KR20130138611A - 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생 발전 시스템을 포함하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 에너지 저장 시스템은 복수의 신재생 모듈로 구성된 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전기 에너지를 저장하거나 또는 출력하는 보상 수단 및 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 변환하여 부하로 출력하며, 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 보상 수단을 동작시키는 전력 관리 시스템을 포함한다. 본 발명에 따르면, 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 신재생 발전 시스템의 부정합 손실을 보상하여 주어 신재생 시스템의 발전 효율을 저하시키지 않고, 신재생 발전 시스템의 수명 단축을 방지할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템{Energy storage system}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생 발전 시스템을 포함하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 태양광 발전 등 신재생 에너지의 중요성이 증대되고 있다. 특히 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 조력 등 무한히 공급되는 천연 자원을 이용하고, 발전 과정에서 공해를 유발하지 않아, 그 활용 방안에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
최근에는, 기존 전력 계통에 정보 기술을 접목하여, 전력 공급자와, 소비자가 양방향으로 정보를 교환함으로써, 에너지 효율을 최적화하는 시스템으로서, 스마트 그리드(smart grid) 시스템이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 신재생 발전 시스템의 부정합 손실을 보상하여 주어 신재생 시스템의 발전 효율을 저하시키지 않고, 신재생 발전 시스템의 수명 단축을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 복수의 신재생 모듈로 구성된 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전기 에너지를 저장하거나 또는 출력하는 보상 수단; 및 상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 변환하여 부하로 출력하며, 상기 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 상기 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 상기 보상 수단을 동작시키는 전력 관리 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보상 수단은, 상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 및 상기 전력 관리 시스템으로부터의 상기 부정합 발생 신호에 의해 상기 에너지 저장부의 에너지를 상기 전력 관리 시스템으로 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전력 관리 시스템으로부터의 상기 부정합 발생 종료 신호에 의해 상기 에너지 저장부로 전기 에너지를 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에너지 저장부는, 수퍼 캐패시터인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전력 관리 시스템으로부터의 부정합 발생 신호에 의해 턴 온 되어 상기 에너지 저장부의 에너지를 상기 전력 관리 시스템으로 출력하는 스위칭부인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보상 수단은, 상기 스위칭부의 일단이 상기 신재생 발전 시스템의 출력단에 연결되고, 타단이 상기 수퍼 캐패시터의 일단과 연결되고, 상기 수퍼 캐패시터의 일단이 상기 스위칭부의 타탄에 연결되고, 타단이 접지에 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭부는, 상기 부정합 손실 발생 종료 신호에 의해 소정 시간 턴 온 되어 상기 수퍼 캐패시터로 상기 전기 에너지를 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전력 관리 시스템은, 상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 측정하고, 상기 신재생 발전 시스템으로부터 최대로 전력을 생산하는 MPPT 컨버터; 및 상기 MPPT 컨버터가 측정한 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 상기 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 발생 시에 상기 보상 수단을 동작시키는 통합 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보상 수단은, 상기 신재생 발전 시스템을 구성하는 복수의 신재생 모듈 각각에 연결된 복수의 에너지 저장부; 및 상기 복수의 에너지 저장부 각각에 연결되고, 상기 전력 관리 시스템으로부터의 부정합 손실 발생 신호에 의해 상기 에너지 저장부들의 에너지를 상기 전력 관리 시스템으로 출력하도록 제어하는 복수의 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전력 관리 시스템은, 상기 복수의 신재생 모듈 중 상기 부정합 손실이 발생된 신재생 모듈에 해당하는 상기 보상 수단을 동작시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전력 관리 시스템으로부터의 상기 부정합 발생 종료 신호에 의해 상기 부정합 손실이 발생된 신재생 모듈의 에너지 저장부로 전기 에너지를 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보상 수단은, 일단이 상기 신재생 발전 시스템의 복수의 신재생 모듈 각 출력단에 연결된 복수의 스위칭부; 및 일단이 상기 스위칭부의 각 타탄에 연결되고, 타단이 접지에 연결된 복수의 수퍼 캐패시터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 부정합 발생 종료 신호에 의해 상기 부정합이 발생된 신재생 모듈과 연결된 스위칭부가 소정 시간 턴 온 되어 대응하는 수퍼 캐패시터로 상기 전기 에너지를 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 신재생 발전 시스템을 구성하는 복수의 신재생 모듈 각각에 연결되어 각 신재생 모듈로부터 발전된 전기 에너지를 저장하거나 또는 출력하는 복수의 보상 수단; 및 상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 변환하여 부하로 출력하며, 상기 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 상기 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 상기 부정합이 발생된 신재생 모듈에 해당하는 상기 보상 수단을 동작시키는 전력 관리 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 보상 수단은, 제1 신재생 모듈의 출력단에 제2 신재생 모듈의 입력단이 연결되고, 상기 제2 신재생 모듈의 출력단에 제3 신재생 모듈의 입력단이 연결된 직렬 형태의 상기 복수의 신재생 모듈 각 출력단과 접지 사이에 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 보상 수단은, 제1 신재생 모듈의 출력단에 다른 신재생 모듈들의 출력단이 연결된 병렬 형태의 상기 복수의 신재생 모듈 각 출력단과 접지 사이에 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 보상 수단은, 제1 신재생 모듈의 출력단에 제2 신재생 모듈의 입력단이 연결되고, 상기 제2 신재생 모듈의 출력단에 제3 신재생 모듈의 입력단이 연결된 직렬 형태의 신재생 모듈 출력단에, 다른 직렬 형태의 신재생 모듈들의 출력단이 연결된 병렬 형태의 상기 복수의 신재생 모듈 각 출력단과 접지 사이에 연결된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 신재생 발전 시스템의 부정합 손실을 보상하여 주어 신재생 시스템의 발전 효율을 저하시키지 않고, 신재생 발전 시스템의 수명 단축을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
도 2는 도 1에 도시된 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 전력 및 제어 신호의 흐름도 이다.
도 3은 도 1 중 보상수단의 상세도 이다.
도 4는 도 1에 도시된 신재생 발전 시스템의 성능 저하에 따른 전류-전압 곡선의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 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 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)의 블록도 이다.
도 1을 참조하면, 전력 관리 시스템(110)은 MPPT(maximum power point tracking) 컨버터(111), 양방향 인버터(112), 양방향 컨버터(113), 통합 제어기(114), BMS(battery management system)(115), 제1 스위치(116), 제2 스위치(117) 및 DC 링크부(118)를 포함하여 이루어진다. 전력 관리 시스템(110)은 배터리(120), 태양전지 모듈(131)을 포함하는 태양광 발전 시스템(photovoltaic: PV)(130), 사용 게통(140), 부하(150) 및 보상수단(160)에 접속된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 전력 관리 시스템(110)과 배터리(120)를 포함하여 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)을 구성하였지만, 사용된 용어에 한정되지 않고, 전력 관리 시스템(110)과 배터리(120)가 일체형으로 구성된 전력 관리 시스템 또는 계통 연계형 에너지 저장 시스템일 수도 있다.
신재생 발전 시스템(130)은 전기 에너지를 발전하여 전력 관리 시스템(110)으로 출력한다. 신재생 발전 시스템(130)으로 태양 전지 모듈(131)이 도시되었지만, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템일 수도 있으며, 그 밖에 태양열, 지열 등과 같은 신 재생 에너지(renewable energy)를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전 시스템을 모두 포함한다. 특히, 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정에 분산된 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)에 적용하기에 적합하다. 이하, 신재생 발전 시스템(130)은 태양광 발전 시스템(130)으로 표기하기로 한다.
상용계통(140)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비하고, 상용 계통(140)은 정상 상태일 때, 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 온/오프에 따라 배터리(120) 또는 부하(150)로 전력을 공급하고, 태양광 발전 시스템(130)이나 배터리(120)로부터 공급된 전력을 입력 받는다. 상용 계통(140)이 이상 상태, 예를 들면 정전, 전기 공사 등으로 인한 비정상 상태인 경우, 상용 계통(140)으로부터 배터리(120) 또는 부하(150)로의 전력 공급은 중단되고, 태양광 발전 시스템(130)이나 배터리(120)로부터 사용 계통(140)으로의 전력 공급 또한 중단된다.
부하(150)는 태양광 발전 시스템(130)으로부터 발전된 전력, 배터리(120)에 저장된 전력, 또는 상용 계통(140)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로서, 예를 들면 가정, 공장 등일 수 있다.
보상수단(160)은 전력 관리 시스템(110)의 제어 하에 태양전지 모듈(131)로부터 출력되는 전기 에너지를 저장하거나 또는 출력한다. 여기서 전기 에너지는 전력 또는 전압일 수 있다. 보상수단(160)은 에너지 저장부(161) 및 제어부(162)를 포함한다. 에너지 저장부(161)는 태양전지 모듈(131)로부터 출력되는 전기 에너지를 저장하고, 출력한다. 본 발명에서 에너지 저장부(161)는 일 실시 예로 수퍼 캐패시터를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 에너지를 저장할 수 있는 어떠한 구성 요소도 가능하다. 제어부(162)는 전력 관리 시스템(110)으로부터 부정합 발생 신호에 의해 에너지 저장부(161)에 저장된 전기 에너지를 전력 관리 시스템(110)으로 출력하도록 제어한다. 이하, 보상수단(160)은 하기 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
MPPT 컨버터(111)는 태양전지 모듈(131)로부터 출력된 DC 전압을 제2 노드(N2)의 DC 전압으로 변환하고, 태양전지 모듈(131)의 출력은 일사량 및 온도에 따른 기후 변화와 부하 조건에 따라 특성이 변하기 때문에 태양전지 모듈(131)로부터 최대로 전력을 생산하도록 제어한다. 즉 MPPT 컨버터(111)는 태양전지 모듈(131)의 출력 DC 전압을 승합시켜 DC 전압을 출력하는 부스트 DC-DC 컨버터 기능과 MPPT 제어 기능을 함께 수행한다. 예를 들면, MPPT 출력 DC 전압 범위는 300 내지 600V일 수 있다. 또한 일사량 온도 등의 변화에 따라 태양전지 모듈(131)의 최대 전력 출력 전압을 추종하는 MPPT 제어를 수행한다. 예를 들면, P&O(perturbation and observation) 제어, IncCond(incremental conductance), 전력 대 전압 제어 등을 사용할 수 있다. P&O 제어는 태양 전지 모듈(131)의 전력과 전압을 측정하여 지령 전압을 증가 또는 감소시키는 것이고, IncCond 제어는 태양 전지 모듈(131)의 출력 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 제어하는 것이고, 전력 대 전압 제어는 전력 대 전압의 기울기를 이용하여 제어하는 것이다. 상기 설명한 MPPT 제어 외에 다른 MPPT 제어 기법을 적용할 수 있음은 물론이다.
DC 링크부(118)는 제2 노드(N2)와 양방향 인버터(112) 사이에 병렬로 접속된다. DC 링크부(118)는 MPPT 컨버터(111)로부터 출력된 DC 전압을 DC 링크 전압, 예를 들면 DC 380V 전압으로 유지시켜 양방향 인버터(112)나 양방향 컨버터(113)에 공급한다. 여기서, DC 링크부(118)는 알루미늄 전해 캐패시터(electrolytic capacitor), 고압용 필름 캐패시터(polymer capacitor), 고압 대전류용 적층 칩 캐패시터(multi layer ceramic capacitor, MLCC)를 사용할 수 있다. 제2 노드(N2)는 태양전지 모듈(131)의 DC 출력 전압 변동 또는 상용 계통(140)의 순시 전압 강하, 부하(150)에서 피크 부하 발생 등으로 인하여 그 전압 레벨이 불안정해질 수 있다. 따라서, DC 링크부(118)는 양방향 컨버터(113) 및 양방향 인버터(112)의 정상 동작을 위하여 안정화된 DC 링크 전압을 제공한다. 도 1에 도시된 실시 예에서는 DC 링크부(118)가 별도로 구비된 실시 예를 도시하였지만, 양방향 컨버터(113), 양방향 인버터(112), 또는 MPPT 컨버터(111) 내에 포함되어 구현될 수도 있다.
양방향 인버터(112)는 제2 노드(N2)와 상용 계통(140) 사이에 접속된다. 양방향 인버터(112)는 MPPT 컨버터(111)의 출력 DC 전압, 양방향 컨버터(113)의 출력 DC 전압을 상용 계통(140) 또는 부하(150)의 AC 전압으로 변환하고, 상용 계통(140)으로부터 공급된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 제2 노드(N2)에 전달한다. 즉, 양방향 인버터(112)는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터 기능과 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류 기능을 함께 수행한다.
양방향 인버터(112)는 상용 계통(140)으로부터 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)를 통해 입력되는 AC 전압을 배터리(120)에 저장하기 위한 DC 전압으로 정류하여 출력하고, 태양광 발전 시스템(130) 또는 배터리(120)로부터 출력된 DC 전압을 상용 계통(140)의 AC 전압으로 변환하여 출력한다. 이때 상용 계통(140)으로 출력되는 AC 전압은 상용 계통(140)의 전력 품질 기준, 예를 들면 역률 0.9 이상, THD 5% 이내에 부합해야 하며, 이를 위해 양방향 인버터(112)는 출력 AC 전압의 위상을 상용 계통(140)의 위상과 동기화시켜 무효 전력 발생을 억제하고, AC 전압 레벨을 조절해야 한다. 또한 양방향 인버터(112)는 상용 계통(140)으로 출력되는 AC 전압으로부터 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있으며, 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 잇다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 인버터(112)는 태양광 발전 시스템(130) 또는 배터리(120)의 직류 전력을 상용 계통(140) 또는 부하(150)에 공급하기 위한 교류 전력으로 변환하는 인버터 기능과 상용 계통(140)에서 공급되는 교류 전력을 배터리(120)에 공급하기 위한 직류 전력으로 변환하는 정류 기능을 함께 수행한다.
양방향 컨버터(113)는 제2 노드(N2)와 배터리(120) 사이에 접속되며, 제2 노드(N2)의 DC 전압을 배터리(120)에 저장하기 위한 DC 전압으로 변환한다. 또한 배터리(120)에 저장된 DC 전압을 제2 노드(N2)에 전달하기 위한 DC 전압 레벨로 변환한다. 예를 들면, 양방향 컨버터(113)는 태양광 발전 시스템(130)에서 발전된 직류 전력을 배터리(120)에 충전하는 경우 또는 상용 계통(1400에서 공급된 교류 전력을 배터리(120)에 충전하는 경우, 즉 배터리(120) 충전 모드일 때, 제2 노드(N2)의 DC 전압 레벨 또는 DC 링크부(118)에서 유지되는 DC 링크 전압 레벨, 예를 들면 DC 380V의 전압을 배터리(120) 저장 전압, 예를 들면 DC 100V로 감압하는 컨버터로 동작한다. 또한 양방향 컨버터(113)는 배터리(120)에 충전된 전력을 상용 계통(140)에 공급하거나 또는 부하(150)에 공급하는 경우, 즉 배터리 방전 모드일 때, 배터리 저장 전압, 예를 들면 DC 100V 전압을 제2 노드(N2)의 DC 전압 레벨 또는 DC 링크 전압 레벨, 예를 들면 DC 380V 전압으로 승압하는 컨버터로 동작한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 컨버터(113)는 태양광 발전 시스템(130)에서 발전된 직류 전력 또는 상용 계통(140)에서 공급된 교류 전력을 변환 후 직류 전력을 배터리(120)에 저장하기 위한 직류 전력으로 변환하고, 배터리(120)에 저장된 직류 전력을 상용 계통(140) 또는 부하(150)에 공급하기 위해서, 양방향 인버터(112)에 입력하는 직류 전력으로 변환한다.
배터리(120)는 태양광 발전 시스템(130) 또는 상용 계통(140)으로부터 공급된 전력을 저장한다. 배터리(120)는 복수의 배터리 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 용량 및 출력을 증가시킬 수 있도록 구성될 수 있으며, 배터리(120)의 충전 또는 방전 동작은 BMS(115)나 통합 제어부(114)에 의해 제어된다. 배터리(120)는 다양한 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있으며, 예를 들면 니켈-카드뮴 전지(nickel-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(120)를 구성하는 배터리 셀의 개수는 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)에서 요구되는 전력 용량, 설계 조건 등에 따라 결정될 수 있다.
BMS(115)는 배터리(120)에 연결되고, 통합 제어기(114)의 제어에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어한다. 배터리(120)로부터 양방향 컨버터(113)로의 방전 전력 및 양방향 컨버터(113)로부터 배터리(120)로의 충전 전력은 BMS(115)를 통해서 전달된다. 또한 BMS(115)는 배터리(120)를 보호하기 위하여, 과 충전 보호 기능, 과 방전 보호 기능, 과 전류 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, BMS(115)는 배터리(120)의 전압, 전류, 온도를 검출하여 SOC(state of charge) 및 SOH(state of health)를 계산하고, 이에 따른 잔여 전력량, 수명 등을 모니터링 할 수 있다.
BMS(115)는 배터리(120)의 전압, 전류, 온도를 검출하는 센싱 기능과, 이에 따른 과 충전, 과 방전, 과 전류, 셀 밸런싱 여부, SOC, SOH를 판단하는 마이크로 컴퓨터, 마이크로 컴퓨터의 제어 신호에 따라 충방전 금지, 퓨즈 용단, 냉각 등의 기능을 수행하는 보호 회로를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 BMS(115)는 전력 관리 시스템(110)에 포함되고, 배터리(120)와 분리하여 구성하였지만, BMS(115)와 배터리(120)가 일체로 구성된 배터리 팩으로 구성할 수 있음은 물론이다. 또한 BMS(115)는 통합 제어기(114)의 제어에 따라 배터리(120)의 충전 또는 방전 동작을 제어하고, 배터리(120)의 상태 정보, 예를 들면 SOC를 통해 산출된 충전 전력량에 관한 정보를 통합 제어기(114)에 전송한다.
제1 스위치(116)는 양방향 인버터(112)와 제3 노드(N3) 사이에 접속된다. 제2 스위치(117)는 제3 노드(N3)와 상용 계통(140) 사이에 접속된다. 제1 스위치(116)와 제2 스위치(117)는 통합 제어기(114)의 제어에 따라 온 또는 오프 되는 개폐기를 사용할 수 있다. 태양광 발전 시스템(130) 또는 배터리(120)의 전력을 상용 계통(140) 또는 부하(150)로의 공급 또는 차단, 상용 계통(140)으로부터의 부하(150) 또는 배터리(120)로의 전력 공급 또는 차단하는 기능을 한다. 예를 들면, 태양광 발전 시스템(130)에서 발전한 전력 또는 배터리(120)에 저장된 전력을 상용 계통(140)에 공급하는 경우, 통합 제어기(114)는 제1 및 제2 스위치(116 및 117)를 턴 온 시키고, 부하(150)에만 공급하는 경우에는 제1 스위치(116)를 턴 온 시키고, 제2 스위치(117)를 턴 오프시킨다. 또한, 상용 계통(140)의 전력을 부하(150)에만 공급하는 경우에는 제1 스위치(116)를 턴 오프 시키고, 제2 스위치(117)를 턴 온 시킨다.
제2 스위치(117)는 통합 제어기(114)의 제어에 따라 상용 계통(140)에 이상 상황이 발생한 경우, 예를 들면 정전, 배전선 수리가 필요한 경우, 상용 계통(140)으로의 전력 공급을 차단하고, 에너지 저장 시스템의 단독 운전을 구현한다. 이때 통합 제어기(114)는 전력 관리 시스템(110)을 상용 계통(140)과 분리시켜, 상용 계통(140)에서 선로 유지 또는 보수자의 감전과 같은 근거리 접근 사고가 발생하는 것을 방지하고, 상용 계통(140)이 비정상 상태에서 동작하여 전기 설비에 악영향을 주는 것을 방지한다. 또한, 상용 계통(140)이 비정상 상태일 때의 단독 운전 상황, 즉 태양광 발전 시스템(130)에서 발전된 전력 또는 배터리(120)의 저장된 전력으로 부하(150)에 전력을 공급하다가, 상용 계통(140)이 복구된 상황이 되면, 상용 계통(140)의 전압과 단독 운전 상태의 배터리(120)의 출력 전압 사이에 위상 오차가 발생하여, 전력 관리 시스템(110)에 손상이 발생할 수 있는데 통합 제어기(114)는 이러한 문제점을 방지하기 위하여 단독 운전 방지 제어를 수행한다.
통합 제어기(114)는 전력 관리 시스템(110) 또는 에너지 저장 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 본 발명에서, 통합 제어기(114)는 상용 계통(140)의 정전 신호를 감지하고, 정전 신호를 수신한 경우 배터리(120)에 저장된 DC 전력을 부하(150)에 전달하기 위한 제어 동작을 수행한다. 여기서, 배터리(120)에 저장된 전력을 부하(150)에 공급하기 위해, 통합 제어기(114)는 양방향 인버터(112)와 MPPT 컨버터(111)를 오프시키고, 양방향 컨버터(113)를 온시켜, 배터리(120)에 저장된 전력을 통해 제2 노드(N2)의 전압을 정전압 제어한 후, 양방향 인버터(112)를 온 시켜 부하(150)에 전력을 공급한다. 또한 선택적으로 태양광 발전 시스템(130)이 동작 가능한 경우에는 MPPT 컨버터(111)를 서서히 동작시켜 발전 전력을 배터리(120)에 저장된 전력과 함께 부하(150)에 공급하도록 제어 할 수 있다. 더 나아가 통합 제어기(114)는 MPPT 컨버터(111)로부터 출력되는 태양광 발전 시스템(130)의 출력전력을 수신하여, 태양광 발전 시스템(130)의 출력 전력이 최대 출력 전력 보다 적은 부정합 발생을 판단하고, 부정합이 발생하면 보상수단(160)을 동작시켜 전력 보상을 수행하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)의 전력 및 제어 신호의 흐름도 이다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)의 내부 구성 요소들 간의 전력 흐름과 통합 제어기(114)의 제어 흐름이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 것처럼 MPPT 컨버터(111)에서 변환된 DC 레벨의 전압이 양방향 인버터(112)와 양방향 컨버터(113)에 공급되며, 공급된 DC 레벨의 전압이 양방향 인버터(112)에서 AC 전압으로 변환되어 상용 계통(140)에 공급되거나, 양방향 컨버터(113)에서 배터리(120)에 저장할 DC 전압으로 변환되어 BMS(115)를 통해 배터리(120)에 충전된다. 배터리(120)에 충전된 DC 전압은 양방향 컨버터(113)에서 양방향 인버터(112)에 입력 DC 전압 레벨로 변환되고, 다시 양방향 인버터(112)에서 상용 계통의 기준에 맞는 AC 전압으로 변환되어 상용 계통(140)에 공급된다.
통합 제어기(114)는 계통 연계형 에너지 저장 시스템(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 시스템의 운전 모드, 예를 들면 발전된 전력을 상용 계통(140)에 공급할 것인지, 부하(150)에 공급할 것인지, 배터리(120)에 저장할 것인지, 상용 계통(140)으로부터 공급된 전력을 배터리(120)에 저장할 것인지 여부 등을 결정한다.
통합 제어기(114)는 MPPT 컨버터(111), 양방향 인버터(112), 양방향 컨버터(113) 각각의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호를 전송한다. 여기서 제어 신호는 각각의 컨버터 또는 인버터의 입력 전압에 따른 듀티 비 최적 제어를 통해 컨버터 또는 인버터의 전력 변환에 따른 손실을 최소화 한다. 이를 위해, 통합 제어기(114)는 MPPT 컨버터(111), 양방향 인버터(112), 양방향 컨버터(113) 각각의 입력단에서 전압, 전류, 온도를 감지한 신호를 제공 받아, 이러한 감지 신호들을 기초로, 컨버터 제어 신호와 인버터 제어 신호를 전송한다.
통합 제어기(114)는 상용 계통(140)으로부터 계통 상황에 따른 정보, 계통의 전압, 전류, 온도 등을 포함하는 계통 정보를 제공 받는다. 통합 제어기(114)는 이러한 계통 정보에 따라 상용 계통(140)의 이상 상황 발생 여부, 복전 여부 등을 판단하고, 상용 계통(140)의 공급 전력의 매칭 제어를 통해 단독 운전 방지 제어를 수행한다.
통합 제어기(114)는 BMS(115)와 통신을 통해 배터리(120) 상태 신호, 즉 배터리(120)이 충방전 상태 신호를 전송 받아, 이를 기초로 전체 시스템의 운전 모드를 판단한다. 또한 운전 모드에 따라 배터리(120)의 충방전 제어 신호를 BMS(115)에 전송하고, BMS(115)는 이에 따라 배터리(120)의 충방전을 제어한다.
통합 제어기(114)는 MPPT 컨버터(111)로부터 출력되는 태양광 발전 시스템(130)의 출력전력을 수신하여, 태양광 발전 시스템(130)의 출력 전력이 최대 출력 전력 보다 적은 부정합 발생을 판단하고, 부정합이 발생하면 보상수단(160)을 동작시켜 전력 관리 시스템(110)으로 입력되는 전력 보상을 수행하도록 제어한다. 또한 부정합 발생이 종료 되면, 보상수단(160)을 동작시켜 에너지 저장부(161)에 전력을 저장하도록 제어한다.
도 3은 도 1 중 보상수단(160)의 상세도 이다.
도 3을 참조하면, 보상수단(160)은 에너지 저장부로써 수퍼 캐패시터(161) 및 이를 제어하는 제어부로써의 스위칭부(162)를 포함한다.
태양전지 모듈(131)은 정격 전력이 크지 않으므로, 대규모 발전을 위해서는 다수의 모듈이 직렬 및 병렬 연결된 어레이 구조(도5, 도 6 및 도 7 참조)를 형성하고 있고, 전력 관리 시스템(110)의 MPPT 컨버터(111)는 최대 전력점 추종 기능이 구비되어 있어서, 태양전지 모듈(131)에서 최대 출력이 발생하도록 제어한다. 이러한 태양전지 모듈(131)은 모두 동일한 특성을 가지고 있다는 전제하에 태양광 발전 시스템(130)을 설계하는 것이 일반적이다. 그러나, 태양전지 모듈(131)의 특성이 서로 다르면, 태양전지 모듈(131)로부터의 전체 출력 전력이 각각의 최대 전력의 합보다 작아지게 되는 부정합 손실(mismatch loss)이 발생하게 된다. 이러한 부정합 손실이 발생하는 원인으로는 태양전지 모듈(131)의 제조 공정에서 발생하는 오차, 태양전지 모듈(131)의 장기간 사용에 따른 특성 열화의 불균일, 태양전지 모듈(131)의 오염 등에 의하여 발생하는 전기적 특성의 분산, 구름이나 나무에 의해 발생하는 태양전지 모듈(131) 상의 그림자, 태양전지 모듈(131)의 설치 고도각의 차이, 온도의 차이 등에 의해 발생하는 환경의 불균일성을 들 수 있다. 이러한 원인들이 단독으로 도는 복합적으로 작용하여 태양전지 모듈(131)의 특성은 다양하게 나타날 수 있다. 그리고 태양전지 모듈(131)의 일부 파손이나 특성이 다른 태양전지 모듈(131)의 의도적인 혼합 사용 또한 부정합 손실의 원인이 될 수 있다
도 4는 도 1에 도시된 태양광 발전 시스템(130)의 성능 저하에 따른 전류-전압 곡선의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 도 4a는 정상적인 태양전지 모듈(131)의 전류-전압 특성 그래프를 나타낸다. 도 4b는 직렬 저항이 증가하는 경우 전류-전압 특성 그래프를 나타낸다. 도 4c는 병렬 저항이 증가하는 경우 전류-전압 특성 그래프를 나타낸다. 도 4d는 태양전지 모듈(131)로 입사되는 광이 감소하는 경우 전류-전압 특성 그래프를 나타낸다. 도 4b 내지 도 4d의 경우 부정합 손실이 발생하게 된다. . 이러한 부정합 손실은 태양광 발전 시스템(130)의 발전 효율을 악화시킬 뿐만 아니라, 이로 인한 태양전지 모듈(131)의 온도 상승을 유발하여 정기적으로 수명을 단축시키는 요인으로 작용한다.
따라서, 본 발명에서 이러한 부정합 손실을 보상하기 위해 보상수단(160)을 구비하고 있다.
보상수단(160) 중 수퍼 캐패시터(161)는 태양전지 모듈(131)로부터의 전력을 저장 및 출력한다. 수퍼 캐패시터(161)는 미래 전기 자동차의 전원 공급원으로 개발되기 시작하면서 급진적인 발전이 이루어지고 있다. 기존 배터리는 전기 화학 적용에 의하여 전기 에너지를 방출하므로 충전 시간이 길고 환경 오염의 문제가 있다. 또한 내부 저항이 매우 높아 효율이 극히 낮은 반면, 수퍼 캐패시터(161)는 전기적인 분극 작용에 의하여 충전이 이루어 지므로 충전 시간이 매우 짧고 환경 오염의 염려가 적다. 수퍼 캐패시터(161)는 전기 이중층 원리를 이용하는 전기 이중층 캐패시터(EDLC: electrical double layer capacitor)와 전기 화학적 산화-환원 반응을 이용하는 하이브리드 수퍼 캐패시터(hybrid super capacitor)로 구분될 수 있다. 이와 같은 수퍼 캐패시터(161)는 서로 교대로 적층된 양극 및 음극과 적층된 양극 및 음극 사이에 삽입되어 양극과 음극을 서로 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 포함하여 구성될 수 있다. 수퍼 캐패시터(161)의 특징으로는 물리적인 흡, 탈착을 통해 충방전이 수행되고, 반영구적인 수명을 가지며, 짧은 충전시간(초 단위)을 가지며, 사용 가능한 온도 범위가 넓고(섭씨 -20도 내지 70도), 충방전 사이클이 약 500,000회 정도이다.
보상수단(160) 중 스위칭부(162)는 통합 제어기(114)의 제어로 턴 온 또는 턴 오프 되어, 수퍼 캐패시터(161)에 저장된 전력을, 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 전력과 함께 전력 관리 시스템(110)으로 출력하거나, 수퍼 캐패시터(161)에 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 전력을 저장한다.
이러한 보상수단은 태양전지 모듈(131)의 출력단인 제1 노드(N1)와 접지 사이에 병렬 연결된다. 이 중 스위칭부(162)는 일단이 제1 노드(N1)에 연결되고, 타단이 수퍼 캐패시터(162)의 일단과 연결되어 있다. 수퍼 캐패시터(161)는 일단이 스위칭부(162)의 타단과 연결되고, 타단이 접지에 연결되어 있다.
통합 제어기(114)가 MPPT 컨버터(111)가 측정한 태양광 발전 시스템(130)으로부터의 전체 출력 전력이 각 태양전지 모듈(131)의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실이 발생되었다고 판단하면, 스위칭부(162)를 턴 온 시키는 제어 신호를 출력한다. 스위칭부(162)가 턴 온 되면, 수퍼 캐패시터(161)에 저장되어 있던 전력이 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 전력과 함께 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)가 부정합 손실 발생이 종료되었다고 판단하면, 스위칭부(162)를 역시 턴 온 시키는 제어 신호를 출력한다. 부정합 손실 발생 종료 후 스위칭부(162)가 턴 온 되면, 수퍼 캐패시터(161)로 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 전력이 소정 시간 저장되면서, 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)는 수퍼 캐패시터(161)의 전력 저장이 완료되거나, 부정합 손실이 발생하지 않은 정상 상태에서는 스위칭부(162)를 턴 오프 시키는 제어 신호를 출력한다. 스위칭부(162)가 턴 오프 되면, 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
도 5를 참조하면, 도 1 및 도 3과 비교 시에 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1311-2,…,1311-m)이 직렬 연결되어 있고, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1311-2,…,1311-m)의 각 출력 노드(N1-1,N1-2,…,N1-M)에 보상수단(1601-1,1601-2,…,1601-m)이 연결되어 있다. 보상수단(1601-1,1601-2,…,1601-m)은 에너지 저장부(1611-1, 1611-2,…,1611-m) 및 제어부(1621-1, 1621-2,…,1621-m)를 포함한다.
도 5에서는 통합 제어기(114)가 부정합 손실이 발생되었다고 판단하면, 부정합 손실이 발생된 태양전지 모듈(131)의 해당 스위칭부(162)만을 턴 온 시키는 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 태양전지 모듈(1311-2)에서 부정합 손실이 발생되었다고 가정하고 설명하기로 한다. 즉, 태양전지 모듈(1311-2)에서 부정합 손실이 발생하면, 통합 제어기(114)는 제어부(1621-2)를 동작시키는 제어 신호를 출력한다. 제어부(1621-2)가 동작되면, 에너지 저장부(1611-2)에 저장되어 있던 전력이 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1311-2,…,1311-m)에서 출력되는 전력과 함께 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)가 부정합 손실 발생이 종료되었다고 판단하면, 제어부(1621-2)를 역시 동작시키는 제어 신호를 출력한다. 부정합 손실 발생 종료 후 제어부(1621-2)가 동작되면, 에너지 저장부(1611-2)로 태양전지 모듈(1311-2)에서 출력되는 전력이 소정 시간 저장되면서, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1311-2,…,1311-m)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)는 에너지 저장부(1611-2)의 전력 저장이 완료되거나, 부정합 손실이 발생하지 않은 정상 상태에서는 제어부(1621-1, 1621-2,…,1621-m)를 동작시키지 않는 제어 신호를 출력한다. 제어부(1621-1, 1621-2,…,1621-m)가 동작되지 안으면, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1311-2,…,1311-m)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
도 6을 참조하면, 도 1 및 도 3과 비교 시에 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1312-1,…,131n-1)이 병렬 연결되어 있고, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1312-2,…,131n-1)의 각 출력 노드(N1-1,N2-1,…,NN-1)에 보상수단(1601-1,1602-1,…,160n-1)이 연결되어 있다. 보상수단(1601-1,1602-1,…,160n-1)은 에너지 저장부(1611-1, 1612-1,…,161n-1) 및 제어부(1621-1, 1622-1,…,162n-1)를 포함한다.
도 6에서는 통합 제어기(114)가 부정합 손실이 발생되었다고 판단하면, 부정합 손실이 발생된 태양전지 모듈(131)의 해당 스위칭부(162)만을 턴 온 시키는 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 태양전지 모듈(1312-1)에서 부정합 손실이 발생되었다고 가정하고 설명하기로 한다. 즉, 태양전지 모듈(1312-1)에서 부정합 손실이 발생하면, 통합 제어기(114)는 제어부(1622-1)를 동작시키는 제어 신호를 출력한다. 제어부(1622-1)가 동작되면, 에너지 저장부(1612-1)에 저장되어 있던 전력이 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1312-1,…,131n-1)에서 출력되는 전력과 함께 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)가 부정합 손실 발생이 종료되었다고 판단하면, 제어부(1622-1)를 역시 동작시키는 제어 신호를 출력한다. 부정합 손실 발생 종료 후 제어부(1622-1)가 동작되면, 에너지 저장부(1612-1)로 태양전지 모듈(1312-1)에서 출력되는 전력이 소정 시간 저장되면서, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1312-1,…,131n-1)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)는 에너지 저장부(1612-1)의 전력 저장이 완료되거나, 부정합 손실이 발생하지 않은 정상 상태에서는 제어부(1621-1, 1622-1,…,162n-1)를 동작시키지 않는 제어 신호를 출력한다. 제어부(1621-1, 1622-1,…,162n-1)가 동작되지 안으면, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,1312-1,…,131n-1)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 블록도 이다.
도 7을 참조하면, 도 1 및 도 3과 비교 시에 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,…,131n-m)이 직렬 및 병렬 연결되어 있고, 복수개의 태양전지 모듈((1311-1,…,131n-m)의 각 출력 노드(N1-1,…,NN-M)에 보상수단(1601-1,…,160n-m)이 연결되어 있다. 보상수단(1601-1,…,160n-m)은 에너지 저장부(1611-1,…,161n-m) 및 제어부(1621-1,…,162n-m)를 포함한다.
도 7에서는 통합 제어기(114)가 부정합 손실이 발생되었다고 판단하면, 부정합 손실이 발생된 태양전지 모듈(131)의 해당 스위칭부(162)만을 턴 온 시키는 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 태양전지 모듈(1312-2)에서 부정합 손실이 발생되었다고 가정하고 설명하기로 한다. 즉, 태양전지 모듈(1312-2)에서 부정합 손실이 발생하면, 통합 제어기(114)는 제어부(1622-2)를 동작시키는 제어 신호를 출력한다. 제어부(1622-2)가 동작되면, 에너지 저장부(1612-2)에 저장되어 있던 전력이 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,…,131n-m)에서 출력되는 전력과 함께 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)가 부정합 손실 발생이 종료되었다고 판단하면, 제어부(1622-2)를 역시 동작시키는 제어 신호를 출력한다. 부정합 손실 발생 종료 후 제어부(1622-2)가 동작되면, 에너지 저장부(1612-2)로 태양전지 모듈(1312-2)에서 출력되는 전력이 소정 시간 저장되면서, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,…,131n-m)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
통합 제어기(114)는 에너지 저장부(1612-2)의 전력 저장이 완료되거나, 부정합 손실이 발생하지 않은 정상 상태에서는 제어부(1621-1,…,162n-m)를 동작시키지 않는 제어 신호를 출력한다. 제어부(1621-1,…,162n-m)가 동작되지 안으면, 복수개의 태양전지 모듈(1311-1,…,131n-m)에서 출력되는 전력이 전력 관리 시스템(110)으로 출력된다.
이와 같이 태양광 발전 시스템(130)으로부터의 전체 출력 전력이 각 태양전지 모듈(131)의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 신재생 발전 시스템의 부정합 손실을 보상하여 주어 신재생 시스템의 발전 효율을 저하시키지 않고, 신재생 발전 시스템의 수명 단축을 방지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적으로 및 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 본 발명에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 본 발명에 병합될 수 있다.
100: 에너지 저장 시스템 110: 전력 관리 시스템
120: 배터리 130: 신재생 발전 시스템
140: 상용 계통 150: 부하
160: 보상수단 111: MPPT 컨버터
112: 양방향 인버터 113: 양방향 컨버터
114: 통합 제어기 115: BMS
116: 제1 스위치 117: 제2 스위치
118: DC 링크부 131: 태양전지 모듈
161: 에너지 저장부, 수퍼 캐패시터
162: 제어부, 스위칭부

Claims (17)

  1. 복수의 신재생 모듈로 구성된 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전기 에너지를 저장하거나 또는 출력하는 보상 수단; 및
    상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 변환하여 부하로 출력하며, 상기 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 상기 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 상기 보상 수단을 동작시키는 전력 관리 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보상 수단은,
    상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 및
    상기 전력 관리 시스템으로부터의 상기 부정합 발생 신호에 의해 상기 에너지 저장부의 에너지를 상기 전력 관리 시스템으로 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전력 관리 시스템으로부터의 상기 부정합 발생 종료 신호에 의해 상기 에너지 저장부로 전기 에너지를 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 에너지 저장부는,
    수퍼 캐패시터인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전력 관리 시스템으로부터의 부정합 발생 신호에 의해 턴 온 되어 상기 에너지 저장부의 에너지를 상기 전력 관리 시스템으로 출력하는 스위칭부인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보상 수단은,
    상기 스위칭부의 일단이 상기 신재생 발전 시스템의 출력단에 연결되고, 타단이 상기 수퍼 캐패시터의 일단과 연결되고,
    상기 수퍼 캐패시터의 일단이 상기 스위칭부의 타탄에 연결되고, 타단이 접지에 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 부정합 손실 발생 종료 신호에 의해 소정 시간 턴 온 되어 상기 수퍼 캐패시터로 상기 전기 에너지를 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전력 관리 시스템은,
    상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 측정하고, 상기 신재생 발전 시스템으로부터 최대로 전력을 생산하는 MPPT 컨버터; 및
    상기 MPPT 컨버터가 측정한 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 상기 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 발생 시에 상기 보상 수단을 동작시키는 통합 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 보상 수단은,
    상기 신재생 발전 시스템을 구성하는 복수의 신재생 모듈 각각에 연결된 복수의 에너지 저장부; 및
    상기 복수의 에너지 저장부 각각에 연결되고, 상기 전력 관리 시스템으로부터의 부정합 손실 발생 신호에 의해 상기 에너지 저장부들의 에너지를 상기 전력 관리 시스템으로 출력하도록 제어하는 복수의 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전력 관리 시스템은,
    상기 복수의 신재생 모듈 중 상기 부정합 손실이 발생된 신재생 모듈에 해당하는 상기 보상 수단을 동작시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전력 관리 시스템으로부터의 상기 부정합 발생 종료 신호에 의해 상기 부정합 손실이 발생된 신재생 모듈의 에너지 저장부로 전기 에너지를 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 보상 수단은,
    일단이 상기 신재생 발전 시스템의 복수의 신재생 모듈 각 출력단에 연결된 복수의 스위칭부; 및
    일단이 상기 스위칭부의 각 타탄에 연결되고, 타단이 접지에 연결된 복수의 수퍼 캐패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 부정합 발생 종료 신호에 의해 상기 부정합이 발생된 신재생 모듈과 연결된 스위칭부가 소정 시간 턴 온 되어 대응하는 수퍼 캐패시터로 상기 전기 에너지를 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  14. 신재생 발전 시스템을 구성하는 복수의 신재생 모듈 각각에 연결되어 각 신재생 모듈로부터 발전된 전기 에너지를 저장하거나 또는 출력하는 복수의 보상 수단; 및
    상기 신재생 발전 시스템으로부터 발전된 전력을 변환하여 부하로 출력하며, 상기 신재생 발전 시스템으로부터의 전체 출력 전력이 상기 각 신재생 모듈의 최대전력의 합 보다 적은 부정합 손실 발생 시에 상기 부정합이 발생된 신재생 모듈에 해당하는 상기 보상 수단을 동작시키는 전력 관리 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 복수의 보상 수단은,
    제1 신재생 모듈의 출력단에 제2 신재생 모듈의 입력단이 연결되고, 상기 제2 신재생 모듈의 출력단에 제3 신재생 모듈의 입력단이 연결된 직렬 형태의 상기 복수의 신재생 모듈 각 출력단과 접지 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 복수의 보상 수단은,
    제1 신재생 모듈의 출력단에 다른 신재생 모듈들의 출력단이 연결된 병렬 형태의 상기 복수의 신재생 모듈 각 출력단과 접지 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 복수의 보상 수단은,
    제1 신재생 모듈의 출력단에 제2 신재생 모듈의 입력단이 연결되고, 상기 제2 신재생 모듈의 출력단에 제3 신재생 모듈의 입력단이 연결된 직렬 형태의 신재생 모듈 출력단에, 다른 직렬 형태의 신재생 모듈들의 출력단이 연결된 병렬 형태의 상기 복수의 신재생 모듈 각 출력단과 접지 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
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