KR20170013773A - Energy storage system - Google Patents

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KR20170013773A KR1020150106898A KR20150106898A KR20170013773A KR 20170013773 A KR20170013773 A KR 20170013773A KR 1020150106898 A KR1020150106898 A KR 1020150106898A KR 20150106898 A KR20150106898 A KR 20150106898A KR 20170013773 A KR20170013773 A KR 20170013773A
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an energy storage system, which has a controller capable of providing both a control signal for controlling an inverter and a signal for controlling an energy storage device, comprises: a power generator which generates electric power; a first converter which rectifies electric energy generated by the power generator; an inverter which converts the electric energy, rectified by the first converter, from direct current to alternating current; a battery which is arranged between the first converter and the inverter, receives the electric energy rectified by the first converter to be charged, and provides the charged electric energy to the inverter; a second converter which converts the electric energy rectified by the first converter, charges the battery, converts the electric energy charged to the battery, and provides the electric energy to the inverter; and a control unit which outputs a switching control signal for controlling operation of the first converter, the second converter, and the inverter.

Description

에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM}[0001] ENERGY STORAGE SYSTEM [0002]

본 발명은, 풍력 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 백투백 방식의 직류단을 활용하여 에너지 저장 장치를 설치하고, 하나의 제어기에서 상기 에너지 저장 장치 및 인버터를 모두 제어할 수 있도록 한 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind power generation system, and more particularly, to a wind power generation system in which an energy storage device is installed by utilizing a direct current stage of a back- .

에너지 저장 시스템(Energy storage system)은 발전소에서 과잉 생산된 전력 또는 불규칙하게 생산되는 신재생 에너지를 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장장치를 말한다.An energy storage system is a storage device that stores excess power generated at a power plant or irregularly produced renewable energy, and then transients when power is temporarily low.

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. Specifically, an energy storage system is a system that stores electricity in an electric power system in order to supply energy to and when it is needed. In other words, it is a collection of systems that are integrated into one product, such as a conventional secondary battery.

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.The importance of energy storage system is emerging as an indispensable device to store unstable power generation energy in wind power generation, which is a rapidly growing new renewable energy, and supply it to the power system in a stable manner when necessary. If there is no energy storage system, unstable power supply, which depends on wind or sunlight, could cause serious problems such as a sudden shutdown of the power system. Therefore, storage is becoming a very important field in this environment, and it is being extended to home power storage systems.

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.These energy storage systems are installed in power generation, transmission, distribution, and customer in power system. Frequency regulation, generator output stabilization using peak energy, peak shaving, load leveling, , And emergency power supply.

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.Energy storage systems are divided into physical energy storage and chemical energy storage depending on the storage method. Physical energy storage includes pumped storage, compressed air storage, and flywheel. Chemical storage includes lithium ion batteries, lead acid batteries, and Nas batteries.

도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템의 구성 블록도이다.1 is a block diagram of a configuration of a conventional energy storage system.

도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템은, 풍력 생성부(1), 정류기(2), 인버터(3), 계통(4), 피치 제어부(5), 정류기 제어부(6), 제 1 PWM부(7), 인버터 제어부(8), 제 2 PWM부(9), 전력 변환부(PCS, 10), 에너지 저장 장치(ESS, 11)를 포함한다.1, an energy storage system includes a wind power generation unit 1, a rectifier 2, an inverter 3, a system 4, a pitch control unit 5, a rectifier control unit 6, a first PWM unit 7, an inverter control unit 8, a second PWM unit 9, a power conversion unit (PCS) 10, and an energy storage device (ESS)

풍력 생성부(1)는 블레이드(또는 wind turbine)와 연결되며, 상기 블레이드가 풍속의 변화에 따라 회전함에 따라 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 실시 예에 따라, 상기 풍력 생성부(1)는 3상 동기 발전기일 수 있다.The wind power generating unit 1 is connected to a blade (or a wind turbine), and converts the wind energy into electric energy as the blade rotates according to the change of the wind speed. According to the embodiment, the wind power generator 1 may be a three-phase synchronous generator.

정류기(2)는 풍력 생성부(1)와 연결되며, 상기 풍력 생성부(1)에 축적된 전압을 정류시킨다. 정류기(2)는 실시 예에 따라 3상 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.The rectifier 2 is connected to the wind power generator 1 and rectifies the voltage stored in the wind power generator 1. The rectifier 2 may comprise a three-phase bridge diode, according to embodiments.

인버터(3)는 상기 정류기(2)를 통해 정류된 전압을 직류에서 교류로 변환시켜 계통(4)에서 요구하는 사용 용량에 맞는 교류 전압을 출력한다.The inverter 3 converts the rectified voltage from the rectifier 2 to an alternating current and outputs an alternating voltage according to the used capacity required by the system 4. [

피치 제어부(5)는 풍력 생성부(1) 및 블레이드와 연결되며, 상기 풍력 생성부(1)의 출력 값 및 블레이드의 상태에 따라 피치(pitch) 제어를 수행한다.The pitch control unit 5 is connected to the wind power generation unit 1 and the blade and performs pitch control according to the output value of the wind power generation unit 1 and the state of the blades.

정류기 제어부(6)는 정류기(2)와 연결되어, 상기 정류기(2)의 출력 값을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 정류기 제어부(6)는 정류기(2)를 제어하기 위한 신호를 출력하고, 상기 출력된 신호는 제 1 PWM부(7)로 공급된다.The rectifier controller 6 is connected to the rectifier 2 and outputs a control signal for controlling the output value of the rectifier 2. The rectifier control unit 6 outputs a signal for controlling the rectifier 2, and the output signal is supplied to the first PWM unit 7.

상기 제 1 PWM부(7)는 상기 정류기 제어부(5)로부터 출력되는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 토대로 PWM 제어를 수행하여, 정류기(2)의 동작을 제어한다.The first PWM unit 7 receives a signal output from the rectifier control unit 5 and performs PWM control based on the received signal to control the operation of the rectifier 2. [

인버터 제어부(8)는 인버터(3)와 연결되고, 상기 인버터(3)의 출력 값을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 인버터 제어부(8)는 인버터(3)를 제어하기 위한 신호를 출력하고, 상기 출력된 신호는 제 2 PWM부(9)로 공급된다.The inverter control unit 8 is connected to the inverter 3 and outputs a control signal for controlling the output value of the inverter 3. [ The inverter control unit 8 outputs a signal for controlling the inverter 3, and the output signal is supplied to the second PWM unit 9.

상기 제 2 PWM부(9)는 상기 인버터 제어부(8)로부터 출력되는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 토대로 PWM 제어를 수행하여, 인버터(3)의 동작을 제어한다.The second PWM unit 9 receives the signal output from the inverter control unit 8 and performs PWM control based on the received signal to control the operation of the inverter 3. [

한편, 인버터(3)의 출력단에는 전력 변환부(10)가 연결된다.On the other hand, the power conversion unit 10 is connected to the output terminal of the inverter 3.

그리고, 전력 변환부(10)의 출력단에는 에너지 저장 장치(11)가 배치된다. 상기 에너지 저장 장치(11)는 배터리와, 상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 위하여 전력 변환부(10)에 제어신호를 출력하는 드룹 제어기를 포함할 수 있다.An energy storage device 11 is disposed at an output end of the power conversion unit 10. The energy storage device 11 may include a battery and a droop controller for outputting a control signal to the power conversion unit 10 for charging and discharging the battery.

전력 변환부(10)는 상기 인버터(3)의 출력 전압을 수신하여 상기 에너지 저장 장치(11)를 구성하는 배터리를 충전시키거나, 상기 배터리로부터 출력되는 전압을 수신하여 계통(4)에 맞는 전압으로 변환한다.The power conversion unit 10 receives the output voltage of the inverter 3 and charges the battery constituting the energy storage device 11 or receives a voltage output from the battery to generate a voltage .

전력 변환부(10)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 양방향 전력 변환부일 수 있다.The power conversion section 10 may be a bidirectional power conversion section that converts a direct current voltage into an alternating current voltage and converts the alternating current voltage into a direct current voltage.

상기와 같이, 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템은 인버터(3)의 출력단에 에너지 저장 장치(11)가 배치된다.As described above, in the energy storage system according to the related art, the energy storage device 11 is disposed at the output end of the inverter 3.

그리고, 상기 에너지 저장 시스템은 정류기(2), 인버터(3) 및 전력 변환부(10)에서 각각 수행되는 변환 동작을 위하여 제어 신호가 각각 출력되며, 상기 제어신호는 별도의 제어부에서 각각 생성되어 출력된다.In the energy storage system, control signals are respectively output for the converting operation performed by the rectifier 2, the inverter 3, and the power converting unit 10, respectively. do.

이하에서는 정류기 제어부(6)의 출력 신호, 인버터 제어부(8)의 출력 신호 및 드룹 제어기(도시하지 않음)의 출력 신호에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the output signal of the rectifier control unit 6, the output signal of the inverter control unit 8, and the output signal of the droop controller (not shown) will be described.

도 2는 종래 기술에 따른 정류기 제어부의 상세 구성 블록도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 인버터 제어부의 상세 구성 블록도이며, 도 4는 종래 기술에 따른 드룹 제어기의 상세 구성 블록도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of a conventional rectifier control unit, FIG. 3 is a detailed block diagram of an inverter control unit according to the related art, and FIG. 4 is a detailed block diagram of a droop controller according to the related art.

도 2를 참조하면, 정류기 제어부는 기본적으로 DQ 변환을 통해 제어신호를 출력한다.Referring to FIG. 2, the rectifier control unit basically outputs a control signal through DQ conversion.

즉, 정류기 제어부는 풍력 생성부(2)의 발전량에 따른 주파수를 조정하여 최대 전력량을 계산한 후 이것을 정류기에 입력하여 전력을 송전하는 방식으로 제어신호를 출력하고 있다.That is, the rectifier control unit outputs the control signal by calculating the maximum power amount by adjusting the frequency according to the power generation amount of the wind power generation unit 2, inputting it to the rectifier, and transmitting the power.

그리고, 도 3을 참조하면, 인버터 제어부는 기본적인 제어 방식이 상기 정류기 제어부와 동일한 동작을 하며, d축의 제어 방식이 전력 송전량이 아닌 직류 전압을 유지하는 방식으로 제어를 하고 있다.Referring to FIG. 3, the inverter control unit performs the same operation as the rectifier control unit in the basic control scheme, and controls the d-axis control scheme in such a manner that the DC voltage is maintained instead of the power transmission amount.

도 4를 참조하면, 드룹 제어기는 계통의 상황을 반영해야 하기 때문에 전압 드룹 계수(Rv) 및 주파수 드룹 계수(Rf)를 활용하여 드룹 제어를 한다. 또한, 드룹 제어기는 정류기 제어부와 유사하게 DQ 변환 방식을 사용하고 있으며, 전력 변환부의 동작을 제어하기 위한 PWM신호를 출력하여 상기 전력 변환부의 동작을 제어한다. 그리고, 드룹 제어기는 측정된 전력량과 상기 전력 변환부에서 요구하는 전력량을 비교하여 상기 배터리의 출력량을 조정한다.Referring to FIG. 4, since the droop controller needs to reflect the state of the system, the droop control is performed using the voltage droop coefficient Rv and the frequency droop coefficient Rf. The droop controller uses a DQ conversion scheme similar to the rectifier controller and outputs a PWM signal for controlling the operation of the power converter to control the operation of the power converter. The droop controller compares the measured amount of power with the amount of power required by the power conversion unit to adjust the output amount of the battery.

상기와 같은 종래 기술에서, 동기형 풍력 발전기의 경우, 계통단과 발전단이 분리되어 있기 때문에, 발전단의 주파수가 계통에 영향을 미치는 요소로 작용하지 않는다. 하지만, 발전기의 출력 면에서는 출력량이 불안정하게 나오는 상황이 발생할 수 있는데, 이러한 문제는 에너지 저장 장치의 에너지 저장으로 인해 계통에 안정된 전력을 공급하고, 주파수를 조정하며 전압을 일정하게 유지하여 해결하고 있다.In the above-described prior art, in the case of the synchronous wind turbine generator, since the system stage and the power generation stage are separated from each other, the frequency of the power generation stage does not act as a factor affecting the system. However, the output of the generator may be unstable. This problem is solved by supplying stable power to the system due to energy storage of the energy storage device, adjusting the frequency, and keeping the voltage constant .

풍력 발전의 경우, 일정한 바람 공급이 간헐적이고, 전기가 필요한 곳에 바람이 항상 불지 않기 때문에, 일정한 전력을 생산하여 보내는 것이 가장 큰 문제이다. 하지만, 상기와 같은 에너지 저장 장치를 적용한다면, 안정적인 전력 공급이 가능하나, 풍력 발전량이 적은 경우, 동기형 방식에서 직류단의 전압을 일정하게 유지하기 위해 전력 소모가 필수적이다. 이러한 전력은 배터리에서 공급을 받거나 임시 전력을 통해 공급을 받아야 하는 문제점이 있다.In the case of wind power generation, constant wind supply is intermittent, and wind is not always blowing where electricity is needed. However, if the energy storage device as described above is used, stable power supply is possible. However, when the amount of wind power is small, power consumption is essential in order to keep the DC voltage constant in the synchronous type. Such power has a problem in that it must be supplied from the battery or supplied via the temporary power.

또한, 발전기단과 에너지 저장 장치단은 모두 직류 전송 부분을 사용하고 있는 공통점과 제어방식이 크게 다르지 않는다는 특징을 가지고 있으나, 상기와 같이 두 개의 시스템을 별도로 분리하여 구성시킴에 따라 추가적인 부대비용이 발생하는 문제점이 있다.In addition, although both the generator stage and the energy storage stage use a DC transmission portion and the control method is not largely different from the common point, the additional system cost is separately generated as described above. There is a problem.

실시 예에서는, 발전장치와 에너지 저장장치를 서로 분리시키기 않고, 발전장치의 복수의 구성요소 사이에 에너지 저장 장치를 배치시킨 에너지 저장 시스템을 제공한다.Embodiments provide an energy storage system in which an energy storage device is disposed between a plurality of components of a power generation device without separating the power generation device and the energy storage device from each other.

또한, 실시 예에서는 하나의 제어기에서 인버터의 제어를 위한 제어신호 및 에너지 저장장치의 제어를 위한 제어 신호를 모두 공급할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공한다.Also, in the embodiment, an energy storage system capable of supplying both a control signal for controlling the inverter and a control signal for controlling the energy storage device in one controller is provided.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that the technical objectives to be achieved by the embodiments are not limited to the technical matters mentioned above and that other technical subjects not mentioned are apparent to those skilled in the art to which the embodiments proposed from the following description belong, It can be understood.

실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 전기 에너지를 생성하는 발전 장치; 상기 발전 장치를 통해 생성된 전기 에너지를 정류하는 제 1 컨버터; 상기 제 1 컨버를 통해 정류된 전기 에너지를 직류에서 교류로 변환하는 인버터; 상기 제 1 컨버터와 인버터 사이에 배치되어, 상기 제 1 컨버터를 통해 정류된 전기 에너지를 공급받아 충전하고, 상기 인버터에 상기 충전된 전기 에너지를 공급하는 배터리; 충전 모드에서 상기 제 1 컨버터를 통해 정류된 전기 에너지를 변환하여 상기 배터리를 충전시키고, 방전 모드에서 상기 배터리에 충전된 전기 에너지를 변환하여 상기 인버터로 공급하는 제 2 컨버터; 및 상기 제 1 컨버터, 제 2 컨버터 및 인버터의 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.An energy storage system according to an embodiment includes a power generation device for generating electrical energy; A first converter for rectifying electric energy generated through the power generation device; An inverter for converting electric energy rectified through the first converter from a direct current to an alternating current; A battery disposed between the first converter and the inverter for supplying and charging electric energy rectified through the first converter and supplying the charged electric energy to the inverter; A second converter for converting electric energy rectified through the first converter in a charging mode to charge the battery, converting the electric energy charged in the battery in a discharging mode, and supplying the electric energy to the inverter; And a controller for outputting a switching control signal for controlling operations of the first converter, the second converter and the inverter.

또한, 상기 제어부는, 상기 발전 장치의 발전량에 따른 주파수 조정을 통해 계산한 최대 전력량을 토대로 상기 제 1 컨버터를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 제 1 제어부와, 전압 제어와, 상기 배터리에서의 출력을 계통으로 보내기 위한 유효 전력 제어 및 드룹 제어를 수행하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제 1 스위칭 제어신호와, 상기 배터리로 입력되는 충전 전류 및 상기 배터리로부터 출력되는 방전 전류에 따라 상기 제 2 컨버터를 제어하기 위한 제 2 스위칭 제어신호를 출력하는 제 2 제어부를 포함한다.The control unit may include a first control unit for outputting a switching control signal for controlling the first converter based on a maximum power amount calculated through frequency adjustment according to the power generation amount of the power generation apparatus, A first switching control signal for controlling the inverter by performing active power control and droop control for sending an output to the system, and a second switching control signal for controlling the inverter according to a charging current inputted to the battery and a discharging current outputted from the battery. And a second control section for outputting a second switching control signal for controlling the second switching control signal.

또한, 상기 제 1 스위칭 제어 신호는, 상기 배터리의 동작에 따른 상기 제 1 컨버터와 인버터 사이에 형성되는 직류 전압 팩터, 계통의 주파수 팩터 및 상기 인버터의 유효 전력 팩터를 기준으로 결정된 d축 전류 지령 값과, 상기 계통의 전압 팩터와, 상기 인버터의 무효 전력 팩터를 기준으로 결정된 q축 전류 지령 값을 기준으로 생성된다.The first switching control signal may include a DC voltage factor formed between the first converter and the inverter according to an operation of the battery, a frequency factor of the system, and a d-axis current command value determined based on an effective power factor of the inverter And a q-axis current command value determined based on the voltage factor of the system and the reactive power factor of the inverter.

또한, 상기 제 2 스위칭 제어 신호는, 상기 배터리의 유효 전력 팩터를 토대로 결정된 배터리 전류 팩터를 기준으로 생성된다.The second switching control signal is generated based on a battery current factor determined based on an effective power factor of the battery.

또한, 상기 제 2 제어부는, 계통 주파수 드룹 기준값과 계통 주파 주파수 값의 차이 값에 주파수 드룹 계수를 곱한 제 1 결과 값과, 인버터의 유효 전력 기준 값의 차이 값을 합한 값을 토대로 유효 전력 기준 값을 획득하고, 상기 제 1 컨버터와 인버터 사이의 직류 전압 기준 값과 측정된 직류 전압 값의 차이 값을 비례적분하여 직류 전압 결과 값을 획득하며, 상기 유효 전력 기준 값에 직류 전압 결과 값을 더한 값에 상기 인버터의 유효 전력 값을 뺀 제 2 결과 값을 획득하고, 상기 제 2 결과 값에 대하여 비례적분을 수행하여 d축 전류 기준 값을 획득하며, 상기 획득한 d축 전류 기준 값과 측정된 d축 전류 값의 차이 값을 토대로 상기 d축 전류 지령 값을 획득한다.Also, the second control unit may calculate an effective power reference value based on a sum of a first result obtained by multiplying the difference between the system frequency drop reference value and the system frequency frequency by a frequency droop coefficient, and a difference between the reference value of the inverter's effective power, Obtains a DC voltage result value by proportionally integrating the difference between the DC voltage reference value and the measured DC voltage value between the first converter and the inverter, and obtains a value obtained by adding the DC voltage result value to the active power reference value Axis current reference value and the measured d-axis current reference value by subtracting the effective power value of the inverter from the second d-axis current reference value, and performing a proportional integration with respect to the second resultant value to obtain a d- The d-axis current command value is obtained based on the difference value of the axial current value.

또한, 상기 제 2 제어부는, 계통 전압 드룹 기준 값과 계통 전압 값의 차이 값을 계산하고, 상기 계산된 차이 값에 기설정된 전압 드룹 계수를 곱한 결과 값을 획득하며, 상기 인버터의 무효 전력 기준 값에 상기 획득한 결과 값을 더하여 무효 전력 지령 값을 획득하고, 상기 획득한 무효 전력 지령 값과 상기 인버터의 무효 전력 값의 차이 값을 비례적분하여 q축 전류 기준 값을 획득하며, 상기 획득한 q축 전류 기준 값과 인버터의 측정된 q축 전류 값의 차이 값을 토대로 q축 전류 지령 값을 획득한다.The second controller may calculate a difference between the grid voltage drop value and the grid voltage value, obtain a result obtained by multiplying the calculated difference value by a predetermined voltage drop coefficient, and determine a reactive power reference value And obtains a q-axis current reference value by proportionally integrating the difference between the obtained reactive power command value and the reactive power value of the inverter, and acquires the q-axis current reference value, The q-axis current command value is obtained based on the difference between the axis current reference value and the measured q-axis current value of the inverter.

또한, 상기 제 2 제어부는, 상기 배터리의 유효 전력 기준 값과 배터리의 유효 전력 값(Pbatt)의 차이 값을 구하고, 상기 구해진 차이 값에 게인 제어를 수행하여, 상기 배터리의 전류 기준 값을 획득하며, 상기 생성된 배터리의 전류 기준 값과 배터리의 전류 값의 차이 값을 토대로 상기 배터리의 전류 지령 값을 획득하여 상기 제 2 스위칭 제어 신호를 생성한다.Also, the second controller obtains a difference between an active power reference value of the battery and a battery active power value (Pbatt), performs gain control on the obtained difference value, and obtains a current reference value of the battery And generates the second switching control signal by obtaining the current command value of the battery based on the difference between the current reference value of the battery and the battery current value.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 발전장치의 정류기와 인버터 사이에 에너지 저장 장치를 연결하고, 발전 장치의 구동 시에 상기 에너지 저장 장치에 남아있는 전력을 활용함으로써, 발전 장치의 구동을 위한 전력 소모를 최소화하면서 별도의 임시 전력 공급 장치를 구비하지 않아도 되는 이점이 있다.According to the embodiment of the present invention, the energy storage device is connected between the rectifier of the power generation device and the inverter, and the power remaining in the energy storage device at the time of driving the power generation device is utilized, There is an advantage that it is not necessary to provide a separate temporary power supply device.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 에너지 저장 장치에서 사용하는 인버터의 개수(스위칭 소자의 개수) 및 측정 포인트의 감소로 인해 제작 비용을 절감할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the manufacturing cost can be reduced due to the reduction in the number of inverters (the number of switching elements) and measurement points used in the energy storage device.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 에너지 저장 장치의 기본 기능인 드룹 제어를 통해 발전 장치의 작동을 계통단과 연계시킴으로써, 효율적으로 전력을 전송할 수 있으며, 계통의 사고 발생 시에 무정전전원장치의 기능을 일부 수행할 수 있을뿐 아니라 풍력 터빈(블레이드)의 고장으로 인한 발전 장치의 제어기 탈락 시에도 사용이 가능한 이점이 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, by connecting the operation of the power generation device with the system stage through the droop control, which is a basic function of the energy storage device, power can be efficiently transferred and the power of the uninterruptible power supply device And can also be used when a controller of a power generation apparatus is dropped due to a failure of a wind turbine (blade).

도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템의 구성 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 정류기 제어부의 상세 구성 블록도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 인버터 제어부의 상세 구성 블록도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 드룹 제어기의 상세 구성 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 제어부(160)에서 출력되는 제 1 PWM 신호의 생성 블록을 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 제어부(170)에서 출력되는 제 2 PWM 신호의 생성 블록을 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제 2 제어부(170)에서 출력되는 제 3 PWM 신호의 생성 블록을 보여준다.1 is a block diagram of a configuration of a conventional energy storage system.
2 is a detailed block diagram of a conventional rectifier controller.
3 is a detailed block diagram of the inverter control unit according to the related art.
4 is a detailed block diagram of a droop controller according to the prior art.
5 is a configuration block diagram of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
6 shows a block diagram of a first PWM signal generated by the first controller 160 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a block diagram of a second PWM signal generated by the second controller 170 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a block diagram of a third PWM signal generated by the second controller 170 according to an embodiment of the present invention.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

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.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

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.Combinations of the steps of each block and flowchart in the accompanying drawings may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be embedded in a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing apparatus so that the instructions, which may be executed by a processor of a computer or other programmable data processing apparatus, Thereby creating means for performing the functions described in the step. These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory capable of directing a computer or other programmable data processing apparatus to implement the functionality in a particular manner so that the computer usable or computer readable memory It is also possible to produce manufacturing items that contain instruction means that perform the functions described in each block or flowchart illustration in each step of the drawings. Computer program instructions may also be stored on a computer or other programmable data processing equipment so that a series of operating steps may be performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a computer- It is also possible for the instructions to perform the processing equipment to provide steps for executing the functions described in each block and flowchart of the drawings.

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.Also, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions mentioned in the blocks or steps may occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in reverse order according to the corresponding function.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성 블록도이다.5 is a configuration block diagram of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 발전 장치(110), 제 1 컨버터(120), 인버터(130), 제 2 컨버터(140), 배터리(150), 제 1 제어부(160) 및 제 2 제어부(170)를 포함한다.5, the energy storage system 100 includes a power generator 110, a first converter 120, an inverter 130, a second converter 140, a battery 150, a first controller 160, And a second controller 170.

발전 장치(110)는 전기 에너지를 생산한다. 발전 장치가 태양광 발전 장치인 경우, 발전 장치(110)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. The power generation apparatus 110 produces electrical energy. When the power generation apparatus is a solar power generation apparatus, the power generation apparatus 110 may be a solar battery array. A solar cell array is a combination of a plurality of solar cell modules. The solar cell module is a device for connecting a plurality of solar cells in series or in parallel to convert solar energy into electrical energy to generate a predetermined voltage and current. Thus, a solar cell array absorbs solar energy and converts it into electric energy.

또한 발전 시스템이 풍력 발전 시스템인 경우, 발전 장치(110)는 풍력 에너지를 전기 에너지를 변환하는 팬일 수 있다. 다만, 앞서 기재한 바와 같이 에너지 저장 시스템(100)은 발전 장치(110) 없이 배터리(150)에 저장된 에너지만을 통하여 전력을 공급할 수 있다. In addition, when the power generation system is a wind power generation system, the power generation apparatus 110 may be a fan that converts wind energy into electric energy. However, as described above, the energy storage system 100 can supply power only through the energy stored in the battery 150 without the power generation apparatus 110. [

제 1 컨버터(120)는 발전 장치(110)에 축적된 전압을 정류시킨다. 제 1 컨버터(120)는 정류기일 수 있으며, 실시 예에 따라서 3상 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.The first converter 120 rectifies the voltage accumulated in the power generator 110. The first converter 120 may be a rectifier and may include a three-phase bridge diode, depending on the embodiment.

인버터(130)는 상기 제 1 컨버터(120)를 통해 출력되는 전압을 직류에서 교류로 변환시켜 계통(Grid)에서 요구하는 사용 용량에 맞는 전압을 출력한다.The inverter 130 converts the voltage output from the first converter 120 from the direct current to the alternating current and outputs a voltage corresponding to the used capacity required in the grid Grid.

여기에서, 상기 계통이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.Here, the system is a system in which many power plants, substations, transmission / distribution lines, and loads are integrated to generate and utilize electric power.

또한, 상기 인버터(130)의 출력단에는 부하(도시하지 않음)가 배치될 수 있으며, 부하는 발전 시스템으로부터 전기 에너지를 공급받아 전력을 소모한다. A load (not shown) may be disposed at the output terminal of the inverter 130, and the load consumes electric power by receiving electric energy from the power generation system.

배터리(150)는 발전 장치(110)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고 계통 또는 부하의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다. 구체적으로 계통 또는 부하가 경부하인 경우, 배터리(150)는 발전 장치(110)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 계통 또는 부하가 과부하인 경우, 배터리(150)는 충전된 전력을 방전하여 계통 또는 부하에 전력을 공급한다. 계통 또는 부하의 전력 수급 상황은 시간대별로 큰 차이를 가질 수 있다. 따라서 에너지 저장 시스템(100)이 발전 장치(110)가 공급하는 전력을 계통 또는 부하의 전력 수급상황에 대한 고려 없이 일률적으로 공급하는 것은 비효율적이다. 그러므로 에너지 저장 시스템(100)은 배터리(150)를 사용하여 계통 또는 부하의 전력 수급상황에 따라 전력 공급의 양을 조절 한다. 이를 통해 에너지 저장 시스템(100)은 계통 또는 부하에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.The battery 150 receives electric energy from the power generation device 110 and discharges the charged electric energy according to the power supply status of the system or the load. Specifically, when the system or the load is light, the battery 150 receives the idle power from the power generation device 110 and charges the power. When the system or the load is overloaded, the battery 150 discharges the charged power to supply power to the system or the load. The power supply situation of the system or the load may have a large difference by time. Therefore, it is inefficient for the energy storage system 100 to uniformly supply the power supplied by the power generation apparatus 110 without considering the power supply situation of the system or the load. Therefore, the energy storage system 100 uses the battery 150 to adjust the amount of power supply according to the power supply situation of the system or the load. This allows the energy storage system 100 to efficiently power the grid or load.

제 2 컨버터(140)는 배터리(150)가 공급하거나 공급받는 직류 전력의 크기를 컨버팅한다. The second converter 140 converts the magnitude of the DC power supplied or supplied by the battery 150.

제 1 제어부(160)는 상기 제 1 컨버터(120)의 제어를 위한 제 1 PWM 신호를 출력한다.The first controller 160 outputs a first PWM signal for controlling the first converter 120.

바람직하게, 제 1 제어부(160)는 기본적으로 DQ 변환을 통해 상기 제 1 컨버터(120)의 제어를 위한 제 1 PWM 신호를 출력한다.Preferably, the first controller 160 basically outputs a first PWM signal for controlling the first converter 120 through DQ conversion.

즉, 제 1 제어부(160)는 발전 장치(110)의 발전량에 따른 주파수를 조정하여 최대 전력량을 계산한 후 이것을 제 1 컨버터(120)에 입력하여 전력을 송전하는 방식으로 제어신호를 출력한다.That is, the first control unit 160 calculates the maximum power amount by adjusting the frequency according to the power generation amount of the power generation apparatus 110, inputs the calculated maximum power amount to the first converter 120, and outputs the control signal in such a manner that power is transmitted.

상기 제 1 제어부(160)는 도 2에 도시된 바와 같은 구체적인 PWM 신호 생성 블록을 통해 상기 제 1 PWM 신호를 생성 및 출력할 수 있다.The first controller 160 may generate and output the first PWM signal through a concrete PWM signal generation block as shown in FIG.

제 2 제어부(170)는 상기 인버터(130)를 제어하기 위한 제 2 PWM 신호 및 상기 배터리(150)의 동작을 제어하는 제 2 컨버터(140)의 제어를 위한 제 3 PWM 신호를 출력한다.The second controller 170 outputs a second PWM signal for controlling the inverter 130 and a third PWM signal for controlling the second converter 140 for controlling the operation of the battery 150.

이때, 종래의 상기 제 2 PWM 신호는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 컨버터(120)의 제어를 위한 제 1 PWM 신호와 유사한 방식으로 생성하여 출력되었다.At this time, the conventional second PWM signal is generated and output in a manner similar to the first PWM signal for controlling the first converter 120, as shown in FIG.

그러나, 본 발명에서는 상기 제 1 컨버터(120)와 인버터(130) 사이에 제 2 컨버터(140) 및 배터리(150)가 배치되어 있기 때문에, 상기 인터버(130)를 제어하기 위한 제 2 PWM 신호는 상기 제 2 컨버터(140) 및 배터리(150)의 상태가 반영되어야 한다.However, in the present invention, since the second converter 140 and the battery 150 are disposed between the first converter 120 and the inverter 130, the second PWM signal for controlling the inverter 130 The state of the second converter 140 and the battery 150 should be reflected.

따라서, 상기 제 2 제어부(170)는 전압 제어 및 배터리(150)에서 나오는 출력을 계통으로 보내기 위한 유효 전력의 제어 및 드롭 제어를 통해 상기 제 2 PWM 신호를 생성 및 출력하여, 상기 에너지 저장 시스템(100)의 출력을 조정한다.Therefore, the second controller 170 generates and outputs the second PWM signal through voltage control and control of active power and drop control for sending the output from the battery 150 to the system, 100).

이하에서는, 상기 제 1 제어부(160)에서 출력되는 제 1 PWM 신호와, 상기 제 2 제어부(170)에서 출력되는 제 2 PWM 신호 및 제 3 PWM 신호에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the first PWM signal output from the first controller 160 and the second PWM signal and the third PWM signal output from the second controller 170 will be described in more detail.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 제어부(160)에서 출력되는 신호의 생성 블록을 보여준다.6 shows a block diagram of a signal output from the first controller 160 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제 1 제어부(160)는 발전 장치(110)의 발전량(wf)을 수신하고, 상기 수신한 발전량(wf)에 대한 최대전력점 추종 제어(MPPT)의 제어를 통해 유효 전력 기준 값(Pref)을 출력한다.6, the first controller 160 receives the power generation amount wf of the power generation apparatus 110 and controls the maximum power point follow-up control MPPT on the received power generation amount wf, And outputs the reference value Pref.

그리고, 제 1 제어부(160)는 상기 유효 전력 기준 값(Pref)과 측정된 유효 전력 값(Ps)을 비교하여 이에 따른 제 1 차이 값을 출력한다.Then, the first controller 160 compares the active power reference value Pref with the measured active power value Ps and outputs the first difference value accordingly.

이어서, 제 1 제어부(160)는 상기 출력되는 제 1 차이 값에 대하여 비례 적분 제어를 수행하여, d축 전류 기준 값(Idref)을 출력한다.Then, the first controller 160 performs the proportional integral control on the output first difference value, and outputs the d-axis current reference value Idref.

그리고, 제 1 제어부(160)는 상기 출력되는 d축 전류 기준 값(Idref)과 측정된 d축 전류 값(Id)의 차이 값을 계산하고, 상기 계산 결과에 따른 제 2 차이 값을 출력한다.The first controller 160 calculates a difference value between the output d-axis current reference value Idref and the measured d-axis current value Id, and outputs a second difference value according to the calculation result.

이어서, 제 1 제어부(160)는 상기 제 2 차이 값에 대하여 비례 적분 제어를 수행하여 이에 따른 제 1 출력 값을 생성한다.Then, the first controller 160 performs a proportional-plus-integral control on the second difference value to generate a corresponding first output value.

또한, 제 1 제어부(160)는 무효 전력 기준 값(Qref)을 수신하고, 상기 무효 전력 기준 값(Qref)과 측정된 무효 전력 값(Qs)을 비교하여 이에 따른 제 3 차이 값을 출력한다.Also, the first controller 160 receives the reactive power reference value Qref, compares the reactive power reference value Qref with the measured reactive power value Qs, and outputs the third difference value according to the comparison.

그리고, 제 1 제어부(160)는 상기 출력되는 제 3 차이 값에 대하여 비례 적분 제어를 수행하여, q축 전류 기준 값(Iqref)을 출력한다.The first controller 160 performs a proportional integral control on the output third difference value and outputs a q-axis current reference value Iqref.

이어서, 제 1 제어부(160)는 상기 q축 전류 기준 값(Iqref)과 측정된 q축 전류 값(Iq)의 차이 값을 계산하고, 상기 계산 결과에 따른 제 4 차이 값을 출력한다.Next, the first controller 160 calculates the difference between the q-axis current reference value Iqref and the measured q-axis current value Iq, and outputs the fourth difference value according to the calculation result.

그리고, 제 1 제어부(160)는 상기 출력되는 제 4 차이 값에 대하여 비례 적분 제어를 수행하여 제 2 출력 값을 생성한다.The first controller 160 performs a proportional integral control on the output fourth difference value to generate a second output value.

이어서, 상기 제 1 출력 값과 제 2 출력 값은 제 1 제어부(160)의 DQ 역변환부에 입력되며, 그에 따라 상기 DQ 역변환부는 상기 제 1 출력 값과 제 2 출력 값에 대한 dq 역 변환 동작을 수행하여 3상의 기준치(a,b,c)를 출력한다.The first output value and the second output value are input to the DQ inverse transformer of the first controller 160. The DQ invert transformer performs a dq inverse transform operation on the first output value and the second output value, And outputs the three-phase reference values (a, b, c).

그리고, 제 1 제어부(160)는 상기 3상의 기준치(a,b,c)를 이용하여 제 1 PWM 신호를 생성하고, 이를 토대로 상기 제 1 컨버터(120)를 제어한다.The first controller 160 generates the first PWM signal using the three-phase reference values (a, b, c), and controls the first converter 120 based on the first PWM signal.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 제어부(170)에서 출력되는 제 2 PWM 신호의 생성 블록을 보여준다.FIG. 7 shows a block diagram of a second PWM signal generated by the second controller 170 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 제 2 제어부(170)는 계통 주파수 드룹 기준 값(fref)과 계통의 주파수 값(f)을 수신하고, 상기 수신한 계통 주파수 드룹 기준 값과 계통의 주파수 값의 제 1 차이 값을 출력한다.7, the second controller 170 receives the system frequency drop reference value fref and the frequency value f of the system, and calculates a difference between the received system frequency drop reference value and a first difference Output the value.

그리고, 제 2 제어부(170)는 상기 출력되는 제 1 차이 값에 주파수 드롭 계수(1/Rf)를 곱한 결과 값을 출력한다.Then, the second controller 170 outputs the result of multiplying the output first difference value by the frequency drop coefficient (1 / Rf).

이어서, 제 2 제어부(170)는 인버터의 유효 전력 기준 값(Pinv,ref)에 상기 출력되는 결과 값을 합하여 유효전력 기준 값(Pref)을 출력한다.Then, the second controller 170 adds the output value to the active power reference value (Pinv, ref) of the inverter and outputs the active power reference value Pref.

그리고, 일반적으로 상기 유효 전력 기준 값(Pref)과 인버터의 유효 전력 값(Pinv)의 차이 값에 의해 비례적분 제어가 수행되는데, 본 발명은 상기와 같이 제 2 컨버터와 배터리의 위치가 제 1 컨버터와 인버터 사이에 배치되어 있기 때문에, 상기 제 2 컨버터와 배터리의 위치에 따른 직류측 전압 값에 대한 팩터가 추가로 적용되어야 한다.In general, the proportional integral control is performed based on the difference between the active power reference value (Pref) and the effective power value (Pinv) of the inverter. In the present invention, the position of the second converter and the battery, A factor for the dc side voltage value depending on the position of the second converter and the battery should be additionally applied.

이에 따라, 제 2 제어부(170)는 직류측 전압 기준 값(Vdc, ref)와 직류측 전압 값(Vdc)의 차이 값을 계산하고, 상기 계산한 차이 값의 비례적분을 통한 결과 값을 출력한다.Accordingly, the second controller 170 calculates the difference value between the dc side voltage reference value Vdc, ref and the dc side voltage value Vdc, and outputs the resultant value through the proportional integration of the calculated difference value .

그리고, 제 2 제어부(170)는 상기 비례적분을 통한 결과 값 및 상기 유효 전력 기준 값(Pref)을 합한 값과 상기 인버터의 유효 전력 값(Pinv)의 차이 값을 계산하여 출력한다.The second controller 170 calculates and outputs a difference between the sum of the resultant value through the proportional integration and the active power reference value Pref and the effective power value Pinv of the inverter.

이어서, 제 2 제어부(170)는 상기 출력되는 차이 값에 대하여 비례 적분을 수행하여 d축 전류 기준 값(Idref)을 생성한다.Then, the second controller 170 performs a proportional integration with respect to the difference value to generate a d-axis current reference value Idref.

그리고, 제 2 제어부(170)는 상기 d축 전류 기준 값(Idref)과 인버터의 d축 전류 값(Id, ref)의 차이 값을 구하여 출력한다.The second controller 170 obtains and outputs the difference between the d-axis current reference value Idref and the d-axis current values Id and ref of the inverter.

이어서, 상기 제 2 제어부(170)는 상기 출력되는 d축 전류 기준 값(Idref)과 인버터의 d축 전류 값(Id, ref)의 차이 값에 대하여 비례 적분을 적용하여 제 1 출력 값을 생성한다.Next, the second controller 170 generates a first output value by applying a proportional integral to the difference between the output d-axis current reference value Idref and the d-axis current values Id and ref of the inverter .

또한, 제 2 제어부(170)는 계통 전압 드룹 기준 값(Vref)과 계통 전압 값(V)의 차이 값을 계산하고, 상기 계통 전압 드룹 기준 값(Vref)과 계통 전압 값(V)의 차이 값에 전압 드롭 계수를 곱한 결과 값을 출력한다.The second controller 170 calculates a difference value between the system voltage drop reference value Vref and the system voltage value V and calculates a difference value between the system voltage drop reference value Vref and the system voltage value V Output voltage multiplied by the voltage drop coefficient.

이후, 제 2 제어부(170)는 인버터의 무효전력 기준 값(Qinv,ref)과 상기 전압 드롭 계수가 곱해진 결과 값을 합한 무효전력 기준 값(Qref)을 출력한다.Then, the second controller 170 outputs the reactive power reference value Qref which is the sum of the reactive power reference value Qinv, ref of the inverter and the result obtained by multiplying the voltage drop coefficient.

이어서, 제 2 제어부(170)는 상기 인버터의 무효 전력 값(Qinv)과 상기 무효전력 기준 값(Qref)의 차이 값을 생성하고, 상기 생성한 차이 값을 출력한다.Next, the second controller 170 generates a difference value between the reactive power value Qinv of the inverter and the reactive power reference value Qref, and outputs the generated difference value.

그리고 제 2 제어부(170)는 상기 인버터의 무효 전력 값(Qinv)과 상기 무효전력 기준 값(Qref)의 차이 값에 대하여 비례 적분을 수행하여 q축 전류 기준 값(Iqref)을 출력한다.The second controller 170 performs a proportional integration with respect to the difference between the reactive power value Qinv of the inverter and the reactive power reference value Qref to output the q-axis current reference value Iqref.

이어서, 제 2 제어부(170)는 상기 q축 전류 기준 값(Iqref)과 인버터의 q축 전류 값(Iq, inv)의 차이 값을 구하고, 상기 구해진 차이 값에 대하여 비례 적분을 수행하여 제 2 출력 값을 생성한다.Next, the second controller 170 obtains a difference value between the q-axis current reference value Iqref and the q-axis current value Iq, inv of the inverter, performs a proportional integration with respect to the obtained difference value, Value.

이어서, 상기 제 1 출력 값과 제 2 출력 값은 제 2 제어부(170)의 DQ 역변환부에 입력되며, 그에 따라 상기 DQ 역변환부는 상기 제 1 출력 값과 제 2 출력 값에 대한 dq 역 변환 동작을 수행하여 3상의 기준치(a,b,c)를 출력한다.The first output value and the second output value are input to an inverse DQ conversion unit of the second control unit 170, and the DQ inversion unit converts the first output value and the second output value into a dq inverse conversion operation for the first output value and the second output value, And outputs the three-phase reference values (a, b, c).

그리고, 제 2 제어부(170)는 상기 3상의 기준치(a,b,c)를 이용하여 제 2 PWM 신호를 생성하고, 이를 토대로 상기 인버터(130)를 제어한다.The second controller 170 generates the second PWM signal using the three-phase reference values (a, b, c), and controls the inverter 130 based on the generated second PWM signal.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제 2 제어부(170)에서 출력되는 제 3 PWM 신호의 생성 블록을 보여준다.FIG. 8 shows a block diagram of a third PWM signal generated by the second controller 170 according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저 제 2 제어부(170)는 배터리의 유효 전력 기준 값(Pbatt,ref)과 배터리의 유효 전력 값(Pbatt)의 차이 값을 구하고, 상기 구해진 차이 값을 출력한다.Referring to FIG. 8, the second controller 170 calculates the difference between the battery's active power reference value (Pbatt, ref) and the battery's active power value (Pbatt), and outputs the obtained difference value.

이후, 제 2 제어부(170)는 상기 구해진 차이 값에 제 1 게인 제어를 수행하여, 상기 배터리의 전류 기준 값(Ibatt, ref)을 생성한다. 상기 제 1 게인 제어는, 상기 출력된 차이 값이 배터리의 유효 전력에 대한 값이므로, 이를 배터리의 전류를 기준으로 한 값으로 변경하기 위해 수행된다.Then, the second controller 170 performs a first gain control on the obtained difference value to generate a current reference value (Ibatt, ref) of the battery. The first gain control is performed to change the output difference value to a value based on the current of the battery, since it is a value with respect to the active power of the battery.

그리고, 상기 제 2 제어부(170)는 상기 생성된 배터리의 전류 기준 값(Ibatt, ref)과 배터리의 전류 값(Ibatt)의 차이 값을 생성하고, 상기 생성한 차이 값에 대하여 제 2 게인 제어를 수행한 게인 제어 값을 출력한다.The second controller 170 generates a difference value between the current reference value Ibatt and ref of the battery and the battery current value Ibatt and performs a second gain control on the generated difference value And outputs the performed gain control value.

상기 제 2 게인 제어는, 상기 배터리 전류 값(Ibatt)의 차이 값을 가지고 상기 제 3 PWM 신호를 생성하기 위한 제어 변수 값을 계산하기 위해 수행된다.The second gain control is performed to calculate a control variable value for generating the third PWM signal with a difference value of the battery current value Ibatt.

이어서, 상기 제 2 제어부(170)는 상기 출력되는 게인 제어 값을 토대로 상기 제 3 PWM 신호를 생성하여 상기 제 2 컨버터(140)를 제어한다.Then, the second controller 170 generates the third PWM signal based on the output gain control value and controls the second converter 140.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 발전장치의 정류기와 인버터 사이에 에너지 저장 장치를 연결하고, 발전 장치의 구동 시에 상기 에너지 저장 장치에 남아있는 전력을 활용함으로써, 발전 장치의 구동을 위한 전력 소모를 최소화하면서 별도의 임시 전력 공급 장치를 구비하지 않아도 되는 이점이 있다.According to the embodiment of the present invention, the energy storage device is connected between the rectifier of the power generation device and the inverter, and the power remaining in the energy storage device at the time of driving the power generation device is utilized, There is an advantage that it is not necessary to provide a separate temporary power supply device.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 에너지 저장 장치에서 사용하는 인버터의 개수(스위칭 소자의 개수) 및 측정 포인트의 감소로 인해 제작 비용을 절감할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the manufacturing cost can be reduced due to the reduction in the number of inverters (the number of switching elements) and measurement points used in the energy storage device.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 에너지 저장 장치의 기본 기능인 드룹 제어를 통해 발전 장치의 작동을 계통단과 연계시킴으로써, 효율적으로 전력을 전송할 수 있으며, 계통의 사고 발생 시에 무정전전원장치의 기능을 일부 수행할 수 있을뿐 아니라 풍력 터빈(블레이드)의 고장으로 인한 발전 장치의 제어기 탈락 시에도 사용이 가능한 이점이 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, by connecting the operation of the power generation device with the system stage through the droop control, which is a basic function of the energy storage device, power can be efficiently transferred and the power of the uninterruptible power supply device And can also be used when a controller of a power generation apparatus is dropped due to a failure of a wind turbine (blade).

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects and the like illustrated in the embodiments can be combined and modified by other persons skilled in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents of such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the embodiments.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It can be seen that the modification and application of branches are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

110: 발전 장치
120: 제 1 컨버터
130: 인버터
140: 제 2 컨버터
150: 배터리
160: 제 1 제어부
170: 제 2 제어부(170)110: generator
120: first converter
130: inverter
140: second converter
150: Battery
160:
170: the second controller 170,

Claims (7)

전기 에너지를 생성하는 발전 장치;
상기 발전 장치를 통해 생성된 전기 에너지를 정류하는 제 1 컨버터;
상기 제 1 컨버를 통해 정류된 전기 에너지를 직류에서 교류로 변환하는 인버터;
상기 제 1 컨버터와 인버터 사이에 배치되어, 상기 제 1 컨버터를 통해 정류된 전기 에너지를 공급받아 충전하고, 상기 인버터에 상기 충전된 전기 에너지를 공급하는 배터리;
상기 제 1 컨버터를 통해 정류된 전기 에너지를 변환하여 상기 배터리를 충전시키고, 상기 배터리에 충전된 전기 에너지를 변환하여 상기 인버터로 공급하는 제 2 컨버터; 및
상기 제 1 컨버터, 제 2 컨버터 및 인버터의 동작을 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는
에너지 저장 시스템.A power generation device for generating electrical energy;
A first converter for rectifying electric energy generated through the power generation device;
An inverter for converting electric energy rectified through the first converter from a direct current to an alternating current;
A battery disposed between the first converter and the inverter for supplying and charging electric energy rectified through the first converter and supplying the charged electric energy to the inverter;
A second converter for converting electric energy rectified through the first converter to charge the battery, converting the electric energy charged in the battery, and supplying the electric energy to the inverter; And
And a control unit for outputting a switching control signal for controlling operations of the first converter, the second converter and the inverter
Energy storage system. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 발전 장치의 발전량에 따른 주파수 조정을 통해 계산한 최대 전력량을 토대로 상기 제 1 컨버터를 제어하기 위한 제 1 스위칭 제어 신호를 출력하는 제 1 제어부와,
전압 제어와, 상기 배터리에서의 출력을 계통으로 보내기 위한 유효 전력 제어 및 드룹 제어를 수행하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제 2 스위칭 제어신호와, 상기 배터리로 입력되는 충전 전류 및 상기 배터리로부터 출력되는 방전 전류에 따라 상기 제 2 컨버터를 제어하기 위한 제 3 스위칭 제어신호를 출력하는 제 2 제어부를 포함하는
에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
Wherein,
A first controller for outputting a first switching control signal for controlling the first converter based on a maximum power amount calculated through frequency adjustment according to the power generation amount of the power generation device;
A second switching control signal for controlling the inverter by performing an active power control and a droop control for sending an output from the battery to the system, a charging current inputted to the battery, and a discharge And a second controller for outputting a third switching control signal for controlling the second converter in accordance with the current
Energy storage system. 제 2항에 있어서,
상기 제 2 스위칭 제어 신호는,
상기 배터리의 동작에 따른 상기 제 1 컨버터와 인버터 사이에 형성되는 직류 전압 팩터, 계통의 주파수 팩터 및 상기 인버터의 유효 전력 팩터를 기준으로 결정된 d축 전류 지령 값과,
상기 계통의 전압 팩터와, 상기 인버터의 무효 전력 팩터를 기준으로 결정된 q축 전류 지령 값을 기준으로 생성되는
에너지 저장 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the second switching control signal comprises:
A d-axis current command value determined based on a DC voltage factor formed between the first converter and the inverter according to an operation of the battery, a frequency factor of the system, and an effective power factor of the inverter,
And a q-axis current command value determined based on the voltage factor of the system and the reactive power factor of the inverter
Energy storage system. 제 2항에 있어서,
상기 제 3 스위칭 제어 신호는,
상기 배터리의 유효 전력 팩터를 토대로 결정된 배터리 전류 팩터를 기준으로 생성되는
에너지 저장 시스템3. The method of claim 2,
Wherein the third switching control signal includes:
Is generated based on the determined battery current factor based on the effective power factor of the battery
Energy storage system 제 2항에 있어서,
상기 제 2 제어부는,
계통 주파수 드룹 기준값과 계통 주파 주파수 값의 차이 값에 주파수 드룹 계수를 곱한 제 1 결과 값과, 인버터의 유효 전력 기준 값의 차이 값을 합한 값을 토대로 유효 전력 기준 값을 획득하고,
상기 제 1 컨버터와 인버터 사이의 직류 전압 기준 값과 측정된 직류 전압 값의 차이 값을 비례적분하여 직류 전압 결과 값을 획득하며,
상기 유효 전력 기준 값에 직류 전압 결과 값을 더한 값에 상기 인버터의 유효 전력 값을 뺀 제 2 결과 값을 획득하고,
상기 제 2 결과 값에 대하여 비례적분을 수행하여 d축 전류 기준 값을 획득하며,
상기 획득한 d축 전류 기준 값과 측정된 d축 전류 값의 차이 값을 토대로 상기 d축 전류 지령 값을 획득하는
에너지 저장 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the second control unit comprises:
The active power reference value is obtained based on the sum of the first resultant value obtained by multiplying the difference between the system frequency dropping reference value and the system frequency frequency value by the frequency droop coefficient and the difference value between the active power reference value of the inverter,
A DC voltage reference value is obtained by proportionally integrating the difference between the DC voltage reference value and the measured DC voltage value between the first converter and the inverter,
Obtains a second result value obtained by subtracting the effective power value of the inverter from a value obtained by adding the DC voltage result to the active power reference value,
Performing a proportional integration on the second result value to obtain a d-axis current reference value,
The d-axis current command value is obtained based on the difference between the obtained d-axis current reference value and the measured d-axis current value
Energy storage system. 제 2항에 있어서,
상기 제 2 제어부는,
계통 전압 드룹 기준 값과 계통 전압 값의 차이 값을 계산하고, 상기 계산된 차이 값에 기설정된 전압 드룹 계수를 곱한 결과 값을 획득하며,
상기 인버터의 무효 전력 기준 값에 상기 획득한 결과 값을 더하여 무효 전력 지령 값을 획득하고,
상기 획득한 무효 전력 지령 값과 상기 인버터의 무효 전력 값의 차이 값을 비례적분하여 q축 전류 기준 값을 획득하며,
상기 획득한 q축 전류 기준 값과 인버터의 측정된 q축 전류 값의 차이 값을 토대로 q축 전류 지령 값을 획득하는
에너지 저장 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the second control unit comprises:
A difference value between the grid voltage drop reference value and the grid voltage value is calculated and a result obtained by multiplying the calculated difference value by the predetermined voltage drop coefficient is obtained,
Obtains a reactive power command value by adding the obtained result value to the reactive power reference value of the inverter,
A q-axis current reference value is obtained by proportionally integrating the difference between the obtained reactive power command value and the reactive power value of the inverter,
The q-axis current command value is obtained based on the difference between the obtained q-axis current reference value and the measured q-axis current value of the inverter
Energy storage system. 제 3항에 있어서,
상기 제 2 제어부는,
상기 배터리의 유효 전력 기준 값과 배터리의 유효 전력 값(Pbatt)의 차이 값을 구하고, 상기 구해진 차이 값에 게인 제어를 수행하여, 상기 배터리의 전류 기준 값을 획득하며,
상기 생성된 배터리의 전류 기준 값과 배터리의 전류 값의 차이 값을 토대로 상기 배터리의 전류 지령 값을 획득하여 상기 제 3 스위칭 제어 신호를 생성하는
에너지 저장 시스템.The method of claim 3,
Wherein the second control unit comprises:
Obtaining a difference value between an active power reference value of the battery and a battery active power value Pbatt and performing a gain control on the difference value to obtain a current reference value of the battery,
Acquiring a current command value of the battery based on the difference between the current reference value of the battery and the current value of the battery to generate the third switching control signal
Energy storage system.
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