KR20150095135A

KR20150095135A - 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치

Info

Publication number: KR20150095135A
Application number: KR1020140016268A
Authority: KR
Inventors: 오영석
Original assignee: 주식회사 혜령씨엔티
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-20
Also published as: KR101580627B1

Abstract

본 발명은 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 인버터 스택을 삽입함으로써 다양한 용량의 배터리를 지원하는 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 병렬형 인버터 스택을 삽입함으로써 에너지 저장 장치에서 필요한 다양한 규격과 용량의 배터리를 지원할 수 있으며, 전선 연결을 최소화함으로써 불량 제품을 최소화하고 대량 생산에 기여할 수 있다.

Description

병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치{Power Conversion Apparatus using Inverter Stack connected in Parallel}

본 발명은 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 인버터 스택을 삽입함으로써 다양한 용량의 배터리를 지원하는 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치에 관한 것이다.

에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)란 분산전원 또는 신재생 에너지에 의해 발생되는 다양한 전압과 전류를 제어하여 필요에 따라 상용의 교류 전력계통에 연결하거나, 유휴 에너지를 배터리에 저장하여 사용하는 장치이다.

도 1은 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)를 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, ESS는 전력변환장치(11, PCS, Power Conversion Sytem), 배터리관리장치(12, BMS, Battery Mnagement System), 에너지관리장치(13, EMS, Energy Management System), 및 배터리(14, Battery)로 구성된다.

전력변환장치(11)는 발전원(15)이나 교류 전력계통(16)과 배터리(14) 사이에서 교류를 직류로 변환하거나, 직류를 교류로 변환함으로써, 배터리를 충전시키거나 방전시키는 역할을 수행한다.

배터리관리장치(12)는 배터리의 충전상태 등을 외부 인터페이스를 외부로 알려주는 역할과, 과충전이나 과방전으로부터 배터리를 보호하는 역할을 수행한다.

에너지관리장치(13)는 배터리(14)의 상태나 전력변환장치(12)의 상태를 모니터링하거나 제어하는 기능을 수행한다.

배터리(14)는 전기에너지를 저장하는 구성요소로서, 전력변환장치(11)를 거쳐 변환된 직류를 저장해 두었다가, 필요한 경우 저장한 전기에너지를 방전하여 교류 전력계통(16)으로 공급하는 역할을 수행한다.

에너지 저장 장치(ESS) 시장의 확대로 인하여 ESS의 구성품 중의 하나인 전력변환장치(11)의 수요가 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다. 그러나 이러한 전력변환장치(11)에는 아날로그 소자들이 많아 사람들이 아날로그 소자를 하나 하나 손으로 조립해야 하고 각 부품들과 다른 모듈들과의 연결을 전선들로 연결할 수밖에 없어, 생산수량이 많아질수록 숙련된 조립자가 많이 필요하고 다수의 불량 조립이 발생할 수 있는 문제가 있다.또한 전력변환장치(11)는 연결되는 배터리의 용량에 맞게 별도의 장치로 제작해야 하는 문제가 있다. 예를 들어 ESS에 적용되는 배터리의 용량이나 규격이 서로 다른 경우 그 용량이나 규격에 맞는 전력변환장치를 모두 별도로 제작해야 한다.

이에 대량 생산이 용이하고, 불량 제품을 최소화하고, 전선 연결도 최소화하며, 적용하고자 하는 배터리의 용량에 맞게 가변적인 용량을 지원하는 전력변환장치에 대한 필요성이 커지고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 인버터 스택을 삽입함으로써 다양한 용량의 배터리를 지원하는 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 충전모드시 1차측 인터페이스에서 입력된 교류를 펄스폭변조를 이용해 직류로 변환하여 2차측 인터페이스로 출력하고, 방전모드시 2차측 인터페이스에서 입력된 직류를 펄스폭변조를 이용해 교류로 변환하여 1차측 인터페이스로 출력하는 적어도 하나 이상의 인버터 스택; 및 인버터 스택이 삽입되는 복수의 삽입슬롯과, 삽입된 인버터 스택의 1차측 인터페이스를 각각 병렬로 연결하고 외부의 교류 전력계통과 연결되는 교류라인과, 삽입된 인버터 스택의 2차측 인터페이스를 각각 병렬로 연결하고 외부의 배터리와 연결되는 직류라인과, 삽입된 인버터 스택 간을 서로 통신으로 연결하되 외부로부터 모드신호를 수신하는 통신라인을 구비하는 캐비넷을 포함하고, 인버터 스택은, 삽입된 인버터 스택의 동작을 각각 제어하되, 수신한 모드신호에 따라 삽입된 모든 인버터 스택이 충전모드 또는 방전모드로 함께 동작하도록 제어하는 마스터 스택; 및 마스터 스택에 의해 제어되는 적어도 하나 이상의 슬레이브 스택을 포함하며, 삽입된 모든 인버터 스택의 개수에 비례하는 전류용량만큼의 직류를 입출력하는, 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 마스터 스택은, 삽입슬롯에 삽입된 슬레이브 스택의 개수를 파악하고, 삽입슬롯에 삽입된 슬레이브 스택에 대한 점검을 수행하여 동작 개시 및 동작 종료를 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 마스터 스택은, 삽입된 모든 인버터 스택에 대하여 펄스폭변조에 이용되는 주파수가 각각 일정한 위상차를 가지도록 제어할 수 있다.

본 발명에 의하면, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 병렬형 인버터 스택을 삽입함으로써 에너지 저장 장치에서 필요한 다양한 규격과 용량의 배터리를 지원할 수 있으며, 전선 연결을 최소화함으로써 불량 제품을 최소화하고 대량 생산에 기여할 수 있다.

도 1은 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)를 예시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치를 나타낸 블록도.
도 3은 마스터 스택을 나타낸 블록도.
도 4는 슬레이브 스택을 나타낸 블록도.
도 5는 구성설정부가 각 인버터 스택에서 이용되는 주파수의 위상을 제어하는 것을 예시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명에 따른 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치는 에너지 저장 장치(ESS)에서 사용되는 전력변환장치에 대한 것으로서, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 인버터 스택을 삽입함으로써 다양한 용량의 배터리를 지원하는 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치에 대한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 마스터 스택을 나타낸 블록도이며, 도 4는 슬레이브 스택을 나타낸 블록도이다.

본 발명에 따른 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치(100)는 적어도 하나 이상의 인버터 스택(110, 120_1~120_n) 및 캐비넷(130)을 포함한다.

인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 캐비넷(130)에 구비된 삽입슬롯에 삽입되도록 카드 타입으로 제작된 양방향 인버터로서, 충전모드시 1차측 인터페이스(114, 124)에서 입력된 교류를 펄스폭변조(PWM, Pulse Width Modulation)를 이용해 직류로 변환하여 2차측 인터페이스(115, 125)로 출력하고, 방전모드시 2차측 인터페이스(115, 125)에서 입력된 직류를 펄스폭변조를 이용해 교류로 변환하여 1차측 인터페이스(114, 124)로 출력하는 역할을 수행한다. 여기서, 1차측 인터페이스(114, 124)는 교류 전원이 입출력되는 통로로서 캐비넷(130)의 백플레인(135)에 배치된 교류라인(131)을 통해 발전원(15) 또는 교류 전력계통(16)과 연결되며, 2차측 인터페이스(115, 125)는 직류 전원이 입출력되는 통로로서 캐비넷(130)의 백플레인(135)에 배치된 직류라인(132)을 통해 배터리(14)와 연결된다.

인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 양방향 인버터로서 교류와 직류간 전원 특성을 변환하는 역할을 수행한다. 후술하겠지만, 각 인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 그 내부에 직류와 교류 간의 특성을 변환하는 정류부, 직류전원의 전압을 변환하는 고압 컨버터, 및 직류전원의 출력을 변환하는 부스터를 구비하는 전력변환부를 각각 포함한다.

캐비넷(130)은 복수의 인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 삽입되는 하우징으로서, 인버터 스택이 삽입되는 복수의 삽입슬롯(미도시)과, 삽입된 인버터 스택의 1차측 인터페이스를 각각 병렬로 연결하는 동시에 외부의 발전원(15) 또는 교류 전력계통(16)과 연결되는 교류라인(131)과, 삽입된 인버터 스택의 2차측 인터페이스를 각각 병렬로 연결하는 동시에 외부의 배터리(14)와 연결되는 직류라인(132)과, 삽입된 인버터 스택 간을 서로 통신으로 연결하되 외부의 배터리관리장치나 에너지관리장치와 연결되어 모드신호를 수신하는 통신라인(133)을 구비한다.

삽입슬롯은 카드 타입으로 제작된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 삽입되는 슬롯으로서, 삽입슬롯 하나당 하나의 인버터 스택이 삽입된다.

각 인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 삽입슬롯에 연결되는 부분에 1차측 인터페이스(114, 124), 2차측 인터페이스(115, 125), 통신 인터페이스(116, 126)를 구비하고 있으며, 삽입슬롯 내부의 후단부에 배치된 백플레인(135)은 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 인터페이스들과 1:1로 연결되는 인터페이스 커넥터(134, 135, 136)들이 각각 구비되어 있다.

인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 삽입슬롯에 삽입되면, 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 1차측 인터페이스(114, 124)는 백플레인(135)에 구비된 1차측 인터페이스 커넥터(134)를 통해 교류라인(131)과 연결되며, 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 2차측 인터페이스(115, 125)는 백플레인(135)에 구비된 2차측 인터페이스 커넥터(135)를 통해 직류라인(132)과 연결된다. 그리고 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 통신 인터페이스(116, 126)는 백플레인(135)에 구비된 통신 인터페이스 커넥터(136)를 통해 통신라인(133)과 연결된다.

인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 모두 동일한 크기와 규격으로 제작되며, 그에 따라 삽입슬롯도 역시 동일한 크기와 규격으로 제작된다.

삽입슬롯에 인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 삽입되면, 삽입된 각 인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 백플레인에 배치된 교류라인(131), 직류라인(132), 및 통신라인(133)을 통해 서로 일체로 연계되어 동작한다. 결과적으로 본 발명에 따른 전력변환장치는 삽입된 모든 인버터 스택의 개수에 비례하는 전류용량만큼의 직류를 입출력할 수 있다.

교류라인(131)은 각 삽입슬롯에 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)을 모두 병렬로 연결하는 동시에 발전원(15) 또는 교류 전력계통(16)과 연결되므로, 발전원(15)이나 교류 전력계통(16)으로부터 공급되는 교류 전원을 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)으로 공급하거나, 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 제공하는 교류 전원을 발전원(15)이나 교류 전력계통(16)으로 공급한다.

한편 직류라인(132)은 각 삽입슬롯에 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)을 병렬로 연결하는 동시에 배터리(14)와 연결되므로, 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 제공하는 직류 전원을 배터리(14)로 공급하거나, 배터리(14)가 제공하는 직류 전원을 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n)으로 공급한다.

통신라인(133)은 각 삽입슬롯에 삽입된 인버터 스택(110, 120_1~120_n) 간에서 교환되는 신호들의 통로로서, 배터리관리장치(12)나 에너지관리장치(13)와도 연결된다. 통신라인(150)을 통해 배터리관리장치(12)나 에너지관리장치(13)로부터 모드신호를 수신할 수 있으며, 수신된 모드신호는 인버터 스택(110, 120_1~120_n)들 중에서 후술할 마스터 스택(110)으로 전달된다. 또한 통신라인(133)은 마스터 스택(110)과 슬레이브 스택(120_1~120_n)을 서로 통신으로 연결하여, 마스터 스택(110)이 슬레이브 스택(120_1~120_n)을 제어할 수 있도록 한다.

인버터 스택(110, 120_1~120_n)은 마스터 스택(110)과 적어도 하나 이상의 슬레이브 스택(120_1~120_n)을 포함한다. 마스터 스택(110)과 각 슬레이브 스택(120_1~120_n)은 전원의 특성을 변환하는 양방향 인버터로서, 공통적으로 전력변환부(111, 121_1~121_n)를 포함한다.

전력변환부(111, 121_1~121_n)는 펄스폭변조(PWM, Pulse Width Modulation)를 이용하여 직류와 교류 간의 전기 특성을 변환하는 구성요소로서, 충전모드시 1차측 인터페이스에서 입력된 교류를 펄스폭변조(PWM, Pulse Width Modulation)를 이용해 직류로 변환하여 2차측 인터페이스로 출력하고, 방전모드시 2차측 인터페이스에서 입력된 직류를 펄스폭변조를 이용해 교류로 변환하여 1차측 인터페이스로 출력한다. 이를 위해 각 전력변환부(111, 121_1~121_n)는 직류와 교류 간의 특성을 변환하는 정류부, 직류전원의 전압을 변환하는 고압 컨버터, 및 직류전원의 출력을 변환하는 부스터를 포함한다.

전력변환부(111, 121_1~121_n)의 충전모드 및 방전모드는 후술할 마스터 스택(110)의 마스터 제어부(112)에 의해 결정된다.

도 3을 참조하면, 마스터 스택(110)은 전력변환부(111) 및 마스터 제어부(112)를 포함한다.

전력변환부(111)는 직류와 교류 간의 특성을 변환하는 정류부(1111), 직류 전원의 전압을 변환하는 고압 컨버터(1112), 및 직류전원의 출력을 변환하는 부스터(1113)를 포함한다.

정류부(1111)는 충전모드시 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 방전모드시 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 구성요소이다, 정류부(111)는 충전모드시 1차측 인터페이스(114)를 통해 공급되는 교류 전원을 고압의 직류 전원으로 변환한 후 변환된 고압 직류 전원을 고압 컨버터(1112)로 제공하고, 방전모드시 고압 컨버터(1112)로부터 고압의 직류전원을 입력받아 교류 전원으로 변환하여 1차측 인터페이스(114)로 출력한다.

고압 컨버터(1112)는 직류 전원의 전압을 변환하는 DC-DC 컨버터로서, 충전모드시에는 정류부(110)로부터 제공되는 고압의 직류 전원을 저압의 직류 전원으로 변환한 후 변환된 저압 직류 전원을 부스터(1113)로 제공하고, 방전모드시에는 부스터(1113)에서 제공되는 저압 직류 전원을 고압 직류 전원으로 변환하여 정류부(1111)로 제공한다.

부스터(1113)는 충전모드시에는 고압 컨버터(1112)로부터 제공되는 저압 직류 전원을 배터리(14)의 규격에 맞는 용량으로 변환한 후 변환된 직류 전원을 2차측 인터페이스(115)로 출력하고, 방전모드시에는 2차측 인터페이스(115)를 통해 공급되는 직류 전원을 변환한 후 변환된 직류 전원을 고압 컨버터(1112)로 제공한다.

정류부(1111), 고압 컨버터(1112) 및 부스터(1113)는 마스터 제어부(112)로부터 충전모드신호 및 방전모드신호 중의 어느 하나를 포함하는 모드신호를 수신하고, 수신한 모드신호에 따라 충전모드로 동작하거나 방전모드로 동작한다.

마스터 스택(110)의 마스터 제어부(112)는 삽입된 모든 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 동작을 각각 제어하되, 통신라인(133)과 연결된 통신 인터페이스(116)를 통해 수신한 모드신호에 따라 삽입된 모든 인버터 스택(110, 120_1~120_n)이 충전모드 또는 방전모드로 함께 동작하도록 제어한다. 즉, 모드신호가 충전모드신호인 경우 마스터 제어부(112)은 자신을 포함하여 모든 슬레이브 스택이 충전모드로 동작하도록 제어하고, 모드신호가 방전모드신호인 경우 마스터 제어부(112)는 자신을 포함하여 모든 슬레이브 스택(120_1~120_n)이 방전모드로 동작하도록 제어한다.

마스터 제어부(112)는 통신부(1121), 구성설정부(1122), 모드제어부(1123), 및 이상체크부(1124)를 포함한다.

통신부(1121)는 통신 인터페이스(116) 및 통신 인터페이스 커넥터(136)를 거쳐 통신라인(150)과 연결되며, 외부의 배터리관리장치(12)나 에너지관리장치(13) 및 각 슬레이브 스택(120_1~120_n)과 통신한다. 통신부(1121)가 외부의 배터리관리장치(12)나 에너지관리장치(13)로부터 충전모드신호 및 방전모드신호 중의 어느 하나를 포함하는 모드신호를 수신하면, 그 수신한 모드신호에 따라 모든 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 전력변환부(111, 121_1~121_n)가 함께 동작하도록 각 인터버 스택(110, 120_1~120_n)의 제어부(112, 122_1~122_n)로 모드신호를 전송한다.

구성설정부(1122)는 삽입슬롯에 삽입된 슬레이브 스택(120_1~120_n)의 개수를 파악하고, 삽입슬롯에 삽입된 슬레이브 스택(120_1~120_n)에 대한 초기 점검을 수행하여 동작 개시 및 동작 종료를 제어한다.

또한 구성설정부(1122)는 마스터 스택(110)의 전력변환부(111)를 포함하여 삽입슬롯에 삽입된 모든 슬레이브 스택(120_1~120_n)의 전력변환부(121_1~121_n)에서 펄스폭변조에 이용되는 주파수가 각각 일정한 위상차를 가지도록 각 전력변환부(121_1~121_n)에서 이용하는 주파수를 제어한다.

도 5는 구성설정부가 각 인버터 스택에서 이용되는 주파수의 위상을 제어하는 것을 예시한 도면이다.

구성설정부(1122)는 마스터 스택(110)을 포함하여 삽입슬롯에 삽입된 모든 인버터 스택(110, 120_1~120_n)의 개수를 파악하고, 각 인버터 스택(110, 120_1~120_n)에서 일정한 위상차를 가지는 펄스를 이용하도록 제어한다.

만일 삽입슬롯이 10개이고, 마스터 스택(10)이 하나가 삽입되고 슬레이브 스택(120_1~120_9)이 9개가 삽입된 경우, 구성설정부(1122)는 각 전력변환부(111, 121_1~121_9)에서 사용되는 PWM(pulse width modulation) 주파수가 각각 36°(360°를 10 으로 나눔)씩의 위상차를 가지도록 제어한다. 이용되는 컨버터의 PWM 주파수에 위상차를 둠으로써 채널간 스위칭 잡음을 최소화할 수 있다.

모드제어부(1123)는 통신라인(150)을 통해 수신한 모드신호를 기초로 전력변환부(111)가 모드신호에 따라 충전모드 또는 방전모드로 동작하도록 제어하는 동시에 통신라인(133)을 통해 모드신호가 모든 슬레이브 스택(120_1~120_n)으로 전송되도록 제어한다. 결국, 마스터 스택(110) 및 모든 슬레이브 스택(120_1~120_n)은 모드신호에 따라 충전모드 또는 방전모드로 모두 함께 동작한다.

마지막으로 이상체크부(1124)는 마스터 스택(110)에 대한 과전류, 과전압, 단선 및 동작 이상 여부를 감지하고, 이상이 감지된 경우 외부로 노출된 엘이디(LED) 램프(113)를 통해 그 이상 여부를 출력하도록 한다.

도 4를 참조하면, 슬레이브 스택(120)은 전력변환부(121) 및 슬레이브 제어부(122)를 포함한다. 도 3에서, 슬레이브 스택(120_1~120_n)은 복수 개로 표현되었으나, 모든 슬레이브 스택(120_1~120_n)은 동일한 구조를 지니고 있다.

전력변환부(121)는 직류와 교류 간의 특성을 변환하는 정류부(미도시), 직류 전원의 전압을 변환하는 고압 컨버터(미도시), 및 직류전원의 출력을 변환하는 부스터(미도시)를 포함하며, 각 구성요소의 기능은 마스터 스택(10)의 전력변환부(111)와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

슬레이브 제어부(122)는 통신부(1221), 모드수행부(1122), 및 이상체크부(1123)를 포함한다.

통신부(1221)는 통신라인(150)을 통해 마스터 스택(110)과 통신하는 역할을 수행하며, 마스터 스택(110)으로부터 충전모드신호 및 방전모드신호 중의 하나를 포함하는 모드신호를 수신한다. 모드수행부(1222)는 마스터 스택(110)으로부터 수신한 모드신호를 기초로 충전모드 또는 방전모드로 동작하도록 전력변환부(121)를 제어한다.

마지막으로 이상체크부(1224)는 자신의 슬레이브 스택(120)에 대한 과전류, 과전압, 단선 및 동작 이상 여부를 감지하고, 이상이 감지된 경우 외부로 노출된 엘이디(LED) 램프(123)를 통해 그 이상 여부를 출력하도록 한다.

본 발명에 의하면, 복수의 삽입슬롯에 필요한 용량만큼 적절한 개수의 양방향의 병렬형 인버터 스택을 삽입함으로써 에너지 저장 장치에서 필요한 다양한 규격과 용량의 배터리를 지원할 수 있으며, 전선 연결을 최소화함으로써 불량 제품을 최소화하고 대량 생산에 기여할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면 인버터 스택을 카드 타입으로 제작하고 캐비넷의 삽입슬롯에 착탈 가능하게 함으로써, 용이한 초기 설치뿐만 아니라 용이하고 저렴한 유지 보수를 지원할 수 있다.

이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

10 : ESS 11 : PCS 12 : BMS
13 : EMS 100 : 전력변환장치 110 : 마스터 스택
120, 120_1~120_n : 슬레이브 스택 130 : 캐비넷

Claims

충전모드시 1차측 인터페이스에서 입력된 교류를 펄스폭변조를 이용해 직류로 변환하여 2차측 인터페이스로 출력하고, 방전모드시 2차측 인터페이스에서 입력된 직류를 펄스폭변조를 이용해 교류로 변환하여 1차측 인터페이스로 출력하는 적어도 하나 이상의 인버터 스택; 및
상기 인버터 스택이 삽입되는 복수의 삽입슬롯과, 상기 삽입된 인버터 스택의 1차측 인터페이스를 각각 병렬로 연결하고 외부의 교류 전력계통과 연결되는 교류라인과, 상기 삽입된 인버터 스택의 2차측 인터페이스를 각각 병렬로 연결하고 외부의 배터리와 연결되는 직류라인과, 상기 삽입된 인버터 스택 간을 서로 통신으로 연결하되 외부로부터 모드신호를 수신하는 통신라인을 구비하는 캐비넷을 포함하고,
상기 인버터 스택은,
상기 삽입된 인버터 스택의 동작을 각각 제어하되, 상기 수신한 모드신호에 따라 상기 삽입된 모든 인버터 스택이 충전모드 또는 방전모드로 함께 동작하도록 제어하는 마스터 스택; 및
상기 마스터 스택에 의해 제어되는 적어도 하나 이상의 슬레이브 스택을 포함하며, 상기 삽입된 모든 인버터 스택의 개수에 비례하는 전류용량만큼의 직류를 입출력하는 것을 특징으로 하는 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치.
제1항에 있어서, 상기 마스터 스택은,
상기 삽입슬롯에 삽입된 슬레이브 스택의 개수를 파악하고, 상기 삽입슬롯에 삽입된 슬레이브 스택에 대한 점검을 수행하여 동작 개시 및 동작 종료를 제어하는 것을 특징으로 하는, 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치.
제2항에 있어서, 상기 마스터 스택은,
상기 삽입된 모든 인버터 스택에 대하여 펄스폭변조에 이용되는 주파수가 각각 일정한 위상차를 가지도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치.
제1항에 있어서, 상기 마스터 스택 및 슬레이브 스택의 각각은,
과전류, 과전압, 단선 및 동작 이상 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는, 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치.
제4항에 있어서, 상기 마스터 스택 및 슬레이브 스택의 각각은,
이상이 감지된 경우 이상 여부를 출력하는 엘이디(LED) 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 병렬형 인버터 스택을 이용한 전력변환장치.