하는 방법이며 구현이 간단하고 SOC 초기값이 정확하게 설정되어 전류의 센싱시 발생하는 오차가 없다면 SOC의 추정 정확도가 매우 높기 때문에 배터리 SOC 추정 방식 중 가장 많이 사용되는 방식인데, 본발명은 온도에 따른 전압 값을 보상한 식을 이용하여 더 정확한 SOC를 산출할 수 있게 된다.The current integration method is a method of estimating the SOC of the battery based on the integration value of the initial SOC value and the sensed current. If the implementation is simple and the SOC initial value is accurately set and there is no error when sensing the current, the SOC estimation accuracy is very high. This is the most used method among battery SOC estimation methods. In the present invention, a more accurate SOC can be calculated using an equation that compensates for a voltage value according to temperature.
부하 전력 산출 과정(S420)은, 산출된 배터리 충전율(SOC)을 기반으로 배터리에서 요구되는 전력인 부하 전력을 산출하는 과정이다. 따라서 배터리 충전율(SOC)이 높다면 부하 전력이 높게 산출되며, 반대로 배터리 충전율(SOC)이 높다면 부하 전력이 낮게 산출될 것이다. The load power calculation process (S420) is a process of calculating load power, which is the power required by the battery, based on the calculated battery charging rate (SOC). Therefore, if the battery charge rate (SOC) is high, the load power will be calculated high, and if the battery charge rate (SOC) is high, the load power will be calculated low.
부하 공유 제어 과정(S430)은, 산출된 부하 전력을 기반으로 각 모듈형 PCS(100)에서 균일하게 출력하도록 제어하는 과정이다. 즉, SOC 추정을 토대로 부하에서 요구하는 전력을 균일하게 분배하기 위한 부하 공유(Load Sharing) 제어를 수행하는 것이다.The load sharing control process (S430) is a process of controlling to uniformly output from each
이러한 부하 공유 제어 과정(S430)은, 모듈형 PCS 전력 산출 과정(S431), 모듈형 PCS 공급개수 결정 과정(S432), 전력 레퍼런스 값 산출 과정(S433), 및 전력 레퍼런스 값 제어 과정(S434)을 가질 수 있다.The load sharing control process (S430) includes a modular PCS power calculation process (S431), a modular PCS supply number determination process (S432), a power reference value calculation process (S433), and a power reference value control process (S434). Can have.
모듈형 PCS 전력 산출 과정(S431)은, 각 모듈형 PCS 전력인 P_n을 산출하는 과정이다. 이러한 모듈형 PCS 전력 산출 과정은 두 가지 방식으로 모듈형 PCS 전력을 산출할 수 있다.Modular PCS power calculating process (S431) is a process of calculating the P_ n of each modular power PCS. This modular PCS power calculation process can calculate the modular PCS power in two ways.
모듈형 PCS 전력을 산출하는 하나의 방식은, 부하의 전압과 전류를 이용하여 전체 전력을 계산한 뒤 동작할 모듈 수를 결정하는 것이다. 즉, P_Load는 부하 전력, N은 모듈형 PCS(100) 개수라 할 때, 에 의해 P_n을 산출한다.One way to calculate modular PCS power is to determine the number of modules to operate after calculating the total power using the voltage and current of the load. That is, when P_ Load is the load power, N is the number of modular PCS(100), A P_ n is calculated by.
또한 모듈형 PCS 전력을 산출하는 또 다른 방식은, i_dc,n는 n번째 모듈 출력 전류, V_dc,n은 n번째 모듈 출력 전압, K는 상수라 할 때, 에 의해 P_n을 산출할 수 있다. 여기서 i_dc,n과 V_dc,n은 하기의 [수학식 3]에 의해서도 산출 가능하다.Another way to calculate the modular PCS power is when i_dc ,n is the nth module output current, V_dc ,n is the nth module output voltage, and K is a constant, By it can be calculated P_ n. Here, i_ dc,n and V_ dc,n can also be calculated by the following [Equation 3].
모듈형 PCS 공급개수 결정 과정(S432)은, 각 모듈형 PCS 전력인 P_n을 이용하여 부하 전력을 공급할 모듈형 PCS(100)의 개수 N을 결정하는 과정이다.Modular PCS supplied number determination process (S432) is a process of determining the number N of the modular PCS (100) using a P_ n of each modular PCS power supply load power.
전력 레퍼런스 값 산출 과정(S433)은, 전체 모듈형 PCS(100)의 전체 전력량에서 결정된 모듈형 PCS(100)의 개수 N으로 나누어 전력 레퍼런스 값을 산출하는 과정이다.The power reference value calculation process (S433) is a process of calculating a power reference value by dividing the number N of the
전력 레퍼런스 값 제어 과정(S434)은, 부하 전력을 공급하기로 결정된 모듈형 PCS(100)에 대하여 전력 레퍼런스 값으로 제어하여 출력하는 과정이다.The power reference value control process (S434) is a process of controlling and outputting a power reference value with respect to the
결국, 본 발명은, 모듈형 PCS 전력 산출 과정, 모듈형 PCS 공급개수 결정 과정, 전력 레퍼런스 값 산출 과정, 및 전력 레퍼런스 값 제어 과정으로 이루어진 부하 공유 제어 과정(S430)을 통하여 부하에서 요구하는 출력 전력을 결정하고 각 모듈별 부하분담을 균등하게 분배하여, 모듈별 균등한 전력 제어를 통해 순환전류 문제를 저감할 수 있게 된다.As a result, the present invention provides the output power required by the load through the load sharing control process (S430) consisting of a modular PCS power calculation process, a modular PCS supply number determination process, a power reference value calculation process, and a power reference value control process. It is possible to reduce the circulating current problem through equal power control for each module by determining and distributing the load sharing for each module evenly.
예를 들어, 부하 전력에 따라 본 발명에서 제안하는 운전기법을 적용하였을 때 각 모듈형 PCS(100)의의 출력 전력을 도시한 도 5를 참조하면, 모듈형 PCS(100)가 100[kW], 4병렬로 제작되었을 때 0kW~25kW 구간에서는 모듈형 PCS(100) #1만 동작하고 25kW~50kW구간에서는 모듈형 PCS(100) #2와 전력을 동등하게 분담한다. 50kW~75kW 구간에서는 모듈형 PCS(100) #1 ~ 모듈형 PCS(100) #3이 동작하고 75kW~100kW 구간에서는 모듈형 PCS(100) #4까지 동작하여 모든 스택에서 동등하게 1/N 하여 부하 전력을 감당한다. 위의 알고리즘을 적용하였을 때 낮은 부하 전력에서 하나의 스택만 동작함으로써 도면 6과 같은 낮은 부하에서도 높은 효율을 가질 수 있게 된다.For example, referring to FIG. 5 showing the output power of each
따라서 본 발명의 운전기법을 통하여 모듈형 PCS(100)를 병렬 운전 제어할 경우, 대용량 발전이 가능하고 소비자가 원하는 용량을 자유롭게 제작할 수 있는 태양광 PCS모듈, 전력소모량의 증가와 고품질의 전력요구에 따라 대용량 배터리를 사용하는 에너지저장장치(400)에 사용되는 PCS, 다수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩을 입력 전원으로 사용하는 응용분야의 다양한 모듈형 PCS(100)에서 구현할 수 있게 된다.Therefore, in the case of parallel operation control of the
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.The embodiments in the description of the present invention described above are presented by selecting the most preferable examples to aid the understanding of those skilled in the art from among various possible examples, and the technical idea of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment. , Various changes and modifications, and other equivalent embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.
100:모듈형 PCS
200:PCS 전력제어장치
300:BMS
400:ESS100: Modular PCS
200:PCS power control device
300: BMS
400:ESS
Claims (4)
에너지저장장치(ESS)에 구비된 배터리의 배터리 충전율(SOC)을 산출하는 배터리 충전율 산출 과정;
산출된 배터리 충전율(SOC)을 기반으로 배터리에서 요구되는 전력인 부하 전력을 산출하는 부하 전력 산출 과정; 및
산출된 부하 전력을 기반으로 각 모듈형 PCS에서 균일하게 출력하도록 제어하는 부하 공유 제어 과정;을 포함하며,
상기 배터리 충전율 산출 과정은,
온도에 따른 배터리 초기전압을 보상하는 배터리 초기전압 보상 과정; 및 상기 배터리 초기전압을 전류적산법에 적용하여 배터리 충전율을 추종하여 산출하는 배터리 충전율 추종 과정;을 포함하며,
상기 배터리 초기전압 보상 과정은,
V_batt,init는 배터리 초기전압, V_n은 n번째 모듈형 PCS의 출력전압, V_Ta는 온도에 의해 변화된 전압값, V_Ra는 배터리 내부저항에 의해 강하된 전압값, T_BAT는 배터리 온도, 25는 상온 25℃, 0.1은 V_Ta 산출을 위한 게인값이라 할 때,
에 의해 배터리 초기전압인 V_batt,init이 산출됨을 특징으로 하는 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 방법.
In the parallel operation control method of a modular PCS in which a PCS power control device controls a modular PCS in which a power conversion device (PCS) as a unit module is connected in parallel,
A battery charging rate calculation process of calculating a battery charging rate (SOC) of a battery provided in the energy storage device (ESS);
A load power calculation process of calculating load power, which is power required by the battery, based on the calculated battery charge rate (SOC); And
Includes; a load sharing control process for controlling to uniformly output from each modular PCS based on the calculated load power,
The process of calculating the battery charge rate,
An initial battery voltage compensation process for compensating an initial battery voltage according to temperature; And a battery charging rate tracking process of applying the initial voltage of the battery to a current integration method to follow the battery charging rate and calculating the battery charging rate.
The battery initial voltage compensation process,
V_ batt,init is the initial voltage of the battery, V_ n is the output voltage of the nth modular PCS, V_ Ta is the voltage value changed by temperature, V_ Ra is the voltage value dropped by the internal resistance of the battery, T_ BAT is the battery temperature, When 25 is 25℃ at room temperature and 0.1 is the gain value for calculating V_ Ta ,
A method for controlling parallel operation of a modular PCS, characterized in that V_batt,init, which is an initial voltage of a battery , is calculated by.
SOC_init는 SOC 초기값, V_batt,init는 배터리 초기전압, V_batt,max는 배터리 최대 전압, V_batt,min는 배터리 최소전압, C_n은 배터리 공칭용량일 할 때,
에 의해 배터리 충전율(SOC)을 산출하는 모듈형 PCS의 병렬운전 제어 방법.
The method according to claim 1, wherein the battery charging rate tracking process,
SOC_ init is the initial value of SOC, V_ batt, init is the initial battery voltage, V_ batt,max is the maximum battery voltage, V_ batt,min is the minimum battery voltage, and C_ n is the nominal battery capacity,
Parallel operation control method of modular PCS that calculates the battery charge rate (SOC) by.
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