KR20110122065A - 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템，배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법 그리고 상기 전력 교환 시스템의 애플리케이션 - Google Patents

배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템，배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법 그리고 상기 전력 교환 시스템의 애플리케이션 Download PDF

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얀 티스테드
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템，배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법 그리고 상기 전력 교환 시스템의 애플리케이션
본 발명은 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템을 제공한다. 교환 시스템은 : 상기 전기 그리드의 교류를 상기 배터리를 충전하기 위한 직류로 변환하기 위한 정류기 유닛; 상기 전기 그리드의 전기 파라미터를 측정하기 위한 그리드 측정 디바이스; 및 상기 전기 그리드의 상기 전기 파라미터의 함수로서 상기 배터리를 충전하기 위한 직류를 조절하기 위한 제어기 유닛을 포함한다. 또한, 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법과, 전력 교환 시스템의 애플리케이션이 제공된다.

Description

배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템，배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법 그리고 상기 전력 교환 시스템의 애플리케이션{POWER INTERCHANGE SYSTEM FOR INTERCHANGING ELECTRIC ENERGY BETWEEN A BATTERY AND AN ELECTRIC GRID，METHOD FOR INTERCHANGING ELECTRIC ENERGY BETWEEN A BATTERY AND AN ELECTRIC GRID AND APPLICATION OF THE POWER INTERCHANGE SYSTEM}
본 발명은 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템，배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법 그리고 상기 전력 교환 시스템의 애플리케이션에 관한 것이다.
예컨대, 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템은 전기 자동차들을 위한 배터리 충전기이다.
전기 자동차들을 위한 자동차 배터리 충전기는 일반적으로 단상 또는 3상 그리드 트랜스포머, 교류를 상기 배터리를 충전하기 위한 직류로 변환하기 위한 정류기 유닛 그리고 상기 배터리를 충전하기 위한 직류를 제어하기 위한 전자 제어부를 포함한다.
본 발명의 목적은 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 고효율의 신뢰성 있는 전력 교환 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 고효율의 매우 신뢰성 있는 방법의 제공이다.
이들 목적들은 청구항들에서 특정되는 발명들에 의해 달성된다.
본 발명의 근본 아이디어는 충전 전류를 제공하는 전기 그리드의 전기 상태의 함수로서 배터리의 충전 전류의 제어이다.
본 발명은 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템을 제공한다. 교환 시스템은 : 전기 그리드의 교류를 상기 배터리를 충전하기 위한 직류로 변환하기 위한 정류기 유닛; 상기 전기 그리드의 전기 파라미터를 측정하기 위한 그리드 측정 디바이스; 및 상기 전기 그리드의 상기 전기 파라미터의 함수로서 상기 배터리를 충전하기 위한 직류를 조절하기 위한 제어기 유닛을 포함한다.
부가하여, 본 발명은 상기 전력 교환 시스템을 동작시킴으로써, 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 : a) 전력 교환 시스템, 배터리, 전기 그리드를 제공하는 단계 ― 상기 배터리 및 상기 전기 그리드는, 전기 에너지가 상기 배터리 및 상기 전기 그리드 사이에서 교환될 수 있도록 상호연결됨 ―; b) 상기 전력 교환 시스템의 그리드 측정 디바이스에 의해 상기 전기 그리드의 전기 파라미터를 측정하는 단계; c) 상기 전력 교환 시스템의 제어기 유닛에 의해 상기 전기 그리드의 파라미터의 함수로서 상기 배터리를 충전하기 위한 직류를 조절하는 단계; d) 상기 전기 그리드의 교류를 상기 배터리를 충전하기 위한 직류로 변환하는 단계; 및 e) 상기 직류에 의해 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
게다가, 배터리를 충전하기 위한 전력 교환 시스템의 애플리케이션이 기재된다. 모든 종류의 재충전될 수 있는 배터리들이 가능하다. 바람직하게는, 배터리는 차량용 배터리, 플로우 배터리 및 전기화학 배터리로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 상기 전력 교환 시스템의 도움으로, 이러한 종류들의 배터리들이 충전될 수 있다.
전기 그리드의 전기 파라미터의 측정은 배터리를 충전하기 이전에 실행될 수 있다. 그러나, 동시적인 측정 및 충전이 선호된다. 동시적인 측정 및 충전은, 충전하는 동안에 측정이 이루어진다는 것을 의미한다. 이는, 충전 전류가 전기 그리드의 상태의 변화들에 맞추어 즉시 조절될 수 있다는 장점을 갖는다. 이는, 역시, 조절 및 변환에 관련된다. 그러므로, 바람직한 실시예에서, 측정, 조절, 변환 및/또는 충전이 동시에 실행된다. 그리드의 적어도 한 종류의 전기 파라미터가 결정된다. 그리드의 둘 이상의 전기 파라미터들이 역시 검출될 수 있다. 전기 파라미터 또는 전기 파라미터들에 기반하여, 배터리의 충전이 수행된다. 전기 그리드의 전기 파라미터는 전기 그리드의 전류, 전압 및 주파수로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제어기 유닛은, 배터리를 충전하거나 방전하기 위해 미리정의된(미리결정된) 직류가 전기 파라미터의 함수로써 제공되도록 구성된다. 예컨대, 전기 파라미터는 전기 그리드의 전압이다. 제어기 유닛은 전기 그리드의 전압이 강하하는 경우에 미리정의된 응답(배터리를 충전하기 위한 직류의 미리정의된 조절)을 제공하도록 구성된다.
바람직하게도, 제어기 유닛은, 전기 그리드 내부의 로컬 전력 그리드 교란이 검출될 수 있거나 및/또는 전력 그리드 지원이 제공될 수 있도록 구성된다. 상기 교란은 복구될 수 있다. 대안적으로, 배터리의 충전의 조절이 달성된다.
전력 교환 시스템은 주 전류 회로를 포함하고, 상기 주 전류 회로는 단상 회로, 2상 회로 및 3상 회로로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 상기 주회로는 전력 교환 시스템의 주요한 일부분이다.
부가적인 바람직한 실시예에서, 전력 교환 시스템은 전기 그리드에 교류를 공급하기 위해 배터리의 직류를 교류로 변환하기 위한 인버터 유닛을 포함한다. 배터리로부터 나온 직류는 인버팅되어 전기 그리드에 전송될 수 있다. 배터리의 방전이 이루어진다. 배터리는 전기 그리드에 대한 전원의 기능을 갖는다.
측정 및/또는 조절은 와이어-바운드(wire-bound) 통신에 의해 실행될 수 있다. 바람직하게도, 전기 그리드 운영자 및 제어기 유닛 사이에서 무선 통신이 실행된다. 그러므로, 추가적인 바람직한 실시예에서, 전력 교환 시스템은 원격 위치, 예컨대 그리드 운영자 제어 센터로부터 모니터링 및/또는 제어될 수 있다.
단 하나의 교환 시스템이 존재할 수 있다. 교환되는 전기 전력의 양에 관하여, 동시에 동작될 수 있는 다수의 설명된 전력 교환 시스템들이 유리하다. 그러므로, 본 발명의 부가적인 측면에 관하여, 전력 교환 시스템들 중 적어도 두 개의 어레인지먼트가 제공되며, 여기서 전력 교환 시스템들은 동시에 동작될 수 있다.
결합된 자동차 배터리 충전기 및 그리드 인버터는 일반적으로 단상 또는 3상 그리드 트랜스포머, 4상한 구동 능력(four quadrant operation capability)을 갖는 전력 전기 디바이스를 포함하고, 상기 전력 전기 디바이스는 자동차 배터리 및 전력 그리드 사이에 유효(active) 전력 임포트/익스포트(import/export) 및 무효(reactive) 전력 임포트/익스포트를 포함한다. 결합된 자동차 배터리 충전기 및 그리드 인버터는 또한 자동차 배터리의 충전 및 방전의 전자적 제어부를 포함한다.
미래에, 전력 그리드의 전체 구조 및 제어가 변화될 것 같다. 큰 동기 발전기들을 갖는 중앙 발전소들에 기반한 발전 용량(generation capacity)의 상당한 양이 풍력, 파력, 태양열 발전 및 바이오매스에 기반한 작은 발전 유닛들과 같은 분산된 발전 유닛들로 교체될 것 같다. 그리드 상에서의 주파수 밸런스(frequency balance) 및 전압 제어는 종래에, 안정적인 전력 주파수 및 전압을 보장하기 위해 제어 시스템들과 함께 설치(fitting)되었던 상기 큰 중앙 발전 유닛들에 의해 수행되었다.
종래에, 중앙 발전소들은 석탄, 가스 또는 석유와 같은 화석 연료에 기반했다. 화석 연료의 이용 가능한 소스들이 제한되고 전력 생산에 기반한 화석 연료로부터의 CO2의 방출이 세계 기후에 관한 영향에 대하여 심각한 우려를 갖기 때문에, 더욱 지속가능한 전력 발전 시스템들이 미래에 유틸리티 그리드 시스템들에 연결될 것이다. 전력 발전 시스템들에서의 이러한 변화는 전체 전력 그리드가 밸런싱 된 상태로(in balance) 유지되는 방식을 다시 생각하게 할 것이다.
소위 "스마트 그리드" 솔루션들이 많은 분산된 재생 가능한 에너지 발전 유닛들이 커다란 중앙 유닛들로 교체될 때 유틸리티 그리드 상에서의 유효 및 무효 전력 밸런스를 보장하는 방식으로 개발되고 있다.
스마트 그리드에서는, 발전 유닛들 뿐만 아니라 어떤 전력 소비자들도 전력 그리드 상에서의 밸런스를 유지시키기 위해 동작할 것이다. 게다가, 전력 발전이 전력 소비를 초과할 때 에너지를 저장하기 위하여, 그리고 전력 소비가 전력 발전을 초과할 때 에너지를 방출하기 위하여, 전기 에너지 저장 용량이 매우 중요하다.
스마트 그리드에서는, 발전 유닛들 및 전기 소비 유닛들 중 적어도 일부 양쪽 모두가 전력 그리드를 안정성 있게 그리고 밸런싱 된 상태로 유지시키는데 참여할 것이다. 발전 유닛들에 대한 가장 중요한 특징들은 주파수 제어, 전압 또는 무효 전력 제어 그리고 짧은 전압 딥(dip)들 동안에도 그리드에 연결된 상태로 계속 있는 능력(결함 라이드 스루 능력(fault ride through capability))이다.
스마트 전력 발전 유닛들 및 전력 소비 유닛들 이외에 어드밴스드 스마트 그리드 솔루션에서의 매우 중요한 엘리먼트는 에너지 저장 유닛들이다. 여기서, 예컨대 20-50kWh에서 자신의 큰 배터리를 갖는 전기 자동차가 매우 관심이 있다. 전기 자동차는 자신의 우수한 효율성, 무배출(zero emission) 및 재생 가능한 에너지원들의 가능한 사용 때문에 더욱 더 인기를 얻을 것 같다.
대부분의 자동차들은 하루에 몇 시간만 이용되고, 전기 자동차는 사용되지 않을 때 배터리 충전기를 통해 전력 그리드에 종종 연결될 수 있다. 낮 동안에 예컨대 소유주들의 직장에서 충전 설비들에 접근할 수 없다면, 적어도, 자동차는 밤 동안에 연결될 수 있다. 그러나, 매우 많은 개수의 자동차 배터리들의 충전이 그리드 상에서의 발전/부하 상황에 관련하여 조정된다는 것이 매우 중요하다.
특히, 하루가 끝날 때, 배터리는 배터리 충전기에 연결될 수 있고, 단지 요구사항은 종종, 배터리가 그 다음 날 아침의 특정 시간에 완전하게 또는 부분적으로(정의된 레벨까지) 충전된다는 것이다. 상이한 방법들을 통해, 적어도 전력 그리드 상에서의 일반적인 부하가 낮은 시간에 충전이 이루어지는 것이 보장될 수 있다.
그러나, 어드밴스드 스마트 그리드 솔루션으로서, 더욱 진보된 제어 방법들이 전력 그리드 및 전기 자동차 배터리들 사이의 상호작용의 제어를 위해 요구될 것이다. 전력 그리드 운영자에 의한 배터리 충전기들의 데이터 통신 및 제어는 옵션이며, 상기 옵션은 배터리가 자동차 소유주에 의해 선택된 시간에 충전되는 한, 전력 그리드 운영자가 배터리 충전 시간을 제어할 수 있도록 할 것이다.
전력 그리드 운영자로의 데이터 통신 및 제어 링크와 함께, 자동차 배터리의 충전 및 방전의 전자적 제어부를 포함하는 결합된 자동차 배터리 충전기 및 그리드 인버터의 사용은, 이러한 장비를 갖는 많은 개수의 전기 자동차들이 전력 그리드에 연결될 때 스마트 그리드 상에서 전력 그리드 밸런스를 유지시키기 위한 많은 새로운 기회들을 제공할 수 있다. 자동차 배터리 충전기는 그리드를 스마트하고 경제적인 방식으로 밸런싱하는데 핵심 엘리먼트가 될 수 있다. 비교적 많은 개수의 이러한 어드밴스드 배터리 충전기들 및 전기 차량들은 매우 매력적인 에너지 저장 설비를 전력 그리드에 부가할 것이다.
전기 그리드에 관련된 가역(reversible) 에너지 저장 설비로서 배터리 충전기들 및 전기 자동차 배터리들의 사용은, 다양한 문서들에서 이미 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 자동차 배터리 충전 시스템들의 연결된 용량이 총 그리드 용량과 비교하여 잠재적으로 중요할 수 있으므로, 상기 자동차 배터리 충전 시스템들의 전체적인 그리드 성능에 대하여 중요성을 가질 수 있는 더욱 특정한 특징들에 관한 것이다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들은 도면을 참조하여 예시적인 실시예들의 설명으로부터 생성된다.
도 1은 전력 교환 시스템의 예를 나타낸다.
본 발명의 예시적인 실시예는 단상 또는 3상 그리드 트랜스포머, AC 그리드 전류의 DC 전류로의 변환을 위한 전력 전자 디바이스를 포함한다. 전류 흐름이 가역적이며, 이는 배터리를 충전하기 위해 유효 전력이 그리드로부터 소비될 때 전력 전자 디바이스가 정류기로서 동작할 수 있다는 것을 의미한다. 대안적으로, 전자 전력 디바이스는, 배터리를 방전함으로써 유효 전력이 방출되고 AC 전류로 인버팅되고 그리드에 피딩(feeding)될 때 인버터로서 동작할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 또한 자동차 배터리의 충전 및 방전의 제어를 위한 전자 제어 디바이스와, 전력 전자 디바이스의 그리드 측에서 전류 및 전압 상에서의 위상각 제어를 위한 전자 제어 디바이스를 포함한다. 위상각 제어는 시스템의 소위 4상한 구동을 허용하도록 전력 흐름의 양방향들에서 동작할 수 있다.
그리드 측정 디바이스는 전력 전자 디바이스 및 그리드 사이에서 전류, 전압, 주파수 및 위상각을 측정한다. 공칭(nominal) 주파수로부터 전력 그리드 주파수의 변화에 대한 응답으로서, 상기 유닛은 종래의 발전소들 상의 주파수 조속기(frequency governor)들과 유사한 주파수 편차를 상쇄하는데 기여하기 위하여 실제 유효 전력 흐름을 변조할 수 있다.
미리정의된 타겟 전압으로부터의 편차에 대한 응답으로서, 상기 유닛은 로컬 전압의 유지를 위한 전압 제어에 기여하기 위하여 실제 무효 전력을 변조할 수 있다. 대안적으로, 상기 유닛은 특정한 역률(power factor)에서 또는 특정한 무효 전력 교환을 이용하여 동작하도록 셋업될 수 있다.
상기 유닛이 인버터 모드에서 동작중일 때, 제어 디바이스는 전력 그리드 전압에서의 짧은 딥 동안에 예컨대 3초까지 동작을 유지하도록 셋업될 수 있다. 이러한 소위 결함 라이드 스루 능력은 종종, 전력 그리드에서의 결함 제거 이후에 시스템 밸런스를 유지하기 위하여 더 큰 발전 시스템들에 의해 요구된다.
상기 유닛의 데이터의 교환 및 원격 제어를 위한 데이터 통신 링크가 포함될 수 있다.
일반적으로 도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예는, 유틸리티 전력 그리드(1)로부터 전기 재충전 가능한 DC 배터리(7)로 전기 전력을 공급하도록 동작되는 적어도 하나의 전력 전자 유닛 또는 전력 컨버터 유닛(5)을 포함하는 배터리 충전 시스템 형태의 전력 교환 시스템을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 전자 유닛 또는 전력 컨버터 유닛(5)은 또한 전기 배터리(7)로부터 유틸리티 전력 그리드(1)로 반전된(reverse) 된 전력 흐름으로 전기 전력을 공급하도록 동작된다. 전력 컨버터 유닛(5)은 AC-AC 전압 변환을 위한 전력 트랜스포머(3)를 이용하여 전력 그리드(1)에 인터페이싱될 수 있다.
전력 컨버터 및 그리드 사이에서 교환되는 전류 및 전력을 측정하기 위하여, 그리드 측정 디바이스(11)가 가역적인 전력 컨버터(5) 및 그리드(1) 사이에서 연결된다. 그리드 측정 디바이스(11)는 또한 전압, 주파수 그리고 전류 및 전압 사이의 위상각을 측정할 수 있다. 그리드 측정 디바이스의 출력(20)은 전력 컨버터(5) 및 전력 그리드(1) 사이에서 유효 및 무효 전력 흐름을 조절하기 위해 배열되는 그리드 응답 제어기(21)에 연결된다. 그리드 응답 제어기(21)는 본 발명의 일 실시예에서 가역적인 배터리 충전기를 위한 내부 제어기 그리고 예컨대 내부 유닛 제어기 등등의 통합된 일부이다. 다른 실시예에서, 제어기는 그리드 응답 제어기 및 배터리 충전기 유닛 사이의 통신의 수단을 이용하는 외부 그리드 응답 제어기이다. 배터리 충전기 유닛은 그리드 측정 디바이스의 출력(20)의 함수로서 유효 및 무효 전류와 유효 및 무효 전력을 전력 그리드(1)에 제공하고, 이러한 방식으로 임밸런스(imbalance)의 경우에 그리드 주파수 및 전압의 안정화에 기여하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 전력 컨버터(5) 및 배터리(7) 사이에서 배터리(7) 전압 및 전류를 측정하기 위하여, 배터리 측정 디바이스(14)가 가역적인 전력 컨버터(5) 및 전기 배터리(7) 사이에서 연결된다. 배터리 측정 디바이스의 출력(25)은 배터리 충전/방전 제어기(26)에 연결되고, 상기 배터리 충전/방전 제어기(26)는 배터리(7) 충전 및 방전 전류의 제어를 위해 배열된다.
배터리 충전/방전 제어기(26)는, 배터리(7)가 과전압 및 부족 전압(under voltage)이 되는 것을 방지하기 위하여, 배터리(7) 충전 및 방전이 배터리(7) 전압의 함수로서 제한된다는 것을 보장할 것이다.
전력 컨버터 제어기(23)는 전력 전자 유닛(5)에 송신되는 유효 및 무효 전류 또는 전력 기준 세트 포인트들(12)을 통해 전력 전자 유닛(5)의 유효 및 무효 전력 흐름과 방향을 제어하는 것이다.
본 발명의 실시예에서, 배터리 충전/방전 제어기(26)의 출력(24)은 전력 컨버터 제어기(23)에 연결된다. 배터리 충전/방전 제어기(26)는 배터리 측정 디바이스(14)를 통해 충전 모드에서 및/또는 방전 모드에서 배터리(7) 상태를 모니터링하는 것이다. 배터리(7) 충전/방전 제어기(26)의 목적은 충전 및/또는 방전 한계치, 즉 배터리(7)의 상태에 따라 컨버터 제어기(23)에 대한 기준 세트 포인트 감소를 제공하는 것이다. 이러한 제어 특징은 배터리(7)가 과충전되거나 및/또는 특정한 레벨 미만으로 방전되는 것을 방지할 것이다.
본 발명의 실시예에서, 그리드 측정 디바이스(11)에 연결된 그리드 응답 제어기(21)는 그리드 측정 디바이스(11)를 통해 그리드 파라미터들을 모니터링하고, 특히 프리세팅 된 또는 공칭 값들로부터 전력 그리드(1) 상에서 전압 및 주파수에서의 편차들에 반응하도록 셋업된다.
상기 공칭 또는 프리셋팅 된 주파수로부터 전력 그리드(1) 주파수의 변화에 대한 응답으로서, 그리드 응답 제어기(21)는, 종래 발전소들 상의 주파수 조속기들과 유사하게 주파수 편차를 상쇄하는데 기여하기 위하여, 예컨대 델타 전력 기준을 출력(22)을 통해 전력 컨버터 제어기(23)에 송신함으로써, 실제 유효 전력 흐름을 변조할 수 있다.
전력 그리드(1) 전압 상에서 미리정의된 타겟 전압으로부터의 편차에 대한 응답으로, 그리드 응답 제어기(21)는 전력 그리드(1) 전압의 유지를 위한 전압 제어에 기여하기 위하여, 예컨대 델타 전압 또는 무효 전류 또는 전력 기준을 출력(22)을 통해 전력 컨버터 제어기(23)에 송신함으로써, 실제 무효 전력을 변조할 수 있다.
대안적으로, 그리드 응답 제어기(21)는, 예컨대 델타 전압 또는 무효 전류 또는 전력 기준을 출력(22)을 통해 전력 컨버터 제어기(23)에 송신함으로써, 특정한 역률 또는 특정한 무효 전력 교환을 제어하도록 셋업될 수 있다.
배터리 충전 유닛이 인버터 모드에서 동작중일 때, 상기 배터리 충전 유닛은 발전 유닛으로서 전력 그리드 상에서 동작한다. 인버터 모드에서, 그리드 응답 제어기(21)는 전력 그리드(1) 전압의 짧은 딥 동안에 예컨대 3초까지 동작을 유지하도록 셋업될 수 있다. 이 모드에서, 그리드 응답 제어기(21)는 출력(22)을 통해 유효 및/또는 무효 전류 또는 전력 기준 세트 포인트들을 전력 컨버터 제어기(23)에 송신할 수 있다. 그리드 응답 제어기(21)는, 예를 들어 특정한 임계치 레벨 미만으로의 전력 그리드(1) 전압의 딥들 동안에 전력 그리드(1) 전압 및 유효 및/또는 무효 전류 사이의 관계 또는 전력 전자 유닛(5) 및 그리드(1) 사이의 전력 흐름에 대하여 미리정의된 룩업 테이블에 의해, 그리드 측정 디바이스(11)에 의해 연속적으로 측정되는 전력 그리드(1) 전압의 함수로서, 전압 딥 동안에 상기 유효 및/또는 무효 전류 또는 전력 기준 세트 포인트들을 계산한다. 이러한 소위 결함 라이드 스루 능력은, 전력 그리드에서의 결함 제거 이후 시스템 밸런스를 유지하기 위하여, 더 큰 발전 시스템들에 의해 종종 요구된다.
본 발명의 실시예에서, 배터리(7) 충전 유닛의 원격 모니터링 및 제어를 위한 데이터 통신 링크(30)가 전력 컨버터 제어기(23)에 연결된다. 데이터 통신 링크는 전화, 인터넷 또는 배터리 충전 유닛 및 원격 제어 센터(31), 예컨대 전력 그리드 운영자 사이의 통신을 위한 다른 타입들의 통신 시스템들을 사용할 수 있다. 데이터 통신 링크(30)는 원격 제어 센터(31)를 위해 이용 가능한 배터리(7) 충전 유닛에 관한 특정한 정보를 생성할 수 있다. 배터리(7) 충전 유닛으로부터 원격 제어 센터(31)로의 데이터 정보의 예는 :
- 최대 충전 전력 [㎾];
- 최대 방전 전력 [㎾];
- 최대 충전 용량 [㎾h];
- 실제 충전 레벨 [0-100%];
- 충전 완료를 위한 시간 및 날짜 [시간 및 날짜];
- 충전이 어느 충전 레벨에서 완료될 것인가? [0-100%];
- 주파수 응답 셋팅들 (데드 밴드(dead band), 드룹(droop) 등);
- 전압/무효 전력 제어 셋팅들 (타겟, 데드 밴드, 드룹 등)이다.
데이터 통신 링크(30)는 또한 원격 제어 센터(31)에 의해 원격 제어를 용이하게 할 수 있다. 원격 제어 센터(31)로부터 배터리(7) 충전 유닛으로의 제어 커맨드들의 예는 :
- 원격 제어 인에이블(enable)/디스에이블(disable);
- 충전 전력 기준 [㎾];
- 방전 전력 기준 [㎾];
- 주파수 응답 셋팅들 (데드 밴드, 드룹, 등);
- 전압/무효 전력 제어 셋팅들 (타겟, 데드 밴드, 드룹 등)이다.
원격 제어 센터(31), 예컨대 전력 그리드 운영자를 위해 데이터 통신 링크(30)에 의해 이용 가능한 데이터 정보에 기반하여, 원격 제어 센터(31)는 특정한 한계치들 내에서, 주로 충전을 완료하기 위하여 특정된 시간 및 날짜 내에서 전력 그리드(1) 밸런싱에의 참여를 위해 배터리(7) 충전 유닛을 사용할 수 있다.
원격 제어 센터(31)에 의한 원격 모니터링 및 제어를 위한 데이터 통신 링크(30)는 원격 제어 센터(31)에 의한 수동 또는 자동 모니터링 및 제어를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 원격 제어 센터(31), 예컨대 전력 그리드 운영자는 적당한 전력 그리드(1) 응답 셋팅들이 활성화된다는 것을 보장하기 위하여 배터리(7) 충전 유닛의 전압/무효 전력 제어 셋팅들 및/또는 주파수 응답 셋팅들을 모니터링하고 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 전력 컨버터 제어기(23)는 전력 전자 유닛(5), 배터리(7) 충전/방전 제어기(26), 그리드 응답 제어기(21) 및 데이터 통신 링크(30)에 연결된다. 전력 컨버터 제어기(23)는 전력 전자 유닛(5)에 대한 유효 및 무효 전류 또는 전력 기준 세트 포인트들을 계산한다. 배터리(7) 충전/방전 제어기(26), 그리드 응답 제어기(21) 및 데이터 통신 링크(30)로부터의 입력들은 본 발명의 바람직한 실시예에서, 그리드 응답 제어기(21)에 의해 요청된 바와 같이 전력 그리드(1) 교란 응답을 제공하고 배터리 충전/방전 제어기(26)에 의해 요청된 바와 같이 배터리(7)의 보호를 제공하고 원격 제어 센터(31)에 의해 요청된 바와 같이 배터리(7) 충전/방전을 제어하기 위하여, 우선순위의 순서로 전력 컨버터 제어기(23)에 의해 프로세싱될 수 있다. 우선순위의 순서는 상이한 방식들로 셋업될 수 있으나 통상적인 순서는 :
1. 전력 그리드(1) 교란 응답의 제공;
2. 배터리(7)의 보호;
3. 운영자에 의해 요청된 바와 같이 배터리(7) 충전/방전을 실행하는 것일 수 있다.

Claims (13)

  1. 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 전력 교환 시스템으로서,
    상기 전기 그리드의 교류를 상기 배터리를 충전하기 위한 직류로 변환하기 위한 정류기 유닛;
    상기 전기 그리드의 전기 파라미터를 측정하기 위한 그리드 측정 디바이스; 및
    상기 전기 그리드의 상기 전기 파라미터의 함수로서 상기 배터리를 충전하기 위한 직류를 조절하기 위한 제어기 유닛
    을 포함하는,
    전력 교환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 그리드의 상기 파라미터는 상기 전기 그리드의 전류, 전압 및 주파수로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    전력 교환 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기 유닛은, 상기 배터리를 충전하거나 방전하기 위한 미리정의된 직류가 상기 전기 파라미터의 함수로서 제공되도록 구성되는,
    전력 교환 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기 유닛은, 상기 전기 그리드 내부의 로컬 전력 그리드 교란이 검출될 수 있고 및/또는 전력 그리드 지원이 제공될 수 있도록 구성되는,
    전력 교환 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 교환 시스템은 주 전류 회로를 포함하고, 상기 주 전류 회로는 단상 회로, 2상 회로 및 3상 회로로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    전력 교환 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 교환 시스템은 상기 전기 그리드에 교류를 공급하기 위해 상기 배터리의 직류를 교류로 변환하기 위한 인버터 유닛을 포함하는,
    전력 교환 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그리드 측정 디바이스 및/또는 상기 제어기 유닛은 상기 전기 그리드로부터 및/또는 상기 배터리로부터 물리적으로 분리되는,
    전력 교환 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 교환 시스템은 원격 위치로부터 모니터링 및/또는 제어될 수 있는,
    전력 교환 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전력 교환 시스템들 중 적어도 두 개의 어레인지먼트로서,
    상기 전력 교환 시스템들은 동시에 동작될 수 있는,
    어레인지먼트.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전력 교환 시스템을 동작시킴으로써 배터리 및 전기 그리드 사이에서 전기 에너지를 교환하기 위한 방법으로서,
    a) 상기 전력 교환 시스템, 상기 배터리 및 전기 그리드를 제공하는 단계 ― 상기 배터리 및 상기 전기 그리드는, 전기 에너지가 상기 배터리 및 상기 전기 그리드 사이에서 교환될 수 있도록 상호연결됨 ―;
    b) 상기 전력 교환 시스템의 상기 그리드 측정 디바이스에 의해 상기 전기 그리드의 상기 전기 파라미터를 측정하는 단계;
    c) 상기 전력 교환 시스템의 상기 제어기 유닛에 의해 상기 전기 그리드의 상기 파라미터의 함수로서 상기 배터리를 충전하기 위한 직류를 조절하는 단계;
    d) 상기 전기 그리드의 교류를 상기 배터리를 충전하기 위한 직류로 변환하는 단계; 및
    e) 상기 직류에 의해 상기 배터리를 충전하는 단계
    를 포함하는,
    전기 에너지를 교환하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계, 상기 조절하는 단계, 상기 변환하는 단계 및/또는 상기 충전하는 단계가 동시에 실행되는,
    전기 에너지를 교환하기 위한 방법.
  12. 배터리를 충전하기 위한 전력 교환 시스템의 애플리케이션.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 배터리는 차량(vehicle)용 배터리, 플로우(flow) 배터리 및 전기화학 배터리로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    전력 교환 시스템의 애플리케이션.
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