KR20160120894A - 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템은 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템에 있어서, 배터리의 충방전을 제어하는 전력 변환 시스템; 상기 전력 변환 시스템으로부터 데이터를 전송받고 상기 전력 변환 시스템을 제어하는 충전 제어부; 및 상기 충전 제어부로부터 데이터를 전송받고 상기 충전 제어부에 제어 데이터를 전송하는 시스템 제어부를 포함하고, 상기 시스템 제어부와 충전 제어부는 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 우선 순위에 따라 데이터를 송수신한다.

Description

에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM FOR ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 특히 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy storage system)은 발전소에서 과잉 생산된 전력 또는 불규칙하게 생산되는 신재생 에너지를 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 에너지 저장장치를 말한다.
구체적으로 에너지 저장 시스템이란 에너지를 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전기 전력계통에 전기를 저장해 두는 시스템을 말한다. 다시 말해서, 기존의 2차 전지처럼 하나의 제품에 시스템이 통합된 스토리지로 구성되는 하나의 집합체이다.
최근 급속히 성장하고 있는 신재생 에너지인 풍력 발전시 불안정한 발전 에너지를 저장했다가 필요한 시점에 안정적으로 전력 계통에 다시 공급해주는 필수 장치로 에너지 저장 시스템의 중요성이 대두되고 있다. 만약 에너지 저장 시스템이 없다면 바람이나 태양광에 의존하는 불안정한 전력 공급으로 인해 전력 계통에 갑작스런 단전 등 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 환경에서 스토리지가 매우 중요한 분야로 대두되고 있으며, 가정용 전력 저장 시스템으로까지 확장되고 있다.
이러한 에너지 저장 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.
에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.
한편, 에너지 저장 시스템에서 시스템 제어부와 충전 제어부는 상호간에 데이터를 송수신 하는데, 데이터 트래픽이 많은 경우 필요한 데이터를 신속히 송수신 할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 에너지 저장 시스템에서 시스템 제어부와 충전 제어부 사이의 원활한 데이터 송수신을 통해 효과적인 모니터링이 가능하도록 하는 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템은 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템에 있어서, 배터리의 충방전을 제어하는 전력 변환 시스템; 상기 전력 변환 시스템으로부터 데이터를 전송받고 상기 전력 변환 시스템을 제어하는 충전 제어부; 및 상기 충전 제어부로부터 데이터를 전송받고 상기 충전 제어부에 제어 데이터를 전송하는 시스템 제어부를 포함하고, 상기 시스템 제어부와 충전 제어부는 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 우선 순위에 따라 데이터를 송수신한다.
본 발명은 에너지 저장 시스템에서 시스템 제어부와 충전 제어부 사이의 원활한 데이터 송수신을 통해 효과적인 모니터링이 가능하도록 하는 모니터링 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 전력 공급 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
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 발생시키는 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 교류 전력으로 컨버팅한다.
교류 필터(105)는 교류 전력으로 컨버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다. 구체적인 실시예에서 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 조절한다. 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.
상기 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 배터리 및 배터리의 충전과 방전을 제어하고, 충전 상태, 배터리 정보 등을 외부 인터페이스를 통해 알려주고 관리하며, 과충전/과방전으로부터 배터리를 보호하는 기능을 수행하는 BMS(Battery Management System)를 포함할 수 있다. 상기 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 복수의 사이트에 복수개가 배치될 수 있다.
또한, 상기 직류/직류 컨버터(121), 직류/교류 컨버터(103), 교류/교류 컨버터(107)는 전력 변환 시스템에 포함될 수 있으며, 상기 전력 변환 시스템은 전기 에너지의 전압 및 주파수 특성을 변환하는 PCS(Power conditioning system)가 될 수도 있다.
상기 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전 및 방전을 제어하기 위한 PMS(Power Management System)를 포함할 수 있다.
상기 시스템 제어부(115)는 EMS(Energy Management System)에 포함될 수 있다.
상기 충전 제어부(111)는 배터리의 상태를 모니터링하고 전력 변환 시스템의 상태를 모니터링한다.
상기 배터리의 충전/방전은 전력 변환 시스템을 통해 이루어 진다. 또한, 충전 제어부(111)가 BMS로부터 수신한 배터리의 데이터에 기초하여 전력 변환 시스템을 제어할 수 있다. 또한, 충전 제어부(111)는 복수개의 사이트에 배치된 전력 변환 시스템을 각각의 효율에 따라 제어할 수도 있다.
BMS는 배터리에 연결되며, 배터리의 보호 동작 및 배터리의 상태를 시스템 제어부(115)로 전달한다. BMS는 배터리를 보호하기 위하여, 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱 기능등을 수행할 수 있다. 이를 위하여, BMS는 배터리의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등을 모니터링하고, 관련 정보를 시스템 제어부(115)에 전송한다.
한편, 상기 충전 제어부(111)는 BMS를 통해 배터리의 상태를 모니터링하여 그 데이터를 시스템 제어부(115)에 송신한다.
상기 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 통해 각 사이트에 배치된 상기 BMS로부터 배터리에 대한 제어를 하고, 상기 충전 제어부(111)는 각 사이트에 배치된 배터리의 고장 정보, 일반 모니터링 정보, 누적 데이터 이력에 대한 정보를 상기 시스템 제어부(115)에 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 충전 제어부(111)와 시스템 제어부(115)는 서로 연결되어 데이터를 송수신하는데, 대표적으로, 상기 시스템 제어부(115)에서 상기 충전 제어부(111)로 제어 데이터가 전송되어 상기 전력 변환 시스템이 제어될 수 있도록 한다.
또한, 상기 충전 제어부(111)는 상기 시스템 제어부(115)로 고장 정보, 일반 모니터링 정보, 누적 데이터 이력 등의 데이터를 전송하여 상기 시스템 제어부(115)에서 에너지 저장 시스템의 상태를 알고 그에 따른 제어를 할 수 있도록 한다.
한편, 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111) 사이의 상호간의 데이터 송수신에 있어서 데이터 트래픽이 많은 경우 적절한 시점에 데이터가 전송되지 못하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111) 사이에 데이터 송수신을 함에 있어서 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111)는 데이터 트래픽을 감지하여 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 우선 순위에 따른 데이터 송수신이 이루어지도록 한다.
예를 들어, 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111) 사이에 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우, 우선적으로 제어 데이터가 송수신 되도록 하고, 제어 데이터가 없는 경우, 고장 정보 데이터, 일반 모니터링 정보 데이터, 누적 데이터 이력 등이 차례로 송수신 되도록 한다.
즉, 상기 충전 제어부(111)는 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 상기 시스템 제어부(115)로부터 제어 데이터를 수신하고 제어 데이터가 없는 경우에 우선순위에 따라 데이터를 상기 시스템 제어부(115)로 송신한다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 데이터 트래픽이 없는 경우 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111) 사이의 데이터 송수신이 정상적으로 이루어지며, 이 경우 전송되는 데이터는 우선 순위없이 발생되는 순서대로 전송될 수 있다.(S100)
상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111)는 데이터 트래픽을 체크하다가 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인지 여부를 감지한다.(S110)
상기 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111)는 우선 순위에 따른 데이터 송수신을 시작한다.(S120)
따라서, 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111)는 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 우선 순위에 따라 1차적으로 제어 데이터를 송수신하고, 제어 데이터가 없는 경우에 고장 정보 데이터, 일반 모니터링 정보 데이터, 누적 데이터 이력 등의 데이터를 송수신한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템 및 방법은 상기 시스템 제어부(115)와 충전 제어부(111) 사이의 데이터 트래픽에 따른 우선 순위 데이터 송수신을 통해 효과적인 모니터링이 가능하다.
상기와 같이 기재된 실시예들은 설명된 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
11: PMS 12: EMS 100: PCS 200: 발전 시스템 300: 배터리 310: BMS 400: 계통 500: 부하

Claims (3)

  1. 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템에 있어서,
    배터리의 충방전을 제어하는 전력 변환 시스템;
    상기 전력 변환 시스템으로부터 데이터를 전송받고 상기 전력 변환 시스템을 제어하는 충전 제어부; 및
    상기 충전 제어부로부터 데이터를 전송받고 상기 충전 제어부에 제어 데이터를 전송하는 시스템 제어부를 포함하고,
    상기 시스템 제어부와 충전 제어부는 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 우선 순위에 따라 데이터를 송수신하는 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는 데이터 트래픽이 일정 수준 이상인 경우 상기 시스템 제어부로부터 제어 데이터가 전송되지 않는 경우에만 상기 시스템 제어부에 데이터를 전송하는 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는 상기 시스템 제어부로부터 제어 데이터가 전송되지 않는 경우에 상기 시스템 제어부에게 고장 정보 데이터, 일반 모니터링 정보 데이터, 누적 데이터 이력을 전송하는 에너지 저장 시스템의 모니터링 시스템.
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