KR20140087930A - 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법 - Google Patents

배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법 Download PDF

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안재민
김수환
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주식회사 포스코아이씨티
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Abstract

비상시 부하에 전력을 공급할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 에너지 저장 시스템은, 부하에 전력을 공급하는 전력계통에 이상을 감지하는 이상 감지부; 상시에 상기 부하 및 상기 전력계통과 연결되어 전력을 배터리에 충전하거나 상기 배터리에 저장된 전력을 방전하다가, 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 배터리에 저장된 전력을 방전하여 상기 부하에 비상전원으로 공급하는 배터리 에너지 저장 장치; 및 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 전력계통과의 연결을 차단하여 상기 배터리로부터 방전되는 전력이 상기 전력계통으로 역류되는 것을 방지하는 역류 방지부를 포함한다.

Description

배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법 {BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM AND CONTROLLING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 배터리 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 에너지 저장장치를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다. 최근에는 일시적으로 부하가 몰리면서 피크 부하가 발생하거나 전력계통에 이상이 발생하는 경우에도 안정적으로 전력을 공급하는 다양한 기술들이 개발되고 있다.
이러한 기술 중 하나로서, 비상 발전기를 이용하여 비상시 부하를 공급하는 기술이 사용되고 있다.
구체적으로, 특정 건물 또는 시설 등에 비상 발전기를 설비하고, 피크 부하 또는 전력계통 사고에 의하여 전력계통으로부터 전력 공급이 일시적으로 중단되는 경우 비상 발전기를 구동하여 해당 건물 또는 시설에 전력을 공급하는 방식이 적용되고 있다.
그러나, 비상 발전기는 비상시의 발전만을 목적으로 하고 있으며, 평상시에는 가동되지 않아 설비 비용 대비 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 비상 발전기는 디젤발전기와 같은 화학 연료를 이용하여 발전을 수행하는 것이 일반적이므로, 이러한 화학 연료의 연소에 따라 공해물질이 다수 배출되고, 동작시 소음, 진동 등의 환경적 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비상시 부하에 전력을 공급할 수 있는 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 전력계통에 이상 상태이면 전력계통과 독립적인 전력라인을 이용하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 에너지 저장 시스템은, 부하에 전력을 공급하는 전력계통에 이상을 감지하는 이상 감지부; 상시에 상기 부하 및 상기 전력계통과 연결되어 전력을 배터리에 충전하거나 상기 배터리에 저장된 전력을 방전하다가, 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 배터리에 저장된 전력을 방전하여 상기 부하에 비상전원으로 공급하는 배터리 에너지 저장 장치; 및 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 전력계통과의 연결을 차단하여 상기 배터리로부터 방전되는 전력이 상기 전력계통으로 역류되는 것을 방지하는 역류 방지부를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법은, 배터리 에너지 저장 장치에 대한 동작 모드로 충전 모드, 방전 모드 및 대기 모드 중 어느 하나를 결정하는 단계; 상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 에너지 저장 장치에 전력을 충전하거나, 상기 배터리 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하는 단계; 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 배터리 에너지 저장 장치로부터 방전되는 전력이 상기 전력계통으로 역류되는 것을 방지하기 위하여 상기 배터리 에너지 저장 장치와 상기 전력계통 간의 연결을 차단하는 단계; 및 상기 배터리 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하여 상기 부하에 비상전원을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 역류 방지부를 제공함으로써, 전력계통 이상 발생시에 배터리 에너지 저장 장치로부터 방전되는 전력이 전력계통으로 역류되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 전력계통에 이상이 감지되면 전력계통과 독립된 전력라인을 이용하여 부하 및 배터리 에너지 저장 장치를 연결함으로써, 배터리 에너지 저장 장치의 전력이 전력계통으로 누수되는 것을 방지하여 배터리 에너지 저장 장치의 전력 제공 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력계통의 비상시뿐만 아니라, 상시에도 잉여 전력을 충전하거나 또는 부족 전력을 보충할 수 있고, 기존의 설비를 최대한으로 활용하면서도 기존의 비상 발전기보다 효율적이며 안정적인 전력 공급을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템에 대한 전력 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 제어부를 설명하는 구성도이다.
도 4는 상시에 제1 및 제2 스위칭 장치의 연결 상태를 설명하는 도면이다.
도 5는 전력계통 이상 발생시에 제1 및 제2 스위칭 장치의 연결 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템에 대한 전력 흐름을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System: BESS, 120)은 전력 생산장치(110), 전력계통(130) 및 부하(140)와 연결된다.
먼저, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력 생산장치(110)로부터 공급되는 전력의 일부를 배터리에 충전한다. 여기서, 전력 생산장치(110)는 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 장치로서, 예컨대, 풍력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 풍력 발전장치, 태양광 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 태양광 발전장치, 수력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 수력 발전장치, 조력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 조력 발전장치 등이 있다.
전력 생산장치(110)에 의하여 생산된 전력은 파워 라인을 통하여 전력계통(130)으로 공급되는데, 이때, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 파워 라인을 따라 이동하는 전력의 일부를 배터리에 저장할 수 있다.
또한, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)으로부터 공급되는 전력의 일부를 배터리에 충전한다. 여기서, 전력계통(130)은 부하(140)에 전력을 공급하며, 발전소, 변전소, 송전선을 포함할 수 있다.
전력계통(130)으로부터 제공되는 전력은 파워 라인을 통하여 부하(140)에 공급되는데, 이때, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 파워 라인을 따라 이동하는 전력의 일부를 배터리에 저장할 수 있다.
한편, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리에 저장된 전력을 방전하여 전력계통(130) 및 부하(140) 중 적어도 하나에 공급한다. 이러한, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 피크 부하 발생시 전력계통(130) 또는 부하(140)에 전력을 공급함으로써 피크 부하를 절감시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 배터리 에너지 저장 시스템(120)에 저장된 전력을 전력계통(130) 이상 발생시 부하(140)에 비상전력을 공급함으로써 비상시에도 부하(140)에 전력을 지속적으로 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장장치(210), 제어부(220), 역류 방지부(230) 및 이상 감지부(250)를 포함한다.
먼저, 배터리 에너지 저장장치(210)는 제1 전력라인(242) 및 제2 전력라인(244) 중 어느 하나를 통하여 전력계통(130)으로부터 전력을 공급부하(110)에 전력을 공급한다.
구체적으로, 배터리 에너지 저장장치(210)는 상시에 제1 전력라인(242)와 연결되어 전력계통(130)로부터 공급되는 전력의 일부를 배터리에 충전하거나, 배터리에 저장된 전력을 방전하여 전력계통(130) 또는 부하(110)에 공급한다.
그리고, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 전력계통(130)에 이상이 감지되면, 제2 전력라인(244)와 연결되어 배터리에 저장된 전력을 방전하여 비상전력으로서 부하(140)에 공급한다.
이하에서는 이러한 배터리 에너지 저장 장치(210)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 관리부(Battery Conditioning System: BCS, 215) 및 전력 관리부(Power Conditioning System: PCS, 211)을 포함한다.
먼저, 배터리 관리부(215)는 제어부(220)에 제어에 의하여 충전 모드시 전력계통(130)으로부터 제공되는 전력을 하나 이상의 배터리 랙(216)에 저장하거나, 방전 모드시 하나 이상의 배터리 랙(216)에 저장되어 있는 전력을 부하(140) 또는 전력계통(130)에 공급한다.
여기서, 배터리 랙(216)은 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)되어 있는 것으로서, 내부에 포함된 하나 이상의 배터리의 충전시 전력계통(130)과 연결되어 전력을 공급받고, 하나 이상의 배터리의 방전시 전력계통(130) 또는 부하(140)로 전력을 제공한다.
도 2에 도시하고 있지 않지만, 배터리 관리부(215)는 배터리 모니터링부(미도시) 및 초기 충전부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
배터리 모니터링부(미도시)는 배터리 랙(216)에 포함된 하나 이상의 배터리의 상태를 모니터링하여 배터리 상태 정보를 생성한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 상태 정보는 각 배터리에 충전되어 있는 전력량, 상기 각 배터리의 전류값, 상기 각 배터리의 SOC(State Of Charge) 정보, 상기 각 배터리의 SOH(Sate Of Health) 정보, 및 상기 각 배터리의 정격용량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
초기 충전부(미도시)는 각 배터리 랙(216)에 연결되어 각 배터리 랙(216)에 포함된 하나 이상의 배터리에서 발생되는 돌입 전류를 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 돌입 전류는 배터리 랙을 교체하거나 재가동하는 경우에 기존에 장착되어 있던 배터리 랙과 새로운 배터리 랙의 전압 불균형으로 인해 발생되는 것으로서, 돌입 전류로 인해 소자가 파괴되거나 화재가 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 초기 충전부(미도시)를 이용하여 각 배터리 랙(216)에서 발생되는 돌입 전류를 최소화할 수 있다.
다음, 전력 관리부(211)는 배터리 관리부(215)와 부하(140) 또는 전력계통(130)을 연결하는 역할을 수행한다. 이러한, 전력 관리부(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(214), 스위치 기어(212), 및 변압기(213)를 포함한다.
전력 변환부(214)는 제어부(220)의 제어에 의하여 충전 모드시 전력계통(130)으로부터 제공되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리 관리부(215)에 출력하거나, 방전 모드시 배터리 관리부(215)로부터 제공되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하(140) 또는 전력계통(130)으로 출력한다.
스위치 기어(212)는 전력계통(130)과 전력 관리부(211)를 연결시킨다. 이러한 스위치 기어(212)는 제어부(220)에 의해 온오프 될 수 있으며, 구체적으로, 전력 변환부(214) 또는 전력계통(130)에 오류, 예컨대, 과전류가 발생되면 제어부(220)에 의해 오프되어 전력 관리부(211)와 외부의 연결을 차단시키게 된다.
변압기(213)는 제어부(220)의 제어에 의하여 충전 모드시 전력계통(130)으로부터 전력 변환부(214)로 입력되는 교류전압을 전력 변환부(214)에서 운용 가능한 교류 전압으로 감압하거나, 방전 모드시 전력 변환부(214)로부터 출력되는 교류 전압을 전력계통(130)에서 운용 가능한 교류 전압으로 승압하는 역할을 수행한다.
다음, 제어부(220)는 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 동작 모드 및 제어 모드를 결정하고, 결정된 모드에 따라 배터리 에너지 저장 장치(210)를 제어한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 제어부(220)를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 도 2의 제어부를 설명하는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(220)는 검출부(310), 동작모드 결정부(320) 및 제어모드 결정부(330)를 포함한다.
먼저, 검출부(310)는 전력계통(130)의 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나를 검출하여 전력계통(130)의 이상 여부를 판단한다.
일 실시예에 있어서, 검출부(310)는 전력계통(130)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준을 벗어나면 전력계통(130)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 3에서는 제어부(220)에서 독립적으로 전력계통(130)의 이상여부를 판단하는 것으로 설명하고 있지만, 다른 일 실시예에 있어서, 제어부(220)는 전력계통(130)과 연결되어 외부에 설치된 이상 감지부(250)로부터 전력계통(130)에 대한 이상상태정보를 제공받을 수도 있다.
다음, 동작모드 결정부(320)는 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 동작 모드로 충전 모드, 대기 모드, 및 방전 모드 중 어느 하나를 결정하고, 결정된 동작 모드에 따라 배터리 에너지 저장 장치(210)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 동작모드 결정부(320)는 충전 모드가 결정되면 배터리 에너지 저장 장치(210)가 전력을 배터리 랙(216)에 충전하도록 충전 동작을 제어하고, 방전 모드가 결정되면 배터리 에너지 저장 장치(210)가 배터리 랙(216)으로부터 전력을 방전하도록 방전 동작을 제어한다. 그리고, 동작모드 결정부(320)는 대기 모드가 결정되면 배터리 에너지 저장 장치(210)의 동작을 멈추고 대기시킨다.
한편, 동작모드 결정부(320)는 검출부(310)로부터 전력계통(130)의 이상이 감지되면, 설정된 모드에 따라 모드 변경을 수행한다.
구체적으로, 동작모드 결정부(320)는 검출부(310)에 의하여 전력계통(130) 이상이 감지되면, 현재 설정된 모드를 확인한다. 동작모드 결정부(320)는 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 동작 모드가 충전 모드이면, 동작 모드를 방전 모드로 변경하고, 배터리 에너지 저장 장치(210)의 동작을 충전에서 방전으로 전환시킨다.
또한, 동작모드 결정부(320)는 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 동작 모드가 방전 모드이면, 동작 모드를 방전 모드로 변경하고, 배터리 에너지 저장 장치(210)를 기동시킨 후 방전 동작을 제어한다.
다음, 제어모드 결정부(330)는 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 제어 모드로 전류 제어 모드 및 전압 제어 모드 중 어느 하나를 결정하고, 결정된 제어 모드에 따라 배터리 에너지 저장 장치(210)에 입력 또는 출력되는 전류 또는 전압을 제어한다.
구체적으로, 제어모드 결정부(330)는 상시에 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 제어 모드로 전류 제어 모드를 결정하고, 전류 제어 모드에 따라 배터리 에너지 저장 장치(210)에 입력 또는 출력되는 전력의 전류를 제1 일정값으로 제어한다.
한편, 제어모드 결정부(330)는 검출부(310)에 의하여 전력계통(130)의 이상이 감지되면, 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 제어 모드를 전류 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경하고, 전압 제어 모드에 따라 배터리 에너지 저장 장치(210)에 입력 또는 출력되는 전력의 전압을 제2 일정값으로 제어한다.
다시 도 2를 참조하면, 역류 방지부(230)는 제어부(220) 또는 이상 감지부(250)에 의하여 전력계통(130)의 이상이 감지되면, 배터리 에너지 저장 장치(210)및 전력계통(130) 간에 연결을 차단하여 배터리 에너지 저장 장치(210)로부터 방전되는 전력이 전력계통(130)으로 역류되는 것을 방지한다.
이를 위하여, 역류 방지부(230)는 전력계통(130)과 연결된 제1 전력라인(242), 및 제1 전력라인(242)과 독립된 제2 전력라인(244) 중 어느 하나를 배터리 에너지 저장 장치(210) 및 부하(140)에 연결한다.
역류 방지부(230)는 상시에 제1 전력라인(242)과 배터리 에너지 저장 장치(210)를 연결함으로써, 배터리 에너지 저장 장치(210)가 전력계통(130)으로부터 공급되는 전력의 일부를 충전하거나, 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력을 전력계통(130)으로 공급할 수 있도록 한다. 또한, 역류 방지부(230)는 상시에 제1 전력라인(242)과 부하(140)를 연결함으로써, 배터리 에너지 저장 장치(210)가 전력을 방전하여 부하(140)에 공급할 수 있도록 한다.
한편, 역류 방지부(230)는 전력계통(130) 이상 발생시에 제2 전력라인(244)과 배터리 에너지 저장 장치(210)를 연결함으로써, 배터리 에너지 저장 장치(210)로부터 방전된 전력이 전력계통(130)으로 역류되는 것을 방지한다. 이와 동시에, 역류 방지부(230)는 전력계통(130) 이상 발생시에 제2 전력라인(244)과 부하(140)를 연결함으로써, 배터리 에너지 저장 장치(210)로부터 방전된 전력을 비상전력으로서 부하(140)에 공급한다.
이러한 역류 방지부(230)는 제1 스위칭 장치(232) 및 제2 스위칭 장치(234)로 구현될 수 있다. 제1 및 제2 스위칭 장치(232, 234)는 ATS(Automatic Load Switch)로 구현될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제1 스위칭 장치(232)는 전력계통(130)과 연결된 제1 전력라인(242), 및 제1 전력라인(242)과 독립된 제2 전력라인(244) 중 어느 하나를 배터리 에너지 저장 장치(210)에 연결한다.
제2 스위칭 장치(234)는 전력계통(130)과 연결된 제1 전력라인(242), 및 제1 전력라인(242)과 독립된 제2 전력라인(244) 중 어느 하나를 부하(140)에 연결한다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 상시 또는 전력계통 이상 발생시에 제1 및 제2 스위칭 장치(232, 234)의 연결 상태를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 상시에 제1 및 제2 스위칭 장치의 연결 상태를 설명하는 도면이다.
제1 및 제2 스위칭 장치(232, 234)는 상시에, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력계통(130)과 연결된 제1 전력라인(242)와 연결된다. 이에 따라, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 제1 전력라인(242)을 따라 전력계통(130) 및 부하(140)와 연결될 수 있다.
이때, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 제어부(220)의 제어에 의하여 충전 모드, 방전 모드 및 대기 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
구체적으로, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 충전 모드시 전력계통(130)으로부터 공급되는 전력의 일부를 제1 전력라인(242)을 따라 배터리 랙(216)에 충전시킬 수 있다.
또한, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 방전 모드시 배터리 랙(216)에 저장된 전력을 방전시켜 제1 전력라인(242)을 따라 전력계통(130) 또는 부하(140)에 공급할 수 있다.
도 5는 전력계통 이상 발생시 제1 및 제2 스위칭 장치의 연결 상태를 설명하는 도면이다.
상시에 도 4와 같이 연결되어 있던 제1 및 제2 스위칭 장치(232, 234)는 전력계통 이상 발생시 제1 전력라인(242)과 단락되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전력라인(244)에 연결된다.
이에 따라, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 전력계통(130)과의 연결이 차단되고, 부하(140)에만 연결될 수 있다.
이때, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 제어부(220)의 제어에 의하여 방전 모드로 동작할 수 있다. 배터리 에너지 저장 장치(210)는 배터리 랙(216)에 저장된 전력을 방전하여 부하(140)에 비상전력으로서 공급할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 전력라인(244)는 비상 발전 장치(150), 예컨대, 디젤 발전기와 연결될 수 있다. 비상 발전 장치(150)는 전력계통 이상 발생시 배터리 에너지 저장 장치(210)와 동기 조절을 수행하고 부하(140)에 전력을 공급할 수 있다.
이러한 비상 발전 장치(150)는 동기조절장치를 포함할 수 있고, 동기조절장치를 이용하여 배터리 에너지 저장장치(210)와 병렬 운전을 수행할 수 있다.
배터리 에너지 저장 장치(210)와 병렬 운전 모드로 작동하던 비상 발전 장치(150)는 배터리 에너지 저장장치(210)에 저장된 전력이 고갈되면, 독립 운전 모드로 변경되어, 부하(140)에 대하여 독립적으로 전력을 공급할 수 있다.
구체적으로, 배터리 에너지 저장장치(210)는 하나 이상의 배터리 랙(216)에 저장되어 있던 전력이 소진되면 비상 발전 장치(150)에 독립 운전을 요청할 수 있다. 비상 발전 장치(150)는 독립 운전 요청이 수신되면 독립 운전 모드로 변경하고, 배터리 에너지 저장장치(210)에서 제공되던 전력을 보상하여 출력을 결정할 수 있다.
예컨대, 배터리 에너지 저장장치(210)에서 부하(140)의 20%에 해당하는 전력을 공급하고, 비상 발전 장치(150)에서 부하(140)의 80%에 해당하는 전력을 공급한다고 가정한다. 비상 발전 장치(150)는 병렬 운전 모드에서 부하(140)의 80%에 해당하는 전력을 공급하다가, 독립 운전 모드로 설정이 변환되면 부하(140)의 100%에 해당하는 전력을 공급하도록 출력을 조정할 수 있다.
이러한 실시예는 이상 상태에도 부하(140)에 대하여 안정적으로 전력을 공급함과 동시에, 비상 발전 장치(150)의 전력을 함께 부하(140)에 제공하므로 배터리 에너지 저장장치(210)의 전력 소모 및 비상 발전 장치(150)의 기축 에너지 소모를 효과적으로 제어할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 이상 감지부(250)는 전력계통(130)과 연결되어 전력계통(130)의 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나를 검출하여 전력계통(130)의 이상 여부를 판단한다.
일 실시예에 있어서, 이상 감지부(250)는 전력계통(130)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준을 벗어나면 전력계통(130)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
한편, 이상 감지부(250)는 전력계통(130)의 이상이 감지되면 전력계통(130)에 대한 이상상태 정보를 생성하여 역류 방지부(230) 및 제어부(220)에 송신한다.
이러한 이상 감지부(250)는 전력계통(130)의 이상이 감지되면 전력계통(130)과 외부와의 연결을 차단할 수 있고, 빠른 절체 동작을 위하여 스태틱 스위치(Static Switch)로 구현될 수 있다.
도 2에 도시하고 있지 않지만, 일 실시예에 있어서, 부하(140)는 일반 부하와 비상 부하를 포함할 수 있다. 여기서, 비상 부하는 비상용 시설의 전력부하를 나타내는 것으로서, 엘레베이터, 비상조명시설, 소방설비, 환기시설, 비상급배수시설, 위생시설, 전열시설, 방범시설 등의 부하를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)에 이상 상태가 감지되면 제2 전력라인(244)을 이용하여 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력을 상기 비상 부하에 공급할 수 있다.
또한, 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 전력 생산장치(110)로부터 공급되는 전력을 배터리 에너지 저장 시스템(120)에 충전하는 것에 대한 설명을 생략하고 있으나, 본 발명에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(120)이 전력 생산장치(110)와 연결되지 않는 것으로 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 전력 생산장치(110)는 전력계통(130)과 연결된 제1 전력라인(242)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 상시에 제1 전력라인(242)을 통해 전력 생산장치(110)로부터 전력을 공급받을 수 있고, 전력계통 이상 발생시 전력 생산장치(110)와의 연결이 차단되고, 배터리에 저장된 전력을 부하(140)에 안정적으로 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도6을 참조하면, 먼저, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 부하(140) 및 배터리 에너지 저장 장치(210)를 전력계통(130)과 연결된 제1 전력라인(242)에 연결한다(S601).
구체적으로, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 제1 스위칭 장치(232)를 제1 전력라인(242)에 연결함으로써 배터리 에너지 저장 장치(210)에 포함된 배터리 랙(216)을 제1 전력라인(242)과 연결한다.
또한, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 제2 스위칭 장치(234)를 제1 전력라인(242)에 연결함으로써 부하(140)를 제1 전력라인(242)과 연결한다.
다음, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 제어 모드를 전류 제어 모드로 설정하고, 동작 모드로 충전 모드, 방전 모드 및 대기 모드 중 어느 하나를 결정한다(S602 및 S603).
충전 모드가 결정되면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 제1 전력라인(242)을 따라 공급되는 전력을 배터리 에너지 저장 장치(210)에 충전시킨다.
방전 모드가 결정되면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력을 방전시켜 제1 전력라인(242)을 따라 전력계통(130) 또는 부하(140)로 공급한다.
대기 모드가 결정되면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)의 동작을 정지시킨다.
한편, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 피크전력을 절감시키기 위하여 배터리 에너지 저장 장치(210)의 충방전 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 부하(140)에 따라 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 충방전 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 부하(140)가 제1 기준값을 초과하면 배터리 에너지 저장 장치(210)로부터 전력을 방전시켜 부하(140)에 공급함으로써 피크 전력을 절감시킬 수 있다. 반면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 부하(140)가 제2 기준값을 미달하면 전력계통(130)으로부터 공급되는 전력의 일부를 배터리 에너지 저장 장치(210)에 충전시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력요금 정보를 수집하고, 수집된 전력요금 정보를 이용하여 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 충방전 동작을 제어할 수 있다.
예컨대, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력요금이 낮은 시간에 전력계통(130)으로부터 공급되는 전력의 일부를 배터리 에너지 저장 장치(210)에 충전시키고, 전력요금이 높은 시간에 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력을 방전시켜 전력계통(130) 또는 부하(140)에 공급할 수 있다.
다음, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)에 이상이 발생하였는지 판단한다(S604).
일 실시예에 있어서, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)의 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나를 검출하고, 검출된 값을 미리 설정된 값과 비교하여 전력계통(130)의 이상여부를 판단할 수 있다.
만약 전력계통(130)에 이상이 감지되면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)의 동작 모드를 확인한다(S604 및 S605).
충전 모드이면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 동작 모드를 방전 모드로 변경한다(S606 내지 S608).
대기 모드이면, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)를 기동한 후 동작 모드를 방전 모드로 변경한다(S606, S607, S609 및 S610).
다음, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 부하(140) 및 배터리 에너지 저장 장치(210)를 전력계통(130)과 독립된 제2 전력라인(244)에 연결하고, 전력계통(130)과 단선을 수행한다(S611).
배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)에 이상이 감지되면, 제1 스위칭 장치(232) 및 제2 스위칭 장치(234) 모두에 대하여 절체 동작을 수행한다.
구체적으로, 제1 스위칭 장치(232)는 배터리 에너지 저장 장치(210)를 제1 전력라인(242)에서 제2 전력라인(244)으로 절체한다. 그리고, 제2 스위칭 장치(234)는 부하(140)를 제1 전력라인(242)에서 제2 전력라인(244)으로 절체한다.
이에 따라, 배터리 에너지 저장 장치(210)는 제2 전력라인(244)을 따라 부하(140)와 연결되고, 전력계통(130)과는 단락된다.
이는, 전력계통 이상 발생시, 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력을 부하(140)에 공급하게 되는데, 만일 전력계통(130)이 병렬로 연결된 상태(제1 전력라인)에서 부하(140)에 전력을 공급하는 경우, 부하(140)가 아닌 전력계통(130)으로 전력이 흘러 들어갈 수 있기 때문이다.
따라서, 전력계통(130)에 이상이 발생하면, 전력계통(130)과 독립적으로 배터리 에너지 저장 장치(210) 및 부하(140)를 연결하고(제2 전력라인) 배터리 랙(216)에 저장된 전력을 부하(140)에 공급함으로써, 전력계통(130)으로의 전력 누출을 방지할 수 있다.
다음, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)에 대한 제어 모드를 전류 제어 모드에서 전압 제어 모드로 변경하고, 제2 전력라인(244)을 통해 배터리 랙(216)에 저장된 전력을 부하(140)에 공급한다(S612 및 S613).
일 실시예에 있어서, 부하(140)는 일반 부하와 비상 부하를 포함할 수 있다. 여기서, 비상 부하는 비상용 시설의 전력부하를 나타내는 것으로서, 엘레베이터, 비상조명시설, 소방설비, 환기시설, 비상급배수시설, 위생시설, 전열시설, 방범시설 등의 부하를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)에 이상이 감지되면 제2 전력라인(244)을 이용하여 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력을 상기 비상 부하에 공급할 수 있다.
다음, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 전력계통(130)이 정상 상태가 되면 부하(140) 및 배터리 에너지 저장 장치(210)를 제1 전력라인(242)에 재연결한다(S614 및 S601).
도 6에 도시하고 있지 않지만, 일 실시예에 있어서, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 비상 발전 장치(150)를 더 포함할 수 있다. 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 비상 발전 장치(150)를 제2 전력라인(244)에 대하여 배터리 에너지 저장 장치(210)와 병렬로 연결하여, 전력계통(130)에 이상이 감지되면, 배터리 에너지 저장 장치(210)와 함께 전력을 부하(140)에 공급할 수 있다.
이때, 배터리 에너지 저장 시스템(120)은 배터리 에너지 저장 장치(210)에 저장된 전력이 소진되더라도 비상 발전 장치(150)를 통해 전력이 부하(140)에 지속적으로 공급될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 부하에 전력을 공급하는 전력계통에 이상을 감지하는 이상 감지부;
    상시에 상기 부하 및 상기 전력계통과 연결되어 전력을 배터리에 충전하거나 상기 배터리에 저장된 전력을 방전하다가, 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 배터리에 저장된 전력을 방전하여 상기 부하에 비상전원으로 공급하는 배터리 에너지 저장 장치; 및
    상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 전력계통과의 연결을 차단하여 상기 배터리로부터 방전되는 전력이 상기 전력계통으로 역류되는 것을 방지하는 역류 방지부를 포함하는 배터리 에너지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 에너지 저장 장치에 대한 동작 모드로 충전 모드, 대기 모드 및 방전 모드 중 어느 하나를 결정하고, 상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 에너지 저장 장치의 충방전을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 동작 모드를 확인하여 충전 모드이면, 상기 동작 모드를 방전 모드로 변경하여 상기 배터리 에너지 저장 장치가 상기 배터리에 저장된 전력을 상기 부하에 비상전원으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 동작 모드를 확인하여 대기 모드이면, 상기 배터리 에너지 저장 장치를 기동한 후 상기 동작 모드를 방전 모드로 변경하여 상기 배터리 에너지 저장 장치가 상기 배터리에 저장된 전력을 상기 부하에 비상전원으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 배터리 에너지 저장 장치에 대한 제어 모드로 전류 제어 모드 및 전압 제어 모드 중 하나를 결정하고, 상기 결정된 제어 모드에 따라 상기 배터리 에너지 저장 장치에 입력 또는 출력되는 전력의 전류 또는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상시에 전류 제어 모드에 따라 상기 상기 배터리 에너지 저장 장치에 입력 또는 출력되는 전력의 전류를 제어하고, 상기 전력계통에 이상이 감지되면, 제어 모드를 전압 제어 모드로 변경하여 상기 배터리 에너지 저장 장치에 입력 또는 출력되는 전력의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 역류 방지부는,
    상기 전력계통과 연결된 제1 전력라인 및 상기 제1 전력라인과 독립된 제2 전력라인 중 어느 하나를 상기 배터리 에너지 저장 장치에 연결하는 제1 스위칭 장치; 및
    상기 제1 전력라인 및 상기 제2 전력라인 중 어느 하나를 상기 부하에 연결하는 제2 스위칭 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 제1 및 제2 스위칭 장치는 상기 제1 전력라인에서 상기 제2 전력라인으로 동시에 절체되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 장치는 ATS(Automatic Load Switch)로 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 전력라인에 연결되어 상기 전력계통에 이상이 감지되면 기동하여 상기 부하에 전력을 공급하는 비상 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 일반 부하 및 비상 부하를 포함하고,
    상기 배터리 에너지 저장 장치는 상기 전력계통에 이상이 감지되면 상기 배터리에 저장된 전력을 상기 비상 부하로 공급하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 이상 감지부는,
    상기 전력계통의 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전력계통에 대한 이상 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  13. 배터리 에너지 저장 장치에 대한 동작 모드로 충전 모드, 방전 모드 및 대기 모드 중 어느 하나를 결정하는 단계;
    상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 에너지 저장 장치에 전력을 충전하거나, 상기 배터리 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하는 단계;
    상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 배터리 에너지 저장 장치로부터 방전되는 전력이 상기 전력계통으로 역류되는 것을 방지하기 위하여 상기 배터리 에너지 저장 장치와 상기 전력계통 간의 연결을 차단하는 단계; 및
    상기 배터리 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하여 상기 부하에 비상전원을 공급하는 단계를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 방전하는 단계는,
    상기 배터리 에너지 저장 장치를 상기 전력계통 및 부하가 병렬로 연결된 제1 전력라인에 연결하는 단계; 및
    충전 모드시 상기 제1 전력라인을 따라 전력을 공급받아 상기 배터리 에너지 저장 장치에 충전하고, 방전 모드시 상기 제1 전력라인을 따라 상기 배터리 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전력계통 간의 연결을 차단하는 단계는,
    상기 배터리 에너지 저장 장치와 상기 제1 전력라인을 단락하는 단계; 및
    상기 배터리 에너지 저장 장치를 상기 제1 전력라인과 독립되어 상기 부하에 연결된 제2 전력라인에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 공급하는 단계는,
    상기 전력계통에 이상이 감지되면, 상기 배터리 에너지 저장 장치에 대한 동작 모드를 확인하고, 상기 충전 모드 또는 대기 모드이면, 상기 방전 모드로 전환하여 상기 배터리 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
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