KR102235194B1 - Ess의 통합 제어가 가능한 전력 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력조절장치 제어부를 소프트웨어 타입으로 구현할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 통합 제어 전력 시스템은, 복수개의 배터리로 구성된 배터리 관리 장치와 상기 배터리를 충전 또는 방전시키는 전력조절장치를 포함하는 에너지저장장치; 및 상기 에너지 저장장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 제1 프로세스를 통해 실행되어 상기 에너지 저장장치로부터 상기 전력조절장치의 상태정보를 수신하고, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전력 지령치에 따라 상기 전력조절장치의 동작을 제어하는 전력조절장치 제어부; 제2 프로세스를 통해 실행되어 상기 전력조절장치의 상태정보를 기초로 상기 전력지령치의 생성 및 상기 전력조절장치의 폴트(Fault) 발생여부를 판단하는 전력 관리부; 및 상기 전력조절장치 제어부에 의해 수신된 상기 전력조절장치의 상태정보를 상기 전력관리부로 전송하고, 상기 전력관리부에 의해 생성된 상기 전력지령치를 상기 전력조절장치 제어부로 전송하는 데이터 버스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템{Power System Capable of Integrated Controlling of Energy Storage System}
본 발명은 전력 시스템에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력수요가 점차 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다.
최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있는데, 이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 전지에 저장하거나 계통의 부족 전력을 전지에서 공급해주는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System: ESS)이다.
일반적으로 에너지 저장 시스템은 배터리로 구성된 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS), 계통에서 출력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력하는 전력조절장치(Power Conditioning System: PCS), 및 BMS와 PCS를 제어하는 전력 관리장치(Power Management System: PMS)를 포함한다.
일반적으로 전력조절장치는 전력변환을 위해 IGBT와 같은 반도체 소자로 구성된 전력변환모듈(Power Conversion Unit: PCU)과 전력관리장치로부터 제어명령을 수신하여 전력변환모듈을 제어하는 전력조절장치 제어기를 포함한다. 이때, 전력조절장치 제어기는 DPS 칩을 이용한 하드웨어 타입으로 구성될 수 있다..
상술한 바와 같은 전력조절장치 제어기는 하드웨어 타입으로 구현되기 때문에 전력조절장치 제어기와 전력관리장치는 이더넷(Ethernet)과 같은 통신 인터페이스로 연결될 수 밖에 없다. 하지만 이더넷과 같은 통신 인터페이스의 경우 대량의 데이터를 실시간으로 전송할 수는 없어 제어주기가 길어질 수 밖에 없을 뿐만 아니라, 전력조절장치 제어기가 모든 데이터를 송신할 수도 없어 전력관리장치는 폴트(Fault) 발생 만을 감지할 수 있을 뿐, 에너지 저장 장치 중 어느 구성에 폴트가 발생했는지를 감지할 수는 없다는 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력조절장치 제어부를 소프트웨어 타입으로 구현할 수 있는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전력조절장치 제어부와 전력관리장치를 단일 하드웨어에 통합하여 구현한 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템을 제공하는 것을 다른 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전력조절장치 제어부와 전력관리장치가 데이터 버스를 통해 데이터를 송수신할 수 있는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템을 제공하는 것을 다른 기술적 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면에 따른 통합 제어 전력 시스템은, 복수개의 배터리로 구성된 배터리 관리 장치와 상기 배터리를 충전 또는 방전시키는 전력조절장치를 포함하는 에너지저장장치; 및 상기 에너지 저장장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 제1 프로세스를 통해 실행되어 상기 에너지 저장장치로부터 상기 전력조절장치의 상태정보를 수신하고, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전력 지령치에 따라 상기 전력조절장치의 동작을 제어하는 전력조절장치 제어부; 제2 프로세스를 통해 실행되어 상기 전력조절장치의 상태정보를 기초로 상기 전력지령치의 생성 및 상기 전력조절장치의 폴트(Fault) 발생여부를 판단하는 전력 관리부; 및 상기 전력조절장치 제어부에 의해 수신된 상기 전력조절장치의 상태정보를 상기 전력관리부로 전송하고, 상기 전력관리부에 의해 생성된 상기 전력지령치를 상기 전력조절장치 제어부로 전송하는 데이터 버스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전력조절장치 제어부가 소프트웨어 타입으로 구현됨에 따라 전력조절장치 제어부와 전력관리장치를 단일 하드웨어 내에 통합하여 구현할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전력조절장치 제어부와 전력관리장치가 단일 하드웨어 내에 통합 구현됨에 따라 하드웨어 장치간의 연결을 위한 통신 인터페이스 대신 데이터 버스를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있어 전력조절장치 제어부와 전력관리장치가 데이터를 실시간으로 공유할 수 있어 시스템 제어 속도가 향상될 뿐만 아니라 시스템 처리 성능이 향상된다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전력조절장치 제어부가 소프트웨어 타입으로 구현되기 때문에 시스템 구성이 간단해지기 때문에 시스템 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 확장이 용이해진다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전력조절장치 제어부와 전력조절장치가 입출력부를 통해 접속되므로 다양한 통신프로토콜을 이용하여 전력조절장치 제어부와 전력조절장치를 접속시킬 수 있어 프로토콜 변화에 능동적으로 대처할 수 있고, 이로 인해 시스템 확장성을 극대화시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다
도 2는 전력 조절 장치 제어부의 제어시퀀스를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PWM 신호생성부가 게이트보드에 포함된 경우 PWM 신호를 생성하는 것을 예시적으로 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PWM 신호생성부가 제어장치에 포함된 경우 PWM 신호를 생성하는 것을 예시적으로 보여주기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템(이하 '전력 시스템'이라 함)의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 전력 시스템(100)은 계통(10)으로부터 잉여전력을 수급하여 저장하고, 전력이 부족하면 저장된 전력을 다시 공급한다.
이를 위해 통합 제어 전력 시스템(100)은 제어장치(110) 및 에너지 저장장치(120)를 포함한다.
제어장치(110)는 전력 시스템(100)을 관리하고 제어한다. 구체적으로 제어장치(110)는 계통(10) 및 에너지 저장장치(120)로부터 데이터를 수신하여, 이를 통해 전력 시스템(100)의 현 상태를 파악하고, 장애가 발생된 구성을 파악한다. 또한, 제어장치(110)는 에너지 저장장치(120)를 제어하여 전력을 저장하거나, 전력을 다시 공급하게 한다.
일 실시예에 있어서, 제어장치(110)는 산업용 PC(Personal Computer)로 구현될 수 있다.
제어장치(110)는 전력 관리부(Power Management System: PMS, 210), 전력 조절 장치 제어부(220), HMI(Human Machine Interface, 230), 데이터버스(240), 통신부(250) 및 입출력카드(260)를 포함한다.
전력 관리부(210)는 소프트웨어로 구현되어 산업용 PC(Personal Computer)에 설치된다. 이에 따라, 전력 관리부(210)는 산업용 PC에서 생성되는 제1 프로세스를 통해 실행될 수 있다. 제1 프로세스를 통해 실행된 전력관리부(210)는 에너지 저장 장치(120)를 제어한다.
전력 관리부(210)는 에너지 저장 장치(120)에 대한 운전모드를 결정하고, 운전모드에 따라 에너지 저장 장치(120)를 제어한다. 일 실시예에 있어서, 전력 관리부(210)는 ESS를 계통연계 운전모드 또는 독립운전모드 중 어느 하나로 동작하도록 ESS를 제어할 수 있다.
구체적으로 전력관리부(210)는 ESS가 계통(10)에 연계되면 계통(10)으로부터 제공되는 전력을 에너지 저장장치(120)에 저장하거나 에너지 저장장치(120)에 저장되어 있는 전력을 계통(10)으로 제공하는 계통연계운전모드로 운전할 수 있다. 또한, 전력관리부(210)는 ESS가 계통으로부터 분리되면 배터리에 저장되어 있는 전력을 부하로 제공하는 독립운전모드로 운전할 수 있다. 여기서, 에너지 저장 장치(120)가 계통(10)과 연계되지 않는 상황은 계통(10)에 이상이 발생하여 에너지 저장 장치(120)가 계통으로부터 분리되는 상황이나, 기존의 전력망이 설치되어 있지 않은 도서 산간 지역에서 신재생 에너지원과 연계하여 동작하는 상황을 의미한다.
전력 관리부(210)는 배터리의 충방전을 위한 전력 지령치를 생성한다. 전력지령치는 미리 정해진 전력만큼 에너지 저장장치(120)에서 전력이 출력되거나 에너지 저장장치(120)에 저장되게 하는 명령이다.
일 실시예에 있어서, 전력 관리부(210)는 데이터 버스(240)를 통해 전력조절장치 제어기로부터 전력조절장치의 상태정보 데이터를 수신하고, 수신된 전력조절장치의 상태정보에 기초하여 전력 지령치를 생성할 수 있다. 이때 전력조절장치의 상태정보는 전력조절장치의 온도 정보, 전력조절장치의 습도 정보, 계통전력, 배터리의 전압, 전류 정보 등을 의미할 수 있다.
전력 관리부(210)는 생성된 전력 지령치를 데이터버스(240)를 통해 전력 조절 장치 제어부(220) 및 HMI(230)로 전송한다.
이와 같이 본 발명에 따른 전력 관리부(210)는 전력 조절 장치 제어부(220)가 에너지 저장 장치(120)로부터 획득하는 전력조절장치의 상태정보를 데이터 버스를 통해 획득할 수 있어 그에 따른 전력 지령치를 생성할 수 있어 실시간으로 획득하여 그에 따른 전력 지령치를 생성할 수 있어 계통상황 및 배터리의 충전상태에 최적화된 전력 지령치를 실시간으로 생성할 수 있어 고속 제어가 가능하게 된다.
특히, 본 발명에 따른 전력 관리부(210)는 전력조절장치의 상태정보를 기초하여 에너지 저장 장치(120)에 폴트(Fault)발생여부를 판단할 수 있다. 구체적으로 전력관리부(210)는 전력조절장치의 상태정보를 데이터버스(240)를 통해 획득하고, 획득한 상태정보를 기초로 에너지 저장 장치(120)의 폴트발생여부를 판단한다. 전력관리부(210)는 에너지 저장 장치(120)에 폴트가 발생되면, 전력조절장치의 상태정보를 기초로 폴트가 발생된 원인을 판단할 수 있다. 이에 따라 전력 관리부(210)는 폴트 발생에 대한 폴트 정보데이터 및 폴트가 발생된 원인에 대한 폴트 발생 원인데이터를 생성할 수 있다. 여기서 에너지 저장 장치(120)의 폴트는 전력조절장치의 과전류, 전력조절장치의 과전압, 전력조절장치의 과열등을 포함할 수 있다.
일 예로 전력관리부(210)는 과열이 발생하면, 상태정보를 통해 과열에 대한 폴트를 발생시키고, 이를 기초로 열이 많이 발생하는 에너지 저장 장치(120)를 선별할 수 있다.
전력관리부(210)는 생성된 폴트 정보데이터 및 폴트 발생 원인데이터를 데이터버스(240)로 전달한다.
일반적인 전력관리부(210)는 전력 조절 장치 제어부(220)와 이더넷(Ethernet) 통신 인터페이스를 통해 연결되므로 대량 데이터를 수신할 수 없기 때문에 전력조절장치 제어부(220)를 통해 폴트발생결과만을 수신할 수 있었지만, 본 발명에 따르면 전력관리부(210)가 전력 조절장치 제어부(220)와 데이터 버스(240)를 통해 연결되므로 전력관리부(210)는 전력 조절장치 제어부(220)가 획득하는 모든 종류의 데이터를 공유할 수 있어 획득된 데이터를 기초로 폴트발생여부에 대한 판단은 물론 폴트발생 원인까지도 판단할 수 있다.
전력 조절 장치 제어부(220)는 소프트웨어로 구현되어 산업용 PC에 설치된다. 이에 따라, 전력 조절 장치 제어부(220)는 산업용 PC에서 생성되는 제2 프로세스를 통해 실행될 수 있다.
전력 조절 장치 제어부(220)는 제2 프로세스를 통해 실행되어 에너지 저장 장치(120)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 전력 조절 장치 제어부(220)는 전력 관리부(210)에 의해 생성된 전력지령치를 데이터버스(240)를 통해 획득한다. 전력 조절 장치 제어부(220)는 전력 지령치를 에너지 저장장치(120)로 전송하여 에너지 저장장치(120)를 동작시킨다. 이에 따라 전력 조절 장치 제어부(220)는 에너지 저장장치(120)가 전력 지령치만큼 전력을 저장하거나 출력하도록 한다
이를 위해 전력조절장치 제어부(220)는 전력지령치에 대해 미리 정해진 제어시퀀스를 수행할 수 있다. 이하 도 2를 참조하여, 본 발명의 전력조절장치 제어부(220)와 일반적인 전력조절장치 제어부간에 제어시퀀스에 대한 차이를 구체적으로 설명한다.
도 2는 전력 조절 장치 제어부의 제어시퀀스를 도시한 도면이다. 일반적인 전력 조절 장치 제어부는 DSP(Digital Signal Processor) 칩 기반으로 구현되어 제1 제어 시퀀스(201)를 수행하지만, 본 발명에 따르면 전력 조절 장치 제어부(220)는 산업용 PC를 기반으로 구현되어 제2 제어 시퀀스(202)를 수행한다. 이에 따라 본 발명은 ADC 알고리즘(Analog to Digital Conversion, 203)이 입출력부(260)에 의해 수행되고, PWM신호생성 알고리즘(Pulse Width Modulation, 204)은 도 3에 도시된 PWM 생성부(336)에 의해 수행되게 된다.
이와 같이, 본발명에 따른 전력 조절 장치 제어부(220)의 제2 제어시퀀스(202)가 일반적인 전력 조절 장치 제어부의 제1 제어시퀀스(201)보다 최적화 되어있다.
또한, 일반적인 전력 조절 장치 제어부는 DSP(Digital Signal Processor)칩으로 구현되기 때문에 MHz의 단위로 제1 제어시퀀스(201)의 연산을 수행하나, 본 발명에 따른 전력 조절 장치 제어부(220)는 산업용 PC를 기반으로 구현되기 때문에 GHz의 단위로 제2 제어시퀀스(202)의 연산을 수행할 수 있어 일반적인 DSP 칩 기반의 전력 조절 장치 제어부(220)보다 신속한 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 있어서, 전력 조절 장치 제어부(220)는 전력 지령치에 해당하는 디지털 값의 전력지령치를 입출력카드(250)를 통해 에너지 저장장치(120)로 전송할 수 있다. 이때, 디지털 값의 전력지령치는 입출력카드(250)에 의해 아날로그 값의 전력지령치로 변환되어 에너지 저장 장치(120)로 제공된다.
한편, 전력 조절 장치 제어부(220)는 에너지 저장장치(120)로부터 전송되는 전력 조절 장치의 상태정보를 데이터버스(240)를 통해 획득한다.
HMI(230)는 소프트웨어로 구현되어 산업용 PC에 설치된다. 이에 따라, HMI(230)는 산업용 PC에서 생성되는 제3 프로세스를 통해 실행될 수 있다.
HMI(230)는 데이터를 사용자가 인지하기 쉬운 화면으로 제공하고 그에 필요한 데이터를 그래프를 비롯한 다양한 형태로 제공한다. 이를 위해 HMI(230)는 제3 프로세스를 통해 실행되어 데이터 버스(240)를 통해 전력 관리부(210) 및 전력조절장치 제어부(220)로부터 데이터를 수신하여 출력한다. 이때 데이터는 전력조절 장치의 상태정보 데이터, 폴트 정보데이터, 폴트 발생원인데이터, 전력지령치 등을 포함할 수 있다.
상술한 실시예에서 전력 관리부(210), 전력 조절 장치 제어부(220), 및 HMI(230)가 제1 내지 제3 프로세스를 통해 실행되는 것으로 설명하였다. 이때 제1 내지 제3 프로세스는 하나의 코어 프로세서(Core Processor)에 할당될 수 있다.
하지만, 다른 실시예에 있어서 제어장치가 탑재되는 산업용 PC가 멀티코어 프로세서를 포함하는 경우, 전력 관리부(210), 전력 조절 장치 제어부(220), 및 HMI(230)는 각각 다른 코어 프로세서에 할당될 수도 있다.
데이터 버스(240)는 전력 관리부(210), 전력 조절 장치 제어부(220), 및 HMI(230) 간에 데이터를 공유할 수 있게 한다. 구체적으로 데이터버스(240)는 통신부(250)를 통해 에너지 저장장치(120)로부터 수신되는 데이터를 획득하여, 획득한 데이터를 전력 관리부(210), 전력 조절 장치 제어부(220) 및 HMI(230)로 를 전송한다. 또한, 데이터버스(240)는 전력 관리부(210)로부터 출력되는 데이터를 획득하여, 전력 조절 장치 제어부(220) 및 HMI(230)로 전송한다. 또한, 데이터버스(240)는 전력 조절 장치 제어부(220)로부터 출력되는 데이터를 획득하여, 전력 관리부(210) 및 HMI(230)로 전송한다.
일례로, 데이터버스(240)는 전력 관리부(210)에 의해 생성된 전력 지령치, 폴트정보 데이터, 및 폴트 발생원인데이터를 획득하여, 전력 조절 장치 제어부(220), 및 HMI(230)로 전달한다.
다른 예로, 데이터 버스(240)는 에너지 저장장치(120)로부터 통신부(120)를 통해 획득된 전력조절장치의 상태정보를 전력 관리부(210), 전력 조절 장치 제어부(220), 및 HMI(230)로 전달한다.
이에 따라 본 발명은 데이터 버스(240)가 실시간으로 전력 관리부(210), 전력조절장치 제어부(220), 및 HMI(230)간에 데이터를 공유할 수 있기 때문에 신속한 제어가 가능하다는 효과가 발생한다.
특히, 일반적인 전력관리부(210)와 전력 조절 장치 제어부(220)는 별개의 하드웨어로 구현되어 이더넷(Ethernet)과 같은 통신 인터페이스를 통해 데이터가 전달되었기 때문에 대량의 데이터를 전송할 수 없을 뿐만 아니라 데이터를 실시간으로 전송할 수도 없었다. 하지만, 본 발명에 따르면 전력관리부(210)와 전력 조절 장치 제어부(220)가 데이터 버스(240)를 통해 데이터를 송수신할 수 있기 때문에 대량의 데이터를 실시간으로 송수신할 수 있다.
통신부(250)는 데이터버스(240)와 입출력부(260)간에 미리 정해진 통신 프로토콜을 이용하여 데이터를 송수신한다. 일 실시예에 있어서, 통신프로토콜은 EtherCAT, ProfiNet 일 수 있다.
입출력부(260)는 제어장치(110)에 탑재되어 제어장치(110)와 에너지저장장치(120)간의 데이터 송수신을 매개한다. 일 실시예에 있어서, 제어장치는 산업용 PC의 슬롯에 장착되는 I/O카드 형태로 구성될 수 있다.
일반적인 전력조절장치 제어부는 PLC(Programable Logic Circuit)에 의해 구현되기 때문에 Ethernet 기반의 필드버스통신을 통해 데이터를 송수신한다. 하지만 본 발명에 따르면 입출력부(260)가 산업용 PC에 장착되어 제어장치(110)와 에너지저장장치(120)간의 데이터 송수신을 매개함으로써, 본 발명에 따른 산업용 PC에 설치되어 실행되는 전력조절장치 제어부(220)는 산업용PC에 장착된 입출력부(260)를 통해 EtehrCAT, ProfiNET 등의 기반의 통신부(250)로 데이터를 송수신할 수 있어 통신스캔에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 입출력부(260)는 컨버팅 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 컨버팅 모듈은 ADC알고리즘(203)을 수행한다. 구체적으로 컨버팅 모듈은 전력조절장치에서 전달되는 아날로그 데이터를 디지털로 변환하여 전력조절장치 제어부(220)로 전송하고, 전력조절장치 제어부(220)로 전송되는 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 전력조절장치로 전송한다.
일 실시예에 있어서 컨버팅 모듈은 PWM 신호 생성에 이용되는 디지털 값의 전력 지령치를 아날로그로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 별도의 컨버팅 모듈이 ADC 알고리즘(203) 기능을 수행하기 때문에 일반적인 전력조절장치 제어부에서 DSP칩을 통해 수행되던 기능을 생략할 수 있고, 본발명에 따른 전력조절장치 제어부(220)의 처리성능이 향상되는 효과가 있다.
에너지 저장 장치(120)는 계통(10)으로부터 제공되는 전력을 배터리에 충전시키거나, 저장된 전력을 방전시켜 계통(10)으로 공급한다. 에너지 저장 장치(120)는 복수개일 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 에너지 저장 장치(120)를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 에너지 저장 장치(120)는 전력 조절 장치(Power Conditioning System: PCS, 310) 및 배터리 관리 장치(Battery Management System: BMS, 390)을 포함한다.
전력 조절 장치(310)는 계통(10)에서 제공되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 배터리 관리 장치(390)에 저장하거나, 배터리 관리 장치(390)로부터 저장된 직류전압을 교류전압으로 출력한다. 일 실시예에 있어서, 전력 조절 장치(310)는 복수개일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전력 조절 장치(310)는 전력 조절 장치 제어부(220)에 의해 전송된 전령지령치를 수신하여 전력 지령치만큼 교류전압을 직류전압으로 변환하여 배터리 관리 장치(140)에 저장하거나, 전력 지령치만큼 배터리 관리 장치(140)에 저장된 직류전압을 교류전압으로 출력할 수 있다.
이를 위해 전력 조절 장치(130)는 필터(312), 전력변환모듈(314), 센싱부(320), 및 게이트 보드(330)를 포함한다.
필터(312)는 전력변환모듈(314)로 입력될 계통전압의 고조파를 감소시키거나 전력변환모듈(314)로 출력되는 교류전압의 고조파를 감소시키는 역할을 수행한다. 일 실시예에 있어서 필터(312)는 도 3에 도시된 바와 같이 LC타입으로 구성될 수 있다. 도 3에서는 이러한 필터(312)가 LC타입으로 구성되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일뿐 다른 형태의 구성도 가능할 것이다.
전력변환모듈(314)은 전력변환역할을 수행한다. 즉, 필터(312)에 의해 필터링된 계통전압을 직류전압으로 변환하거나 직류전압을 교류전압으로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 전력변환모듈(314)는 전력변환을 위해 복수개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함한다.
이러한 전력변환모듈(314)는 각 전력변환모듈(314)에 연결된 게이트 보드(340)로부터 공급되는 게이팅 신호(Gating Signal)에 의해 온오프됨으로써 전력변환동작을 수행하게 된다.
센싱부(320)는 계통(10)으로부터 공급되는 계통전압 및 계통전류를 센싱하거나, 전력변환모듈(314)에서 출력되는 DC전압 및 DC 전류를 센싱하여 제어장치(110)로 전송한다.
게이트 보드(330)은 전력 지령치를 이용하여 PWM 신호를 생성하고, 생성된 PWM 신호를 이용하여 전력변환모듈의 전력변환동작을 제어하는 게이팅 신호를 생성한다.
이를 위해, 게이트 보드(330)는 게이트 드라이버(333) 및 PWM 신호 생성부(336)를 포함한다.
게이트 드라이버(333)는 PWM 신호를 수신하여 PWM신호를 이용하여 전력변환모듈(314)의 전력변환동작을 제어하는 게이팅 신호를 생성한다. 게이트 드라이버(333)는 생성된 게이팅 신호를 전력변환 모듈(314)로 공급함으로써, 전력변환모듈(314)의 온오프 동작을 제어하고, 이를 통해 전력변환모듈(314)의 전력변환동작이 수행될 수 있다.
PWM 신호 생성부(336)는 전력 조절 장치 제어부(220)로부터 전송된 전력지령치를 수신하여, 전력지령치에 따라 PWM 신호를 생성하고, PWM 신호를 게이트 드라이버(333)로 전송한다.
PWM 신호 생성부(336)는 제어장치의 입출력 카드로부터 아날로그 값으로 변환된 형태의 전력 지령치를 수신한다. PWM 신호 생성부(336)는 수신된 전력지령치를 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 미리 정해진 PWM 신호 생성 알고리즘(204)을 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성할 수 있다. PWM 신호 생성부(340)는 PWM 신호를 게이트 보드(330)에 전송하고, 이에 따라 게이트 보드(330)의 게이팅 신호 생성이 수행될 수 있도록 한다.
상술한 실시예(이하 '제1 실시예'라함)에서는 게이트 보드(330)에 PWM 신호생성부(336)가 포함된 것으로 설명하였으나, 변형된 실시예(이하 '제2 실시예'라함)에서는 PWM 신호 생성부(336)가 제어장치(110)에 포함되어 PWM 신호를 생성할 수 있다.
먼저 도 4를 참조하여 제1 실시예에 따른 PWM 신호 생성부(336)가 PWM 신호를 생성하는 것을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PWM 신호생성부(336)가 게이트보드(330)에 포함된 경우 PWM 신호를 생성하는 것을 예시적으로 보여주기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 PWM 신호생성부(336)는 PWM 신호 발생용 칩형태로 구현되어 게이트보드(330)에 설치될 수 있다.
전력 조절장치 제어부(220)에 의해 디지털 값의 전력지령치가 전송되면, 입출력부(260)에 의해 디지털 값의 전령지령치가 아날로그 값의 전령치로 변환되고, PWM 신호 생성부(336)는 아날로그 값의 전령치를 수신하여 PWM 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 PWM 신호 생성부(336)는 생성된 PWM 신호를 게이트 드라이브(333)로 전송하고, 게이트 드라이브(333)는 게이팅 신호를 생성하여 전력변환모듈(314)를 동작시킨다.
이하, 도 5를 참조하여 제2 실시예에 따른 PWM 신호 생성부(336)가 PWM 신호를 생성하는 것을 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PWM 신호생성부(336)가 제어장치(110)에 포함된 경우 PWM 신호를 생성하는 것을 예시적으로 보여주기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 PWM 신호 생성부(336)는 PWM 신호카드로 구현되어 산업용 PC에 설치될 수 있다. PWM 신호 생성부(336)는 전력조절장치 제어부(220)로부터 전력지령치를 데이터버스(240)를 통해 수신한다.
PWM 신호 생성부(336)는 수신된 전력지령치를 이용하여 PWM 신호를 생성하고, 생성된 PWM 신호를 게이트 드라이브(333)로 전송한다. 여기서 PWM 신호 생성부(336)는 IGBT 모듈의 개수만큼의 PWM 신호를 생성하여 각 게이트 드라이브(333)로 공급한다.
PWM 신호 생성부(336)는 PWM 신호를 광신호로 변환하여 광케이블을 통해 상기 PWM 신호를 상기 게이트 드라이브(333)로 전송하고, 게이트드라이브(333)는 광변환을 통해 광신호로부터 PWM 신호를 복원할 수 있다.
상술한 제2 실시예는 PWM 신호생성부(336)가 제어장치(110)에 포함됨으로써 제1 실시예보다 PWM 신호생성이 용이하다. 하지만, 전력조절장치(310)가 복수개인 경우, 제2 실시예는 PWM 신호가 전력조절장치(310)의 개수만큼 생성되어야하기 때문에, PWM 신호생성부(333)가 게이트보드(330)에 포함되는 제1 실시예가 PWM 신호생성이 용이할 수 있다.
다시 도2 를 참조하면 전력 조절 장치(310)는 변압기(350), 차단기(360), 및 스위치(370)을 더 포함할 수 있다.
변압기(350)는 계통전압을 미리 정해진 값으로 감압하여 전력변환모듈(314)로 공급하거나, 전력변환모듈(314)으로부터 출력되는 교류전압을 미리 정해진 값으로 승압하여 계통(10)으로 출력한다.
차단기(360)는 변압기(350) 또는 전력변환모듈(314)로 과전류가 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
스위치(370)는 전력 조절 장치(310)와 배터리 관리 장치(390)를 연결시키는 역할을 수행한다
배터리 관리 장치(390)는 전력 조절 장치(310)로부터 제공되는 전력을 저장하고, 피크 부하 또는 계통 사고 발생 시 저장되어 있는 전력을 전력 조절 장치(310)에 의해 제공한다. 배터리 관리 장치(390)는 복수개의 배터리 랙(미도시)를 포함할 수 있다. 이때 배터리 랙은 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)되어 있는 것으로서, 충선시 계통(10)과 연결되어 전력을 공급받고, 방전시 계통(10)으로 전력을 제공한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 계통 100: 전력 시스템
110: 제어장치 120: 에너지 저장 장치
210: 전력 관리부 220: 전력조절장치 제어부
230: HMI 240: 데이터버스
250: 통신부 260: 입출력부

Claims (11)

  1. 복수개의 배터리로 구성된 배터리 관리 장치와 상기 배터리를 충전 또는 방전시키는 전력조절장치를 포함하는 에너지저장장치; 및
    상기 에너지 저장장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는
    제1 프로세스를 통해 실행되어 상기 에너지 저장장치로부터 상기 전력조절장치의 상태정보를 수신하고, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전력 지령치에 따라 상기 전력조절장치의 동작을 제어하는 전력조절장치 제어부;
    제2 프로세스를 통해 실행되어 상기 전력조절장치의 상태정보를 기초로 상기 전력지령치의 생성 및 상기 전력조절장치의 폴트(Fault) 발생여부를 판단하는 전력 관리부;
    상기 전력조절장치 제어부에 의해 수신된 상기 전력조절장치의 상태정보를 상기 전력관리부로 전송하고, 상기 전력관리부에 의해 생성된 상기 전력지령치를 상기 전력조절장치 제어부로 전송하는 데이터 버스; 및
    상기 전력조절장치에 의해 획득되는 상기 전력조절장치의 상태정보를 디지털값으로 변환하여 상기 전력조절장치 제어부로 전송하고, 상기 전력조절장치 제어부로부터 전송되는 전력 지령치를 아날로그값으로 변환하여 상기 전력조절장치로 전송하는 컨버팅모듈이 탑재된 입출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전력조절장치의 상태정보는 상기 전력조절장치의 온도 정보, 상기 전력조절장치의 습도 정보, 계통전력, 배터리의 전압, 전류 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 전력 지령치에 따라 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부를 더 포함하고,
    상기 전력 조절 장치는,
    복수개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈을 포함하고, 상기 IGBT 모듈을 이용하여 교류전압을 직류전압으로 변환하고 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력변환모듈; 및
    상기 PWM 신호 생성부로부터 상기 PWM 신호를 수신하고, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 IGBT의 동작제어를 위한 게이팅 신호를 생성하는 복수개의 게이트보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PWM 신호 생성부는 상기 IGBT 모듈의 개수만큼의 PWM 신호를 생성하여 상기 각 게이트보드로 공급하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 PWM 신호 생성부는 상기 PWM 신호를 광신호로 변환하여 광케이블을 통해 상기 PWM 신호를 상기 게이트보드로 전송하고,
    상기 게이트보드는 광변환을 통해 상기 광신호로부터 상기 PWM 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력조절장치는,
    상기 입출력부로부터 상기 아날로그값의 전력 지령치를 수신하여 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부;
    복수개의 IGBT 모듈을 포함하고, 상기 IGBT 모듈을 이용하여 교류전압을 직류전압으로 변환하고 직류전압을 교류전압으로 변환하는 전력변환모듈; 및
    상기 PWM 신호 생성부로부터 상기 PWM 신호를 수신하고, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 IGBT모듈의 동작제어를 위한 게이팅 신호를 생성하는 복수개의 게이트보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리부는,
    상기 전력조절장치에 폴트가 발생되면 상기 전력조절장치의 상태정보를 기초로 폴트가 발생된 원인에 대한 폴트발생 원인 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 폴트는 상기 전력조절장치의 과전압, 상기 전력조절장치의 과전류, 및 상기 전력조절장치의 과열 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    제3 프로세스를 통해 실행되어 상기 데이터 버스를 통해 상태정보 데이터, 폴트정보 데이터, 폴트 발생원인데이터, 및 전력 지령치를 수신하여 출력하는 HMI(Human Machine Interface)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 프로세스는 서로 다른 코어 프로세서(Core Processor)에 할당되는 것을 특징으로 하는 ESS의 통합 제어가 가능한 전력 시스템.
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