KR20140130890A - 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템에 관한 것으로서, 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전수단(10), 상기 발전수단(10)에 의해 생산된 전기에너지에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하는 저역필터부(20), 상기 발전수단(10)에서 생산된 전기에너지의 주파수 성분과 상기 저역필터부(20)가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 출력하는 연산부(30), 에너지 저장수단(50)에 연결되어 상기 연산부(30)로부터 상기 출력된 주파수 대역에 상응하는 에너지를 충전 또는 방전 시키는 배터리컨버터(40), 상기 배터리컨버터(40)에 의해 인버터(60)와 연결되어 상기 충전 또는 방전되는 에너지를 인버터(60)로 전달하는 에너지 저장수단(50) 및 상기 발전수단(10)에 의해 생산된 전기에너지와 상기 에너지 저장수단(50)이 충전 또는 방전하는 전기에너지를 합산하여 최종 출력을 생성하는 인버터(60)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 일반적인 LPF(low pass filter) 또는 HPF(high pass filter)에 의한 발전 출력의 안정화에서 더 나아가 비회귀선형필터 및 위상보상장치를 이용하여 시스템에서 요구되는 배터리용량을 현저히 감소시키며, 아울러 전체적인 발전 시스템 설계 비용을 낮추고, 고품질의 전력을 공급할 수 있다.

Description

출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.{System for lowing capacity of the battery by stabilizing the output}

본 발명은 발전 출력 안정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 발전기에 의해 생산되는 에너지에 포함되어 불안정한 발전량을 야기하는 고주파수 성분을 제거하여 안정된 고품질의 전력을 생산하는 시스템에 관한 것이다.

석유, 석탄 등의 화석연료의 고갈로 인해 화석연료를 대체할 수 있는 대체에너지의 개발이 활발히 진행되고 있다.

한국에서는 8개 분야의 재생에너지(태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야의 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지), 총11개 분야를 신재생에너지로 지정하고 있다.

일 예로서, 풍력발전은 비교적 저비용과 설치의 용이성으로 연구 개발이 활발히 진행되고 있으며, 다양한 형태의 풍력발전기가 개발되어 상용화되고 있다.

풍력발전기의 단위 용량이 증가하고 대규모 풍력발전 단지의 개발이 활성화되면서 전력계통에서 풍력발전이 차지하는 비중이 점점 늘어나고 있으며, 우리나라에서도 RPS(Renewable Portpolio Standard) 제도가 본격적으로 시행되면서 풍력발전 설비가 크게 늘어날 것으로 예측하고 있다. 신재생에너지원 중에서 풍력발전의 경제성이 가장 높다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다.

이러한 상황에서 풍력자원을 포함하는 재생에너지의 활용성을 극대화하면서도 전력계통의 안정적인 운영에 영향을 미치지 않도록 할 수 있는 기술적, 정책적 뒷받침이 요구되고 있는 실정이다. 또한, 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지에 대하여도 상황은 비슷하다.

한편, 풍력, 수력, 지열, 태양광 등을 이용한 발전의 경우 불규칙적으로 변화하는 자연환경에 의존할 수 밖에 없으며 이에 따른 불균일한 발전량은 상용전원의 불안정을 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 불균일한 발전량으로 인하여 에너지 저장시스템의 배터리용량이 지나치게 증가하며, 이로 인하여 전체적인 발전 시스템 설계 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 생산된 전력에 대한 효율적인 관리가 어렵고 이산화탄소 배출량 감축에 적극적으로 대응하지 못하는 문제점이 있다.

(특허문헌 1) KR10-2012-0018293 A

본 발명이 상술한 문제점을 해결하여 이루고자 하는 기술적 과제는, 필터를 이용하여 초기 발전 출력을 안정화하는 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 필터의 감쇄비를 향상시키고 필터를 통과할 때 발생하는 위상지연을 보상하여 발전 출력의 안정화를 보다 정확하고 효과적으로 달성하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 발전 출력을 안정화하여 배터리용량을 현저히 감소시키고, 아울러 전체적인 발전 시스템 설계 비용을 낮추는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템에 따르면, 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 직류 전력으로 변환하는 발전수단(10), 상기 발전수단(10)에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값을 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 배터리 컨버터(40) 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 제어부(100), 상기 제어부의 제어에 따라 상기 차이에 해당하는 전력을 에너지 저장수단(50)에 대하여 충전 또는 방전시키는 배터리컨버터(40), 상기 배터리컨버터(40)에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장수단(50) 및 상기 인버터 목표 출력값에 상응하는 전력을 계통의 교류 전력으로 변환하거나 상기 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터(60)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에 의해 출력된 전력에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하는 저역필터부(20) 및 상기 발전수단(10)에서 생산된 전기에너지의 주파수 성분과 상기 저역필터부(20)가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 생성하는 연산부(30)를 포함한다.

또한, 상기 저역필터부(20)는, 비회귀선형필터인 것이 바람직하다.

또한, 상기 저역필터부(20)는, 상기 추출된 주파수 대역의 위상지연을 보상하는 위상보상장치(21)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 에너지 저장수단(50)은, 에너지를 저장하는 배터리(51) 및 상기 배터리에 대한 외부충격, 과열, 과충전, 잔존용량에 관한 전반적인 상태를 모니터링하는 배터리모니터링수단(52)을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 과제를 해결하기 위한 또 다른 측면에 따르면, 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 직류 전력으로 변환하는 발전수단(10), 상기 발전수단(10)에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이상의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값을 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 배터리 컨버터(40) 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 제어부(100), 상기 제어부의 제어에 따라 상기 차이에 해당하는 전력을 에너지 저장수단(50)에 대하여 충전 또는 방전시키는 배터리컨버터(40), 상기 배터리컨버터(40)에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장수단(50) 및 상기 인버터 목표 출력값에 상응하는 전력을 계통의 교류 전력으로 변환하거나 상기 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터(60)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에 의해 출력된 전력에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하는 고역필터부(20) 및 상기 발전수단(10)에서 생산된 전기에너지의 주파수 성분과 상기 고역필터부(20)가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 생성하는 연산부(30)를 포함한다.

또한, 상기 고역필터부(25)는, 비회귀선형필터인 것이 바람직하다.

또한, 상기 고역필터부(25)는, 상기 추출된 주파수 대역의 위상지연을 보상하는 위상보상장치(21)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 고역필터부(25)로부터 추출된 주파수 대역에 상응하는 에너지의 충전 또는 방전이 효과적으로 이루어지도록 상기 추출된 주파수 대역을 증폭하는 증폭수단(80)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에너지 저장수단(50)은, 에너지를 저장하는 배터리(51) 및 상기 배터리에 대한 외부충격, 과열, 과충전, 잔존용량에 관한 전반적인 상태를 모니터링하는 배터리모니터링수단(52)을 포함할 수 있다.

본 발명은 저역필터 또는 고역필터를 이용하여 발전 출력을 안정화하는 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 필터의 감쇄비를 증가시켜 발전 전력의 불균일을 야기하는 고주파수 성분을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 필터를 통과할 때 발생하는 위상지연을 보상하여 발전 출력의 안정화를 보다 정확히 달성할 수 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 발전 출력을 안정화함으로써 에너지 저장시스템의 배터리용량을 현저히 감소시키고, 아울러 전체적인 발전 시스템 설계 비용을 낮출 수 있다.

그리고 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 생산된 전력을 효율적으로 이용하고 이산화탄소를 저감하는 데 있다.

도 1은 본 발명 저역필터부(20)를 포함하는 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른. 제어부(100)에 포함된 연산부(30)의 출력과 에너지 저장수단(50)의 충전 또는 방전 전력에 대한 실시예이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비회귀선형필터의 입출력 과정을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명 고역필터부(25)를 포함하는 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 저역필터부(20)가 비회귀선형필터인 경우의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 저역필터부(20) 통과 전후 및 위상보상장치(21) 유무에 따른 전력의 안정화 차이를 나타낸 실시예이다.
도 8은 위상보상장치(21)의 포함여부에 따른 에너지 저장수단(50)의 전력을 비교한 그래프이다.
도 9는 위상보상장치(21)의 포함여부에 따른 에너지 저장수단(50)의 전력량을 비교한 그래프이다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 임의의 실시예는 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템은, 저역필터 또는 고역필터와 에너지 저장수단(50)을 이용하여 발전수단(10)에서 생산되는 전기에너지를 안정화한 전력을 생산할 수 있다. 보다 구체적으로, 발전수단(10)에 의해 출력된 전력이 저역필터 또는 고역필터를 통과함으로써, 불균일한 발전량을 야기하는 주파수 성분이 제거된 고품질의 전력을 생산할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 발명 저역필터부(20)를 포함하는 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템은 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 직류 전력으로 변환하는 발전수단(10), 상기 발전수단(10)에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값을 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 배터리 컨버터(40) 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 제어부(100), 상기 제어부의 제어에 따라 상기 차이에 해당하는 전력을 에너지 저장수단(50)에 대하여 충전 또는 방전시키는 배터리컨버터(40), 상기 배터리컨버터(40)에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장수단(50) 및 상기 인버터 목표 출력값에 상응하는 전력을 계통의 교류 전력으로 변환하거나 상기 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터(60)를 포함한다.

상기 소정의 에너지원이라 함은 풍력, 태양력, 조력 등 전기에너지로 변환할 수 있는 모든 종류의 에너지원을 의미한다.

상기 발전수단(10)은 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 안정화 전의 직류 전력으로 변환하여 상기 제어부(100)에 전달하는 역할을 한다.

또한, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호에 따라 배터리 컨버터(40) 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에서 생산된 전력을 곧바로 계통에 공급할 것인지, 계통으로부터의 전력을 에너지 저장수단(50)에 저장할 것인지 여부 등을 결정한다.

한편, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에 의해 생산된 전기에너지에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하는 저역필터부(20) 및 상기 발전수단(10)에서 생산된 전기에너지의 주파수 성분과 상기 저역필터부(20)가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 생성하는 연산부(30)를 포함할 수 있다.

상기 저역필터부(20)는 상기 발전수단(10)으로부터 전달된 전기에너지에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 통과시키고, 불균일한 발전량을 야기하는 주파수 대역을 제거 또는 감소시켜 안정화된 전력을 생성한다. 상기 안정화된 전력은 프로그램에 의해 계산된 수치이며 실제 전력은 상기 인버터 목표 출력값을 이용하여 생성한다. 또한, 상기 저역필터부(20)는 일반적인 1차 또는 2차 LPF(Low Pass Filter) 등을 이용할 수 있다.

상기 연산부(30)는 상기 발전수단(10)에서 생산된 전기에너지의 주파수 성분과 상기 저역필터부(20)가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 획득하는 역할을 한다. 즉, 불균일한 발전량을 야기하는 주파수 대역을 출력하고, 이에 대응하여 에너지 저장수단(50)은 인버터(60)로 에너지를 전달하기 위해 방전되거나, 상기 인버터(60)로부터 전달될 에너지를 충전하게 된다.

상기 배터리컨버터(40)는 상기 제어부(100)로부터 상기 배터리 충방전 신호를 전달받아 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 역할을 한다. 보다 구체적으로는 상기 에너지 저장수단(50)에서 방전되는 전력을 인버터(60)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력하거나, 상기 에너지 저장수단(50)으로 충전되는 전력을 에너지 저장수단(50)에서 요구되는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환한다.

상기 에너지 저장수단(50)은 충전 또는 방전을 함으로써 상기 연산부(30)의 출력에 상응하는 에너지를 상기 배터리컨버터(40)를 통하여 인버터(60)에 전달하는 역할을 한다.

또한, 상기 에너지 저장수단(50)으로는 BESS(battery energy storage system)을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 인버터(60)는 계통에 연결되어 있으며, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 상기 에너지 저장수단(50)이 방전되어 출력된 직류 전압을 계통의 교류 전압으로 변환하여 출력하거나, 상기 계통의 교류 전압을 직류 전력으로 변환하여 상기 에너지 저장수단(50)이 충전될 수 있도록 한다.

도 2를 참조하여 예를 들면, 임의의 시간에 상기 발전수단(10)에서 출력된 전력이 100kw이고 상기 제어부(100)의 연산부(30)로부터의 인버터 목표 출력값이 90kw인 경우에는, 상기 제어부의 배터리 충방전 신호에 따라 상기 에너지 저장수단(50)은 배터리컨버터(40)를 통해 10kw 만큼 충전되고 상기 인버터(60)를 통해 계통으로 90kw가 공급된다. 또 다른 예를 들어, 임의의 시간에 상기 발전수단(10)에서 출력된 전력이 80kw이고 상기 제어부(100)의 연산부(30)로부터의 인버터 목표 출력값이 95kw인 경우에는, 상기 제어부의 배터리 충방전 신호에 따라 상기 에너지 저장수단(50)은 배터리컨버터(40)을 통해 15kw만큼 방전되고 상기 인버터(60)를 통해 계통으로 95kw가 공급된다.

한편, 도 4는 본 발명 고역필터부(25)를 포함하는 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 직류 전력으로 변환하는 발전수단(10), 상기 발전수단(10)에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이상의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값을 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 배터리 컨버터(40) 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 제어부(100), 상기 제어부의 제어에 따라 상기 차이에 해당하는 전력을 에너지 저장수단(50)에 대하여 충전 또는 방전시키는 배터리컨버터(40), 상기 배터리컨버터(40)에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장수단(50) 및 상기 인버터 목표 출력값에 상응하는 전력을 계통의 교류 전력으로 변환하거나 상기 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터(60)를 포함한다.

또한, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이상의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호에 따라 배터리 컨버터(40) 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 역할을 한다.

한편, 상기 제어부(100)는 상기 발전수단(10)에 의해 생산된 전기에너지에 포함된 일정치 이상의 주파수 대역을 추출하는 고역필터부(25) 및 상기 발전수단(10)에서 생산된 전기에너지의 주파수 성분과 상기 고역필터부(25)가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 생성하는 연산부(30)를 포함할 수 있다.

상기 배터리컨버터(40)는 상기 고역필터부(25)로부터의 출력을 전달받아 에너지 저장수단(50)을 충전 또는 방전시키는 역할을 한다.

상기 에너지 저장수단(50)은 충전 또는 방전을 통하여 상기 고역필터부(25)의 출력에 상응하는 에너지를 상기 배터리컨버터(40)를 통하여 인버터(60)에 전달하거나 인버터(60)로부터 전달받는 역할을 한다.

상기 인버터(60)는 상기 발전수단(10)에서 출력된 전력과 상기 배터리컨버터(40)에 의해 상기 에너지 저장수단(50)으로부터 충전 또는 방전되는 전기에너지를 합산하여 최종적으로 안정화된 고품질의 전력을 생성하는 역할을 한다.

예를 들면, 임의의 시간에 상기 발전수단(10)에서 출력된 전력이 100kw이고, 고역필터부(25)를 포함하는 상기 제어부(100)의 연산부(30)로부터의 인버터 목표 출력값이 90kw인 경우에는, 상기 인버터(60)로부터 10kw가 상기 배터리컨버터(40)를 통해 상기 에너지 저장수단(50)으로 전달되어 충전된다. 최종적으로 상기 인버터(60)는 90kw의 안정화된 전력을 생산하게 된다. 또 다른 예를 들어, 임의의 시간에 상기 발전수단(10)에서 출력된 전력이75kw이고, 고역필터부(25)를 포함하는 상기 제어부(100)의 연산부(30)로부터의 인버터 목표 출력값이 85kw인 경우에는, 상기 에너지 저장수단(50)은 10kw만큼 방전되고 상기 배터리컨버터(40)를 통해 상기 인버터(60)에 10kw가 전달된다. 최종적으로 상기 인버터(60)는 85kw의 안정화된 전력을 계통에 공급하게 된다.

한편, 도 3을 참조하면 상기 저역필터부(20) 또는 상기 고역필터부(25)는 비회귀선형필터인 것이 바람직하다. 본 발명에서 비회귀선형필터는 출력이 피드백(feed back)루프를 가지지 않고 입력에 의해 출력을 생성하는 필터를 의미한다. 보다 구체적으로 상기 비회귀선형필터의 식을 나타내면 다음과 같다.

여기서, 상기 x(n)은 입력신호를 일정 시간 간격으로 샘플링한 값, 상기 bn은 상기 각각의 x(n)에 곱해지는 계수, 상기 M은 필터의 유한한 차수, 상기 y(n)은 상기 x(n), bn 및 M에 의하여 계산된 출력을 의미한다. 또한, 상기 bn 및 M은 차단주파수, 대역폭, 감쇄비, 통과대역 이득을 포함하는 설계사양에 따라 변경하여 설정될 수 있다.

또한, 위상 변이(입력과 출력간의 파형의 형태 유지)가 특히 중요한 경우에는 출력이 피드백 루프를 가지지 않는 상기 비회귀선형필터를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 비회귀선형필터로는 유한임펄스응답필터가 대표적이며 윈도우를 이용한 설계법, 주파수 표본화 설계법 등을 적용하여 제작될 수 있다. 또한 상기 원도우를 이용한 설계법에 사용되는 창함수로는 직사각형, 배틀렛, 해닝, 해밍, 블랙맨 등이 있으며 카이저 창함수를 활용할 수 있다.

한편, 도 1, 도 4및 도 5를 참조하면 상기 제어부(100)의 일 구성인 상기 저역필터부(20)는 또는 고역필터부(25)는 위상보상장치(21)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

일반적으로 임의의 입력이 필터를 통과하는 경우 출력은 위상지연을 포함한다. 위상지연이란 주파수 응답에서 입력신호에 대하여 출력 신호의 위상이 지연되는 것을 의미한다. 특히, 상기 저역필터부(20) 또는 상기 고역필터부(25)의 출력에 발생된 위상지연은 상기 제어부(100)에서 출력되는 인버터 출력 목표값의 정확성을 감소시키고 이에 따라 불필요한 전력의 충전 또는 방전을 발생시켜 상기 에너지 저장수단(50)의 용량을 불필요하게 증가시키고 전체적인 발전 시스템 설계 비용을 증가시키며 최종적으로 생산되는 전력의 품질을 저하시키는 원인이 된다.

도 6을 살펴보면, 저역필터부(20)에 위상보상장치(21)가 포함됨으로써 위상지연을 보상하여 차단주파수까지 0degree를 유지한다. 이에 따라, 에너지 저장수단(50)의 부하를 감소시키며 목표로 하는 수준의 고품질 전력을 보다 정확하게 생산해낼 수 있도록 한다. 또한, 고역필터부(25)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.

한편, 도 5에 제시된 바와 같이, 본 발명 고역필터부(25)를 포함하는 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템은 증폭수단(80)을 더 포함할 수 있다. 증폭수단(80)은 상기 고역필터부(25)로부터 추출된 주파수 대역에 상응하는 에너지의 충전 또는 방전이 효과적으로 이루어지도록 상기 추출된 주파수 대역을 증폭하는 역할을 한다. 즉, 고역필터부(25)에서 추출된 주파수 대역이 작아 주파수 대역의 파악이 곤란할 수 있기 때문에 추출된 주파수 대역을 증폭시켜 배터리컨버터(40)에 전달함으로써 에너지 저장수단(50)에서의 충전 또는 방전을 용이하게 할 수 있다.

또한, 에너지 저장수단(50)은 에너지가 직접적으로 충전 또는 방전되는 배터리(51) 및 상기 배터리의 전반적인 상태를 모니터링하는 배터리모니터링수단(52)을 포함할 수 있다. 배터리모니터링수단(52)은 배터리가 에너지를 반복적으로 충전 또는 방전하는 과정에 따라 발생하는 외부충격, 과열, 과충전, 과방전 또는 잔존용량 중 적어도 어느 하나를 감지한다. 이를 통하여 배터리(51)의 수명을 연장시키고 충전 또는 방전이 안전하게 수행될 수 있는 역할을 할 수 있다.

또한, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 발전수단(10)에서 출력된 전력과 이를 안정화한 최종 출력의 차이를 확인할 수 있다.

먼저, 도 6은 상기 제어부(100)의 저역필터부(20)가 비회귀선형필터인 경우의 주파수 특성을 나타낸 도면이다. 이하 살펴보면, 차단주파수에서의 급격한 감쇄비를 통하여 일정치 이하의 주파수 대역의 추출을 용이하게 수행할 수 있다. 또한 주파수 영역에서의 위상변화를 살펴보면, 위상보상장치(21)가 포함된 저역필터부(20)와 위상보상장치(21)가 포함되지 않은 저역필터부(20)와 비교할 때 차단주파수까지 정확히 0degree를 유지함을 확인할 수 있다.

다음으로 도 7은 발전수단(10)에 의해 출력된 전력, 위상보상장치(21)가 포함되지 않은 저역필터부(20)로부터 추출된 전력 및 위상보상장치(21)가 포함된 비회귀선형필터로부터 추출된 전력을 동일한 그래프 상에 나타낸 도면이다. 위상보상장치(21)가 포함되지 않은 저역필터부(20)로부터 추출된 전력을 발전수단(10)에 의해 출력된 전력과 비교하면 불규칙적으로 변화하는 전력 성분이 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 위상보상장치(21)가 포함된 비회귀선형필터로부터 추출된 전력을 위상보상장치(21)가 포함되지 않은 저역필터부(20)로부터 추출된 전력과 비교하면 위상지연이 보상됨으로써 좌측으로 이동하여 발전수단(10)에 의해 생산된 전력과의 위상 차이가 감소된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9는 위상보상장치(21)의 포함여부에 따른 에너지 저장수단(50)의 전력 및 전력량을 도시한 그래프이다. 이하 살펴보면, 저역필터부(20)로부터 위상이 보상되어 추출된 전력은 에너지 저장수단(50)이 충전 또는 방전하는 전력량을 보다 정확히 계산할 수 있도록 한다. 이에 따라, 에너지 저장수단(50)에 포함된 배터리 용량, 전력 및 전력량이 현저히 감소된다.

한편, 앞선 저역필터부(20)의 실시예를 포함한 모든 설명은 고역필터부(25)에도 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.

이상에서 기재된 "포함하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 발전수단 20 : 저역필터부
21 : 위상보상장치 25 : 고역필터부
30 : 연산부 40 : 배터리컨버터
50 : 에너지 저장수단 51 : 배터리
52 : 배터리모니터링수단 60 : 인버터
80 : 증폭수단 100 : 제어부
200 : 계통

Claims (11)

1. 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 직류 전력으로 변환하는 발전수단;
   상기 발전수단에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값을 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 배터리 컨버터 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단을 충전 또는 방전시키는 제어부;
   상기 제어부의 제어에 따라 상기 차이에 해당하는 전력을 에너지 저장수단에 대하여 충전 또는 방전시키는 배터리컨버터;
   상기 배터리컨버터에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장수단; 및
   상기 인버터 목표 출력값에 상응하는 전력을 계통의 교류 전력으로 변환하거나 상기 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터;
   를 포함하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 발전수단에 의해 생산된 전기에너지에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하는 저역필터부; 및
   상기 발전수단에서 출력된 전력의 주파수 성분과 상기 저역필터부가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 생성하는 연산부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 저역필터부는,
   비회귀선형필터인 것을 특징으로 하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 저역필터부는,
   상기 추출된 주파수 대역의 위상지연을 보상하는 위상보상장치;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 에너지 저장수단은,
   에너지를 저장하는 배터리; 및
   상기 배터리에 대한 외부충격, 과열, 과충전, 잔존용량에 관한 전반적인 상태를 모니터링하는 배터리모니터링수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
6. 소정의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생산한 후 직류 전력으로 변환하는 발전수단;
   상기 발전수단에서 출력되는 전력에 포함된 일정치 이상의 주파수 대역을 추출하고 상기 주파수 대역의 추출 전후의 차이를 계산한 값에 따라 인버터 목표 출력값을 획득한 후, 상기 인버터 목표 출력값에 따라 배터리 컨버터 및 인버터를 제어하여 에너지 저장수단을 충전 또는 방전시키는 제어부;
   상기 제어부의 제어에 따라 상기 차이에 해당하는 전력을 에너지 저장수단에 대하여 충전 또는 방전시키는 배터리컨버터;
   상기 배터리컨버터에 의해 충전 또는 방전되는 에너지 저장수단; 및
   상기 인버터 목표 출력값에 상응하는 전력을 계통의 교류 전력으로 변환하거나 상기 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터;
   를 포함하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 발전수단에 의해 생산된 전기에너지에 포함된 일정치 이하의 주파수 대역을 추출하는 고역필터부; 및
   상기 발전수단에서 출력된 전력의 주파수 성분과 상기 고역필터부가 추출한 주파수 대역의 차이를 계산하여 인버터 목표 출력값 및 배터리 충방전 신호를 생성하는 연산부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 고역필터부는,
   비회귀선형필터;인 것을 특징으로 하는,
   출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 고역필터부는,
   상기 추출된 주파수 대역의 위상지연을 보상하는 위상보상장치;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.
   
10. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고역필터부로부터 추출된 주파수 대역에 상응하는 에너지의 충전 또는 방전이 효과적으로 이루어지도록 상기 추출된 주파수 대역을 증폭하는 증폭수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템
    
11. 제 6항에 있어서,
    상기 에너지 저장수단은,
    에너지를 저장하는 배터리; 및
    상기 배터리에 대한 외부충격, 과열, 과충전, 잔존용량에 관한 전반적인 상태를 모니터링하는 배터리모니터링수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    출력안정화를 통한 배터리 용량 저감 시스템.

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