KR20110132122A - 전력 저장 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

전력 저장 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법으로서, 계통이 부하와 연계되었는지 판단하는 단계와, 발전 시스템에서 전력이 생산되는지 판단하는 단계를 포함하고, 발전 시스템의 전력 생산량, 배터리의 충전상태, 배터리의 충전 전력량, 부하의 전력 소비량, 시간 중 적어도 어느 하나와 판단들의 결과에 따라서 전력 저장 시스템의 복수의 동작 모드 중에서 어느 하나에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법을 제공한다.

Description

전력 저장 시스템 및 그 제어방법{Energy storage system and controlling method of the same}
본 발명은 전력 저장 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 전력 저장 시스템은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명의 실시 예들은 발전 시스템, 부하, 계통, 및 배터리의 상태에 따라서 최적의 방식으로 동작할 수 있는 전력 저장 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 일 측면에 의하면, 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법으로서, 계통이 부하와 연계되었는지 판단하는 단계와, 발전 시스템에서 전력이 생산되는지 판단하는 단계를 포함하고, 발전 시스템의 전력 생산량, 배터리의 충전 상태, 배터리의 충전 전력량, 배터리의 방전 전력량, 부하의 전력 소비량, 시간 중 적어도 어느 하나와 판단들의 결과에 따라서 전력 저장 시스템의 복수의 동작 모드 중에서 어느 하나에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법을 제공한다.
이러한 본 실시 예의 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 연계되어 있으며, 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이상일 때, 발전 시스템의 전력 생산량과 부하의 전력 소비량의 크기를 비교하여 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 연계되어 있으며, 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 미만일 때, 발전 시스템의 전력 생산량과 배터리의 충전 전력량의 크기를 비교하여 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 연계되어 있으며, 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우, 배터리의 충전 상태 및 시간에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 연계되어 있으며, 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우, 배터리의 충전 상태 및 시간에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 연계되어 있으며, 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이상일 때, 시간이 부하에서 최대 전력을 소비하는 구간인지에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 연계되어 있으며, 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 미만일 때, 시간이 부하에서 최대 전력을 소비하는 구간인지 여부 및 배터리의 충전 상태가 만방전 기준치 이하인지 여부에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 단절되어 있으며, 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우, 발전 시스템에서 생산되는 전력량과 부하의 전력 소비량의 크기에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 부하의 전력 소비량보다 클 때, 배터리의 충전 상태에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 부하의 전력 소비량보다 작을 때, 배터리의 충전 상태를 판단하고, 발전 시스템에서 생산되는 전력량의 크기와 배터리의 충전 전력량의 크기를 비교하여 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 부하의 전력 소비량보다 작을 때, 발전 시스템에서 생산되는 전력량과 부하의 최소 전력 소비량의 크기 및 배터리의 충전 상태에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 부하의 최소 전력 소비량보다 작고, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이하인 경우, 직류 링크 전압의 크기에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 단절되어 있으며, 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우, 배터리의 방전 전력량과 부하의 전력 소비량의 크기에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리의 방전 전력량이 부하의 전력 소비량보다 큰 경우, 배터리의 충전 상태에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 단절되어 있으며, 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우, 배터리의 충전 상태에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리의 충전 상태가 만방전 기준치를 초과한 경우, 배터리의 방전 전력량과 부하의 전력 소비량의 크기에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리의 방전 전력량이 부하의 전력 소비량보다 작은 경우, 부하의 최소 전력 소비량의 크기에 따라서 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 다른 측면에 의하면, 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템으로서, 발전 시스템에서 출력되는 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 전력 변환부와, 배터리의 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 제1 방전 모드와 직류 링크 전압을 배터리의 충전 전압으로 변환하는 제1 충전 모드를 포함하는 양방향 컨버터와, 직류 링크 전압을 계통의 교류 전압으로 변환하는 제2 방전 모드와 계통의 교류 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 제2 충전 모드를 포함하는 양방향 인버터와, 발전 시스템, 배터리, 및 부하의 상태에 따라서 전력 변환부, 양방향 컨버터, 및 양방향 인버터의 동작을 결정하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템을 제공한다.
이러한 본 실시 예의 다른 특징에 의하면, 통합 제어기는, 계통이 부하와 연계되었는지 여부, 발전 시스템에서 전력이 생산되는지 여부를 판단하여 전력 변환부, 양방향 컨버터, 및 양방향 인버터의 동작을 결정할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 통합 제어기는, 발전 시스템의 전력 생산량, 배터리의 충전 상태, 배터리의 충전 전력량, 부하의 전력 소비량, 시간 중 적어도 어느 하나에 따라서 전력 변환부, 양방향 컨버터, 및 양방향 인버터의 동작을 결정할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 예들에 의하면, 발전 시스템, 부하, 계통, 및 배터리의 상태에 따라서 최적의 방식으로 전력 저장 시스템이 동작할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 도 8은 도 1의 전력 저장 시스템에서의 다양한 동작 모드를 나타내는 개념도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2), 계통(3)과 연계하여 부하(4)에 전력을 공급한다.
발전 시스템(2)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(2)은 생산한 전력을 전력 저장 시스템(1)에 공급한다. 발전 시스템(2)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있으며, 그 밖에 태양열이나 지열 등을 이용하는 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정에 분산된 전력 저장 시스템(1)에 적용하기에 적합하다. 발전 시스템(2)은 다수의 발전모듈을 병렬로 구비하여 발전모듈별로 전력을 생산함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다.
계통(3)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(3)은 정상 상태인 경우, 전력 저장 시스템(1) 또는 부하(4)로 전력을 공급하고, 전력 저장 시스템(1)으로부터 공급된 전력을 입력받는다. 계통(3)이 비정상 상태인 경우, 계통(3)으로부터 전력 저장 시스템(1) 또는 부하(4)로의 전력 공급은 중단되고, 전력 저장 시스템(1)으로부터 계통(3)으로의 전력 공급 또한 중단된다.
부하(4)는 발전 시스템(2)으로부터 생산된 전력, 배터리(40)에 저장된 전력, 또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로서, 예를 들면 가정, 공장 등일 수 있다.
전력 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 발전한 전력을 배터리(40)에 저장하고, 발전한 전력을 계통(3)으로 보낼 수 있다. 또한 전력 저장 시스템(1)은 배터리(40)에 저장된 전력을 계통(3)으로 전달하거나, 계통(3)에서 공급된 전력을 배터리(40)에 저장할 수 있다. 또한, 전력 저장 시스템(1)은 이상 상황, 예를 들면 계통(3)의 정전 발생 시에는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 동작을 수행하여 부하(4)에 전력을 공급할 수 있고, 계통(3)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(2)이 발전한 전력이나 배터리(40)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)로 공급할 수 있다.
전력 저장 시스템(1)은 전력 변환부(UDC, 10), DC 링크부(20), 양방향 인버터(INV, 30), 배터리(40), 배터리 관리 시스템(Battery Management System: 이하 'BMS'라 한다)(50), 양방향 컨버터(BDC, 60), 제1 스위치(70), 제2 스위치(80), 및 통합 제어기(90)를 포함한다.
전력 변환부(10)는 발전 시스템(2)과 제1 노드(N1) 사이에 연결된다. 전력 변환부(10)는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 제1 노드(N1)로 전달하며, 이때 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환한다. 즉, 전력 변환부(10)가 동작함으로 인하여 발전 시스템(2)에서 생산된 전력이 배터리(40), 계통(3), 부하(4) 등에 공급될 수 있다.
전력 변환부(10)는 발전 시스템(2)의 종류에 따라서 컨버터 또는 정류회로로 구성될 수 있다. 즉, 발전 시스템(2)이 직류의 전력을 발생시키는 경우, 전력 변환부(10)는 직류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 컨버터일 수 있다. 반대로 발전 시스템(2)이 교류의 전력을 발생시키는 경우, 전력 변환부(10)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히, 발전 시스템(2)이 태양광 발전인 경우, 전력 변환부(10)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking, 이하 'MPPT'라 한다) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다.
전력 변환부(10)는 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 동작을 중지하여 컨버터 등에서 소비되는 전력을 최소화시킬 수도 있다.
DC 링크부(20)는 제1 노드(N1)와 양방향 인버터(30) 사이에 연결되어 제1 노드(N1)의 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. 제1 노드(N1)는 발전 시스템(2) 또는 계통(3)의 순시 전압 강하, 부하(4)에서 피크 부하 발생 등으로 인하여 그 전압 레벨이 불안정해질 수 있다. 그러나 제1 노드(N1)의 전압은 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 정상 동작을 위하여 안정화될 필요가 있다. DC 링크부(20)는 제1 노드(N1)의 직류 링크 전압의 레벨 안정화를 위해 구비될 수 있으며, 예를 들면,, 커패시터 등으로 구현될 수 있다. 상기 커패시터는 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층 칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) 등이 사용될 수 있다. 본 실시 예에서는 DC 링크부(20)가 별도로 구비된 예를 도시하였으나, DC 링크부(20)가 양방향 컨버터(60), 양방향 인버터(30), 또는 전력 변환부(10) 내에서 구현되는 실시 예 또한 가능하다.
양방향 인버터(30)는 DC 링크부(20)와 제1 스위치(70) 사이에 연결되는 전력 변환기이다. 양방향 인버터(30)는 방전 모드에서 발전 시스템(2) 또는 배터리(40)로부터 출력된 직류 링크 전압을 계통(3)의 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 반면에, 양방향 인버터(30)는 충전 모드에서 계통(3)의 전력을 배터리(40)에 저장하기 위하여, 계통(3)의 교류 전압을 정류하여 직류 링크 전압으로 변환하여 출력한다. 양방향 인버터(30)는 계통(3)으로 출력되는 교류 전압으로부터 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있으며, 무효 전력 발생을 억제하기 위하여 양방향 인버터(30)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(3)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프PLL(Phase Locked Loop) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 양방향 인버터(30)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 양방향 인버터(30)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력이나 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)나 계통(3)으로 공급할 필요가 없는 경우, 또는 배터리(40)를 충전할 때에 계통(3)의 전력을 필요로 하지 않는 경우 등에는 전력 소비를 최소화하기 위하여 양방향 인버터(30)의 동작을 중지시킬 수도 있다.
배터리(40)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력 또는 계통(3)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(4) 또는 계통(3)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리(40)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어질 수 있으며, 각 배터리 셀은 복수의 베어셀을 포함할 수 있다. 이러한 배터리(40)는 다양한 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있으며, 예를 들어 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등일 수 있다. 배터리(40)는 전력 저장 시스템(1)에서 요구되는 전력 용량, 설계 조건 등에 따라서 그 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 부하(4)의 소비 전력이 큰 경우에는 복수의 배터리(40)를 구비할 수 있으며, 부하(4)의 소비 전력이 작은 경우에는 하나의 배터리(40)만을 구비할 수도 있을 것이다.
한편, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력에 잉여 전력이 존재하거나 계통(3)으로부터 전력을 공급받을 수 있는 경우, 배터리(40)의 충전 상태(SCO: state of charge)에 따라서 충전 여부를 판단하게 된다. 이때, 전력 저장 시스템(1)의 설정에 따라서 배터리(40)를 충전하는 기준은 상이할 수 있다. 예를 들어, UPS 기능에 중점을 두는 경우, 배터리(40)에 가능한 많은 전력이 저장되는 것이 중요하며, 따라서 배터리(40)가 만충전이 되어 있지 않을 경우에는 항상 충전을 하도록 제어할 수 있다. 또는 배터리(40)의 충전 횟수를 줄여서 배터리(40)의 수명을 연장시키는 것에 중점을 두는 경우, 배터리(40)가 만방전 상태가 되기 전에는 가급적 충전 동작을 수행하지 않도록 제어할 수 있다.
BMS(50)는 배터리(40)에 연결되며, 통합 제어기(90)의 제어에 따라 배터리(40)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. BMS(50)는 배터리(40)를 보호하기 위하여, 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, BMS(50)는 배터리(40)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등을 모니터링하고, 관련 정보를 통합 제어기(90)에 전송할 수 있다. 본 실시 예에서는 BMS(50)가 배터리(40)와 분리되어 구비되어 있지만, BMS(50)와 배터리(40)가 일체로 된 배터리 팩으로 구성될 수 있음은 물론이다.
양방향 컨버터(60)는 방전 모드에서 배터리(40)에 저장된 전력을 양방향 인버터(30)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력한다. 반면에, 양방향 컨버터(60)는 충전 모드에서 제1 노드(N1)를 통해서 유입되는 충전 전력을 배터리(40)에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환한다. 여기서, 충전 전력은 예를 들어 발전 시스템(2)에서 생산된 전력 또는 계통(3)으로부터 양방향 인버터(30)를 통하여 공급된 전력이다. 양방향 컨버터(60)는 배터리(40)의 충전 또는 방전이 필요없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화할 수도 있다.
제1 스위치(70) 및 제2 스위치(80)는 양방향 인버터(30)와 제2 노드(N2) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(90)의 제어에 따라서 on/off 동작을 수행하여 발전 시스템(2)과 계통(3) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1 스위치(70)와 제2 스위치(80)는 발전 시스템(2), 계통(3), 및 배터리(40)의 상태에 따라서 on/off가 결정될 수 있다. 예를 들어, 부하(4)에서 요구되는 전력량이 큰 경우, 제1 스위치(70) 및 제2 스위치(80)를 모두 on 상태로 하여 발전 시스템(2), 계통(3)의 전력이 모두 사용될 수 있도록 한다. 물론 발전 시스템(2) 및 계통(3)으로부터의 전력만으로는 부하(4)에서 요구하는 전력량을 충족시키지 못하는 경우에는 배터리(40)에 저장된 전력이 공급될 수도 있다. 반면에, 계통(3)에서 정전이 발생한 경우, 제2 스위치(80)를 off 상태로 하고 제1 스위치(70)를 on 상태로 한다. 이로 인하여 발전 시스템(2) 또는 배터리(40)로부터의 전력을 부하(4)에 공급할 수 있으며, 부하(4)로 공급되는 전력이 계통(3) 측으로 흘러들어가 계통(3)의 전력선 등에서 작업하는 인부가 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.
통합 제어기(90)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리(40), 및 부하(4)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라서 전력 변환부(10), 양방향 인버터(30), BMS(50), 양방향 컨버터(60), 제1 스위치(70) 및 제2 스위치(80)를 제어한다. 통합 제어기(90)가 모니터링 하는 사항은 계통(3)이 부하(4)와 연계되었는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 여부를 포함할 수 있다. 또한 통합 제어기(90)는 발전 시스템(2)의 전력 생산량, 배터리(40)의 충전 상태, 배터리(40)의 충전 전력량, 부하(4)의 전력 소비량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다.
이하, 통합 제어기(90)에 의한 전력 저장 시스템(1)의 다양한 동작 모드에 대하여 살펴본다.
<전력 저장 시스템(1)의 동작 모드>
도 2 내지 도 8은 도 1의 전력 저장 시스템에서의 다양한 동작 모드를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 발전 시스템(2)에서 생산된 전력 중 일부 전력을 사용하여 배터리(40)를 충전하고 나머지 전력을 부하(4)나 계통(3)으로 공급한다. 이를 위하여 전력 변환부(10)는 전력 변환 동작을 수행하여야 한다. 또한 양방향 컨버터(60)는 충전 모드로 동작하며, 양방향 인버터(30)는 방전 모드로 동작한다. 본 동작 모드는 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력량이 매우 큰 경우에 적용될 수 있을 것이다. 또한 배터리(40)가 충전이 필요한 경우에 적용될 수 있을 것이다.
도 2와 같은 경우, 배터리(40)의 충전 상태와 부하(4)의 상태 중에서 어느 부분에 더 가중치를 두느냐에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산된 전력의 분배 방식이 상이할 수 있다.
배터리(40)의 충전 상태에 가중치를 두는 경우, 발전 시스템(2)에서 생산된 전력 중에서 배터리(40)를 충전하는데 필요한 전력만큼을 배터리(40)로 공급하고, 배터리(40)에 공급하고 남는 잉여 전력을 계통(3) 또는 부하(4)로 공급한다. 예를 들어 계통(3)이 부하(4)와 연계되어 있어 부하(4)에 전력을 공급하는데 문제가 없는 경우가 이에 해당할 수 있다. 이때, 부하(4)에서 부족한 전력은 계통(3)으로부터 공급될 수 있다.
반면에 부하(4)의 상태에 가중치를 두는 경우, 발전 시스템(2)에서 생산된 전력 중에서 부하(4)에서 소비하는 전력만큼을 부하(4)로 공급하고, 부하(4)에 공급하고 남는 잉여 전력을 배터리(40)로 공급하여 배터리(40)의 충전에 사용한다. 예를 들어 계통(3)과 부하(4)가 연계되지 않은 경우, 즉 계통(3)으로부터 부하(4)로의 전력 공급이 단절된 경우가 이에 해당할 수 있다.
도 3을 참조하면, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 모두 부하(4)로 공급한다. 이를 위하여 전력 변환부(10)는 전력 변환 동작을 수행하여야 한다. 또한 양방향 컨버터(60)는 동작을 중지하며, 양방향 인버터(30)는 방전 모드로 동작한다. 이때, 발전 시스템(2)에 의하여 생산된 전력만으로 계통(3) 또는 부하(4)에 전력을 공급하므로 전력 변환부(10)는 최대 전력을 생산하기 위한 MPPT 제어 모드로 동작할 수 있을 것이다. 배터리(40)는 충전이 필요한지 여부, 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력량이 부하(4)의 전력 소비량 이상인지 여부 등을 판단하여 본 동작 모드를 적용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력 및 배터리(40)에 저장된 전력을 동시에 계통(3) 또는 부하(4)에 공급한다. 이를 위하여 전력 변환부(10)는 전력 변환 동작을 수행한다. 또한 양방향 인버터(30) 및 양방향 컨버터(60)는 방전 모드로 동작한다. 본 동작 모드는 배터리(40)의 충전 상태가 방전 가능한 경우이며, 부하(4)의 전력 소비량이 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력량보다 큰 경우에 적용될 수 있을 것이다. 발전 시스템(2) 및 배터리(40)에서 공급한 전력으로도 부하(4)의 전력 소비량을 만족시키지 못하는 경우에는 계통(3)의 전력이 부하(4)로 공급될 수도 있을 것이다. 혹은 계통(3)의 전력 공급으로 부하(4)의 전력 소비량을 만족시킬 수 있는 경우라도, 계통(3)에서 공급되는 전력의 단가가 비싼 경우에는 발전 시스템(2) 및 배터리(40)의 전력을 공급하는 것도 가능할 것이다.
도 5를 참조하면, 배터리(40)에 저장된 전력만을 계통(3) 또는 부하(4)로 공급한다. 발전 시스템(2)에서는 전력이 생산되지 않는 경우, 예를 들어 태양광 발전에서 심야시간일 수 있다. 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없으므로, 전력 변환부(10)는 동작을 중지시킨다. 양방향 인버터(30) 및 양방향 컨버터(60)는 방전 모드로 동작한다. 부하(4)가 계통(3)과 연계되지 않았을 경우, 배터리(40)의 방전 전력량이 부하(4)의 전력 소비량 이상이고, 배터리(40)가 방전 가능한 상태일 때 본 동작 모드가 적용될 수 있다. 또는 부하(4)가 계통(3)과 연계되어 있는 경우라도, 부하(4)의 전력 소비량이 피크여서 계통(3)에서 공급되는 전력으로는 부족한 경우에 본 동작 모드가 적용될 수 있다. 혹은 계통(3)의 전력 요금이 비싼 시간이어서, 배터리(40)에 저장되어 있는 전력을 사용하여 전기요금을 줄이고자 하는 경우에도 본 동작 모드가 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 모두 배터리(40)로 공급한다. 이를 위하여 전력 변환부(10)는 전력 변환 동작을 수행한다. 또한 양방향 인버터(30)는 동작을 중지하고, 양방향 컨버터(60)는 충전 모드로 동작한다. 본 동작 모드는 배터리(40)가 더 이상 방전이 불가능한 상태일 때 적용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력 및 계통(3)의 전력을 배터리(40)로 공급하여 배터리(40)를 충전한다. 이를 위하여 전력 변환부(10)는 전력 변환 동작을 수행한다. 또한 양방향 인버터(30) 및 양방향 컨버터(60)는 충전 모드로 동작한다. 본 동작 모드는 계통(3)으로부터 전력을 공급받으므로 계통(3)이 부하(4)와 연계된 경우이어야 하며, 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력량이 배터리(40)의 충전 전력량보다 작은 경우에 적용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 배터리(40)가 계통(3)으로부터 전력을 공급받아 전력을 충전한다. 발전 시스템(2)에서는 전력이 생산되지 않는 경우일 수 있다. 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없으므로, 전력 변환부(10)는 동작을 중지시킨다. 양방향 인버터(30) 및 양방향 컨버터(60)는 충전 모드로 동작한다. 본 동작 모드는 계통(3)으로부터 전력을 공급받으므로 계통(3)이 부하(4)와 연계된 경우이어야 하며, 배터리(40)가 충전 가능한 경우에 적용될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 발전 시스템(2)에서 외부로의 전력 공급 동작이 수행되지 않거나, 배터리(40)의 충전 및 방전 동작이 수행되지 않는 경우에는 전력 저장 시스템(1)은 전력 소비를 최소화하기 위하여 전력 변환부(10), 양방향 인버터(30) 및 양방향 컨버터(60)의 동작을 모두 중지시킨다. 그리나, 발전 시스템(2), 계통(3), 및 부하(4)의 상태를 모니터링 하는 동작을 계속해서 수행한다.
전력 저장 시스템(1)은 상기와 같은 다양한 동작 모드를 구비할 수 있다. 이하에서는 다양한 조건에 따라서 각 동작 모드를 결정하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
<전력 저장 시스템의 제어방법>
[일 실시 예]
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 전력 저장 시스템(1)은 부하(4)가 계통(3)에 연계되어 있는지를 판단한다(S1).
부하(4)가 계통(3)에 연계되어 있는 경우에는 부하(4)로의 전력 공급이 원활하기 때문에 전력 저장 시스템(1)의 제어가 수월할 수 있다. 따라서 전력 저장 시스템(1)을 제어할 때 배터리(40)의 충전 상태에 중점을 둘 수 있다. 즉, UPS 기능에 대비할 수 있다.
그러나 부하(4)가 계통(3)과 연계되지 않은 경우에는 부하(4)의 전력 소비량에 따라서 정전이 발생하거나 다양한 비상상황이 발생할 수 있으며, 이에 대응하기 위한 제어를 하여야 할 것이다. 따라서 전력 저장 시스템(1)을 제어할 때 부하(4)의 전력 소비량에 중점을 둘 수 있다.
통합 제어기(90)는 상기 판단 결과에 따라서 계통 연계시의 동작 모드 또는 계통 비연계시의 동작 모드 중 어느 하나에 따라서 전력 저장 시스템(1)을 제어한다.
도 10은 계통 연계시 동작 모드 A를 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 판단한다(S10). 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는 경우, 배터리(40)의 충전 상태 판단 및 발전 시스템(2)의 전력 생산량과 부하(4)의 전력 소비량의 크기 비교를 수행한다.
구체적으로 배터리(40)의 충전 상태가 0.9 이상인지를 판단한다(S11). 0.9는 배터리(40)가 만충전 상태인 경우를 나타내는 기준치로서, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리(40) 충전 상태가 0.9 이상인 경우에는 발전 시스템(2)이 생산하는 전력량 Ppv와 부하(4)의 전력 소비량 Pl의 크기를 비교한다(S12). Pl이 Ppv보다 큰 경우, 발전 시스템(2)에서 생산된 전력은 모두 부하(4)로 공급한다. 또한 발전 시스템(2)에서 생산된 전력만으로는 부하(4)의 전력 소비량을 충족시키지 못하므로, 부하(4)에는 계통(3)의 전력이 공급될 수도 있으며, 혹은 배터리(40)에 저장된 전력이 추가적으로 공급될 수 있다. 이때, 전력 변환부(10)는 on 상태이며, 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다. 반면에, Pl이 Ppv 이하일 때, 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 모두 부하(4)로 공급한다. 이때, 전력 변환부(10)는 on 상태이며, 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다. 그리고 양방향 컨버터(60)는 동작을 중지시켜 off 상태로 한다.
배터리(40)의 충전 상태가 0.9 미만인 경우에는 양방향 컨버터(60)의 충전 모드를 on 시켜서 배터리(40)를 충전한다. 이때, Ppv가 Pbc보다 큰지를 판단한다(S13). Ppv가 Pbc보다 큰 경우에는 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력에서 배터리(40)를 충전하는데 필요한 전력만큼을 배터리(40)로 공급하고, 잉여 전력은 부하(4)로 공급한다. 전력 변환부(10)는 on 상태로 하며, 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다. 반면에, Ppv가 Pv 이하일 경우에는, 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력만으로 배터리(40)를 충전시킬 수 없다. 따라서 양방향 인버터(30)는 충전 모드를 on 시키고, 계통(3)의 전력을 사용하여 배터리(40)를 충전한다.
한편, S10 단계에서 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되지 않는다고 판단한 경우, 전력 변환부(10)는 off 시킨다. 그리고 배터리(40)의 충전 상태를 판단한다(S14). 배터리(40)가 만충전 되어 있다고 판단한 경우, 현재 시간을 판단한다(S15). 계통(3)에서 공급되는 전력은 시간대에 따라서 요금에 차이가 있다. 예를 들어, 심야 전기의 경우 평소보다 낮은 요금이 부과된다. 즉, S15 단계에서는 계통(3)으로부터 심야 전기를 사용할 수 있는지를 판단하는 것일 수 있다. 계통(3)의 심야 전기를 사용할 수 있는 경우에는 부하(4)가 계통(3)에서 공급되는 전력으로 동작할 수 있으므로 전력 저장 시스템(1)의 동작을 모두 off 시킨다. 그러나, 이미 언급한 바와 같이 통합 제어기(90)에 의한 모니터링 동작은 계속해서 수행된다. 반면에 계통(3)의 심야 전기를 사용할 수 없는 경우에는 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)에 공급하며, 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다.
S14 단계에서 배터리(40)의 충전 상태가 0.9 미만이라고 판단한 경우, 즉 배터리(40)가 만충전 되어 있지 않다고 판단한 경우에는, 계통(3)의 전력을 공급받아 배터리(40)를 충전한다. 즉, 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 충전 모드를 on 시킨다.
도 11은 계통 비연계시 동작 모드 A를 도시한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 판단한다(S20). 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는 경우, 발전 시스템(2)의 전력 생산량 Ppv와 부하(4)의 전력 소비량 Pl의 크기 비교를 수행한다(S21, S22).
Ppv와 Pl의 크기가 같은 경우에는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력만으로 부하(4)의 전력 소비량을 충족시킬 수 있다. 따라서 전력 변환부(10)를 on 시키고, 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시켜 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 부하(4)로 공급한다. 배터리(40)의 전력은 사용되지 않으므로 양방향 컨버터(60)는 off 시킨다.
Ppv가 Pl보다 큰 경우에는 배터리(40)의 충전 상태를 판단한다(S23). 배터리(40)의 충전 상태가 0.9 이상인 경우에는 전력 변환부(10)를 on 시키고, 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시켜 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 부하(4)로 공급한다. 양방향 컨버터(60)는 off 시킨다. 여기서, 부하(4)와 계통(3)은 단절된 상태이며, Ppv가 Pl보다 커서 잉여 전력이 발생한다. 따라서 이때 전력 변환부(10)는 MPPT 제어 동작을 중지시키고, 현재 부하(4)에서 소비하는 전력에 상응하는 만큼의 전력이 발전 시스템(2)에서 생산되도록 전력 생산량을 감소시킬 수 있다. 반면에 배터리(40)의 충전 상태가 0.9 미만인 경우, 배터리(40)의 충전이 필요하므로 전력 변환부(10)는 on 상태로 한다. 또한 양방향 컨버터(60)는 충전 모드를 on 시키고, 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다. 부하(4)에 전력을 공급하는 것이 우선이므로, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력 중 부하(4)의 전력 소비량만큼을 부하(4)로 공급하고, 잉여 전력을 배터리(40)로 공급한다.
Ppv가 Pl보다 작은 경우에는 배터리(40)의 충전 상태가 0.2 이하인지를 판단한다(S24). 0.2는 배터리(40)가 만방전 상태인 경우를 나타내는 기준치로서, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리(40)의 충전 상태가 0.2 이하인 경우, 즉 배터리(40)의 방전이 불가능한 경우에는 발전 시스템(2)의 전력 생산량 Ppv와 배터리(40)의 충전 전력량 Pbc의 크기를 비교한다(S25). 그리고 Ppv가 Pbc보다 클 때에는 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력으로 배터리(40)를 충전한다. 따라서 전력 변환부(10)는 on 시키고, 양방향 컨버터(60)는 충전 모드를 on 시킨다. 양방향 인버터(30)는 off 시킨다. 반면에 Ppv가 Pbc보다 작을 때에는 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력으로 부하(4)로의 공급, 배터리(40) 충전 등을 할 수 없으므로 전력 저장 시스템(1)의 모든 장치를 off 시킨다.
한편, S20 단계에서 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되지 않는다고 판단한 경우, 전력 변환부(10)는 off 시킨다. 그리고 배터리(40)의 방전 전력량 Pbd와 부하(4)의 전력 소비량 Pl을 비교한다(S26, S27). Pbd와 Pl의 크기가 같은 경우, 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)에 공급한다. 따라서 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다.
Pbd가 Pl보다 작은 경우에는 배터리(40)에 저장된 전력의 공급으로 부하(4)의 전력 소비량을 만족시킬 수 없으므로 모든 장치를 off 시킨다.
Pbd가 Pl보다 큰 경우라도 배터리(40)의 충전 상태를 판단하고(S28), 배터리(40)가 만방전 기준치 이하일 경우에는 모든 장치를 off 시킨다. 배터리(40)가 만방전 기준치 이상일 경우에는 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)에 공급한다. 이때 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다.
상기와 같은 방법에 의하여 본 실시 예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2), 부하(4), 계통(3), 및 배터리(40)의 상태에 따라서 최적의 방식으로 동작할 수 있게 된다.
[다른 실시 예]
도 12 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 계통 연계시 동작 모드 B를 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 판단한다(S31). 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는 경우, 배터리(40)의 충전 상태 및 시간을 판단한다.
구체적으로, 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 이상인지를 판단한다(S32). 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 이상인 경우에는 배터리(40)가 만충전 상태가 아니라고 하여도 배터리(40)의 충전을 수행하지 않는다. 이는 배터리(40)의 잦은 충방전을 억제하여 배터리(40)의 수명을 늘리기 위한 것일 수 있다. 이러한 경우, 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 모두 계통(3) 및 부하(4)로 공급한다. 전력 변환부(10)는 on 시키고, 양방향 인버터(30)는 방전 모드를 on 시킨다. 그리고 양방향 컨버터(60)는 off 시킨다.
배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 미만인 경우에는 배터리(40)의 충전을 수행하여야 한다. 이때 시간을 판단하여 심야 전기를 사용할 수 있는 시간이 근접하였는지를 판단한다(S33). 심야 전기를 사용할 수 있는 시간이 근접한 경우, 예를 들어 30분 후부터 심야 전기를 사용할 수 있는 경우에는 모든 장치를 off 시키고 심야 전기를 사용할 수 있는 시간이 될 때까지 대기한다. 반면에, 심야 전기를 사용하기 위하여 대기하여야 할 시간이 긴 경우에는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 공급받아 배터리(40)를 충전한다. 이때 전력 변환부(10)는 on 시키고, 양방향 컨버터(60)는 충전 모드를 on 시킨다. 또한 양방향 인버터(30)는 off 시킨다.
한편, S31 단계에서 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되지 않는다고 판단한 경우, 전력 변환부(10)는 off 시킨다. 그리고 배터리(40)의 충전 상태를 판단한다(S34). 배터리(40)가 만충전 기준치 이상일 때 시간을 판단하고, 부하(4)에서 피크 수요가 있는 시간인지, 즉 부하(4)에서 최대 전력을 소비하는 구간인지를 판단한다(S35). 피크 수요가 있는 시간이 아닌 경우에는 계통(3)에서 공급하는 전력으로 부하(4)의 전력 소비량을 충족시킬 수 있다고 판단하여 전력 저장 시스템(1)의 모든 장치는 off 시킨다. 반면에 피크 수요가 있는 시간인 경우에는 계통(3)에서 공급하는 전력만으로는 부하(4)의 전력 소비량을 충족시킬 수 없을 수 있다. 따라서 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)에 공급하며, 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다.
S34 단계에서 배터리(40)의 충전 상태가 만충전 기준치 미만이라고 판단한 경우에도 시간을 판단하고, 부하(4)에서 피크 수요가 있는 시간인지를 판단한다(S36). 피크 수요가 있는 시간이 아닌 경우, 배터리(40)가 만충전 상태가 아니므로 계통(3)으로부터 전력을 공급받아 배터리(40)를 충전한다. 양방향 인버터(30) 및 양방향 컨버터(60)의 충전 모드를 on 시킨다. 반면에 피크 수요가 있는 시간인 경우에는 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 이하인지를 판단한다(S37). 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 이하인 경우에는 계통(3)으로부터 전력을 공급받을 여유가 없으므로 전력 저장 시스템(1)의 모든 장치를 off 시킨다. 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치보다 큰 경우에는 배터리(40)의 방전이 가능한 것으로 판단한다. 그리고 계통(3)에서 공급하는 전력만으로는 부하(4)의 전력 소비량을 충족시킬 수 없을 수 있으므로, 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)에 공급한다. 이때 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다.
도 13은 계통 비연계시 동작 모드 B를 도시한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 판단한다(S40). 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는 경우, S41 내지 S43 단계 및 그에 의한 전력 저장 시스템(1)의 동작은 도 11의 S21 내지 S23 단계 및 그에 의한 전력 저장 시스템(1)의 동작과 동일하므로 설명을 생략한다.
한편, S42 단계에서 Ppv가 Pl 이하라고 판단한 경우에는 다시 Ppv와 부하(4)의 최소 전력 소비량 Plmin의 크기를 비교한다(S44). Ppv가 Plmin보다 큰 경우에는 최소한의 전력이라도 부하(4)에 공급하기 위하여 발전 시스템(2)에서 생산된 전력을 부하(4)로 공급하며, 이를 위하여 전력 변환부(10)를 on 시키고 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다. 양방향 컨버터(60)는 off 시킨다.
Ppv가 Plmin 이하인 경우에는 배터리(40)의 충전 상태를 판단한다(S45). 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치보다 큰 경우에는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력 및 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)로 공급한다. 전력 변환부(10)는 on 시키고, 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다. 또한 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 이하인 경우에는 직류 링크 전압(Vlink)을 측정하고 기준 전압과 비교한다(S46). 직류 링크 전압(Vlink)은 부하(4)의 전력 소비량이 많은 경우, 부하(4)의 전력 소비량이 급격히 증가한 경우, 또는 전력 저장 시스템(1) 측에서 부하(4)로 충분한 전력을 공급하지 못한 경우 등일 때에는 그 값이 감소될 수 있다. 즉, 직류 링크 전압(Vlink)을 측정하여 발전 시스템(2), 계통(3), 부하(4), 배터리(40) 등의 상태를 예측할 수 있다. 기준 전압은 정상적인 직류 링크 전압(Vlink)보다 작은 값일 수 있다. 예를 들어, 평소 직류 링크 전압(Vlink)이 370V라고 가정하면, 기준 전압은 350V일 수 있다. S46 단계에서 직류 링크 전압(Vlink)이 350V 이하라고 판단한 경우에는 부하(4)로의 전력 공급이 불가능하므로 모든 장치를 off 시킨다. S46 단계에서 직류 링크 전압(Vlink)이 350V보다 크다고 판단한 경우에는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력을 부하(4)로 공급하며, 이를 위하여 전력 변환부(10)를 on 시키고 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다. 양방향 컨버터(60)는 off 시킨다.
한편, S40 단계에서 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되지 않는다고 판단한 경우, 전력 변환부(10)는 off 시킨다. 그리고 배터리(40)의 충전 상태를 판단한다(S47). 배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치 이하인 경우에는 배터리(40)로부터 부하(4)로 전력을 공급할 수 없으므로 전력 저장 시스템(1)의 모든 장치를 off 시킨다.
배터리(40)의 충전 상태가 만방전 기준치보다 큰 경우에는 배터리(40) 방전 전력량 Pbd와 부하(4)의 전력 소비량 Pl과 부하(4)의 최소 전력 소비량 Plmin의 크기를 비교한다(S48, S49). Pbd가 Pl 이상인 경우, 또는 Pbd가 Pl보다 작은 경우라도 Pbd가 부하(4)의 최소 전력 소비량인 Plmin보다 큰 경우에는 배터리(40)에 저장된 전력을 부하(4)에 공급한다. 양방향 컨버터(60) 및 양방향 인버터(30)의 방전 모드를 on 시킨다. Pb가 Plmin보다도 작은 경우에는 배터리(40)에 저장된 전력으로 부하(4)의 전력 소비량을 충족시킬 수 없으므로 전력 저장 시스템(1)의 모든 장치를 off 시킨다.
상기와 같은 방법에 의하여 본 실시 예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2), 부하(4), 계통(3), 및 배터리(40)의 상태에 따라서 최적의 방식으로 동작할 수 있게 된다.
이상에서 언급된 본 실시 예들 및 그 변형 예들에 따른 제어방법을 전력 저장 시스템에서 실행시키기 위한 프로그램은 기록매체에 저장될 수 있다. 여기서 기록매체라 함은 예컨대 프로세서가 읽을 수 있는 매체로서 반도체 기록매체(예컨대, Flash memory), 마그네틱 저장매체(예컨대, 롬(ROM), 하드디스크 등) 등을 사용할 수 있다. 상기 매체는 프로세서, 예컨데 도 1에 도시된 것과 같은 통합 제어기(90)에 의해 판독 가능하며, 상기 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 전력 저장 시스템 2 발전 시스템
3 계통 4 부하
10 전력 변환부 20 DC 링크부
30 양방향 인버터 40 배터리
50 배터리 관리 시스템(BMS) 60 양방향 컨버터
70 제1 스위치 80 제2 스위치
90 통합 제어기

Claims (20)

  1. 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법으로서,
    상기 계통이 상기 부하와 연계되었는지 판단하는 단계; 및
    상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는지 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 발전 시스템의 전력 생산량, 상기 배터리의 충전 상태, 상기 배터리의 충전 전력량, 상기 배터리의 방전 전력량, 상기 부하의 전력 소비량, 시간 중 적어도 어느 하나와 상기 판단들의 결과에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 복수의 동작 모드 중에서 어느 하나에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우,
    상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이상일 때,
    상기 발전 시스템의 전력 생산량과 상기 부하의 전력 소비량의 크기를 비교하여 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우,
    상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 미만일 때,
    상기 발전 시스템의 전력 생산량과 상기 배터리의 충전 전력량의 크기를 비교하여 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우,
    상기 배터리의 충전 상태 및 상기 시간에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우,
    상기 배터리의 충전 상태 및 상기 시간에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우,
    상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이상일 때,
    상기 시간이 상기 부하에서 최대 전력을 소비하는 구간인지에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우,
    상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 미만일 때,
    상기 시간이 상기 부하에서 최대 전력을 소비하는 구간인지 여부 및 상기 배터리의 충전 상태가 만방전 기준치 이하인지 여부에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 단절되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우,
    상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량과 상기 부하의 전력 소비량의 크기에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 상기 부하의 전력 소비량보다 클 때,
    상기 배터리의 충전 상태에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 상기 부하의 전력 소비량보다 작을 때,
    상기 배터리의 충전 상태를 판단하고, 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량의 크기와 상기 배터리의 충전 전력량의 크기를 비교하여 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 상기 부하의 전력 소비량보다 작을 때,
    상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량과 상기 부하의 최소 전력 소비량의 크기 및 상기 배터리의 충전 상태에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 발전 시스템에서 생산되는 전력량이 상기 부하의 최소 전력 소비량보다 작고, 상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이하인 경우,
    직류 링크 전압의 크기에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 단절되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우,
    상기 배터리의 방전 전력량과 상기 부하의 전력 소비량의 크기에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배터리의 방전 전력량이 상기 부하의 전력 소비량보다 큰 경우,
    상기 배터리의 충전 상태에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 계통이 부하와 단절되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우,
    상기 배터리의 충전 상태에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 상태가 만방전 기준치를 초과한 경우,
    상기 배터리의 방전 전력량과 상기 부하의 전력 소비량의 크기에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배터리의 방전 전력량이 상기 부하의 전력 소비량보다 작은 경우,
    상기 부하의 최소 전력 소비량의 크기에 따라서 상기 전력 저장 시스템의 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 제어방법.
  18. 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템으로서,
    상기 발전 시스템에서 출력되는 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 배터리의 출력 전압을 상기 직류 링크 전압으로 변환하는 제1 방전 모드와 상기 직류 링크 전압을 상기 배터리의 충전 전압으로 변환하는 제1 충전 모드를 포함하는 양방향 컨버터;
    상기 직류 링크 전압을 상기 계통의 교류 전압으로 변환하는 제2 방전 모드와 상기 계통의 교류 전압을 상기 직류 링크 전압으로 변환하는 제2 충전 모드를 포함하는 양방향 인버터; 및
    상기 발전 시스템, 상기 배터리, 및 상기 부하의 상태에 따라서 상기 전력 변환부, 상기 양방향 컨버터, 및 상기 양방향 인버터의 동작을 결정하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 통합 제어기는,
    상기 계통이 상기 부하와 연계되었는지 여부, 상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는지 여부를 판단하여 상기 전력 변환부, 상기 양방향 컨버터, 및 상기 양방향 인버터의 동작을 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 통합 제어기는,
    상기 발전 시스템의 전력 생산량, 상기 배터리의 충전 상태, 상기 배터리의 충전 전력량, 상기 부하의 전력 소비량, 시간 중 적어도 어느 하나에 따라서 상기 전력 변환부, 상기 양방향 컨버터, 및 상기 양방향 인버터의 동작을 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
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