KR20160103464A - 배터리 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템 - Google Patents

배터리 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템 Download PDF

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KR20160103464A
KR20160103464A KR1020150026057A KR20150026057A KR20160103464A KR 20160103464 A KR20160103464 A KR 20160103464A KR 1020150026057 A KR1020150026057 A KR 1020150026057A KR 20150026057 A KR20150026057 A KR 20150026057A KR 20160103464 A KR20160103464 A KR 20160103464A
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Abstract

전력 공급 시스템을 개시한다. 전력 공급 시스템은 직류 전력을 생성하는 발전 장치 또는 저장된 에너지를 방전하는 배터리 에너지 저장 시스템으로부터 직류 전력을 공급받아 변환하는 복수의 전력 변환 시스템; 및 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태를 진단하여, 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태에 기초하여 복수의 전력 변환 시스템을 선택적으로 가동하는 시스템 제어부를 포함한다.

Description

배터리 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템{ELECTRICITYPROVIDING SYSTEM INCLUDING BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명의 기술 분야는 배터리 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
전기 에너지는 변환과 전송이 용이하여 널리 사용되고 있다. 이러한, 전기 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)을 사용한다. 배터리 에너지 저장 시스템은 전력을 공급 받아 충전한다. 또한, 배터리 에너지 저장 시스템은 전력이 필요한 경우 충전된 전력을 방전하여 전력을 공급한다. 이를 통해 배터리 에너지 저장 시스템은 전력을 유동적으로 공급할 수 있도록 한다.
구체적으로 발전 시스템이 배터리 에너지 저장 시스템을 포함하는 경우 다음과 같이 동작한다. 배터리 에너지 저장 시스템은 부하 또는 계통이 과부하인 경우 저장된 전기 에너지를 방전한다. 또한 부하 또는 계통이 경부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템은 발전 장치 또는 계통으로부터 전력을 공급받아 충전한다.
또한 발전 시스템과 무관하게 배터리 에너지 저장 시스템이 독립적으로 존재하는 경우, 배터리 에너지 저장 시스템은 외부의 전력 공급원으로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 또한 계통 또는 부하가 과부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템은 충전된 전력을 방전하여 전력을 공급한다.
전력이 갑작스럽게 차단될 경우, 전자 장치의 고장이 발생할 수 있다. 따라서 전력 공급 시스템의 안정성이 매우 중요하게 여겨진다. 또한, 전력 공급 시스템이 일반 주거지와 근무지에서 떨어져있는 원격지에 위치하는 경우가 많다. 따라서 전력 공급 시스템의 일부에 이상이 발생할 경우에도 전력 공급 시스템이 동작하도록 하는 이중화 시스템이 필요하다.
이중화된 전력 변환 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템을 제공하여 안정적이며, 효율적으로 동작하는 전력 공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템은 직류 전력을 생성하는 발전 장치 또는 저장된 에너지를 방전하는 배터리 에너지 저장 시스템으로부터 직류 전력을 공급받아 변환하는 복수의 전력 변환 시스템; 및 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태를 진단하여, 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태에 기초하여 복수의 전력 변환 시스템을 선택적으로 가동하는 시스템 제어부를 포함한다.
상기 시스템 제어부는 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태가 가동 조건에 해당하지 않는 경우, 상기 복수의 전력 변환 시스템 중 상기 가동 조건에 해당하는 대체 전력 변환 시스템을 가동할 수 있다.
이때, 상기 가동 조건은 전력 변환 시스템 내부의 온도 및 전력 변환 시스템의 이상 발생 여부를 나타내는 폴트 신호 발생 여부 중 적어도 어느 하나에 기초한 것일 수 있다.
또한, 상기 가동 조건은 전력 변환 시스템의 정격 용량에 기초한 것일 수 있다.
또한, 상기 가동 조건은 전력 변환 시스템의 총 가동 시간 및 전력 변환 시스템의 총 가동 횟수에 기초한 것일 수 있다.
또한, 상기 시스템 제어부는 상기 가동 조건에 기초하여 상기 복수의 전력 변환 시스템을 동시에 가동할 수 있다.
또한, 상기 시스템 제어부는 상기 복수의 전력 변환 시스템 중 상기 가동 조건에 해당하는 전력 변환 시스템이 복수인 경우, 가동 이력에 기초하여 상기 가동 조건에 해당하는 전력 변환 시스템 각각의 잔여 수명을 예측하고, 예측된 상기 잔여 수명이 가장 긴 전력 변환 시스템을 가동할 수 있다.
이중화된 전력 변환 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템을 제공하여 안정적이며, 효율적으로 동작하는 전력 공급 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 전력 공급 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치를 포함하는 전력 공급 시스템의 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치를 포함하지 않는 전력 공급 시스템의 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이중화된 전력 변환 시스템(Power Conversion System, PCS)을 포함하는 전력 공급 시스템의 블록도를 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 이중화된 전력 변환 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템의 동작 흐름도이다.
도 7은 전력 변환 시스템의 가동 조건 각각에 대한 진단 결과의 예시를 보여준다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 전력 공급 시스템의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템(100)은 발전 장치(101), 직류/교류 컨버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115), 부하(117) 및 직류/직류 컨버터(121)를 포함한다.
발전 장치(101)는 전기 에너지를 생산한다. 발전 장치가 태양광 발전 장치인 경우, 발전 장치(101)는 태양 전지 어레이일 수 있다. 태양 전지 어레이는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다. 또한 발전 시스템이 풍력 발전 시스템인 경우, 발전 장치(101)는 풍력 에너지를 전기 에너지를 변환하는 팬일 수 있다. 다만, 앞서 기재한 바와 같이 전력 공급 시스템(100)은 발전 장치(101) 없이 배터리 에너지 저장 시스템(113)만을 통하여 전력을 공급할 수 있다. 이 경우 전력 공급 시스템(100)은 발전 장치(101)를 포함하지 않을 수 있다.
직류/교류 컨버터(103)는 직류 전력을 교류 전력으로 컨버팅한다. 발전 장치(101)가 공급한 직류 전력 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 컨버팅한다.
교류 필터(105)는 교류 전력으로 컨버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다. 구체적인 실시예에 따라서 교류 필터(105)는 생략될 수 있다.
교류/교류 컨버터(107)는 교류 전력을 계통(109) 또는 부하(117)에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109) 또는 독립된 부하에 공급한다. 구체적인 실시예에 따라서 교류/교류 컨버터(107)는 생략될 수 있다.
계통(109)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.
부하(117)는 발전 시스템으로부터 전기 에너지를 공급받아 전력을 소모한다.배터리 에너지 저장 시스템(113)은 발전 장치(101)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다. 구체적으로 계통(109) 또는 부하(117)가 경부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 발전 장치(101)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 계통(109) 또는 부하(117)가 과부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 충전된 전력을 방전하여 계통(109) 또는 부하(117)에 전력을 공급한다. 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급 상황은 시간대별로 큰 차이를 가질 수 있다. 따라서 전력 공급 시스템(100)이 발전 장치(101)가 공급하는 전력을 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 대한 고려 없이 일률적으로 공급하는 것은 비효율적이다. 그러므로 전력 공급 시스템(100)은 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 사용하여 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 따라 전력 공급의 양을 조절 한다. 이를 통해 전력 공급 시스템(100)은 계통(109) 또는 부하(117)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
직류/직류 컨버터(121)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 공급하거나 공급받는 직류 전력의 크기를 컨버팅한다. 구체적인 실시예에 따라서는 직류/직류 컨버터(121)는 생략될 수 있다.
시스템 제어부(115)는 직류/교류 컨버터(103) 및 교류/교류 컨버터(107)의 동작을 제어한다. 또한 시스템 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전과 방전을 제어하는 충전 제어부(111)를 포함할 수 있다. 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통(109) 또는 부하(117)가 과부하인 경우, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 전력을 공급하여 계통(109) 또는 부하(117)에 전력을 전달하게 제어한다. 계통(109) 또는 부하(117)가 경부하인 경우, 충전 제어부(111)는 외부의 전력 공급원 또는 발전 장치(101)가 전력을 공급하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전달하게 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 전력 공급 시스템의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 전력 공급 시스템(200)은 발전 장치(101), 직류/교류 컨버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115), 제1 직류/직류 컨버터(119), 부하(117) 및 제2 직류/직류 컨버터(121)를 포함한다.
도 1의 본발명의 일 실시예와 모두 동일하나 제1 직류/직류 컨버터(119)를 더 포함한다. 직류/직류 컨버터(119)는 발전 장치(101)가 발전하는 직류 전력의 전압을 컨버팅한다. 소용량 전력 공급 시스템(200)은 발전 장치(101)가 생산하는 전력의 전압이 작다. 따라서 발전 장치(101)가 공급하는 전력을 직류/교류 컨버터(103)에 입력하기 위해서는 승압이 필요하다. 제1 직류/직류 컨버터(119)는 전압을 발전 장치(101)가 생산하는 전력의 전압을 직류/교류 컨버터(103)에 입력할 수 있는 전압의 크기로 컨버팅한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치를 포함하는 전력 공급 시스템의 동작 흐름도이다.
발전 장치(101)는 전기 에너지를 생성한다(S101). 구체적인 실시예에서 발전 장치(101)가 태양전지 어레이인 경우, 발전 장치(101)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 구체적인 실시예에서 발전 장치(101)가 팬인 경우, 발전 장치(101)는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
충전 제어부(111)는 계통(109) 또는 부하(117)에 전력 공급이 필요한지에 대하여 판단한다(S103). 계통(109) 또는 부하(117)에 전력 공급이 필요한지 여부는 계통(109) 또는 부하(117)가 과부하인지 경부하인지를 기준으로 판단할 수 있다.
계통(109) 또는 부하(117)에 전력 공급이 필요하지 않다면, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전한다(S105).
충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한가 판단한다(S107). 발전 장치(101)가 공급하는 전기 에너지만으로 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수요를 충족하지 못하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한지 판단할 수 있다. 또한 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전할 정도로 충분한 전기 에너지를 저장하고 있는지 판단할 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요하다면, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 방전한다(S109).
직류/교류 컨버터(103)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 발전 장치(101)가 생성한 전기 에너지를 교류로 컨버팅한다(S111). 이때 전력 공급 시스템(100)은 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 발전 장치101)가 생성한 전기 에너지를 모두 하나의 직류/교류 컨버터(103)를 통해 직류를 교류로 컨버팅한다. 각 전기기구는 사용할 수 있는 전력에 한계가 있다. 이 한계는 순간적인 한계와 장시간 사용했을 때의 한계가 있는데, 장시간 사용해도 기기에 손상이 가지 않고 무리 없이 사용할 수 있는 최대전력으로 정격 전력을 정한다. 직류/교류 컨버터(103)의 효율을 최대화하기 위해서는 배터리 에너지 저장 시스템(113)과 발전 장치101)는 직류/교류 컨버터(103)가 이러한 정격 전력의 70% 에서 90% 정도를 전력을 사용하도록 전력을 공급하여야 한다.
교류 필터(105)는 교류로 컨버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다(S113). 앞서 설명한 바와 같이 구체적인 실시예에서 노이즈 필터링 동작은 생략될 수 있다.
교류/교류 컨버터(107)는 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109) 또는 부하(117)에 공급한다(S115). 앞서 설명한 바와 같이 구체적인 실시예에 따라서 교류/교류 컨버터(107)의 컨버팅은 생략될 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 컨버팅된 전력을 계통(109) 또는 부하(117)에 공급한다(S117).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치를 포함하지 않는 전력 공급 시스템의 동작 흐름도이다.
충전 제어부(111)는 계통(109) 또는 부하(117)에 전력 공급이 필요한지에 대하여 판단한다(S151). 계통(109) 또는 부하(117)에 전력 공급이 필요한지 여부는 계통(109) 또는 부하(117)가 과부하인지 경부하인지를 기준으로 판단할 수 있다.
계통(109) 또는 부하(117)에 전력 공급이 필요하지 않다면, 충전 제어부(111)는 외부의 전력 공급원으로부터 공급된 전력이 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전하게 제어한다(S153).
충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한가 판단한다(S155). 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전할 정도로 충분한 전기 에너지를 저장하고 있는지 판단할 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요하다면, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하게 제어한다(S157).
직류/교류 컨버터(103)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 발전 장치(101)가 생성한 전기 에너지를 교류로 직류를 교류로 컨버팅한다(S159).
교류 필터(105)는 교류로 컨버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다(S161). 앞서 설명한 바와 같이 구체적인 실시예에서 노이즈 필터링 동작은 생략될 수 있다.
교류/교류 컨버터(107)는 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109) 또는 부하(117)에 공급한다(S163). 앞서 설명한 바와 같이 구체적인 실시예에 따라서 교류/교류 컨버터(107)의 컨버팅은 생략될 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 컨버팅된 전력을 계통(109) 또는 부하(117)에 공급한다(S165).
전력 공급 시스템(100)에 있어서 직류/교류 컨버터(103), 교류 필터(105) 및 교류/교류 컨버터(107)와 같이 발전 장치(101)가 생산한 전력을 부하(117) 또는 계통(109)에 공급하는 역할을 하는 장치들을 통합하여 전력 변환 시스템(Power Conversion System, PCS)이라 한다. 이러한 전력 변환 시스템은 전력 공급 시스템(100)에 있어서 생성된 전력을 변환하여 공급하는 핵심적 역할을 한다. 또한, 전력 변환 시스템은 일정한 수명을 가지므로, 관리자는 전력 변환 시스템을 적절한 시기에 교체 해주어야 한다. 다만, 전력 공급 시스템(100)이 일반적인 주거지나 원격지에서 멀리 떨어진 지역에 위치하는 경우가 많아 신속하게 전력 변환 시스템의 문제에 대처할 수 없는 어려움이 있다. 따라서 전력 변환 시스템을 이중화하는 것이 필요하다. 이에 대해서는 도 5 내지 도 7을 통해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템이 포함하는 전력 변환 시스템의 이중화 블록도를 보여준다.
도 1 내지 도 2의 실시예서 전력 공급 시스템(100)은 하나의 전력 변환 시스템을 포함한다. 전력 공급 시스템(100)은 안정성과 효율을 위하여 복수의 전력 변환 시스템을 포함할 수 있다.
도 5의 실시예에서 전력 공급 시스템(100)은 발전 장치(101), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 제1 전력 변환 시스템(151), 제2 전력 변환 시스템(153) 및 시스템 제어부(115)를 포함한다.
이때, 발전 장치(101), 충전 제어부(111) 및 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 동작은 도 1과 도 2의 실시예를 통해 설명한 바와 같을 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 전력 공급 시스템이(100) 발전 장치(101)와 독립적으로 존재하는 경우 발전 장치(101)는 생략될 수 있다.
변환 시스템(151)과 제2 전력 변환 시스템(153) 각각은 발전 장치(101)가 생성한 전력 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하는 전력을 변환하여 부하(117) 또는 계통(109)에 공급한다. 이때, 제1 전력 변환 시스템(151)과 제2 전력 변환 시스템(153) 각각은 앞서 설명한 직류/교류 컨버터(103), 교류 필터(105) 및 교류/교류 컨버터(107) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 전력 공급 시스템(100)이 포함하는 구성의 동작을 제어한다. 시스템 제어부(115)는 복수의 전력 변환 시스템을 선택적으로 가동한다. 구체적으로 시스템 제어부(115)는 복수의 전력 변환 시스템을 전력 변환 시스템의 상태에 기초하여 선택적으로 가동할 수 있다. 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태를 진단하여 현재 가동중인 전력 변환 시스템이 가동 조건에 해당하는지 판단할 수 있다. 또한 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템이 가동 조건에 해당하지 않는 경우, 가동 조건에 해당하는 다른 전력 변환 시스템을 검색하여 가동할 수 있다. 가동 조건은 전력 변환 시스템의 수명, 이상 발생 및 효율적 동작에 관한 것일 수 있다. 전력 변환 시스템의 수명과 관한 조건으로 총 가동 시간 및 총 가동 횟수가 있을 수 있다. 또한, 전력 변환 시스템의 이상 발생과 관련한 조건으로 전력 변환 시스템 내부의 온도, 전력 변환 시스템 외부의 온도 및 전력 변환 시스템의 이상 발생 여부를 나타내는 폴트 신호 발생 여부가 있을 수 있다. 전력 변환 시스템의 효율과 관련한 조건으로 전력 변환 시스템의 정격 용량이 있을 수 있다. 따라서 구체적인 가동 조건은 전력 변환 시스템의 온도, 전력 변환 시스템의 총 가동 시간, 전력 변환 시스템의 총 가동 횟수, 전력 변환 시스템의 정격 용량 및 전력 변환 시스템의 이상 발생 여부를 나타내는 폴트 신호 발생 여부 중 적어도 어느 하나에 기초한 것일 수 있다. 또한, 구체적인 실시예에서 전력 변환 시스템의 외부 온도 및 전력 변환 시스템의 내부 온도를 모두
이중화된 전력 변환 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템의 구체적인 동작에 대해서는 도 6을 통하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 전력 변환 시스템의 동작 흐름도이다.
시스템 제어부(115)는 현재 가동 중인 전력 변환 시스템의 상태를 진단한다(S201). 구체적으로 시스템 제어부(115)는 가동 조건에 해당하는 현재 가동 중인 전력 변환 시스템의 상태를 진단한다. 이때, 가동 조건은 전력 변환 시스템 내부의 온도, 전력 변환 시스템 외부의 온도, 전력 변환 시스템의 총 가동 시간, 전력 변환 시스템의 총 가동 횟수, 전력 변환 시스템의 정격 용량 및 전력 변환 시스템의 이상 발생 여부를 나타내는 폴트 신호 발생 여부 중 적어도 어느 하나에 기초한 것일 수 있다.
시스템 제어부(115)는 현재 가동 중인 전력 변환 시스템이 가동 조건에 해당하는지 판단한다(S203). 이에 대해서는 도 7을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 7은 전력 변환 시스템의 가동 조건 각각에 대한 진단 결과의 예시를 보여준다.
구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 내부 온도가 기준 온도 이상인지 판단할 수 있다. 이는 전력 변환 시스템의 온도가 지나치게 높을 경우 전력 변환 시스템의 수명이 급격히 줄어들 수 있고, 전력 변환 시스템 동작의 신뢰성이 저하될 수 있기 때문이다. 이때, 시스템 제어부(115)는 전력 변환 시스템 외부의 온도를 전력 변환 시스템의 내부의 온도와 함께 판단할 수 있다. 전력 변환 시스템의 가동 조건이 전력 변환 시스템 외부의 온도와 전력 변환 시스템 내부의 온도의 합에 기초하여 정해질 수 있기 때문이다. 예컨대, 전력 변환 시스템의 가동 조건이 전력 변환 시스템 외부의 온도와 전력 변환 시스템 내부의 온도의 합이 70도 이하인 경우일 수 있다. 이때, 전력 변환 시스템의 외부의 온도가 0도 이고 전력 변환 시스템 내부의 온도가 60도인 경우, 시스템 제어부(115)는 전력 변환 시스템을 계속 가동하도록 할 수 있다. 또 다른 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 총 가동 시간이 예상 수명에 기초한 기준 시간 이하인지 판단할 수 있다. 또 다른 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 총 가동 시간이 예상 수명에 기초한 기준 시간 이하인지 판단할 수 있다. 또 다른 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템이 이상 발생 여부를 나타내는 폴트 신호를 출력하는 지 판단할 수 있다. 또 다른 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 정격 용량이 현재 전력을 변환하기 위해 필요한 기준 용량에 해당하는지 판단할 수 있다. 구체적으로 제어부(115)는 복수의 전력 변환 시스템 중에서 현재 전력을 변환 하기 위해 필요한 기준 용량에 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 정격 용량이 가장 가까운지 판단할 수 있다. 이후, 시스템 제어부(115)는 현재 전력을 변환 하기 위해 필요한 기준 용량에 가장 가까운 정격 용량을 가지는 전력 변환 시스템을 대체 전력 변환 시스템으로 선택할 수 있다. 또한, 시스템 제어부(115)는 현재 전력을 변환 하기 위해 필요한 기준 용량에 에 기초하여 복수의 전력 변환 시스템을 가동할 수 있다. 예컨대, 전력 변환을 위해 필요한 정격 용량이 2000W이고 제1 전력 변환 시스템(151)의 정격 용량이 1500W이고 제2 전력 변환 시스템(153)의 500W인 경우, 시스템 제어부(115)는 제1 전력 변환 시스템(151)과 제2 전력 변환 시스템(153)을 동시에 가동할 수 있다. 이때, 전력 변환 시스템의 정격 용량은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 직류/교류 컨버터(103)의 정격 용량에 기초한 것일 수 있다. 시스템 제어부(115)가 정격 용량을 고려하여 복수의 전력 변환 시스템을 선택적으로 가동하도록 하여 전력 변환의 효율을 높일 수 있다. 도 7의 실시예에서 제1 전력 변환 시스템은 내부 온도에 관한 가동 조건을 만족하지 못한다. 따라서 이때 시스템 제어부(115)는 제1 전력 변환 시스템(151)의 가동을 중단하고, 제2 전력 변환 시스템을 가동할 수 있다. 다시 도 6을 통하여 전력 공급 시스템의 동작에 대해서 설명하도록 한다.
현재 가동 중인 전력 변환 시스템이 가동 조건에 해당하지 않는 경우, 시스템 제어부(115)는 대체 전력 변환 시스템을 선택한다(S205). 이를 위하여 시스템 제어부(115)는 전력 공급 시스템(100)이 포함하는 복수의 대체 전력 변환 시스템 중 현재 가동중인 대체 전력 변환 시스템을 제외한 나머지 전력 변환 시스템이 가동 조건을 만족하는지 진단할 수 있다. 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 가동 조건을 만족하는 전력 변환 시스템이 없는 경우 전력 변환을 중단할 수 있다. 또한, 관리자에게 가동 조건을 만족하는 전력 변환 시스템이 없음을 알릴 수 있다. 구체적인 실시예에서 시스템 제어부(115)는 가동 조건을 만족하는 전력 변환 시스템이 복수인 경우, 전력 변환 시스템들의 잔여 수명을 예측하여 예측된 수명이 가장 긴 전력 변환 시스템을 대체 전력 변환 시스템으로 선택할 수 있다. 구체적으로 시스템 제어부는 가동 이력에 기초하여 전력 변환 시스템들의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 이때, 가동 이력은 총 가동 횟수, 총 가동 시간, 가동 중 전력 변환 시스템 내부의 온도 및 가동중 전력 변환 시스템 외부의 온도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 대체 전력 변환 시스템을 가동한다(S207). 구체적으로 시스템 제어부(115)는 대체 전력 변환 시스템을 가동하여 발전 장치(101)가 생성하거나 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하는 직류 전력을 변환하여 부하(117) 또는 계통(109)에 공급할 수 있다. 이때, 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템을 가동을 중지하고 대체 전력 변환 시스템만을 가동할 수 있다. 또는 시스템 제어부(115)는 현재 가동중인 전력 변환 시스템과 동시에 대체 전력 변환 시스템을 가동할 수 있다. 현재 가동중인 전력 변환 시스템과 대체 전력 변환 시스템을 동시에 가동하여 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 부하를 줄일 수 있고, 이를 통해 현재 가동중인 전력 변환 시스템이 가동 조건을 만족하도록 할 수 있다. 예컨대, 과부하로 인하여 제1 전력 변환 시스템(151)의 내부 온도가 지나치게 상승한 경우, 시스템 제어부(115)는 제1 전력 변환 시스템(151)과 제2 전력 변환 시스템(153)을 동시에 가동하여 제1 전력 변환 시스템(151)의 부하를 줄여 제1 변환 시스템(151)의 내부 온도를 줄일 수 있다. 또한 앞서 설명한 경우와 같이 이때 시스템 제어부(115)는 제1 전력 변환 시스템(151)과 제2 전력 변환 시스템(153) 외부의 온도를 함께 고려할 수 있다.
이러한 동작을 통해 전력 공급 시스템(100)은 계통(109) 또는 부하(117)에 전력을 공급하는 도중 전력 변환 시스템에 이상이 발생하더라도 멈춤 없이 전력을 공급할 수 있다. 또한, 별도의 전력 변환 시스템의 추가 설치 없이 전력 공급 시스템(100)이 전력을 공급할 수 있도록 한다. 이를 통해 전력 변환 시스템의 이상 발생 이후, 전력 공급 시스템(100)의 관리자가 바로 전력 변환 시스템(100)을 교체해야 하는 부담을 줄일 수 있다.
또한 대용량 전력 변환 시스템을 하나 설치하는 것보다 소용량 전력 변환 시스템을 복수 개 설치하는 것이 초기 설치 비용 측면에서 유리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들을 통해 전력 공급 시스템(100)의 설치 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 직류 전력을 생성하는 발전 장치 또는 저장된 에너지를 방전하는 배터리 에너지 저장 시스템으로부터 직류 전력을 공급받아 변환하는 복수의 전력 변환 시스템; 및
    현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태를 진단하여, 현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태에 기초하여 복수의 전력 변환 시스템을 선택적으로 가동하는 시스템 제어부를 포함하는
    전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 제어부는
    현재 가동중인 전력 변환 시스템의 상태가 가동 조건에 해당하지 않는 경우, 상기 복수의 전력 변환 시스템 중 상기 가동 조건에 해당하는 대체 전력 변환 시스템을 가동하는
    전력 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가동 조건은
    전력 변환 시스템 내부의 온도 및 전력 변환 시스템의 이상 발생 여부를 나타내는 폴트 신호 발생 여부 중 적어도 어느 하나에 기초한 것인
    전력 공급 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가동 조건은
    전력 변환 시스템의 정격 용량에 기초한 것이고,
    전력 공급 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 가동 조건은
    전력 변환 시스템의 총 가동 시간 및 전력 변환 시스템의 총 가동 횟수에 기초한 것인
    전력 공급 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 시스템 제어부는
    상기 가동 조건에 기초하여 상기 복수의 전력 변환 시스템을 동시에 가동하는
    전력 공급 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 시스템 제어부는
    상기 복수의 전력 변환 시스템 중 상기 가동 조건에 해당하는 전력 변환 시스템이 복수인 경우, 가동 이력에 기초하여 상기 가동 조건에 해당하는 전력 변환 시스템 각각의 잔여 수명을 예측하고, 예측된 상기 잔여 수명이 가장 긴 전력 변환 시스템을 가동하는
    전력 공급 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220035779A (ko) * 2020-09-14 2022-03-22 한국알프스 주식회사 배터리 충전시스템 및 그 제어방법

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