KR20120067732A - 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전 시스템으로부터 생성된 전력을 저장하고 전력을 전력 계통으로 공급하는 저장 장치, 및 저장 장치의 출력을 감시하며 출력이 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 이상 범위의 출력을 정상 출력값이 되도록 제어하는 제어기를 포함하는 전력 저장 시스템 과 제어 방법을 제공한다.

Description

전력 저장 시스템 및 그 제어 방법{System for energy storage and control method thereof}
본 발명은 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근에 에너지와 관련하여 자연환경 파괴, 에너지 고갈 등의 문제로 에너지 산업에 대한 관심이 급증하고 있다. 한편, 발전소에서 발전하는 전력은 주로 주간의 산업활동 및 가정활동 등에 사용됨으로 인해 상대적으로 야간 시간대에는 전력이 과잉 상태이고, 이와 같은 야간 전력의 사용을 위해 전력회사에서는 야간전력을 주간전력 보다 훨씬 값싸게 판매하는 등 소비를 촉진하고 있다.
이와 더불어 야간 전력을 저장하여 주간에 사용하거나 태양광, 조력, 풍력 등의 다양한 신 재생 에너지를 저장하여 주간에 사용하기 위한 전력 저장 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
전력 저장 시스템을 안정적으로 사용하기 위하여는 발전 시스템과 전력 계통과 연계하여 전력을 저장하고 사용하는 문제뿐만 아니라, 저장된 전력을 효율적이면서도 안정적으로 공급하기 위한 문제도 중요하게 고려해야 할 요소들 중 하나이다.
본 발명의 일실시예는, 발전 시스템, 전력 계통 및 부하와 연계하여 전력을 저장 및 공급하는 저장 장치의 이상 출력 발생시 이를 제어하는 전력 저장 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 면에 따르면, 발전 시스템으로부터 생성된 전력을 저장하고, 상기 전력을 전력 계통으로 공급하는 저장 장치; 및 상기 저장 장치의 출력을 감시하며, 상기 출력이 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 이상 범위의 출력을 정상 출력값이 되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 전력 저장 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제어기는, 기설정된 정상 출력 범위와 상기 저장 장치의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 저장 장치의 이상 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 상기 저장 장치의 승압 또는 강압에 필요한 제어 신호를 생성하고, 상기 제어기의 제어 신호에 기초하여 상기 저장 장치의 출력을 승압 또는 강압시키는 전력 변환부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 저장 장치의 상태 정보를 획득하여, 상기 상태 정보를 상기 제어기로 전송하는 저장장치 관리모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기 저장 장치는, 기적으로 상호 연결된 복수의 배터리 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어기는, 상기 복수의 배터리 유닛 각각의 상태 정보를 획득하고, 상기 상태 정보에 기초하여 상기 저장 장치의 출력이 이상 범위의 출력인지 판정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 저장 장치는, 복수의 배터리 유닛; 및 상기 배터리 유닛 각각과 전기적으로 연결된 복수의 전력 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어기는, 기설정된 상기 배터리 유닛의 정상 출력 범위와 상기 배터리 유닛의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 배터리 유닛의 각각의 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 승압 또는 강압에 관한 제어 신호를 상기 이상 범위의 출력으로 판정된 배터리 유닛과 전기적으로 연결된 전력 변환부로 전송할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 발전 시스템과 연결될 수 있는 제1 인터페이스; 전력 계통과 연결될 수 있는 제2 인터페이스; 부하와 연결될 수 있는 제3 인터페이스; 상기 발전 시스템과 상기 전력 계통 중 적어도 어느 하나로부터 전력을 저장하고, 저장된 전력을 상기 전력 계통과 상기 부하 중 적어도 어느 하나로 공급하는 저장 장치; 및 상기 저장 장치의 출력을 감시하며, 상기 출력이 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 이상 범위의 출력을 정상 출력값이 되도록 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어기는, 기설정된 정상 출력 범위와 상기 저장 장치의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 출력으로 판정되는 경우에 상기 저장 장치의 이상 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 상기 저장 장치의 출력을 제어하는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어기의 신호에 기초하여 상기 저장 장치의 출력을 승압 또는 강압시키는 전력 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 저장 장치의 상태 정보를 획득하여, 상기 상태 정보를 상기 제어기로 전송하는 저장장치 관리모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 저장 장치는, 전기적으로 상호 연결된 복수의 배터리 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어기는, 상기 복수의 배터리 유닛 각각의 정보를 획득하고, 상기 정보에 기초하여 상기 저장 장치의 출력이 이상 범위의 출력인지 판정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 저장 장치는, 복수의 배터리 유닛; 및 상기 배터리 유닛 각각과 전기적으로 연결된 복수의 전력 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어기는, 기설정된 상기 배터리 유닛의 정상 출력 범위와 상기 배터리 유닛의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 배터리 유닛의 각각의 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 승압 또는 강압에 관한 제어 신호를 생성하여 상기 이상 범위의 출력으로 판정된 배터리 유닛과 전기적으로 연결된 전력 변환부로 전송할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어기는, 상기 발전 시스템이 발전한 전력을 상기 부하, 상기 저장 장치 및 상기 전력 계통 중 적어도 어느 하나에 전달되도록 제어하는 제1 제어부; 상기 전력 계통의 상용 전력을 상기 부하 및 상기 저장 장치 중 적어도 어느 하나에 전달되도록 제어하는 제2 제어부; 상기 저장 장치에 저장된 전력을 상기 부하 및 상기 전력 계통 중 적어도 어느 하나에 전달되도록 제어하는 제3 제어부; 및 상기 저장 장치의 출력이 이상 출력인지 감지하며, 상기 이상 출력의 승압 또는 강압 비율을 결정하는 제4 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 인터페이스와 연결되어 상기 발전 시스템이 발전한 전력을 변환하는 제1 전력 변환부; 상기 제2 인터페이스 및 제3 인터페이스와 연결되어 상기 전력 계통 및 상기 부하로 공급되는 전력을 변환하는 제2 전력 변환부; 및 상기 제1 전력 변환부와 상기 제2 전력 변환부 사이의 노드 및 상기 저장 장치 사이에 연결되고, 상기 저장 장치에 저장된 전력을 변환하여 상기 노드로 출력하는 제3 전력 변환부;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 발전 시스템, 전력 계통과 연계하여 전력의 수급을 조절할 수 있고, 저장된 전력을 공급함에 있어 저장 장치의 이상 출력이 발생하더라도 전력을 안정적이면서 효율적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 전력 저장 시스템을 보다 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3의 저장 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5는 도 3에 도시된 전력 저장 시스템의 전력 및 제어 신호의 흐름도이다.
도 6은 도 3의 실시예예 따른 전력 저장 시스템에서 저장 장치의 출력 및 이를 제어하는 신호의 흐름을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템에서 저장 장치의 출력과 이를 제어하는 신호의 흐름을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 동작으로서, 저장 장치의 방전 모드시 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 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, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(100)의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력 저장 시스템(100)은 전력 관리 시스템(110) 및 저장 장치(120)를 포함하여 구성하며, 발전 시스템(130), 전력 계통(140) 및 부하(150)와 접속된다.
전력 관리 시스템(110)은 발전 시스템(130)이 발전한 전력을 입력 받아 이를 전력 계통(140)에 전달하거나, 저장 장치(120)에 저장하거나, 부하(150)에 공급한다. 발전 전력은 직류 전력 또는 교류 전력일 수 있다.
한편, 전력 관리 시스템(110)은 저장 장치(120)에 저장된 전력을 전력 계통(140)으로 보내거나 전력 계통(140)에서 공급되는 전력을 저장 장치(120)에 저장할 수 있다. 또한, 전력 관리 시스템(110)은 전력 계통(110)이 정전되거나 전기 공사를 하는 등의 위급 상황시에 UPS(Uninterruptible Power Supply) 동작을 수행하여 부하(150)에 전력을 공급할 수 있고, 전력 계통(140)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(130)이 발전한 전력이나 저장 장치(120)에 저장된 전력을 부하(150)로 공급할 수 있다.
전력 관리 시스템(110)은 발전 시스템(130)이 발전한 전력을 저장 장치(120)에 저장하기 위한 전력 변환, 전력 계통(140) 또는 부하(150)로 공급하기 위한 전력 변환, 및 전력 계통(140)의 전력을 저장 장치(120)에 저장하기 위한 전력 변환을 수행한다. 저장 장치(120)에 저장된 전력을 전력 계통(140) 또는 부하(150)로 공급하기 위한 전력 변환 기능도 함께 수행한다. 또한, 저장 장치(120), 전력 계통(140) 및 부하(150)의 상태를 감시하여, 발전 시스템(130)으로부터 발전된 전력 또는 전력 계통(140)으로부터 공급되는 전력을 분배할 수 있다.
한편, 전력 관리 시스템(110)은 저장 장치(120)의 상태를 감시하여 저장 장치(120)의 이상 출력 발생을 제어한다. 저장 장치(120)는 고장, 열화, 수명이 다하는 것과 같은 사유로 비정상적인 출력이 발생할 수 있다. 저장 장치(120)의 비정상적인 출력이 전력 계통(140)이나 부하(150)로 인가되면 시스템의 안정성이 크게 저하되므로 전력 관리 시스템(110)은 저장 장치(120)의 이상 출력 여부를 감시하고 제어한다. 예컨대, 전력 관리 시스템(110)은 저장 장치(120)의 상태를 모니터링하여 이상 출력을 감지하면, 저장 장치(120)의 이상 출력을 승압 또는 강압시켜 정상 출력으로 변환한다. 변환된 정상 출력은 전력 계통(140)이나 부하(150)로 공급된다.
저장 장치(120)는 전력 관리 시스템(110)으로부터 공급된 전력을 저장하는 대용량 저장 장치이다. 여기서 저장 장치(120)가 저장하는 전력은 발전 시스템(130)으로부터 발전된 전력을 변환한 전력이거나, 전력 계통(140)으로부터 공급된 상용 전력을 변환한 전력이다. 저장 장치(120)에 저장된 전력은 전력 관리 시스템(110)의 제어에 따라 전력 계통(140) 또는 부하(150)로 공급된다.
본 실시예에서는, 전력 관리 시스템(110)과 저장 장치(120)를 포함하여 전력 저장 시스템(100)을 구성하였지만, 사용된 용어에 한정하지 않고, 전력 관리 시스템(110)과 저장 장치(120)가 일체형으로 구성된 전력 관리 시스템일 수도 있다.
발전 시스템(130)은 신 재생 에너지, 예를 들면, 태양광, 풍력, 조력 등의 에너지 원을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템인 경우, 태양전지 어레이가 태양광을 전기 에너지로 변환시킨다.
전력 관리 시스템(110) 및 저장 장치(120)를 포함한 전력 저장 시스템(100)의 구체적 구성은 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 저장 시스템(100)의 구체적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력 관리 시스템(110)은 제1 인터페이스(I1)를 통해 발전 시스템(130)과 연결되고, 제2 인터페이스(I2)를 통해 전력 계통(140)과 연결되며, 제3 인터페이스(I3)를 통해 부하(150)와 연결되고, 제4 인터페이스(I4)를 통해 저장 장치(120)와 연결된다. 전력 관리 시스템(110)은 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112), 제3 전력 변환부(113), 제어기(114), BMS(115), 제1 스위치(116), 제2 스위치(117) 및 DC 링크부(118)를 포함한다. 도 2에서, 각각의 구성요소들간 전력 흐름은 실선으로, 제어 신호들은 점선으로 나타낸다.
제1 전력 변환부(111)는 발전 시스템(130)과 제1 노드(N1) 사이에 접속되며, 발전 시스템(130)에서 발전한 전력을 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 여기서, 발전한 전력은 직류 전력 또는 교류 전력일 수 있으며, 이에 따라 제1 전력 변환부(111)는 교류 또는 직류 전력을 각각 직류 전력 또는 또 다른 크기의 직류 전력으로 변환한다. 예를 들면, 제1 전력 변환부(111)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 변환 기능을 수행하거나, 직류 전력을 다른 크기의 직류 전력으로 변환하는 컨버터 기능을 수행할 수 있다.
제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)와 전력 계통(140) 사이에 접속되며, 제1 전력 변환부(111)로부터 변환된 직류 전력을 전력 계통(140)의 교류 전력으로 변환하거나, 제3 전력 변환부(113)로부터 변환된 직류 전력을 전력 계통(140)의 교류 전력으로 변환하는 인버터 기능을 수행한다. 또한, 제2 전력 변환부(112)는 전력 계통(140)으로부터 공급된 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 제1 노드(N1)에 전달하는 정류 기능을 수행한다. 제2 전력 변환부(112)는 제어기(114)의 제어에 따라 변환 효율을 제어한다.
제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)와 저장 장치(120) 사이에 접속되며, 제1 노드(N1)를 통해 공급된 직류 전력을 다른 크기의 직류 전력으로 변환하여 저장 장치(120)에 전달한다. 또한, 제3 전력 변환부(113)은 저장 장치(120)에 저장된 직류 전력을 다른 크기의 직류 전원으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 제3 전력 변환부(113)는 직류 전력을 다른 크기의 직류 전력으로 변환하는 컨버터 기능을 수행한다.
제3 전력 변환부(113)는 제어기(114)의 제어에 따라 변환 효율을 제어한다. 예컨대, 제3 전력 변환부(113)는 저장 장치(120)의 이상 출력 발생을 감지한 제어기(114)의 제어 신호에 따라 변환 효율을 조절하여, 저장 장치(120)의 이상 출력을 승압 또는 강압시킬 수 있다.
제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)는 제2 전력 변환부(112), 전력 계통(140) 및 부하(150) 사이에 접속되고, 제어기(114)의 제어에 따라 제2 전력 변환부(112), 전력 계통(140) 및 부하(150) 사이의 전력 흐름을 차단하는 기능을 한다. 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)는 전계효과 트랜지스터(FET), 접합형 트랜지스터(BJT) 등일 수 있으며 제1 스위치(116)와 제2 스위치(117)의 스위칭 동작은 제어기(114)에 의하여 제어된다.
DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)의 DC 전압 레벨을 DC 링크 레벨로 유지시킨다. 제1 노드(N1)는 발전 시스템(130) 또는 전력 계통(140)의 순시 전압 강하, 부하에서 피크 부하 발생 등으로 인하여 그 전압 레벨이 불안정해질 수 있다. 그러나 제1 노드(N1)의 전압은 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)의 정상 동작을 위하여 안정화되어야 한다. 따라서, DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)의 DC 전압 레벨을 일정한 DC 링크 전압으로 유지하는 기능을 한다.
BMS(Battery Management System: 115)는 저장 장치(120)에 연결되어, 저장 장치(120)의 전압, 전류, 온도를 검출하여 SOC(State Of Charge) 및 SOH(State Of Health)를 계산하고, 이에 따른 잔여 전력 및 수명 등을 모니터링할 수 있다. BMS(115)는 저장 장치(120)의 상태 정보인 전압, 전류, 온도를 검출하는 모니터링 기능과, 이에 따른 과충전, 과방전, 과전류, 셀 밸런싱 여부, SOC, SOH 를 판단하는 마이크로 컴퓨터(미도시), 마이크로 컴퓨터의 제어 신호에 따라 충방전 금지, 퓨즈 용단, 냉각 등을 수행하는 보호회로(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, BMS(115)는 모니터링 결과인 저장 장치(120)의 상태 정보를 제어기(114)로 전송한다.
본 실시예에서는 BMS(115)가 전력 관리 시스템(110)에 포함되어 저장 장치(120)와 분리된 경우를 도시하였으나, BMS(11)와 저장 장치(120)가 일체로 구성할 수 있음은 물론이다.
제어기(114)는 전력 관리 시스템(110)의 동작을 전반적으로 제어한다. 제어기(114)는 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112), 제3 전력 변환부(113)로부터 전압(V), 전류(I), 온도(T)에 관한 센싱 신호를 입력 받아, 제1 내지 제3 전력 변환부(111, 112, 113)의 스위칭 소자에 PWM(Pulse Width Modualtion) 제어 신호를 출력하여 각 전력 변환부(111, 112, 113)의 변환 효율을 제어한다. 또한, 저장 장치(120), 전력 계통(140) 및 부하(150)의 상태를 감시하여, 이에 따른 운전 모드를 제어한다. 운전 모드로는 발전 시스템(130)에서 발전된 전력을 전력 계통(140)이나 부하(150)로 공급하거나 저장 장치(120)에 저장하는 모드, 발전 시스템(130)에서 발전된 전력 또는 전력 계통(140)에서 공급된 상용 전력을 저장 장치(120)로 저장하는 모드, 저장된 전력을 전력 계통(140)이나 부하(150)에 전력 공급 모드가 있다. 제어기(140)는 운전 모드 결정에 따라 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)의 동작 및 효율, 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 온 오프 동작을 제어한다.
특히, 저장 장치(120)에 저장된 전력을 전력 계통(140)이나 부하(150)로 공급하는 모드에서, 제어기(114)는 BMS(115)로부터 입력받은 저장 장치(130)의 상태 정보를 토대로 저장 장치(120)의 상태를 감시하고 저장 장치(120)의 출력을 제어한다. 저장 장치(120)에 저장된 전력은 제3 전력 변환부(113)를 통해 다른 크기의 직류 전력으로 변환되어 제1 노드(N1)로 전달된다. 이 경우, 저장 장치(120)의 출력이 정상치에 미치지 못하는 경우나 폭주하여 정상치를 크게 초과하는 경우와 같이 저장 장치(120)의 출력이 이상 출력을 보이면, 제어기(114)는 저장 장치(120)의 출력을 강압 또는 승압시키기 위한 제어 신호를 생성하여 제3 전력 변환부(113)로 보낸다.
발전 시스템(130)은 전기 에너지를 발전하여 전력 관리 시스템(110)으로 출력한다. 발전 시스템(130)은 태양광 발전 시스템(131), 풍력 발전 시스템(132), 조력 발전 시스템(133)일 수 있으며, 그 밖에 태양열이나 지열과 같은 신 재생 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 시스템을 모두 포함한다.
전력 계통(140)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비하고, 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 온/오프 동작에 따라 저장 장치(120) 또는 부하(150)로 전력을 공급하고, 저장 장치(120)로부터 전력을 공급받는다.
부하(150)는 발전 시스템(130)으로부터 발전된 전력, 저장 장치(120)에 저장된 전력, 또는 전력 계통(140)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로, 가정 또는 공장이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템(200)의 개략적인 블록도이고, 도 4는 저장 장치(220)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전력 관리 시스템(210)은 MPPT 컨버터(211), 양방향 인버터(212), 양방향 컨버터(213), 제어기(214), BMS(215), 제1 스위치(216) 제2 스위치(217) 및 DC 링크용 커패시터(218)를 포함한다. 전력 관리 시스템(210)은 제 1인터페이스 내지 제4 인터페이스(I1, I2, I3, I4)를 통해 태양 전지(231)를 포함하는 태양광 발전 시스템(230), 전력 계통(240) 및 부하(250)와 연결된다.
MPPT 컨버터(211)는 태양 전지(231)로부터 출력된 DC 전압을 제1 노드(N1)의 DC 전압으로 변환한다. 태양 전지(231)의 출력은 기후 변화와 부하 조건에 따라 특성이 변하기 때문에, MPPT 컨버터(211)는 태양 전지(231)로부터 최대 전력을 생산하도록 제어한다. 예를 들면, MPPT 컨버터(211)는 제어기(214)의 제어에 따라 태양광 발전 시스템(230)의 발전 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적 (Maximum power point tracking converter: MPPT)을 수행할 수 있다.
DC 링크용 커패시터(218)는 제1 노드(N1)와 양방향 인버터(212) 사이에 병렬로 접속된다. DC 링크용 커패시터(218)는 MPPT 컨버터(211)로부터 출력된 DC 전압을 DC 링크 전압, 예컨대 DC 380V 전압으로 유지시켜 양방향 컨버터(213)에 공급한다. DC 링크용 커패시터(218)는 양방향 인버터(212) 및 양방향 컨버터(213)의 정상 동작을 위하여 안정화된 DC 링크 전압을 제공한다. 본 실시예에서 DC 링크용 커패시터(218)가 별도로 구비된 경우를 도시하였지만, MPPT 컨버터(211), 양방향 인버터(212) 또는 양방향 컨버터(213) 내에 포함되어 구현될 수 있다.
양방향 인버터(212)는 제1 노드(N1)와 전력 계통(140) 사이에 접속된다. 양방향 인버터(212)는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 컨버터 기능과, DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터 기능을 함께 수행한다. 즉, 양방향 인버터(212)는 MPPT 컨버터(211)의 DC 전압이나 양방향 컨버터(213)의 DC 전압을 전력 계통(240) 또는 부하(250)의 AC 전압으로 변환하고, 전력 계통(240)으로부터 공급된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다.
양방향 인버터(212)는 전력 계통(240)으로부터 제1 스위치(216) 및 제2 스위치(217)를 통해 입력되는 AC 전압을 저장 장치(220)에 저장하기 위한 DC 전압으로 정류하고, 태양광 발전 시스템(230) 또는 저장 장치(220)로부터 출력된 DC 전압을 전력 계통(240) 또는 부하(250)의 AC 전압으로 변환하여 출력한다. 이 때, 전력 계통(240)으로 출력되는 AC 전압은 전력 계통(240)의 전력 품질 기준에 부합해야 하며, 이를 위해 양방향 인버터(212)는 출력 AC 전압의 위상을 전력 계통(240)의 위상과 동기화시켜 무효 전력 발생을 억제하고, AC 전압 레벨을 조절할 수 있다.
양방향 컨버터(213)는 제1 노드(N1)와 저장 장치(220) 사이에 접속되며, 제1 노드의 DC 전압을 저장 장치(220)에 저장하기 위한 DC 전압으로 변환한다. 또한, 저장 장치(220)에 저장된 DC 전압을 제1 노드(N1)에 전달하기 위한 DC 전압 레벨로 변환한다. 예를 들면, 양방향 컨버터(213)는 태양광 발전 시스템(230)에서 발전된 직류 전력을 저장 장치(220)에 충전하는 경우 또는 전력 계통(240)에서 공급된 교류 전력을 저장 장치(220)에 충전하는 경우, 즉 저장 장치(220) 충전 모드일 때, 제1 노드(N1)의 DC 전압 레벨 또는 DC 링크용 커패시터(218)에서 유지되는 DC 링크 전압 레벨, 예를 들면 DC 380V의 전압을 저장 장치의 저장 전압, 예를 들면 DC 100V의 전압으로 강압한다.
또한, 양방향 컨버터(213)는 저장 장치(220)에 충전된 전력을 전력 계통(240)에 공급하거나 또는 부하(250)에 공급하는 경우, 즉 저장 장치(220) 방전 모드일 때, 저장 장치(220)의 저장 전압, 예를 들면 DC 100V의 전압을 제1 노드(N1)의 DC 전압 레벨 또는 DC 링크 전압 레벨, 예를 들면 DC 380V의 전압으로 승압한다.
한편, 양방향 컨버터(213)은 방전 모드에 있어서 저장 장치(220)의 전압이 비정상적인 이상 출력인 경우, 예를 들면 DC 400V로 전압이 폭주하거나 DC 50V로 전압이 지나치게 낮은 경우에 DC 380V 전압으로 강압 또는 승압한다.
BMS(115), 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 동작은 도 2를 참고하여 설명한 내용으로 갈음하고 여기에서는 그 구체적 설명을 생략한다.
저장 장치(220)는 전력 관리 시스템(210)으로부터 공급된 전력을 저장하는 저장 장치로서, 충/방전이 가능한 복수의 배터리 유닛(221)을 포함한다. 저장 장치(220)는 발전 시스템(230)에서 발전된 전력을 변환한 전력 또는 전력 계통(240)으로부터 공급된 상용 전력을 변환한 전력을 저장한다. 배터리 유닛(221)은 니켈-카드뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬-이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등일 수 있다.
도 4를 참조하면, 저장 장치인 저장 장치(220)는 전기적으로 연결된 복수개의 배터리 유닛(221)과 각각의 배터리 유닛(221)에 연결된 스위치(222)를 포함한다. 배터리 유닛(221)은 복수의 셀이 직렬연결된 상태로, 배터리 유닛(221)끼리는 병렬 연결되며 각 배터리 유닛(221)은 독립적으로 충전 및 방전을 수행한다. 본 실시예에서는 배터리 유닛(221)이 5개인 경우를 도시하였으나, 배터리 유닛(221)의 개수는 저장 장치에 요구되는 전력 용량, 설계 조건 등에 따라 결정될 수 있다.
스위치(222)는 스위칭 동작에 따라 배터리 유닛(221)의 충/방전을 제어한다. 예컨대, 배터리 유닛(221)은 스위치(222)에 의해 충전 패스(C)와 연결되어 발전 시스템(230)에서 발전된 전력 또는 전력 계통(240)에서 공급되는 전력을 저장하고, 방전 패스(D)와 연결되어 전력 계통(240) 또는 부하(250)로 전력을 공급할 수 있다. 한편, 배터리 유닛(221)의 일부에 치명적인 문제가 발생하여 회복이 불가능한 경우에는 스위치(222)는 충전 패스(C) 또는 방전 패스(D) 어느 것과도 연결되지 않을 수 있다.
스위치(222)가 방전 패스(D)와 배터리 유닛(221)들을 연결한 상태 즉, 배터리의 방전 모드에 있어서, 배터리 유닛(221)의 일부가 폭주하여 저장 장치의 출력 전압이 비정상적으로 높은 경우에 제어기(214)는 이를 강압시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 한편, 배터리 유닛(221) 중 일부에문제가 발생하여 전압이 비정상적으로 낮은 경우에 제어기(214)는 저장 장치에서 출력되는 전압을 승압시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어기(214)가 저장 장치(120)의 출력을 제어하는 구체적 구성은 도 6을 참고하여 해당 부분에서 살펴본다.
제어기(214)는 전력 저장 시스템(210)의 동작을 전반적으로 제어한다. 제어기도 5는 도 4의 전력 저장 시스템(210)의 전력 및 제어 신호의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 제어기(214)는 전력 저장 시스템(210)의 전체적 동작을 제어하고, 시스템의 운전 모드, 예를 들면 발전 시스템(230)에서 발전된 전력을 전력 계통(240)에 공급할 것인지, 부하(250)로 공급할 것인지 혹은 저장 장치(220)에 저장할 것인지, 발전 시스템(230)에서 발전된 전력 또는 전력 계통(240)에서 공급된 상용 전력을 저장 장치(220)로 저장할 것인지, 저장된 전력을 전력 계통(240)이나 부하(250)에 전달할 것인지를 결정한다. 이를 위해, 제어기(214)는 제1 제어부(214-1), 제2 제어부(241-2), 제3 제어부(214-3) 및 제4 제어부(214-4)를 포함한다.
제1 제어부(214-1)는 발전 시스템(230)이 발전한 전력이 전력 계통(240), 부하(250)나 저장 장치(220) 중 적어도 어느 하나로 전달되도록 제어한다. 예컨대, 제1 제어부(214-1)는 MPPT 컨버터(221)에서 전압, 전류, 온도에 관한 신호를 인가받고, MPPT 컨버터(221)에 제어 신호를 인가하여 MPPT 컨버터(221)에서 변환된 DC 레벨의 전압이 양방향 인버터(212)나 양방향 컨버터(213)로 공급되도록 한다.
제2 제어부(214-2)는 전력 계통(240)에서 공급되는 전력이 저장 장치(220)나 부하(250) 중 적어도 어느 하나로 전달되도록 제어한다. 예컨대, 제2 제어부(214-2)는 양방향 인버터(212)의 전압, 전류, 온도에 관한 신호를 인가받고, 양방향 인버터(212)에 제어 신호를 인가하여 전력 계통(240)에서 공급된 전력이 부하(250)나 저장 장치(220)로 전달되도록 한다.
제2 제어부(214-2)는 전력 계통(240)의 계통 정보를 입력받아 전력 계통(240)의 상태를 감시한다. 예컨대, 전력 계통(240)이 정전되는 것과 같이 문제가 발생하는 경우 제2 제어부(214-2)는 제1 제어부(214-1)와 연계하여 발전된 전력을 부하(250)로 공급하도록 하거나, 후술할 제3 제어부(214-3)와 연계하여 저장 장치(220)에 저장된 전력을 부하(250)로 공급하도록 양방향 인버터(212)를 제어한다.
한편, 저장 장치(220)에 저장된 전력을 매전하는 경우, 제2 제어부(220)는 전력 계통(240)의 정보를 토대로 매전에 필요한 제어신호를 생성하여 양방향 인버터(212)로 전송한다.
제3 제어부(214-3)는 저장 장치(220)에 저장된 전력이 전력 계통(240)이나 부하(250) 중 적어도 어느 하나로 전달되도록 제어한다. 예컨대, 제3 제어부(214-3)는 양방향 컨버터(213)의 전압, 전류 온도에 관한 신호를 인가받고, 양방향 컨버터(213)에 제어 신호를 인가하여 저장된 전력이 전력 계통(240)이나 부하(250)로 전달되도록 한다.
한편, 제3 제어부(214-3)는 발전 시스템(230)이 발전한 전력 또는 전력 계통(240)의 상용 전력이 저장 장치(220)에 저장되도록 양방향 컨버터(213)에 제어 신호를 인가하여, BMS(215)이 저장 장치(220)의 충전 및 방전을 제어하도록 한다.
제4 제어부(214-4)는 저장 장치(220)의 상태 정보에 기초하여 저장 장치(220)의 출력이 이상 출력인지를 감지한다. 이를 위해, 제4 제어부(214-4)는 BMS(215)로부터 저장 장치(220)의 상태 정보를 인가받는다. 여기서, 저장 장치(220)의 상태 정보는 복수의 배터리 유닛(221) 각각의 전압, 전류, 온도에 관한 정보일 수 있다.
또한, 제4 제어부(214-4)는 이상 출력 값의 승압 또는 강압 비율을 결정하여 양방향 컨버터(213)로 전송한다. 승압 또는 강압 비율은 저장 장치(220)의 이상 출력 값과 저장 장치(220)의 정상 출력 값을 비교하여 결정할 수 있다. 이 때, 저장 장치(220)의 정상 출력값은 소정의 범위를 갖는 구간으로, 제4 제어부(214-4)에 기설정될 수 있다. 제4 제어부(214-4)는 승압 또는 강압에 관한 제어 신호를 생성하여, 양방향 컨버터(213)로 인가하고, 양방향 컨버터(213)는 제어 신호에 따라 저장 장치(220)의 이상 출력 전압을 승압 또는 강압시킨다.
본 실시예에서는 제4 제어부(214-4)와 제3 제어부(214-3)가 별도의 구성요소인 경우를 설명하였으나, 제4 제어부(214-4)의 기능이 제3제어부(214-3)에 통합될 수 있음은 물론이다. 한편, 본 실시예에서는 제어기(214)가 제1 내지 제4제어부(214-1, 214-2. 214-3, 214-4)로 구비되는 경우를 설명하였으나, 하나의 제어기(214)가 제1 내지 제4제어부(214-1, 214-2. 214-3, 214-4)의 기능을 통합적으로 수행하거나, 제1 내지 제4제어부(214-1, 214-2. 214-3, 214-4)가 각각의 독립된 장치로동작할 수 있음은 물론이다.
도 6은 도 3의 실시예에 따른 전력 저장 시스템에서 저장 장치의 출력과 이를 제어하는 신호의 흐름을 도시한 것이다.
도 6을 참고하면, 저장 장치(220)는 복수의 셀이 직렬 연결된 배터리 유닛의 병렬 연결로 구성될 수 있다. 각각의 배터리 유닛(221)에는 퓨즈가 연결될 수 있으며, 도 6에서 도시하지는 않았으나 각각의 배터리 유닛(221)에는 BMS가 장착되어 배터리 유닛(221)의 상태를 제어기(214)로 전송할 수 있다. 이들 배터리 유닛(221) 중 일부 배터리 유닛(221)의 고장으로 저전압이 출력되는 경우, 양방향 컨버터(213)로 입력되는 저장 장치의 전체 전압이 강하된다.
이때, 각 배터리 유닛(221)에 장착된 BMS를 통해 배터리 유닛(221)의 상태를 감지한 제어기(214)는, 강하된 전압을 승압시키기 위한 제어 신호를 양방향 컨버터(213)로 전송한다. 양방향 컨버터(213)는 제어 신호에 따라 저장 장치(220)의 출력 전압을 승압시켜, 제1노드(N1) 측으로 공급한다.
본 실시예에서는, 배터리 유닛(221)의 고장으로 저전압이 출력되는 경우를 설명하였으나, 배터리 유닛(221)에서 고전압이 출력되는 경우에는 양방향 컨버터(213)가 저장 장치(220)의 전체 전압을 강압시키는 점에서만 차이가 있을 뿐이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저장 장치의 출력과 이를 제어하는 신호의 흐름을 도시한 것이다.
도 7을 참고하면, 저장 장치(720)은 복수의 셀이 직렬 연결된 배터리 유닛(721)의 병렬 연결로 구성될 수 있으며, 각 배터리 유닛(721)에 퓨즈(723)가 직렬 연결될 수 있는 점은 앞서 도 6을 참고하여 설명한 실시예와 같다.
다만, 저장 장치(720) 자체에 컨버터(725)가 포함되어 각 배터리 유닛(721)과 직렬 연결되고, 각각의 컨버터(723)를 제어하는 서브 제어기(729)가 별도로 구비되어 있는 점에서 차이가 있다. 이 경우, 컨버터(725)는 앞서 설명한 양방향 컨버터로서 배터리 유닛(721) 각각의 충전 및 방전에 관여할 수 있다. 이하에서는, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서, 서브 제어기(729)는 앞서 도 5를 참고하여 설명한 제어기(214) 중 제4 제어부(214-4)의 구성과 대응된다. 어느 하나의 배터리 유닛(721)에 고장 발생시, BMS(미도시)는 배터리 유닛(721)의 상태를 서브 제어기(729)로 전송하고, 서브 제어기(729)는 배터리 유닛(721)의 출력이 이상 출력인지를 감지하여, 해당 배터리 유닛(721)의 출력을 승압 또는 강압시킨다. 이 경우, 배터리 유닛(721)의 이상 유무는 기설정된 배터리 유닛(721)의 정상 출력 값(또는 정상 출력 범위)과 배터리 유닛(721)의 이상 출력을 비교하여 판단한다. 한편, 승압 또는 강압의 비율은 이상 출력을 보이는 배터리 유닛(721)의 출력 값과 정상 출력 값(또는 정상 출력 범위의 평균값)의 차이에 해당하는 만큼으로 결정할 수 있다.
서브 제어기(729)의 제어에 따라 저장 장치(220)의 출력은 정상 출력을 유지하게 되고, 정상 출력 값은 양방향 인버터(712)로 출력되어 전력 계통 또는 부하로 전력을 공급할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
전력 저장 시스템(800)은 MPPT 컨버터(811), 인버터(812), 제어기(814), BMS(815), 제1 스위치(216) 제2 스위치(217) 및 DC 링크용 커패시터(218)를 포함한다. 또한, 전력 저장 시스템(800)은 제 1인터페이스 내지 제3 인터페이스(I1, I2, I3)를 통해 태양 전지(831)를 포함하는 태양광 발전 시스템(830), 전력 계통(840) 및 부하(850)와 연결되는 점에서 앞서 도 1 내지 도 7을 참고하여 설명한 전력 저장 시스템(100, 200)과 동일하다.
다만, 본 실시예에 따른 전력 저장 시스템(800)은 전력 관리 시스템과 저장 장치가 통합된 일체형이라는 점에서 차이가 있다. 구체적으로, 저장 장치(820)가 배터리 유닛(821), 양방향 컨버터(825)와 양방향 인버터(827)가 함께 구비되는 점에서 앞서 설명한 전력 저장 시스템(100, 200)과 차이가 있다. 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
MPPT 컨버터(811)는 태양전지(831)로부터 출력된 DC전압을 제1노드(N1)의 DC 전압으로 변환하고, DC 링크용 커패시터(818)는 MPPT 컨버터(811)로부터 출력된 DC 전압을 DC 링크 전압으로 유지시켜 인버터(812)로 보낸다.
인버터(813)은 MPPT 컨버터(811)의 DC전압을 AC전압으로 변환하여 부하(850) 또는 전력 계통(840)의 AC 전압으로 변환한다.
제1 스위치(816) 및 제2 스위치(817)는 인버터(812), 전력 계통(840) 및 부하(850) 사이의 전력 흐름을 차단하는 기능을 한다. 제1 스위치(816)의 스위칭 동작에 따라 인버터(812)가 변환한 AC 전압은 저장 장치(820)로 공급되어 전력이 저장되거나, 전력 계통(840) 또는 부하(850)로 공급되다. 제2 스위치(817)의 스위칭 동작에 따라 전력 계통(840)과 부하(850)간 전력 흐름이 제어된다.
제어기(814)는 전력 저장 시스템(800)의 동작을 전반적으로 제어한다. 제어기는 MPPT 컨버터(811), 인버터(812)의 전력 변환 효율을 제어하고, 저장 장치(820)와 전력 계통(840) 및 부하(850)의 상태를 감시하여 이에 따른 운전 모드를 제어함은 앞서 설명한 바와 같다.
태양광 발전 시스템(830) 또는 전력 계통(840)으로부터 전력을 저장하는 모드에서, 저장 장치(820)에 포함된 양방향 인버터(827)는 인버터(812)에 의하여 변환된 AC전압 또는 전력 계통(840)에서 공급되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 양방향 컨버터(825)로 공급한다. 양방향 컨버터(825)는 DC 전압을 배터리 유닛(821)에 저장하기 위한 DC 전압으로 변환한다.
한편, 배터리 유닛(821)에 저장된 전력을 전력 계통(840)이나 부하(850)로 공급하는 모드에서, 일부 배터리 유닛(821)에서 저전압이 출력되는 경우, 해당 배터리 유닛(821)과 직렬 연결된 양방향 컨버터(825)는 출력을 승압시켜 정상 출력으로 변환한다. 이후, 정상 출력은 양방향 인버터(827)를 통해 AC 전압으로 변환된다.
이상에서는 배터리 유닛(821)의 고장으로 저전압이 출력되는 경우를 설명하였으나, 비정상적으로 고전압이 출력되는 경우에 양방향 컨버터(825)는 출력 전압을 강압시키는 점에서만 차이를 보인다.
서브 제어기(829)는 배터리 유닛(821)의 상태를 감시하여 배터리 유닛(821)의 출력이 이상 출력인지 감지하며, 양방향 컨버터(825)의 승압 또는 강압 비율을 결정한다. 이를 위해, 각 배터리 유닛(821)과 연결된 BMS(미도시)로부터 해당 배터리 유닛(821)에 관한 전압, 전력, 온도에 관한 정보를 인가받는다. 예컨대, 배터리 유닛(821)의 이상 유무는 기설정된 배터리 유닛(821)의 정상 출력 값(또는 정상 출력 범위)과 배터리 유닛(821)의 이상 출력을 비교하여 판단한다. 한편, 승압 또는 강압의 비율은 이상 출력을 보이는 배터리 유닛(821)의 출력 값과 정상 출력 값(또는 정상 출력 범위의 평균값)의 차이에 해당하는 만큼으로 결정할 수 있다.
또한, 서브 제어기(829)는 양방향 컨버터(825)의 동작뿐만 아니라 양방향 인버터(827)의 동작도 제어할 수 있다. 이 경우, 서브 제어기(829)는 제어기로부터 전력 저장에 관한 제어신호 또는 저장된 전력을 공급하는 제어 신호에 기초하여 동작을 개시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서 전력 저장 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 S900에서, 신 재생 발전 시스템으로부터 전력을 발전한다. 여기서, 신 재생 발전 시스템은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 또는 조력 발전 시스템 등을 포함하며, 발전 전력은 직류 전력 또는 교류 전력일 수 있다.
단계 S902에서, 발전된 전력의 전압을 DC 링크 전압으로 변환한다. 여기서, DC 링크 전압은 단계 S900에서의 발전된 전력의 전압 레벨이 불안정한 상태이므로, 이를 인버터 또는 컨버터에 입력하기 위한 일정한 DC 전압 레벨을 유지시켜 안정화시킬 수 있는 DC 전압을 의미한다.
단계 S904에서, 단계 S900에서 발전된 전력을 계통 또는 부하로 공급할지 저장 장치에 저장할지 여부를 판단한다. 여기서, 판단 기준은 계통에 전력을 판매하는 현재의 매전 단가, 발전 전력량, 필요한 부하 전력량, 저장 장치 충전 전력량 등이 고려 대상이 될 수 있다.
단계 S906 및 S908에서, 단계 S904의 판단 결과, 저장 장치에 저장하는 경우에는, 단계 S902에서 변환된 DC 링크 전압을 저장 장치 충전 전압으로 변환하고, 저장 장치에 충전한다.
단계 S910에서, 단계 S904의 판단 결과, 계통 또는 부하로 공급하는 경우에는, 단계 S902에서 변환된 DC 링크 전압을 계통 또는 부하의 AC 전압 기준에 상응하는 AC 전압으로 변환한다. 단계 S912에서, 변환한 AC 전압을 계통 또는 부하로 공급할지 여부를 판단한다. 단계 S914에서, 변환한 AC 전압을 계통에 공급하는 매전을 수행하고, 단계 S916에서, 변환한 AC 전압을 부하에 공급한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 동작으로서, 저장 장치의 방전 모드시 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 S1000에서, 저장 장치의 상황을 모니터링 한다. 여기서, 저장 장치의 상황은 저장 장치를 구성하는 복수의 배터리 유닛 각각의 전압, 전류, 온도 등을 포함한 전력 상태 여부를 포함한다.
단계 S1002에서, 상태 정보에 기초하여 저장 장치의 이상 출력 여부를 판단한다. 이상 출력이란 저장 장치를 구성하는 복수의 배터리 유닛 각각의 상태 정보에 비추어 볼 때 비정상적으로 전압이 폭주하거나 전압이 낮은 경우를 의미한다.
단계 S1004에서, 이상 출력 전압을 제어하기 위하여 저장 장치의 출력 전압을 승압 또는 강압시킨다. 여기서, 승압 또는 강압 비율은 이상 출력과 기설정된 정상 출력 범위를 비교하여 결정된다. 저장 장치의 출력 전압을 승압 또는 강압시킴으로써, 정상적인 값을 제1 노드로 출력할 수 있다.
단계 S1006 및 단계 S1008에서, DC 전압은 AC 전압으로 변환되어, 전력 계통 또는 부하로 공급할 것인지 판단한다.
단계 S1010에서, 변환된 전력을 전력 계통으로 공급함으로써 매전할 수 있다. 한편, 단계 S1012에서, 저장 장치에 저장된 전력을 부하로 공급할 수 있다. 저장 장치에 저장되었던 전력을 부하에 공급함은 정전 또는 전기 공사와 같이 전력 계통이 정상적으로 동작하지 않는 경우일 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100, 200, 800: 전력 저장 시스템 110, 210: 전력 관리 시스템
111: 제1 전력 변환부 112: 제2 전력 변환부
113: 제3 전력 변환부 114: 제어기
115, 215: BMS 116, 216: 제1 스위치
117, 217: 제2 스위치 118: DC 링크부
120, 220, 720, 820: 저장 장치 130, 230, 830: 발전 시스템
140, 240, 840: 전력 계통 150, 250, 850: 부하
211, 811: MPPT 컨버터 212, 827: 양방향 인버터
213, 825: 양방향 컨버터 214, 814: 제어기
218, 818: DC 커패시터 221, 721, 821: 배터리 유닛
725: 컨버터 812: 인버터

Claims (16)

  1. 발전 시스템으로부터 생성된 전력을 저장하고, 상기 전력을 전력 계통으로 공급하는 저장 장치; 및
    상기 저장 장치의 출력을 감시하며, 상기 출력이 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 이상 범위의 출력을 정상 출력값이 되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 전력 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 기설정된 정상 출력 범위와 상기 저장 장치의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 저장 장치의 이상 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 상기 저장 장치의 승압 또는 강압에 필요한 제어 신호를 생성하고,
    상기 제어기의 제어 신호에 기초하여 상기 저장 장치의 출력을 승압 또는 강압시키는 전력 변환부;를 더 포함하는 전력 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저장 장치의 상태 정보를 획득하여, 상기 상태 정보를 상기 제어기로 전송하는 저장장치 관리모듈을 더 포함하는 전력 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    전기적으로 상호 연결된 복수의 배터리 유닛을 포함하는 전력 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 복수의 배터리 유닛 각각의 상태 정보를 획득하고, 상기 상태 정보에 기초하여 상기 저장 장치의 출력이 이상 범위의 출력인지 판정하는 전력 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    복수의 배터리 유닛; 및
    상기 배터리 유닛 각각과 전기적으로 연결된 복수의 전력 변환부를 포함하는 전력 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는,
    기설정된 상기 배터리 유닛의 정상 출력 범위와 상기 배터리 유닛의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 배터리 유닛의 각각의 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 승압 또는 강압에 관한 제어 신호를 상기 이상 범위의 출력으로 판정된 배터리 유닛과 전기적으로 연결된 전력 변환부로 전송하는 전력 저장 시스템.
  8. 발전 시스템과 연결될 수 있는 제1 인터페이스;
    전력 계통과 연결될 수 있는 제2 인터페이스;
    부하와 연결될 수 있는 제3 인터페이스;
    상기 발전 시스템과 상기 전력 계통 중 적어도 어느 하나로부터 전력을 저장하고, 저장된 전력을 상기 전력 계통과 상기 부하 중 적어도 어느 하나로 공급하는 저장 장치; 및
    상기 저장 장치의 출력을 감시하며, 상기 출력이 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 이상 범위의 출력을 정상 출력값이 되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 전력 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는, 기설정된 정상 출력 범위와 상기 저장 장치의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 출력으로 판정되는 경우에 상기 저장 장치의 이상 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 상기 저장 장치의 출력을 제어하는 제어 신호를 생성하고,
    상기 제어기의 신호에 기초하여 상기 저장 장치의 출력을 승압 또는 강압시키는 전력 변환부를 포함하는 전력 저장 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저장 장치의 상태 정보를 획득하여, 상기 상태 정보를 상기 제어기로 전송하는 저장장치 관리모듈을 더 포함하는 전력 저장 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    전기적으로 상호 연결된 복수의 배터리 유닛을 포함하는 전력 저장 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 복수의 배터리 유닛 각각의 정보를 획득하고, 상기 정보에 기초하여 상기 저장 장치의 출력이 이상 범위의 출력인지 판정하는 전력 저장 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 저장 장치는,
    복수의 배터리 유닛; 및
    상기 배터리 유닛 각각과 전기적으로 연결된 복수의 전력 변환부를 포함하는 전력 저장 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는,
    기설정된 상기 배터리 유닛의 정상 출력 범위와 상기 배터리 유닛의 출력을 비교하여 이상 범위의 출력인지 판정하고, 이상 범위의 출력으로 판정되는 경우에 상기 배터리 유닛의 각각의 출력이 상기 정상 출력 범위에 속하도록 승압 또는 강압에 관한 제어 신호를 생성하여 상기 이상 범위의 출력으로 판정된 배터리 유닛과 전기적으로 연결된 전력 변환부로 전송하는 전력 저장 시스템.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 발전 시스템이 발전한 전력을 상기 부하, 상기 저장 장치 및 상기 전력 계통 중 적어도 어느 하나에 전달되도록 제어하는 제1 제어부;
    상기 전력 계통의 상용 전력을 상기 부하 및 상기 저장 장치 중 적어도 어느 하나에 전달되도록 제어하는 제2 제어부;
    상기 저장 장치에 저장된 전력을 상기 부하 및 상기 전력 계통 중 적어도 어느 하나에 전달되도록 제어하는 제3 제어부; 및
    상기 저장 장치의 출력이 이상 출력인지 감지하며, 상기 이상 출력의 승압 또는 강압 비율을 결정하는 제4 제어부;를 포함하는 전력 저장 시스템.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 제1 인터페이스와 연결되어 상기 발전 시스템이 발전한 전력을 변환하는 제1 전력 변환부;
    상기 제2 인터페이스 및 제3 인터페이스와 연결되어 상기 전력 계통 및 상기 부하로 공급되는 전력을 변환하는 제2 전력 변환부; 및
    상기 제1 전력 변환부와 상기 제2 전력 변환부 사이의 노드 및 상기 저장 장치 사이에 연결되고, 상기 저장 장치에 저장된 전력을 변환하여 상기 노드로 출력하는 제3 전력 변환부;를 포함하는 전력 저장 시스템.
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