KR102439185B1 - 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래기술의 한계인 오프셋 전압 제어 및 순환전류 억제를 개선하고자, 계통 전압을 검출하고, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하여, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어질 수 있고, 복수의 전력 변환 장치 간의 데이터 정보 교환 없이 순환전류를 억제할 수 있는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법에 관한 것이다.

Description

전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법{POWER CONDITIONING APPARATUS, POWER CONDITIONING SYSTEM AND POWER CONDITIONING METHOD}
본 명세서는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법에 관한 것이다.
ESS(Energy Storage System)는 배터리를 활용하여, 상기 배터리에 전력을 원하는 시간에 충전하거나, 방전할 수 있는 에너지 저장 시스템을 의미한다.
종래의 에너지 저장 시스템은, PCS(Power Conditioning System), 충방전이 이루어지는 배터리 및 제어기를 포함하여 이루어진다.
상기 PCS는, AC전력을 DC전력으로 바꾸거나, DC전력을 AC전력으로 바꾸어주는 시스템으로, 전력 변환을 통해 배터리의 충방전이 이루어지도록 하는 시스템을 의미한다.
상기 배터리는, 전력을 물리적으로 저장하고, 필요 시 이를 내보낼 수 있는 전력 저장수단을 의미한다.
상기 제어기는, 상기 PCS에서 전력 변환이 이루어지도록 제어하여, 상기 배터리의 충방전을 제어하는 장치를 의미한다.
이러한 배터리를 활용한 종래의 에너지 저장 시스템은, 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급하는 형태로 운용할 시, 배터리의 전력을 최대로 활용하기 위해, 복수의 PCS를 운용하는 병렬운전 기법이 적용되었었다.
즉, 병렬구조로 이루어진 복수의 PCS가 배터리와 연결되어, 복수의 PCS 각각이 최대 전력 추종 운전(MPPT : Maximum Power Point Traking)을 함으로써, 배터리에 저장된 전력이 최대 전력으로 계통에 공급될 수 있었다.
복수의 PCS의 병렬운전 기법에서 복수의 PCS 간에는 데이터 통신을 통해 서로 제어에 대한 정보를 공유함으로써, 배터리 또는 계통의 상태에 따른 적절한 전력 변환 및 공급이 이루어질 수 있고, 안정적인 운전이 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 이러한 PCS 병렬운전 기법은 복수의 PCS 간의 입력/출력의 차이로 인한 문제점도 있었는데, 이를 테면 PCS에 입력되는 전압의 차이로 인해 순환전류가 발생하고, 또는 PCS에서 출력되는 전압의 차이로 인해 공급되는 전력의 불안정 및 순환전류의 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 1) 출력 제어를 위한 PWM 제어 신호의 위상을 동기화시키는 방법, 2) PCS의 DC LINK에서 중성점을 연결하는 방법 및 3) 오프셋 전압 제어를 위한 Offset 기준 공유 방법 등이 제안되었었다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 종래의 제안 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 병렬 PCS 시스템에 적용된 PWM 위상 제어 방법의 개념을 나타낸 개념도이다.
도 2a는 종래의 병렬 PCS 시스템에 적용된 DC Link 중성점 연결 방법의 개념을 나타낸 개념도 A이다.
도 2b는 종래의 병렬 PCS 시스템에 적용된 DC Link 중성점 연결 방법의 개념을 나타낸 개념도 B이다.
도 3는 병렬 PCS 시스템의 전압 검출 원리를 나타낸 예시도이다.
도 4는 종래의 병렬 PCS 시스템의 오프셋 전압을 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같은 1) PWM 위상 제어 방법은, PWM 제어 신호에 동일 위상의 캐리어를 사용하여 위상을 동기화시키는 방법으로, 복수의 PCS 중 Master 기능을 수행하는 PCS가 Slave 기능을 수행하는 PCS에 PWM 신호를 전달하는 방식으로 이루어진다.
즉, 복수의 PCS가 동일한 위상의 PWM 제어 신호에 의해 출력을 제어하게 되어, 출력 간의 차이를 감소시킴으로써 순환전류를 억제하는 방법이다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같은 2) DC LINK 중성점 연결 방법은, 복수의 PCS 각각의 DC LINK의 중성점을 하나의 노드로 연결하는 방법으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 복수의 PCS 간의 중성점을 연결함으로써 복수의 PCS 각각에 입력되는 DC전압의 오차를 줄이는 방법이다.
이와 같은 방법을 통해 복수의 PCS에 입력되는 DC전압의 차이가 줄어들게 됨으로써, 순환전류의 발생 원인을 억제하게 될 수 있다.
상기와 같은 방안들은 PCS의 입력 전압 또는 전력 변환 과정에서의 순환전류의 발생 원인을 억제하는 방법으로, 출력 과정에서의 순환전류의 발생 원인 및 오프셋 전압 발생 원인을 억제하는데에는 한계가 있었다.
복수의 PCS를 적용한 병렬운전 시스템에서 출력 제어를 위한 전압 검출 원리는, 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 PCS 각각이 출력단(P1, P2)의 전압을 검출하여, 각각의 출력단에서 검출된 출력전압을 근거로 출력을 제어하게 되었다.
이처럼 PCS 각각의 출력단에서 전압을 검출하게 됨으로써, 검출된 전압의 차이로 인해 도 4에 도시된 바와 같이 오프셋 전압이 발생할 수 밖에 없었다.
이러한 오프셋 전압으로 인해 출력단에서 순환전류가 발생하게 되었는데, 이를 개선하기 위해 제안된 것이 3) 오프셋 전압 제어를 위한 Offset 기준 공유 방법이다.
3) 오프셋 전압 제어를 위한 Offset 기준 공유 방법은 Master 기능을 수행하는 PCS가 Slave 기능을 수행하는 PCS에 현재 오프셋 기준, 또는 오프셋 전압 제어를 위한 기준을 제공함으로써, 복수의 PCS가 공유한 기준을 근거로 오프셋 전압을 제어하는 방식으로 이루어졌다.
그러나, 이러한 방안도 복수의 PCS 간의 정보 공유를 위한 통신이 필수적이라는 점에서는 한계가 있었다.
복수의 PCS 각각이 통신을 위한 구성을 구비하게 됨으로써, 설계의 어려움, PCS 각각의 운전 제어 및 통신 운용 자체에 어려움이 있음은 물론, 유지 및 보수의 어려움도 있었고, 또한, 복수의 PCS 마다 오프셋 전압 제어의 차이로 인해 순환전류를 완벽히 억제할 수 없어, PCS 병렬운전 기법의 활용성, 안정성 및 신뢰성이 보장되지 못한 한계도 있었다.
따라서, 본 명세서는 종래기술의 한계인 오프셋 전압 제어 및 순환전류 억제를 개선하고자, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치는, 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 변환부 및 상기 변환부의 출력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상고 제어부는, 상기 계통의 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 상기 변환부의 오프셋(Offset) 전압을 제어한다.
일 실시 예에서, 상기 변환부는, DC전력을 AC전력으로 변환하여 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 변환부는, 상기 배터리로부터 DC전력을 입력받는 DC 링크부, 상기 DC전력을 AC전력으로 변환하는 인버터부 및 상기 AC전력의 고조파를 필터링하는 LC 필터부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 계통 전압은, 상기 계통의 입력단에서 검출된 전압일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 변환부의 출력을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 전력 변환 시스템은, 배터리 및 상기 배터리와 병렬로 연결되어, 상기 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환 장치를 포함하되, 상기 복수의 전력 변환 장치는, 상기 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 변환부 및 상기 변환부의 출력을 제어하되, 상기 계통의 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 상기 변환부의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 변환부는, DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 변환부는, DC 링크부, 인버터부 및 LC 필터부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 계통 전압은, 상기 계통의 입력단에서 검출된 전압일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 변환부의 출력을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 전력 변환 장치 중 적어도 하나는, 주 전력 변환 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는, 상기 복수의 전력 변환 장치에 입력되는 DC 전력을 밸런싱 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 상기 변환부의 출력에서 영상분 전류를 억제하는 영상분 전류 억제 제어기를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 전력 시스템은, 배터리, 상기 배터리와 병렬로 연결되어, 상기 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환 장치 및 상기 복수의 전력 변환 모듈에서 출력된 전력을 공급받는 상기 계통을 포함하되, 상기 복수의 전력 변환 장치는, 상기 계통의 입력단에서 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어한다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 전력 변환 장치는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 출력을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 전력 변환 장치 중 적어도 하나는, 주 전력 변환 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는, 상기 복수의 전력 변환 장치에 입력되는 DC 전력을 밸런싱 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 상기 변환부의 출력에서 영상분 전류를 억제하는 영상분 전류 억제 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 전력 변환 방법은, 배터리로부터 전력을 입력받는 단계, 상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계 및 변환된 전력을 상기 계통에 공급하는 단계를 포함하되, 상기 변환하는 단계는, 상기 계통의 계통 전압을 검출하는 단계 및 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 계통 전압은, 상기 계통의 입력단에서 검출된 전압일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전력 변환 장치는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 출력을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계는, 상기 배터리로부터 입력받은 DC전력을 밸런싱 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계는, 상기 계통으로 출력되는 전력의 영상분 전류를 억제 제어할 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어함으로써, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어함으로써, 복수의 전력 변환 장치 간의 데이터 정보 교환 없이 순환전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어함으로써, 복수의 전력 변환 장치 각각에 대한 제어 설계가 간편해질 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어지게 되어, 오프셋 전압을 제어함과 동시에 복수의 전력 변환 장치 간에 흐르는 순환전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어지게 되어, 복수의 전력 변환 장치 간의 출력의 차이가 감소될 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 효과로 인해, 전력 변환 시스템, 또는 이를 비롯한 배터리 활용 시스템 및 에너지 운용 시스템의 신뢰성 및 안정성이 증대됨은 물론, 상기 기술 분야의 활용성이 증대될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 병렬 PCS 시스템에 적용된 PWM 위상 제어 방법의 개념을 나타낸 개념도.
도 2a는 종래의 병렬 PCS 시스템에 적용된 DC Link 중성점 연결 방법의 개념을 나타낸 개념도 A.
도 2b는 종래의 병렬 PCS 시스템에 적용된 DC Link 중성점 연결 방법의 개념을 나타낸 개념도 B.
도 3는 병렬 PCS 시스템의 전압 검출 원리를 나타낸 예시도.
도 4는 종래의 병렬 PCS 시스템의 오프셋 전압을 나타낸 개념도.
도 5는 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 6은 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 실시 예에 따른 변환부의 구성을 나타낸 구성도.
도 7은 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 실시 예에 따른 변환부의 예시를 나타낸 예시도.
도 8은 본 명세서에 개시된 전력 변환 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 9는 본 명세서에 개시된 전력 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 10은 본 명세서에 개시된 전력 변환 시스템 및 전력 시스템의 예시를 나타낸 예시도.
도 11은 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치 및 전력 변환 시스템의 오프셋 전압을 나타낸 개념도.
도 12는 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치 및 전력 변환 시스템의 실시 예에 따른 제어기의 구성을 나타낸 구성도.
도 13은 본 명세서에 개시된 전력 변환 방법의 순서를 나타낸 순서도.
본 명세서에 개시된 기술은 배터리를 활용한 전력 시스템, 이에 포함되는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법에 적용될 수 있다. 특히, 전력원에 복수의 전력 변환 장치를 연결하여 병렬운전하는 전력 운용 시스템에 유용하게 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법, 전력 시스템, 계통 운용 시스템, 계통 운용 방법, 계통 연계형 발전 시스템, 계통 연계형 발전 방법, 신재생에너지발전원을 활용한 전력 시스템, 특히 태양광 발전 시스템, 태양광 배터리 제어 장치, 배터리 제어 시스템 및 배터리 제어 방법, 기기에 포함되는 배터리 및 배터리의 제어 장치, 배터리 제어 시스템, 배터리 제어 방법, 배터리 충전소, 배터리 충전소의 충전/방전 시스템 및 배터리 충전소의 충전/방전 시스템 운용 방법, 전력 저장소, 전력 저장 시스템 및 전력 저장 시스템의 운영 방법, 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 운용 방법 등 배터리를 포함하거나, 배터리를 이용한 모든 에너지 저장 관련 기술에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
전력 변환 장치
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치(이하, 변환 장치라 칭한다)를 설명한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 실시 예에 따른 변환부의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 실시 예에 따른 변환부의 예시를 나타낸 예시도이다.
상기 변환 장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리(100)에 저장된 전력을 계통(300)에 공급 가능한 전력으로 변환하는 변환부(210) 및 상기 변환부(210)의 출력을 제어하되, 상기 계통(300)의 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 상기 변환부(210)의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 제어부(220);를 포함한다.
상기 배터리(100)는, 충방전이 가능한 2차 전지일 수 있다.
상기 배터리(100)는, 대용량의 전력을 저장할 수 있는 2차 전지일 수 있다.
상기 배터리(100)는, 리튬이온 또는 황산화나트륨 전지일 수 있다.
상기 배터리(100)는, 복수로 이루어질 수 있다.
상기 배터리(100)는, DC전력의 형태로 전력을 저장할 수 있다.
상기 배터리(100)는, 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장하거나, 또는 사용자에 의해 충전이 이루어져 전력을 저장하고, 일시적으로 전력이 부족할 때, 또는 사용자에 의해 방전이 이루어질 때 저장된 전력을 외부로 공급할 수 있다.
상기 배터리(100)는, 상기 변환 장치(200)와 연결되어, 상기 변환 장치(200)로 저장된 전력을 출력할 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, DC전력을 AC전력으로 변환하여 출력하는 전력 변환 장치일 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 상기 배터리(100)를 활용하는 ESS(Energy Storage System)의 전력 변환 장치일 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 상기 ESS의 PCS(Power Conditioning System)일 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 상기 배터리(100) 및 상기 계통(300) 사이에 연결될 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 상기 배터리(100)에 저장된 DC전력을 상기 계통(300)에 공급 가능한 AC전력으로 변환할 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 상기 배터리(100)로부터 DC전력을 입력받아 AC전력으로 변환하여, 변환된 AC전력을 상기 계통(300)으로 출력할 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 단상의 DC전력을 3상 AC전력으로 변환할 수 있다.
즉, 상기 변환 장치(200)는, 단상의 DC전력을 입력받아, 3상 AC전력으로 변환하여 상기 계통(300)으로 출력할 수 있다.
상기 계통(300)은, 전력의 수급 및 공급이 이루어지는 시스템으로서, 복수의 발전소, 변전소 및 송배전선이 일체로 되어 전력의 발전 및 송배전이 이루어지는 무한 모선의 시스템을 의미한다.
상기 계통(300)은, 전력의 소비가 이루어지는 수용가, 수용군 및 수용설비를 포함하는 부하와 연결되어, 상기 부하에 전력을 공급할 수 있다.
상기 계통(300)은, 전력 공급처로부터 전력을 공급받아, 상기 부하에 전력을 공급할 수 있다.
즉, 상기 계통(300)은, 복수의 발전, 송전, 변전, 배전, 부하 간의 전력 수공급이 이루어지는 전력의 유통경로일 수 있다.
상기 계통(300)은, 상기 변환 장치(200)로부터 AC전력을 입력받을 수 있다.
즉, 상기 변환 장치(200)는, 상기 배터리(100) 및 상기 계통(300) 사이에 연결되어, 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 변환하여 상기 계통(300)에 공급하게 될 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, 상기 변환부(210) 및 상기 제어부(220)를 통해 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 변환하여 상기 계통(300)에 공급할 수 있다.
상기 변환부(210)는, 전력 변환 모듈일 수 있다.
상기 변환부(210)는, 복수의 회로 소자/모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 변환부(210)는, 전력이 입/출력될 수 있다.
상기 변환부(210)는, 상기 배터리(100)로부터 전력을 입력받아, 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 계통(300)에 공급 가능한 전력으로 변환할 수 있다.
상기 변환부(210)는, DC전력을 AC전력으로 변환하여 출력할 수 있다.
즉, 상기 변환부(210)는, 상기 배터리(100)로부터 DC전력을 입력받아 AC전력으로 변환하여, 변환된 AC전력을 상기 계통(300)으로 출력할 수 있다.
상기 변환부(210)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 배터리(100)로부터 DC전력을 입력받는 DC링크부(211), 상기 DC전력을 AC전력으로 변환하는 인버터부(212) 및 상기 AC전력의 고조파를 필터링하는 LC필터부(213)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같은 상기 변환부(210)의 구체적인 회로 구성은, 도 7에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)와 연결되는 연결단을 의미할 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)와 연결되어, 상기 배터리(100)로부터 DC전력을 입력받을 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)로부터 단상의 DC전력을 입력받을 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)와 연결되는 [+]단 및 [-]단을 통해 상기 배터리(100)로부터 단상의 DC전력을 입력받을 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)로부터 입력받는 DC전력을 평활화할 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)로부터 입력받는 DC전력을 평활화하기 위한 복수의 커패시터를 구비할 수 있다.
상기 복수의 커패시터는, 각각 상기 DC링크부(211)의 [+]단 및 [-]단 사이에 연결되되, 직렬로 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 커패시터 각각에 걸리는 전압은, 상기 배터리(100)로부터 입력받은 전압인 Vdc의 반, 즉 Vdc/2 일 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 복수의 커패시터가 연결되는 노드를 3상의 중성점(n)으로 할 수 있다.
상기 DC링크부(211)는, 상기 배터리(100)로부터 입력받은 DC전력을 상기 인버터부(212)에 전달할 수 있다.
상기 인버터부(212)는, DC전력을 AC전력으로 변환하는 인버터를 의미할 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 단상의 DC전력을 3상 AC전력으로 변환하는 인버터를 의미할 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 3상 인버터일 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 전류형 또는 전압형 인버터일 수 있다.
상기 인버터부(212)는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식의 인버터일 수 있다.
즉, 상기 인버터부(212)는, 3상 PWM 인버터일 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 상기 DC링크부(211)와 연결되어, 상기 DC링크부(211)로부터 단상의 DC전력을 전달받을 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 상기 DC링크부(211)로부터 전달된 단상의 DC전력을 3상 AC전력으로 변환하여, 변환된 AC전력을 상기 계통(300)으로 전달할 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 3상 각 상(a, b 및 c)마다 DC전력을 3상 AC전력으로 변환하기 위한 복수의 전력 변환 수단을 포함할 수 있다.
상기 전력 변환 수단은, 전력용 반도체 스위칭 소자일 수 있다.
상기 전력용 반도체 스위칭 소자의 예를 들면, GTO(Gate Turn Off Thyristor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 MOSFET(Metal Oxide SEmiconductor Field Effect Transistor) 등일 수 있다.
상기 전력 변환 수단은, 바람직하게는 상기 IGBT 일 수 있다.
상기 전력 변환 수단은, 제어수단으로부터 입력받은 스위칭 신호에 의해 스위칭 동작을 할 수 있다.
상기 전력 변환 수단의 제어수단은, 상기 제어부(220)일 수 있다.
상기 전력 변환 수단은, 스위칭 동작을 통해 입력받은 DC전력을 AC전력으로 출력할 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 3상 각 상(a, b 및 c)별로 한 쌍의 상기 전력 변환 수단을 포함할 수 있다.
상기 인버터부(212)는 또한, 3상의 중성점에 대한 전력 변환 수단을 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 인버터부(212)는, 단상의 DC전력을 3상 AC전력으로 변환하되, 중성선을 포함하여 4개의 선으로 3상 AC전력(3상 4선식)을 변환할 수 있다.
상기 인버터부(212)는, 변환된 3상 AC전력을 상기 LC필터부(213)에 전달할 수 있다.
상기 LC필터부(213)는, 3상 AC전력의 고조파를 제거하는 필터회로를 의미할 수 있다.
상기 LC필터부(213)는, 상기 인버터부(212)로부터 전달받은 3상 AC전력에 포함된 고조파를 제거할 수 있다.
상기 LC필터부(213)는, 3상 AC전력의 고조파를 제거하기 위해, 각 상(a, b 및 c)별로 인덕터(Lc) 및 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다.
상기 LC필터부(213)는 또한, 상기 계통(300) 측에서 전류를 억제하는 인덕터(Lg)를 더 포함하여, LCL필터로 이루어질 수도 있다.
상기 LC필터부(213)는, 상기 계통(300)의 입력단과 연결될 수 있다.
상기 LC필터부(213)는, 3상 AC전력의 고조파를 필터링하여, 상기 계통(300)으로 전달할 수 있다.
상기 변환부(210)는, 상기 DC링크부(211), 상기 인버터부(212) 및 상기 LC필터부(213)를 포함하여, 상기 DC링크부(211), 상기 인버터부(212) 및 상기 LC필터부(213)를 통해 상기 배터리(100)에 저장된 DC전력을 AC전력으로 변환하여, 상기 계통(300)에 공급할 수 있다.
상기 변환부(210)는, 상기 제어부(220)에 의해 제어되어, 상기 배터리(100)로부터 입력받은 DC전력을 AC전력으로 변환할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환 장치(200)의 제어 장치일 수 있다.
상기 제어부(220)는, 모듈 형태일 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)의 출력을 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)에 제어 신호를 인가하여, 상기 변환부(210)가 DC전력을 AC전력으로 변환하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)의 상기 인버터부(212)에 상기 제어 신호를 인가할 수 있다.
이를 테면, 상기 인버터부(212)의 상기 전력 변환 수단에 스위칭 제어에 대한 제어 신호를 인가하여, 상기 전력 변환 소자가 DC전력을 AC전력으로 변환하도록 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 제어 신호는, 상기 전력 변환 수단이 신호의 파형에 따라 스위칭 동작하도록 하는 PWM 제어 신호일 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)의 출력을 제어함으로써, 상기 변환 장치(200)에서 출력되는 AC전력의 전압의 크기, 파형 및 주파수를 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)의 출력전압 또는 출력전류를 검출할 수 있다.
이를 테면, 상기 변환부(210)의 출력전압 또는 출력전류 검출수단을 구비하여, 출력되는 AC전력의 전압 또는 전류를 검출할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)의 출력전압 또는 출력전류를 근거로, 상기 변환부(210)의 출력을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(220)는, 상기 변환 장치(200)의 출력을 피드백(Feedback) 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 피드백 제어를 통해, 상기 변환 장치(200)의 출력이 상기 계통(300)에 공급 가능한 정격의 AC전력으로 출력되도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 변환 장치(200)에서 상기 제어부(220)는, 상기 계통(300)의 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 상기 변환부(210)의 오프셋(Offset) 전압을 제어한다.
즉, 상기 제어부(220)는, 상기 계통 전압을 근거로 상기 변환부(210)의 출력 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
상기 오프셋 전압은, 상기 변환부(210)에서 출력되는 AC전압에 일정 크기를 갖는 오프셋 성분이 포함되어, 출력전압의 크기가 본래의 전압 크기와 다르게 출력되는 것을 의미할 수 있다.
상기 오프셋 전압은, 회로 내에 포함된 소자들의 성능 또는 동작 상태에 의해 발생할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 오프셋 성분에 의해 상기 변환부(210)에서 출력되는 전압의 크기가 출력하고자 하는 전압의 크기와 다르게 출력될 수 있기 때문에, 상기 오프셋 전압이 억제되도록 출력을 제어하게 될 수 있다.
상기 오프셋 성분에 의해 상기 변환부(210)에서 출력되는 전압의 크기가 출력하고자 하는 전압의 크기와 다르게 출력될 수 있기 때문에, 상기 제어부(220)가 상기 계통 전압을 검출하고, 상기 계통 전압을 근거로 상기 변환부(210)의 출력을 제어하여, 상기 오프셋 전압이 억제되도록 출력을 제어하게 될 수 있다.
상기 계통 전압은, 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 전압일 수 있다.
즉, 상기 제어부(220)는, 상기 변환 장치(200)의 출력전압을 상기 계통(300)의 입력단에서 검출하여 상기 오프셋 전압을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 계통 전압을 검출하고, 상기 계통 전압을 근거로 상기 변환부(210)에 대한 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 변환부(210)에 전달하여 상기 제어 신호에 따라 상기 변환부(210)가 AC전력을 출력하도록 제어함으로써, 상기 변환부(210)에서 출력되는 상기 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)의 출력을 PWM 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어 신호는 PWM 제어 신호일 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 변환부(210)에 대한 상기 제어 신호를 PWM 제어 신호로 생성하고, 상기 PWM 제어 신호를 상기 변환부(210)에 전달하여, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 변환부(210)가 AC전력을 출력하도록 제어함으로써, 상기 변환부(210)에서 출력되는 상기 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
전력 변환 시스템/전력 시스템
이하, 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 명세서에 개시된 전력 변환 시스템(이하, 변환 시스템이라 칭한다) 및 전력 시스템을 설명한다.
도 8은 본 명세서에 개시된 전력 변환 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 전력 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 10은 본 명세서에 개시된 전력 변환 시스템 및 전력 시스템의 예시를 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치 및 전력 변환 시스템의 오프셋 전압을 나타낸 개념도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치 및 전력 변환 시스템의 실시 예에 따른 제어기의 구성을 나타낸 구성도이다.
상기 변환 시스템(500)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리(100) 및 상기 배터리(100)와 병렬로 연결되어, 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환 장치(200)를 포함하고, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200)이다.
즉, 상기 변환 시스템(500)은, 상기 배터리(100) 및 앞서 설명한 상기 변환 장치(200)를 복수로 포함한다.
상기 변환 시스템(500)은, 상기 배터리(100) 설비를 포함하는 시스템을 의미할 수 있다.
상기 변환 시스템(500)은, 상기 배터리(100)를 활용하여 전력 공급을 운용하는 시스템을 의미할 수 있다.
상기 변환 시스템(500)은, 상기 배터리(100) 및 상기 배터리(100)를 제어하는 설비를 포함하는 시스템을 의미할 수 있다.
상기 전력 시스템(600)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 배터리(100) 및 상기 배터리(100)와 병렬로 연결되어, 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환 장치(200) 및 상기 복수의 전력 변환 장치에서 출력된 전력을 공급받는 상기 계통(300)을 포함하고, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어한다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치는, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200)이고, 상기 전력 시스템(600)은, 앞서 설명한 상기 변환 시스템(500)에 상기 계통(300)을 포함한다.
상기 전력 시스템(600)은, 상기 배터리(100)를 활용하는 전력 계통 시스템을 의미할 수 있다.
상기 전력 시스템(600)은, 계통 운용자의 시스템을 의미할 수 있다.
상기 전력 시스템(600)은, 전력의 공급, 수급 및 소비가 이루어지는 전체 전력 시스템을 의미할 수 있다.
이하, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200)의 설명과 중복되는 부분은 생략하고, 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)의 실시 예를 위주로 설명하되, 설명의 편의를 위해 상기 변환 시스템(500)을 중점으로 설명한다.
상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에서 상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 상기 배터리(100)에 병렬로 연결될 수 있다.
즉, 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)은, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)가 병렬운전하는 시스템일 수 있다.
상기 배터리(100)에 병렬로 연결된 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각은, 상기 배터리(100)로부터 입력받은 전력을 변환하여 상기 계통(300)으로 출력할 수 있다.
즉, 상기 배터리(100)에 저장된 전력이 병렬로 연결된 상기 복수의 전력 변환 장치(200)에 의해 변환되어, 상기 계통(300)에 공급될 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리(100)의 정격이 4[MW]이고, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)의 정격이 1[MW]인 경우, 4대의 전력 변환 장치(200)가 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 각각 분담하여 변환 및 공급할 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 바람직하게는 4대가 병렬로 연결되어 운전될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각은, 최대 전력을 추종하는 MPPT(Maximum Power Point Traking) 운전을 수행할 수 있다.
즉, 상기 배터리(100)에 저장된 전력이 상기 MPPT 운전을 수행하는 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각에 의해, 상기 계통(300)에 최대 전력으로 공급될 수 있게 된다.
상기 배터리(100)에 저장된 전력을 변환하여 상기 계통(300)에 공급하는 상기 복수의 전력 변환 장치(200)가 병렬운전 및 상기 MPPT 운전을 하게 됨으로써, 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 상기 계통(300)에 효율적으로 공급하게 될 수 있다.
이를 테면, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각이 최대 전력을 추종하도록 DC전력을 AC전력으로 변환하여 상기 계통(300)에 공급하게 됨으로써, 상기 배터리(100)에 저장된 전력이 최대 효율로 상기 계통(300)에 공급될 수 있게 된다.
또한, 상기 배터리(100)에 저장된 전력을 변환하여 상기 계통(300)에 공급하는 상기 복수의 전력 변환 장치(200)가 병렬운전을 하게 됨으로써, 안정성 및 융통성있는 전력 공급이 이루어지게 될 수 있다.
이를 테면, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 이상 발생이 발생하거나 성능이 떨어진 변환 장치를 분리시키거나, 또는 유지, 보수 및 점검 시행 시 해당 변환 장치를 분리시키는 경우, 또는 변환 장치를 병렬운전에 추가시키는 경우, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)의 연결을 전환함으로써, 안정성 및 융통성있는 운전이 이루어지게 될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 상기 계통(300)과의 연결이 분리되어 독립운전을 하게 될 경우, 자체적으로 전력을 공급할 부하를 부담할 수 있다.
예를 들면, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 어느 하나가 상기 계통(300)과 분리되어 병렬운전에서 독립운전으로 전환하게 되는 경우, 독립운전시에도 전력을 공급할 대상인 부하와 연결되어, 연결된 부하에 지속적으로 전력을 공급하게 될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 출력전압 또는 출력전류를 검출하고, 상기 출력전압 또는 출력전류를 근거로 출력을 제어할 수 있다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각은, 출력되는 AC전력에 대해 피드백 제어를 수행할 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 상기 계통(300)의 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋 전압을 제어한다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각은, 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 상기 계통 전압을 근거로 하여, 각각의 출력의 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 예를 들면, 상기 배터리(100)에 병렬 연결된 제1 전력 변환 장치(200#1), 제2 전력 변환 장치(200#2) 내지 제n 전력 변환 장치(200#n)가 각각의 출력단(P1, P2 및 Pn)에서 출력전압을 검출하는 것이 아닌, 동기화된 검출 포인트인 상기 계통(300)의 입력단(P3)에서 상기 계통 전압을 검출하여, 검출된 상기 계통 전압을 근거로 상기 제1 전력 변환 장치(200#1), 제2 전력 변환 장치(200#2) 내지 제n 전력 변환 장치(200#n) 각각이 출력의 오프셋 전압을 제어하게 될 수 있다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)의 출력은 각각 이루어지지만, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각의 출력의 오프셋 전압 제어는, 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 상기 계통 전압을 동기화된 기준으로 하여 이루어지게 될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각이 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 상기 계통 전압을 근거로 각각의 출력의 오프셋 전압을 제어함으로써, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 오프셋 전압이 억제된 출력이 이루어지게 될 수 있다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)가 출력 제어의 근거가 되는 출력전압을 상기 계통(300)의 입력단(P3)에서 검출함으로써, 동일한 전압(상기 계통 전압)으로 오프셋을 제어하여, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 오프셋 전압을 억제하게 될 수 있다.
상기 오프셋 전압이 억제된 출력이 이루어지게 됨으로써, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 간의 전압 차이가 감소되어 상기 계통(300)에 안정적인 전력 공급이 가능해지게 될 수 있고, 또한 상기 오프셋 전압이 억제됨으로써 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 간에 흐르는 순환전류도 억제될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 상기 계통 전압을 검출하고, 상기 계통 전압을 근거로 출력 제어에 대한 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 따라 AC전력을 출력하도록 제어함으로써, 상기 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)가 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋 전압을 제어함으로써, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각의 출력 간의 차이가 감소되어 오프셋이 억제됨은 물론, 안정성 및 신뢰성있는 전력 변환 및 출력이 이루어지게 될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, PWM 제어 방식으로 출력을 제어할 수 있다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 3상 PWM 인버터일 수 있으며, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)의 출력 제어는 PWM 제어 신호에 의해 이루어지게 될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 상기 제어 신호를 PWM 제어 신호로 생성하고, 상기 PWM 제어 신호를 상기 복수의 전력 변환 장치(200)에 포함된 상기 변환부(210)에 전달하여, 상기 PWM 제어 신호에 따라 상기 변환부(210)가 AC전력을 출력하도록 제어함으로써, 상기 변환부(210)에서 출력되는 상기 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각은, 상기 계통(300)으로 변환된 AC전력을 출력하고, 상기 계통(300)은, 상기 계통(300)의 입력단에서 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각으로부터 입력받은 AC전력을 합쳐서 공급받게 될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 중성점이 연결될 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각의 중성점이 하나의 노드(n)로 연결될 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200) 간에 중성점이 연결됨으로써, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 간의 전압이 동기화될 수 있게 된다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각의 전압 차이가 줄어들게 되면서, 순환전류 및 오프셋 전압이 억제될 수 있게 된다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200)는, 각각이 서로 다른 기능을 수행하며 운전할 수 있다.
상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 적어도 하나는, 주 전력 변환 기능을 수행할 수 있다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 적어도 하나는, 주 전력 변환 기능을 수행하는 Master 장치로 운전할 수 있다.
또한, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 보조 전력 변환 기능을 수행할 수 있다.
즉, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 적어도 하나는, 보조 전력 변환 기능을 수행하는 Slave 장치로 운전할 수 있다.
상기 Master 장치는, 상기 계통(300)에 공급되는 전력의 출력전압 또는 출력전류 중 어느 하나를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 Slave 장치는, 상기 Master 장치가 제어하는 요소 외의 요소를 제어하게 될 수 있다.
예를 들면, 상기 Master 장치가 상기 계통(300)에 공급되는 전력의 출력전압을 제어하는 경우, 상기 Slave 장치는 상기 계통(300)에 공급되는 전력의 출력전류를 제어하게 되고, 반대로 상기 Master 장치가 상기 계통(300)에 공급되는 전력의 출력전류를 제어하는 경우, 상기 Slave 장치는 상기 계통(300)에 공급되는 전력의 출력전압을 제어하게 될 수 있다.
상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는, 중요부하를 부담할 수 있다.
이를 테면, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 어느 하나, 또는 상기 계통(300)에 이상이 발생하여 상기 복수의 전력 변환 장치(200)의 병렬운전이 해체되고 각각이 독립운전을 하게 될 경우, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치가 상기 계통(300)에서 지속적인 전력 공급이 요구되는 상기 중요부하를 부담하여, 상기 중요부하에 지속적으로 전력을 공급하게 될 수 있다.
상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)에 입력되는 DC전력을 밸런싱 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리(100)로부터 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치에 입력되는 DC전력의 크기대로, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치들에 DC전력이 입력되도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)의 입력 기준이 될 수 있다.
상기 밸런싱 제어는, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 간에 중성점을 연결함으로써 이루어질 수도 있다.
상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 상기 계통(300)으로 출력되는 출력에서 영상분 전류를 억제할 수 있다.
상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 상기 전력 변환 장치(200)에 포함된 상기 변환부(210)의 출력에서 영상분 전류를 억제하는 영상분 전류 억제 제어기를 포함할 수 있다.
즉, 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 영상 전류를 억제하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 영상분 전류 억제 제어기는, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)에 포함된 상기 제어부(220)에 포함될 수 있다.
상기 영상분 전류 억제 제어기(Zero-sequence current controller)는, 도 12에 도시된 바와 같은 제어 블록으로 이루어질 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 중 상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 출력을 제어하기 위한 d-q 변환 전류 제어기 및 상기 영상분 전류 억제 제어기(Zero-sequence current controller)를 포함하고, 상기 계통 전압을 근거로 공간 벡터 PWM 제어(SVPWM) 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호에 따라 상기 오프셋 전압이 억제되도록 출력을 제어하게 될 수 있다.
상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는, 상기 영상분 전류 억제 제어기를 통해, 변환된 AC전력에서 영상분 전류를 억제하여 상기 계통(300)에 출력할 수 있다.
상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치가 출력에서 영상분 전류를 억제하여 출력하게 됨으로써, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)로부터 상기 계통(300)에 입력되는 출력전류의 영상분으로 인한 순환전류가 억제될 수 있게 된다.
상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)은, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 외부에서 상기 복수의 전력 변환 장치(200)를 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
상기 제어장치는, 상기 복수의 전력 변환 장치(200) 각각의 동작을 제어하여, 상기 배터리(100)로부터 상기 계통(300)으로 전력이 공급되도록 제어하는 장치일 수 있다.
상기 제어장치는, 필요에 따라 전용장치가 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에 포함될 수 있고, 또는 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에 포함된 어느 한 장치가 상기 제어장치의 기능을 수행할 수도 있다.
상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에서 상기 계통(300)은 추가적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 전력 변환 장치(200)가 독립운전으로 전환될 경우에도 부하를 부담하게 될 중요부하(Critical Load), 상기 복수의 전력 변환 장치(200)와의 연결을 개폐 또는 전환하는 연결수단(Static Switch), 이상 발생 시 상기 복수의 전력 변환 장치(200)와의 연결을 차단하는 차단기(Circuit Braker) 및 상기 복수의 전력 변환 장치(200)로부터 공급받은 AC전력의 전압을 변압하는 변압기(Transformer) 등을 포함할 수 있다.
상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에서 상기 계통(300)은, 상기 구성 외에도 전력 계통을 구성하는 요소들, 이를 테면 계측수단, 주파수 조정 수단 또는 변전수단 등을 더 포함할 수도 있다.
전력 변환 장치의 전력 변환 방법
이하, 도 13을 참조하여 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치의 전력 변환 방법(이하, 변환 방법이라 칭한다)을 설명한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 전력 변환 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
상기 변환 방법은, 도 13에 도시된 바와 같이, 배터리로부터 전력을 입력받는 단계(S10), 상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계(S20) 및 변환된 전력을 상기 계통에 공급하는 단계(S30)를 포함하되, 상기 변환하는 단계(S20)는, 상기 계통의 계통 전압을 검출하는 단계(S21) 및 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계(S22)를 포함한다.
상기 변환 방법은, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200)의 전력 변환 방법일 수 있다..
즉, 상기 변환 방법은, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200), 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)의 전력 변환 방법일 수 있다.
상기 변환 방법은, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200), 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에 적용될 수 있다.
상기 변환 방법은, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200), 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)에 프로그램 또는 알고리즘 형태로 적용될 수 있다.
이하, 앞서 설명한 상기 변환 장치(200), 상기 변환 시스템(500) 및 상기 전력 시스템(600)과 중복되는 내용은 생략하되, 상기 변환 장치(200)에 적용되는 변환 방법 실시 예를 위주로 설명한다.
상기 배터리로부터 전력을 입력받는 단계(S10)는, 상기 변환 장치(200)가 상기 배터리(100)로부터 DC전력을 입력받을 수 있다.
상기 배터리로부터 전력을 입력받는 단계(S10)는, 상기 변환 장치(200)에 포함된 상기 변환부(210)가 상기 배터리(100)로부터 DC전력을 입력받을 수 있다.
상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계(S20)는, 상기 변환 장치(200)가 상기 배터리(100)로부터 입력받은 DC전력을 상기 계통(300)에 공급 가능한 AC전력으로 변환할 수 있다.
상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계(S20)는, 상기 계통의 계통 전압을 검출하는 단계(S21) 및 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계(S22)를 포함하여, 상기 배터리(100)로부터 입력받은 DC전력을 상기 계통(300)에 공급 가능한 AC전력으로 변환할 수 있다.
상기 계통 전압은, 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 전압일 수 있다.
상기 계통의 계통 전압을 검출하는 단계(S21)는, 상기 변환 장치(200)가 상기 계통(300)의 입력단에서 상기 계통 전압을 검출할 수 있다.
즉, 상기 변환 장치(200)는, 상기 계통(300)의 입력단에서 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력을 제어하게 될 수 있다.
상기 변환 장치(200)는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 출력을 제어할 수 있다.
상기 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계(S22)는, 상기 변환 장치(200)가 상기 계통(300)의 입력단에서 검출한 상기 계통 전압을 근거로, 상기 계통(300)으로 출력되는 AC전력의 오프셋 전압을 제어할 수 있다.
즉, 상기 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계(S22)를 통해 상기 변환 장치(200)가 상기 오프셋 전압이 억제되도록 제어하게 됨으로써, 안정성 및 신뢰성있는 전력 변환 및 출력이 이루어지게 될 수 있다.
상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계(S20)에서 상기 변환 장치(200)는 또한, 상기 배터리(100)로부터 입력받은 DC전력을 밸런싱 제어할 수도 있다.
상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계(S20)에서 상기 변환 장치(200)는 또한, 상기 계통(300)으로 출력되는 AC전력의 영상분 전류를 억제 제어할 수도 있다.
상기 변환된 전력을 상기 계통에 공급하는 단계(S30)는, 상기 변환 장치(200)가 변환된 AC전력을 상기 계통(300)으로 출력하여 공급할 수 있다.
상기 변환된 전력을 상기 계통에 공급하는 단계(S30)에서 상기 계통(300)으로 출력되는 AC전력은, 상기 검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계(S22)를 통해 오프셋 전압이 억제되어 출력될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 배터리를 활용한 전력 시스템, 이에 포함되는 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 전력원에 복수의 전력 변환 장치를 연결하여 병렬운전하는 전력 운용 시스템에 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 모든 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법, 전력 시스템, 계통 운용 시스템, 계통 운용 방법, 계통 연계형 발전 시스템 및 계통 연계형 발전 방법에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 신재생에너지발전원을 활용한 전력 시스템, 특히, 태양광 발전 시스템, 태양광 배터리 제어 장치, 배터리 제어 시스템 및 배터리 제어 방법에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 2차 전지 또는 분산전원 시스템 및 이의 운용 방법에도 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 운용 방법 등 배터리를 포함하거나, 배터리를 이용한 모든 에너지 저장 관련 기술에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 각 실시 예들이 독립적으로 실시될 수 있고, 또는 둘 이상의 실시 예들의 조합, 또는 종래의 기술들과의 조합으로도 실시될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 실시 예들은, 장치, 시스템 및 방법 실시 형태에 한정되지 않고, 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템, 전력 시스템 및 전력 변환 방법의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 실시 예들을 통해, 종래기술의 한계 및 문제점을 개선할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 실시 예들을 통해, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어함으로써, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 실시 예들을 통해, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어함으로써, 복수의 전력 변환 장치 간의 데이터 정보 교환 없이 순환전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 실시 예들을 통해, 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어함으로써, 복수의 전력 변환 장치 각각에 대한 제어 설계가 간편해질 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 실시 예들을 통해, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어지게 되어, 오프셋 전압을 제어함과 동시에 복수의 전력 변환 장치 간에 흐르는 순환전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 실시 예들을 통해, 복수의 전력 변환 장치의 오프셋 전압 제어가 동일하게 이루어지게 되어, 복수의 전력 변환 장치 간의 출력의 차이가 감소될 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 명세서에 개시된 전력 변환 장치, 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법은, 상술한 바와 같은 효과들로 인해, 전력 변환 시스템, 또는 이를 비롯한 배터리 활용 시스템 및 에너지 운용 시스템의 신뢰성 및 안정성이 증대됨은 물론, 상기 기술 분야의 활용성이 증대될 수 있는 효과가 있다.
100 : 배터리 200 : 전력 변환 장치
210 : 변환부 211 : DC 링크부
212 : 인버터부 213 : LC 필터부
220 : 제어부 300 : 계통
500 : 전력 변환 시스템 600 : 전력 시스템

Claims (19)

  1. 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 변환부; 및
    상기 변환부의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 계통은,
    복수의 발전, 송전, 변전, 배전, 부하 간의 전력 수공급이 이루어지는 전력망이고,
    상기 제어부는,
    상기 계통의 입력단에서 계통 전압을 검출하여, 검출된 계통 전압을 근거로 상기 변환부의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    DC전력을 AC전력으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 변환부는,
    상기 배터리로부터 DC전력을 입력받는 DC 링크부;
    상기 DC전력을 AC전력으로 변환하는 인버터부; 및
    상기 AC전력의 고조파를 필터링하는 LC필터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변환부의 출력을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 배터리; 및
    상기 배터리와 병렬로 연결되어, 상기 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환 장치;를 포함하되,
    상기 복수의 전력 변환 장치는,
    제1 항 내지 제3 항, 제5 항 중 어느 한 항의 전력 변환 장치인 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 장치 중 적어도 하나는,
    주 전력 변환 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는,
    상기 복수의 전력 변환 장치에 입력되는 DC전력을 밸런싱 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는,
    상기 변환부의 출력에서 영상분 전류를 억제하는 영상분 전류 억제 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  10. 배터리;
    상기 배터리와 병렬로 연결되어, 상기 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환 장치; 및
    상기 복수의 전력 변환 모듈에서 출력된 전력을 공급받는 상기 계통;을 포함하되,
    상기 계통은,
    복수의 발전, 송전, 변전, 배전, 부하 간의 전력 수공급이 이루어지는 전력망이고,
    상기 복수의 전력 변환 장치는,
    상기 계통의 입력단에서 검출된 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 장치는,
    PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 장치 중 적어도 하나는,
    주 전력 변환 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치는,
    상기 복수의 전력 변환 장치에 입력되는 DC 전력을 밸런싱 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 주 전력 변환 기능을 수행하는 장치 외 장치는,
    상기 복수의 전력 변환 장치의 출력에서 영상분 전류를 억제하는 영상분 전류 억제 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  15. 전력 변환 장치의 전력 변환 방법에 있어서,
    배터리로부터 전력을 입력받는 단계;
    상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계; 및
    변환된 전력을 상기 계통에 공급하는 단계;를 포함하되,
    상기 계통은,
    복수의 발전, 송전, 변전, 배전, 부하 간의 전력 수공급이 이루어지는 전력망이고,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 계통의 입력단에서 계통 전압을 검출하는 단계; 및
    검출된 상기 계통 전압을 근거로 출력의 오프셋(Offset) 전압을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  16. 삭제
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는,
    PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계는,
    상기 배터리로부터 입력받은 DC전력을 밸런싱 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 배터리로부터 입력받은 전력을 계통에 공급 가능한 전력으로 변환하는 단계는,
    상기 계통으로 출력되는 전력의 영상분 전류를 억제 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
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