KR20140067767A - 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 그를 이용한 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법 - Google Patents

에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 그를 이용한 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 사용자가 인버터의 출력을 설정하여 파워 팩의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 에너지 저장장치 시스템의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법에 관한 것으로, 다수의 배터리로 구성되는 배터리 팩(20); 상기 배터리 팩(20)의 배터리를 충전하는 태양전지(30); 교류전력을 이용하여 상기 배터리 팩(20)의 배터리를 충전하는 충전기(40); 상기 배터리 팩(20)의 배터리의 잔존용량, 전압, 전류, 온도, 폴트(Fault)의 값을 측정하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10); 상기 배터리 팩(20)의 직류전원을 부하로 공급할 때 안정적으로 변환하여 공급하는 인버터(50); 및 상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 디스플레이하고, 상기 에너지 저장 장치(ESS)의 제어를 위한 설정값을 입력하며, 통신할 장비를 선택하고 상기 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 상기 인버터(50)의 출력을 설정하여 상기 배터리 팩(20)의 에너지를 효율적으로 사용하도록 설정하는 설정부(63)를 포함하는 인버터출력 제어장치(60);을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 그를 이용한 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법{Inverter Output Control System for Energy Storage System and Inverter Output Control Method for efficient management of Energy Storage System Using The Same}
본 발명은 배터리의 동력원으로 사용하는 파워 팩의 효율적인 에너지 관리를 위한 인버터(Inverter) 출력 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 사용자가 인버터의 출력을 설정하여 파워 팩의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 에너지 저장장치 시스템의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있어 전기에너지를 사용하는데 있어 생산이 함께 움직여줘야 하는데 ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하는 것으로 에너지 생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.
그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.
그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬 수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.
제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가 와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있는 것으로 기대가 되고 있다.
근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생 에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산 설비가 급속히 증가하는 추세이다.
이러한, 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행 중이다.특히 신재생 에너지 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전 시스템은 공해가 없고, 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.
이러한 태양광 발전 시스템에는 태양광 발전시스템 단독으로만 운전하는 독립형 발전 시스템과, 태양광 발전 시스템과 상용전력 계통과 연계하여 운전하는 계통연계형 발전 시스템 두 종류가 있다.
태양광 발전 시스템을 구성하는 컨버터와 인버터는 시스템 설계시 설정된 정격전압이나 정격전류에 따라 내부 회로 소자가 결정된다. 이 경우 용량이 고정되어 있기 때문에 용량 확장이 요청되는 경우 별도의 시스템을 구축해야 하므로 공간적, 소비전력 면에서 어려운 점이 있다.
그 중에서 대한민국 등록특허 10-1084214호(계통 연계형 전력 저장 시스템 및 전력 저장 시스템 제어 방법)에서는 공간 및 소비전력을 개선하면서 용량을 확장할 수 있는 전력저장 시스템에 대하여 게시하고 있다.
그러나 종래의 기술에서는 대부분의 경우 소비전력을 개선하면서 용량을 확장하는데 초점을 맞추고 있을 뿐, 배터리의 잔존 용량과 전압 및 ESS : Energy Storage System의 입력 전력의 정보를 이용하여 사용자가 인버터의 출력을 설정하여 파워 팩의 에너지를 효율적으로 사용하는 방안에 대하여는 게시하고 있지 않아 이에 대한 대책이 시급하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 배터리의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 사용자가 인버터의 출력을 설정하여 파워 팩의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템은, 다수의 배터리로 구성되는 배터리 팩(20); 상기 배터리 팩(20)의 배터리를 충전하는 태양전지(30); 교류전력을 이용하여 상기 배터리 팩(20)의 배터리를 충전하는 충전기(40); 상기 배터리 팩(20)의 배터리의 잔존용량, 전압, 전류, 온도, 폴트(Fault)의 값을 측정하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10); 상기 배터리 팩(20)의 직류전원을 부하로 공급할 때 안정적으로 변환하여 공급하는 인버터(50); 및 상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 디스플레이하고, 상기 에너지 저장 장치(ESS)의 제어를 위한 설정값을 입력하며, 통신할 장비를 선택하고 상기 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 상기 인버터(50)의 출력을 설정하여 상기 배터리 팩(20)의 에너지를 효율적으로 사용하도록 설정하는 설정부(63)를 포함하는 인버터출력 제어장치(60);을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법은, 배터리의 잔존 용량과 각각의 장비의 상태를 통하여 에너지 저장 장치(ESS)의 입력 전력을 측정하는 단계(S10); 및 배터리의 잔존 용량, 에너지 저장 장치(ESS)의 입력 전력을 이용하여 사용자가 선택한 모드로 인버터(Inverter)의 출력 제어를 제어함에 있어 사용자가 설정한 용량으로 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 고정 출력 모드와, 추종 ESS의 입력 전력에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 MPPT 제어모드 및 사용자가 설정 한 잔존 용량과 배터리의 잔존 용량에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 배터리 잔존용량 제어모드 중 하나로 출력하도록 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 에너지 저장 장치의 효율적인 에너지 관리를 위해 인버터 출력 제어 방법을 제공함에 있어서 각각의 장비와 통신을 하여 정보를 수집하고 분석하여 에너지 저장장치의 인버터 출력을 제어 함으로써, 사용자가 인버터의 출력 운용의 설정이 가능하여 인버터 출력을 효율적으로 제어함으로써 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도,
도 2는 본 발명 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리 관리 시스템(10), 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40), 인버터(50) 및 인버터출력 제어장치(60)로 구성된다.
배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10)은 배터리의 잔존용량, 전압, 전류, 온도, 폴트(Fault) 등의 값을 측정한다.
여기서, 배터리 팩(20)은 다수의 배터리(배터리 1, 배터리 2, 배터리 N)로 구성된다.
태양전지(30)는 배터리 팩(20)의 배터리를 태양전지(솔라셀)을 이용하여 충전한다.
충전기(40)는 교류전력을 이용하여 배터리 팩(20)의 배터리를 충전한다. 이때, 교류전력을 직류로 변환하여 충전한다.
인버터(50)는 배터리 팩(20)의 직류전원을 부하로 공급할 때 안정적으로 변환하여 공급한다.
그리고, 인버터출력 제어장치(60)는 디스플레이부(61), 연결부(62) 및 설정부(63)로 구성될 수 있으며, PC로 구성할 수 있다.
인버터출력 제어장치(60)의 디스플레이부(61)는 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 디스플레이한다.
연결부(62)는 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)와 연결되어 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 디스플레이부(61)에 디스플레이할 수 있도록 한다.
설정부(63)는 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)와 배터리 관리 시스템(10)을 포함하는 에너지 저장 장치(ESS)의 제어를 위한 설정값을 입력하며, 통신할 장비를 선택한다. 설정부(63)는 예로써, PC의 키보드로 구성할 수 있다.
이때, 인버터출력 제어장치(60)는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10)과는 CAN 통신 방식으로 연결되고, 충전기(40)와 태양전지(30) 및 인버터(50)와는 시리얼 통신(RS-485) 방식으로 연결될 수 있다.
그리고 인버터출력 제어장치(60)는 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 인버터(50)의 출력을 설정하여 배터리 팩(20)의 에너지를 효율적으로 사용하도록 설정부(63)를 통해 설정한다.
이때, 인버터출력 제어장치(60)는, 인버터(50)의 출력을 ESS의 발생 입력 전력과 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 상관없이 사용자가 설정한 용량으로 인버터(50)의 출력을 제어하는 고정 출력 모드와, 추종 ESS의 입력 전력에 따라 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 MPPT 제어모드 및 사용자가 설정 한 잔존 용량과 상기 배터리 팩(20)의 잔존 용량에 따라 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 배터리 잔존용량 제어모드 중 하나를 설정한다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법은 도 2에 나타낸 바와 같이,
배터리의 잔존 용량과 각각의 장비의 상태를 통하여 에너지 저장 장치(ESS)의 입력 전력을 측정한다(S10).
그 다음 배터리의 잔존 용량, 에너지 저장 장치(ESS)의 입력 전력을 이용하여 사용자가 선택한 모드로 인버터(Inverter)의 출력 제어를 한다. 이때, 고정 출력 모드인가를 판단한다(S20).
판단결과(S20) 고정 출력 모드이면 ESS의 발생 입력 전력과 배터리의 잔존 용량과 상관없이 사용자가 설정한 용량으로 인버터(Inverter)의 출력을 제어한다(S30).
그러나 판단결과(S20) 고정출력 모드가 아니라면 추종 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어모드인가를 판단한다(S40).
판단결과(S20) 추종 MPPT 제어모드라면 추종 ESS의 입력 전력에 따라 인버터의 출력을 제어한다. 이때, 추종 MPPT 제어모드는 ESS의 입력 전력에 따라 사용자가 설정한 용량으로 인버터의 추종 출력을 제어한다(S50)
그러나 판단결과(S40) 추종 MPPT 제어모드가 아니라면 추종 배터리 잔존용량 제어모드로 판단한다(S60).
판단결과(S60) 추종 배터리 잔존용량 모드라면 배터리의 잔존 용량에 따라 인버터(50)의 출력을 제어한다. 이때, 추종 배터리 잔존용량 제어 모드는 사용자가 설정한 잔존 용량으로 인버터의 추종 출력을 제어한다.
따라서 사용자가 설정 한 잔존 용량보다 배터리의 잔존 용량이 높은가를 판단한다(S70).
판단결과(S70) 사용자가 설정 한 잔존 용량보다 배터리의 잔존 용량이 높은 경우에는 인버터의 최대 출력을 통하여 사용자가 지정한 배터리의 잔존 용량으로 추종 제어를 한다(S80).
그러나 판단결과(S70) 사용자가 설정 한 잔존 용량보다 배터리의 잔존 용량이 적을 경우에는 인버터의 최소 출력을 통하여 사용자가 지정한 배터리의 잔존 용량으로 추종 제어를 한다(S90).
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 배터리 관리 시스템 20 : 배터리 팩
30 : 태양전지 40 : 충전기
50 : 인버터 60 : 인버터출력 제어장치
61 : 디스플레이부 62 : 연결부
63 : 설정부

Claims (8)

  1. 다수의 배터리로 구성되는 배터리 팩(20);
    상기 배터리 팩(20)의 배터리를 충전하는 태양전지(30);
    교류전력을 이용하여 상기 배터리 팩(20)의 배터리를 충전하는 충전기(40);
    상기 배터리 팩(20)의 배터리의 잔존용량, 전압, 전류, 온도, 폴트(Fault)의 값을 측정하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10);
    상기 배터리 팩(20)의 직류전원을 부하로 공급할 때 안정적으로 변환하여 공급하는 인버터(50); 및
    상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 디스플레이하고, 상기 에너지 저장 장치(ESS)의 제어를 위한 설정값을 입력하며, 통신할 장비를 선택하고 상기 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 상기 인버터(50)의 출력을 설정하여 상기 배터리 팩(20)의 에너지를 효율적으로 사용하도록 설정하는 설정부(63)를 포함하는 인버터출력 제어장치(60);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지저장장치용 인버터출력 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터출력 제어장치(60)는 상기 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10)과는 CAN 통신 방식으로 연결되고, 상기 충전기(40)와 태양전지(30) 및 인버터(50)와는 시리얼 통신(RS-485) 방식으로 연결됨을 특징으로 하는 에너지저장장치용 인버터출력 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터출력 제어장치(60)은 퍼스널 컴퓨터로 구성됨을 특징으로 하는 에너지저장장치용 인버터출력 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인버터출력 제어장치(60)는,
    상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 디스플레이하는 디스플레이부(61)와, 상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)와 연결되어 상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)의 정보를 상기 디스플레이부(61)에 디스플레이할 수 있도록 연결하는 연결부(62) 및 상기 배터리 팩(20), 태양전지(30), 충전기(40) 및 인버터(50)와 상기 배터리 관리 시스템(10)을 포함하는 에너지 저장 장치(ESS)의 제어를 위한 설정값을 입력하며, 통신할 장비를 선택하고 상기 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 전압 및 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)의 입력 전력의 정보를 이용하여 인버터(50)의 출력을 설정하여 상기 배터리 팩(20)의 에너지를 효율적으로 사용하도록 설정하는 설정부(63)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터출력 제어장치(60)는,
    상기 인버터(50)의 출력을 ESS의 발생 입력 전력과 배터리 팩(20)의 잔존 용량과 상관없이 사용자가 설정한 용량으로 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 고정 출력 모드와, 추종 ESS의 입력 전력에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 MPPT 제어모드 및 사용자가 설정 한 잔존 용량과 상기 배터리 팩20)의 잔존 용량에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 배터리 잔존용량 제어모드 중 하나를 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템.
  6. 배터리의 잔존 용량과 각각의 장비의 상태를 통하여 에너지 저장 장치(ESS)의 입력 전력을 측정하는 단계(S10).
    상기 배터리의 잔존 용량, 에너지 저장 장치(ESS)의 입력 전력을 이용하여 사용자가 선택한 모드로 인버터(Inverter)의 출력 제어을 제어함에 있어 사용자가 설정한 용량으로 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 고정 출력 모드와, 추종 ESS의 입력 전력에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 MPPT 제어모드 및 사용자가 설정 한 잔존 용량과 배터리의 잔존 용량에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 추종 배터리 잔존용량 제어모드 중 하나로 출력하도록 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정 출력 모드와, 추종 MPPT 제어모드 및 추종 배터리 잔존용량 제어모드 중 하나로 출력하는 단계는,
    상기 고정 출력 모드이면 ESS의 발생 입력 전력과 배터리의 잔존 용량과 상관없이 사용자가 설정한 용량으로 인버터(Inverter)(50)의 출력을 제어하는 단계(S30)와.
    상기 추종 MPPT 제어모드라면 추종 ESS의 입력 전력에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 사용자가 설정한 용량으로 상기 인버터(50)의 추종 출력을 제어 제어하는 단계(S50)와,
    상기 추종 배터리 잔존용량 제어모드 라면 상기 배터리의 잔존 용량에 따라 상기 인버터(50)의 출력을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추종 배터리 잔송용량 제어모드는,
    사용자가 설정 한 잔존 용량보다 배터리의 잔존 용량이 높은 경우에는 상기 인버터(50)의 최대 출력을 통하여 사용자가 지정한 배터리의 잔존 용량으로 추종 제어를 하는 단계(S80)와
    상기 사용자가 설정 한 잔존 용량보다 배터리의 잔존 용량이 적을 경우에는 상기 인버터(50)의 최소 출력을 통하여 사용자가 지정한 배터리의 잔존 용량으로 추종 제어를 하는 단계(90) 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 방법.
KR1020120135436A 2012-11-27 2012-11-27 에너지 저장장치용 인버터 출력 제어 시스템 및 그를 이용한 에너지 저장 장치의 효율적인 관리를 위한 인버터 출력 제어 방법 KR101440197B1 (ko)

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