KR20150090371A - 능동형 ess - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동형 ESS에 관한 것으로, 계통연계형 발전원과; 독립 발전원과; 보조전원 공급부와; 부하와; 계통연계형 발전원과 독립 발전원과 부하와 각각 전력전송선로로 연결되어 제1전원과 제2전원 중 하나를 피크 보조전원으로 보상한 후 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)로 구성되며, 보조전원 공급부는 PCS에 연결된 전력선에 연결되어 제1보조전원으로 출력하는 배터리와, 배터리와 병렬로 연결되어 제1보조전원을 인가받아 충방전하여 제2보조전원을 출력하는 슈퍼 커패시터와, 제2보조전원을 인가받아 스텝 업(step up)시켜 피크 보조전원을 출력하는 DC-DC 컨버터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 ESS{Active type energy storage system}
본 발명은 능동형 ESS에 관한 것으로, 특히 직류전원을 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)에 연결된 배터리에 슈퍼 커패시터를 병렬로 연결하며, PCS와 슈퍼 커패시터 사이에 DC-DC 컨버터를 연결하여 PCS로 인가하는 전원을 능동적으로 보상할 수 있는 ESS에 관한 것이다.
ESS(Energy Storage System)은 신재생 에너지에서 생산되는 전력을 전력계통에 안정적으로 연결해 주기 위해 사용된다. 신재생 에너지는 태양광이나 풍력 발전을 통해 발생하는 전기 에너지로 전력 생산 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 신재생 에너지는 ESS와 결합되어 사용된다. ESS는 LIB(Li-Ion Battery) 등을 이용한 배터리로 과잉 생산된 전력을 저장한 후 전력이 부족한 경우에 방전하여 전력 수급을 안정화시킨다. 즉, ESS는 전력 수요가 적을 때 미미하게 모이는 신재생 에너지를 축적하여 저장한 후 전력 수요가 많은 피크(peak) 시간대에 저장된 전력을 사용할 수 있도록 함으로써 전력의 활용 효율을 개선한다.
ESS는 전술한 이점을 통해 태양광 발전과 같이 단독으로만 운전하는 독립형 발전 시스템과 태양광 발전 시스템과 상용전력 계통과 연계하여 운전하는 계통연계형 발전 시스템에 적용되며, 이를 안정적으로 적용하기 위해 ESS에 적용되는 배터리의 수명을 예측하는 기술이 개발되었다.
한국공개특허 제2012-0134415호(특허문헌 1)는 ESS의 배터리 수명 예측 시스템에 관한 것으로, 팩 전압 계산 프로세서, SOH(State Of Health, 배터리 잔존 수명) 판단 프로세서, SOH 계산 프로세서 및 SOC 보정 프로세서로 이루어진다. 팩 전압 계산 프로세서는 ESS의 배터리 셀의 셀 전압을 입력받아 배터리 팩의 팩 전압을 계산하며, SOH 판단 프로세서는 팩 전압을 입력받고 SOH을 판단하기 위한 전제 조건을 설정하여 전제 조건에 맞는 SOH를 판단한다. SOH 계산 프로세서는 SOH를 판단 시, 전제 조건을 만족하게 되면 이때의 팩 전압을 확인하고 확인된 현재 팩 전압과 초기 팩 전압 간의 전압 차를 이용하여 SOH를 산출한다. SOC 보정 프로세서는 SOH에 초기 정격 용량을 곱하여 SOC(State of Charge, 배터리 충전 잔량) 보정 용량을 산출한다.
특허문헌 1과 같은 배터리 수명 예측 시스템 등이 적용된 종래의 ESS는 ESS에 배터리만 적용됨으로써 배터리의 방전시간이 길어 매우 짧은 시간에 피크가 변화하는 경우에 이를 보상할 수 없어 순시응답성이 떨어지는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국공개특허 제2012-0134415호(등록일: 22012.12.12)
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 직류전원을 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)에 연결된 배터리에 슈퍼 커패시터를 병렬로 연결하며, PCS와 슈퍼 커패시터 사이에 DC-DC 컨버터를 연결하여 PCS로 인가하는 전원을 능동적으로 보상할 수 있는 ESS를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리에 슈퍼 커패시터를 병렬로 연결하여 슈퍼 커패시터가 배터리를 보조하여 보상전원을 공급함으로써 순시 응답성을 개선시킬 수 있는 능동형 ESS를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리에 병렬 연결하여 슈퍼 커패시터가 배터리를 보조하여 전력을 공급하도록 함으로써 피크 부하로 인한 배터리 손상을 방지할 수 있도록 함으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 능동형 ESS를 제공함에 있다.
본 발명의 능동형 ESS는 제1전원을 발생하여 전송하는 계통연계형 발전원과; 제2전원을 발생하여 전송하는 독립 발전원과; 상기 제1전원이나 제2전원을 보상하기 위한 피크 보조전원을 발생하여 출력하는 보조전원 공급부와; 상기 계통연계형 발전원과 상기 독립 발전원과 각각 전력전송선로로 연결되는 부하와; 상기 계통연계형 발전원과 상기 독립 발전원과 상기 부하와 각각 전력전송선로로 연결되어 제1전원과 제2전원 중 하나를 상기 피크 보조전원으로 보상한 후 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)로 구성되며, 상기 보조전원 공급부는 상기 PCS에 연결되어 제1보조전원으로 출력하는 배터리와, 상기 배터리와 병렬로 연결되어 제1보조전원을 인가받아 충방전하여 제2보조전원을 출력하는 슈퍼 커패시터와, 상기 제2보조전원을 인가받아 스텝 업(step up)시켜 상기 피크 보조전원을 출력하는 DC-DC 컨버터로 이루어진다.
본 발명의 능동형 ESS는 직류전원을 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)에 연결된 배터리에 슈퍼 커패시터를 병렬로 연결하여 슈퍼 커패시터가 배터리를 보조하여 보상전원을 공급함으로써 순시 응답성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 배터리에 병렬 연결하여 슈퍼 커패시터가 배터리를 보조하여 전력을 공급하도록 함으로써 피크 부하로 인한 배터리 손상을 방지할 수 있도록 함으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 능동형 ESS의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 ESS의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 3은 도 2에 도시된 개폐회로의 구성을 상세히 나타낸 회로도,
도 4는 도 1에 도시된 ESS의 방전특성을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 능동형 ESS의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에서와 같이 본 발명의 능동형 ESS(Energy Storage System)는 계통연계형 발전원(110), 독립 발전원(120), 보조전원 공급부(130), 부하(140) 및 PCS(Power Conditioning System)(150)로 구성된다.
계통연계형 발전원(110)은 스스로 발전하여 제1전원(P_v1)을 발생하며, 발생된 제1전원(P_v1)을 전력전송선로(PTL)를 통해 전송한다. 독립 발전원(120)은 전력전송선로(PTL)로 계통연계형 발전원(110)과 연결되어 제2전원(P_v2)을 발생하여 전력전송선로(PTL)를 통해 전송한다. 보조전원 공급부(130)는 계통연계형 발전원(110)과 독립 발전원(120)에서 발생되어 각각 전송되는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 보상하기 위한 피크 보조전원(P_cor)을 발생하여 출력하며, 부하(140)는 전원을 발전할 수 없는 엔드 유저 부하로 계통연계형 발전원(110)과 독립 발전원(120)과 각각 전력전송선로(PTL)로 연결된다. PCS(150)는 계통연계형 발전원(110)과 독립 발전원(120)과 부하(140)와 각각 전력전송선로(PTL)로 연결되어 제1전원(P_v1)과 제2전원(P_v2) 중 하나를 피크 보조전원(P_cor)으로 보상한 후 교류전원으로 변환시켜 부하(140)로 전송한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 능동형 ESS의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
계통연계형 발전원(110)은 도 1에서와 같이 전력전송선로(PTL)를 통해 직류전원인 제1전원(P_v1)을 발생하여 전송하며, 전력전송선로(PTL)이나 HVDC(Hihg Voltage Direct Current) 전송망(도시 않음)으로 연결된 적어도 하나 이상의 상용전원 발전원과 적어도 하나 이상의 신재생 에너지 발전원으로 이루어진다. 전력전송선로(PTL)으로 연결 시 상용전원 발전원과 신재생 에너지 발전원은 각각 송전 단계에서 발전 전력을 직류인 제1전원(P_v1)으로 변환 후 전송한다.
계통연계형 발전원(110)을 구성하는 하나 이상의 상용전원 발전원은 정전 후 스스로 전력을 발전할 수 있는 화석, 수력 및 원자력 발전소 중 하나가 사용되며, 신재생 에너지 발전원은 정전 후 스스로 전력을 발전할 수 없는 풍력이나 태양광 발전소가 사용된다.
독립 발전원(120)은 도 1에서와 같이 전력전송선로(PTL)를 통해 직류전원인 제2전원(P_v2)을 발생하여 전송하며, 하나 이상의 신재생 에너지 발전원으로 이루어지며, 각각은 풍력이나 태양광 발전소가 사용된다. 신재생 에너지 발전원은 정전 후 스스로 전력을 발전할 수 없다. 즉, 풍력이나 태양광 발전소는 정전된 후 풍력이나 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있지만 이를 관리하고 제어하기 위한 관리시스템(도시 않음)을 구동하기 위한 전원이 요구됨으로 인해 스스로 제2전원(P_v2)을 발생하여 전송할 수 없게 된다.
보조전원 공급부(130)는 도 1에서와 같이 배터리(131), 슈퍼 커패시터(132) 및 DC-DC 컨버터(133)로 이루어진다.
배터리(131)는 PCS(150)에 연결되어 제1보조전원(P_a1)으로 출력하며, 대용량의 에너지를 저장하기 위해 납축전기, 니켈 카드늄 전지, 니켈 금속 수소화물 전지, 리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지 중 하나 이상이 선택되어 사용된다. 이러한 배터리(131)는 계통연계형 발전원(110)이나 독립 발전원(120)에 발생되어 전송되는 제1전원(P_v1)과 제2전원(P_v2)에 의해 충전된다.
슈퍼 커패시터(132)는 배터리(131)와 병렬로 연결되어 제1보조전원(P_a1)을 인가받아 충방전하여 제2보조전원(P_a2)을 출력하며, 하나 이상의 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)로 이루어진다. 즉, 슈퍼 커패시터(132)는 대용량의 EDLC이 사용된다.
DC-DC 컨버터(133)는 제2보조전원(P_a2)을 인가받아 스텝 업(step up)시켜 피크 보조전원(P_cor)을 출력하여 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)를 보상한다. DC-DC 컨버터(133)는 PCS(150)의 출력을 안정화시키기 위해 제2보조전원(P_a2)을 인가받아 스텝 업(step up)이나 스텝 다운(step down)시켜 피크 보조전원(P_cor)을 출력함으로써 능동적으로 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)를 보상한다. 예를 들어, DC-DC 컨버터(133)는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)의 피크 전류가 급격하게 변하는 경우에도 제2보조전원(P_a2)를 스텝 업(step up)이나 다운(step down)시켜 배터리(131)를 통해 방전되어 출력되는 제1보조전원(P_a1)이 일정하게 출력되도록 한다.
보조전원 공급부(130)는 도 2 및 도 3에서와 같이 개폐회로(134)가 더 구비된다. 개폐회로(134)는 슈퍼 커패시터(132)와 직렬로 연결되어 보조전원 공급부(130)를 PCS(150)와 전기적으로 연결시키거나 분리되도록 하여 배터리(131)에 충전된 전원의 소비를 줄이며, 회로차단 스위치(CB), LC 공진회로(134a), 충전용 저항(R) 및 싸이리스터(thyristor)(THR)로 구성된다.
회로차단 스위치(CB)는 배터리(131)와 직렬로 배치되도록 배터리(131)와 슈퍼 커패시터(132) 사이에 연결되어 PCS(150)로부터 출력되는 스위치제어신호(SW_con)에 의해 개폐되어 보조전원 공급부(130)를 PCS(150)와 전기적으로 연결시키거나 분리시킨다. 이러한 회로차단 스위치(CB)는 전력전송 계통에서 엔드 유저(end user)인 부하(140)로 전달되는 전력을 보상하기 위한 피크 보조전원(P_cor)를 차단하기 위해 고압에 견딜 수 있는 정격을 갖는 스위치가 사용된다. 즉, 회로차단 스위치(CB)는 고압 직류 차단기인 공지된 서킷 브레이크(circuit breake) 스위치 등이 사용된다.
LC 공진회로(134a)는 회로차단 스위치(CB)에 병렬 연결되며 공진용 커패시터(C)와 인덕터(L)를 구비하며, 공진용 커패시터(C)는 보조전원 공급부(130)의 동작 시 슈퍼 커패시터(132)로부터 방전되어 출력되는 제2보조전원(P_a2)에 의해 충전된다.
충전용 저항(R)은 LC 공진회로(134a)와 직렬로 연결되어 회로차단 스위치(CB)의 닫힘 시 즉, 보조전원 공급부(130)의 동작 시 공진용 커패시터(C)가 충전되도록 하며, 보조전원 공급부(130)의 동작 시 슈퍼 커패시터(132)로부터 방전되어 출력되는 제2보조전원(P_a2)이 공진용 커패시터(C)에 충전되도록 한다.
싸이리스터(THR)는 LC 공진회로(134a)에 병렬 연결되며, 노말 오프(normal off) 상태에서 PCS(150)로부터 출력되는 트리거 펄스(TRI_p)를 수신받아 온(on)되어 회로차단 스위치(CB)의 개방 시 발생되는 아크(arc)를 제거한다. 여기서, 노말 오프(normal off) 상태는 보조전원 공급부(130)로부터 출력되는 피크 보조전원(P_cor)에 의해 PCS(50)로 전송되는 제1전원(P_v1)이나 제2전원P_v2)이 보상되는 동안에 싸이리스터(THR)가 오프된 상태를 나타낸다. 회로차단 스위치(CB)는 제1전원(P_v1)과 제2전원(P_v2)이 정상 동작되는 경우에 보조전원 공급부(130)와 PCS(150)가 서로 전기적으로 분리되도록 한다. 회로차단 스위치(CB)를 개방시켜 보조전원 공급부(130)와 PCS(150)를 전기적으로 분리 시 회로차단 스위치(CB)에 고압 직류가 흐름에 의해 아크가 발생될 수 있다.
아크로 인해 배터리(131)나 슈퍼 커패시터(132)가 손상되는 것을 방지하기 위해 싸이리스터(THR)는 PCS(150)로부터 출력되는 트리거 펄스(TRI_p)가 수신되면 노말 오프상태에서 턴온(turn on)된다. 싸이리스터(THR)가 턴온되면 LC 공진회로(134a)는 충진용 커패시터(C)에 충전된 전압을 이용해 공진 전류를 발생하여 싸이리스터(THR)를 통해 회로차단 스위치(CB)로 전달하여 아크를 제거한다. 회로차단 스위치(CB)에 발생된 아크가 제거됨으로써 개폐회로(134)는 안전하게 보조전원 공급부(130)와 PCS(150)가 전기적으로 분리되도록 한다.
PCS(150)는 도 1에서와 같이 제1전원(P_v1)과 제2전원(P_v2)이 미리 설정된 기준전압레벨 이하로 전송되면 보조전원 공급부(130)로부터 피크 보조전원(P_cor)를 인가받으며, 제1전원(P_v1)과 제2전원(P_v2)이 각각 기준전압레벨보다 높으면 보조전원 공급부(130)와 전기적으로 분리되도록 하기 위해 스위치제어신호(SW_con)와 트리거 펄스(TRI_p)를 발생하여 출력한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 능동형 ESS의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 능동형 ESS는 계통연계형 발전원(110)이나 독립 발전원(120)의 정전 시 보조전원 공급부(130)를 통해 공급되는 피크 보조전원(P_cor)를 일정한 시간 동안 PCS(150)로 공급하여 피크 보조전원(P_cor)를 교류 전원으로 변환시켜 부하(140)로 전송함과 아울러 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)의 전압레벨을 감지하여 보상하게 된다. 여기서, 제2전원(P_v2)은 단독으로 부하(140)에 공급되거나 부하(140)에서 전력소모가 적을 때 발전하여 독립 발전원(120)에 저장된 후 부하(140)에서 전력소모가 최대일 때 제1전원(P_v1)의 보조전원으로 사용된다.
제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)의 전압레벨을 감지하여 보상하는 동작은 먼저, 계통연계형 발전원(110)에서 발생되어 전송되는 제1전원(P_v1)이나 독립 발전원(120)에서 발생되어 전송되는 제2전원(P_v2)을 미리 저장된 기준전압레벨과 비교한다. 기준전압레벨은 PCS(150)를 통해 교류전원으로 변환된 후 부하(140)로 전송되는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)이 부하(140)가 요구하는 최소 조건에 해당되는 전압레벨로 설정되며, 이를 PCS(150)에 저장한다. 여기서, 부하(150)는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)이 PCS(150)에 의해 교류전원으로 변환되며, 이를 전송받아 소비하는 소비 부하들로 이루어진다.
PCS(150)는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 기준전압레벨과 비교한 후 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)이 기준전압레벨보다 낮으면 보조전원 공급부(130)와 연결되어 보조전원 공급부(130)로부터 출력되는 피크 보조전원(P_cor)을 이용하여 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 보상한다. 즉, 보조전원 공급부(130)는 PCS(150)의 제어에 의해 PCS(150)와 전기적으로 연결되어 배터리(131)로부터 출력되는 제1보조전원(P_a1)을 슈퍼 커패시터(132)를 통해 보상하여 제2보조전원(P_a2)를 발생하여 출력한다.
DC-DC 컨버터(133)는 제2보조전원(P_a2)이 출력되면 이를 인가받아 스텝 업시켜 피크 보조전원(P_cor)를 발생하여 전력전송선로(PTL)로 전송되는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 부하(140)가 요구하는 전압레벨로 보상하여 PCS(150)로 전송되도록 한다. DC-DC 컨버터(133)를 통해 피크 보조전원(P_cor)를 스텝 업시켜 조정할 수 있도록 함으로써 본 발명의 능동형 ESS는 능동적으로 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 보상하게 되며, 도 4에서와 같이 인러쉬(in rush) 전류 즉, 부하(140)의 피크 전류 요구 시 슈퍼 커패시터(132)를 적용함으로써 도 4에 도시된 파형(Wf1)에서와 같이 순시응답성을 개선한다.
도 4에 도시된 파형(Wf2)은 배터리(131)만 적용된 종래의 능동형 ESS에서 부하(140)의 인러쉬 전류 발생 시 응답 상태를 나타낸 것으로, 본 발명의 능동형 ESS에 비해 응답이 지연되어 출력된다. 본 발명의 능동형 ESS에서 출력되는 피크 보조전원(P_cor)의 전압 레벨은 배터리(131)의 제1보조전원(P_a1)에 추종되는 슈퍼 커패시터(132)의 제2보조전원(P_a2)과 배터리(131)의 제1보조전원(P_a1) 사이의 중간에 위치된다. 여기서, 도 4에 도시된 그래프에서 가로축은 시간(t)을 나타내며, 세로축은 전류량(A: Ampare)를 나타낸다.
부하(140)의 피크 전류 요구 시 ESS에 종래와 같이 배터리(131)만 적용되는 경우에 도 4에 도시된 파형(Wf2)에서와 같이 지연 응답하게 되어 안정적으로 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 보상할 수 없게 된다. 이러한 부하(140)의 피크 전류 요구 시 종래의 ESS는 배터리(131)의 방전시간이 피크 전류 요구 시간보다 지연됨에 따라 배터리(131)가 무리하게 동작되어 손상이 발생될 수 있다.
본 발명의 수동형 ESS는 배터리(131)만 적용된 종래의 ESS에 비해 배터리(131)에 병렬로 슈퍼 커패시터(132)가 연결되어 슈퍼 커패시터(132)에 의해 순시응답성을 개선할 수 있다. 부하(140)의 피크 전류 요구 시 순시응답성이 개선됨으로써 본 발명의 수동형 ESS는 부하(140)에 피크 전류 요구 시 배터리(131)의 무리한 동작을 방지하여 배터리(131)의 손상을 방지할 수 있으며, 이로 인해 본 발명의 수동형 ESS는 배터리(131)의 수명을 개선할 수 있게 된다.
PCS(150)는 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)을 기준전압레벨과 비교한 후 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)이 기준전압레벨보다 높으면 배터리(131)의 소비를 줄이기 위해 보조전원 공급부(130)와 전기적인 연결을 해제하기 위해 스위치제어신호(SW_con)와 트리거 펄스(TRI_p)를 각각 발생하여 출력한다. 스위치제어신호(SW_con)가 발생되어 출력되면 이를 보조전원 공급부(130)의 회로차단 스위치(CB)에서 수신받는다.
회로차단 스위치(CB)는 스위치제어신호(SW_con)가 수신되면 개방되어 보조전원 공급부(130)와 PCS(150)의 전기적인 연결을 해제시켜 배터리(131)에 충전된 전원이 소비되는 것을 방지한다. 회로차단 스위치(CB)의 개방 시 회로차단 스위치(CB)에 고압의 전류가 흐르게 됨에 따라 아크가 발생될 수 있다. 아크가 발생되면 회로차단 스위치(CB)를 연속적으로 전류가 흐르게 되어 보조전원 공급부(130)와 PCS(150)의 전기적인 연결관계가 지속되며, 이로 인해 배터리(131), 슈퍼 커패시터(132)나 PCS(150)가 손상될 수 있다.
배터리(131), 슈퍼 커패시터(132)나 PCS(150)를 손상시킬 수 있는 아크를 제거하기 위해 PCS(150)는 트리거 펄스(TRI_p)를 발생하여 출력하며, 이를 싸이리스터(THR)에서 수신받는다. 싸이리스터(THR)는 트리거 펄스(TRI_p)가 수신되면 오프상태에서 턴온되어 LC 공진회로(134a)에서 발생된 공진전류가 회로차단 스위치(CB)로 인가되도록 하여 아크를 제거한다. 본 발명이 능동형 ESS는 LC 공진회로(134a)의 공진전류를 이용하여 회로차단 스위치(CB)에 발생된 아크를 제거함으로써 보조전원 공급부(130)와 PCS(150)의 전기적인 연결관계가 안정적으로 해제시킬 수 있다.
본 발명의 능동형 ESS는 또한, 아크로 인한 배터리(131), 슈퍼 커패시터(132)나 PCS(150)의 손상을 방지할 수 있으며, 제1전원(P_v1)이나 제2전원(P_v2)이 PCS(150)로 정상적으로 전송되는 동안 불필요하게 슈퍼 커패시터(132)의 셀프 방전을 방지함으로써 슈퍼 커패시터(132)를 통한 누설전류를 방지하여 배터리(131)의 전원 소비를 줄여 방전시간을 최대화할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 능동형 ESS는 직류전원을 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)에 연결된 배터리에 슈퍼 커패시터를 병렬로 연결하여 슈퍼 커패시터가 배터리를 보조하여 보상전원을 공급함으로써 순시 응답성을 개선시킬 수 있으며, 배터리에 병렬 연결하여 슈퍼 커패시터가 배터리를 보조하여 전력을 공급하도록 함으로써 피크 부하로 인한 배터리 손상을 방지할 수 있도록 함으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 능동형 ESS는 전력전송산업이나 관련 부품 제조산업 분야에 적용된다.
110: 계통연계형 발전원 120: 독립 발전원
130: 보조전원 공급부 131: 배터리
132: 슈퍼 커패시터 133: DC-DC 컨버터
134: 개폐회로 140: 부하
150: PCS

Claims (9)

  1. 제1전원을 발생하여 전송하는 계통연계형 발전원과;
    제2전원을 발생하여 전송하는 독립 발전원과;
    상기 제1전원이나 제2전원을 보상하기 위한 피크 보조전원을 발생하여 출력하는 보조전원 공급부와;
    상기 계통연계형 발전원과 상기 독립 발전원과 각각 전력전송선로로 연결되는 부하와;
    상기 계통연계형 발전원과 상기 독립 발전원과 상기 부하와 각각 전력전송선로로 연결되어 제1전원과 제2전원 중 하나를 상기 피크 보조전원으로 보상한 후 교류전원으로 변환시켜 부하로 전송하는 PCS(Power Conditioning System)로 구성되며,
    상기 보조전원 공급부는 상기 PCS에 연결되어 제1보조전원으로 출력하는 배터리와, 상기 배터리와 병렬로 연결되어 제1보조전원을 인가받아 충방전하여 제2보조전원을 출력하는 슈퍼 커패시터와, 상기 제2보조전원을 인가받아 스텝 업(step up)시켜 상기 피크 보조전원을 출력하는 DC-DC 컨버터로 이루어지는 능동형 ESS(Energy Storage System).
  2. 제1항에 있어서, 상기 계통연계형 발전원은 전력전송선로를 통해 직류전원인 제1전원을 발생하여 전송하며, HVDC(Hihg Voltage Direct Current) 전송망으로 연결된 상용전원 발전원과 신재생 에너지 발전원으로 이루어지고, 상기 상용전원 발전원은 화석, 수력 및 원자력 발전소 중 하나가 사용되며, 상기 신재생 에너지 발전원은 풍력이나 태양광 발전소가 사용되는 능동형 ESS.
  3. 제1항에 있어서, 상기 독립 발전원은 전력전송선로를 통해 직류전원인 제2전원을 발생하여 전송하며, 풍력이나 태양광 발전소가 사용되는 능동형 ESS.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조전원 공급부의 배터리는 납축전기, 니켈 카드늄 전지, 니켈 금속 수소화물 전지, 리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지 중 하나 이상이 선택되어 사용되는 능동형 ESS.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보조전원 공급부의 슈퍼 커패시터는 하나 이상의 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)로 이루어지는 능동형 ESS.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보조전원 공급부의 DC-DC 컨버터는 제2보조전원을 인가받아 스텝 업(step up)이나 스텝 다운(step down)시켜 피크 보조전원을 출력하는 능동형 ESS.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보조전원 공급부는 개폐회로가 더 구비되며,
    상기 개폐회로는 배터리와 직렬로 연결되어 보조전원 공급부를 PCS와 전기적으로 연결시키거나 분리되도록 하는 능동형 ESS.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개폐회로는 슈퍼 커패시터와 직렬로 배치되도록 배터리와 슈퍼 커패시터 사이에 연결되어 PCS로부터 출력되는 스위치제어신호에 의해 개폐되어 보조전원 공급부를 PCS와 전기적으로 연결시키거나 분리시키는 회로차단 스위치와;
    상기 회로차단 스위치에 병렬 연결되며 공진용 커패시터와 인덕터를 구비한 LC 공진회로와;
    상기 LC 공진회로와 직렬로 연결되어 회로차단 스위치의 닫힘 시 공진용 커패시터가 충전되도록 하는 충전용 저항과;
    상기 LC 공진회로에 병렬 연결되며 노말 오프(normal off) 상태에서 PCS로부터 출력되는 트리거 펄스를 수신받아 온(on)되어 회로차단 스위치의 개방 시 발생되는 아크를 제거하는 싸이리스터(thyristor)로 구성되는 능동형 ESS.
  9. 제1항에 있어서, 상기 PCS는 제1전원과 제2전원이 미리 설정된 기준전압레벨이하로 전송되면 보조전원 공급부로부터 피크 보조전원를 인가받으며, 상기 제1전원과 제2전원이 각각 기준전압레벨보다 높으면 보조전원 공급부와 전기적으로 분리되도록 하기 위해 스위치제어신호와 트리거 펄스를 발생하여 출력하는 능동형 ESS.
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