KR20200065910A - 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20200065910A
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박주현
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엘에스일렉트릭(주)
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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, AC측으로 입력된 전력을 DC측으로 변환하여 출력하거나 DC측으로 입력된 전력을 AC측으로 변환하여 출력하는 PCS(Power Conditioning System), 내부 지락을 검출하는 배터리 지락 검출부를 포함하는 배터리 및 상기 배터리 지락 검출부의 지락 검출 결과에 근거하여 상기 PCS의 DC측에 상기 배터리가 연결되도록 상기 배터리를 제어하는 PMS를 포함하고, 상기 PMS는, 상기 PCS의 DC측에 상기 배터리가 연결되기 전에, 상기 배터리 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라 상기 배터리 지락 검출부가 상기 배터리로부터 분리되도록 상기 배터리를 제어하고, 상기 배터리 지락 검출부가 상기 배터리로부터 분리되면 상기 배터리를 상기 PCS의 DC측에 연결 및 상기 PCS를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이다.

Description

에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM, AND METHOD FOR CONTROL THEREOF}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 저장 시스템의 구성요소 내부 지락 발생 여부를 검출하고, 시스템을 오류 없이 동작하도록 제어하는 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)은 발전소나 신재생 에너지 발전 시설에서 생산된 전력을 전력 계통(그리드: Grid)에 저장하였다가 전력 피크와 같이 가장 필요한 때에 공급하여 에너지를 효율적인 이용이 가능하도록 한다. 이러한 에너지 저장 시스템은 1차적으로 전력 공급의 안정화와 더불어 신재생 에너지의 확산에 기여할 수 있다.
다만, 이러한 에너지 저장 시스템에서 설치되는 전기 설비의 대지간 절연 손상 및 접촉 등에 의한 지락, 즉 절연되어 있는 선이 어떠한 원인에 의해 대지와 접촉되는 것으로 인해 사고가 발생하게 되고, 이로 인해 접지 시스템의 전위가 상승되어 주변 제어 설비의 오동작 및 소자 소손 등과 같은 결함을 초래하게 된다. 특히, 사람에게는 감전 사고의 위험이 있으므로 지락 발생 시에 배전선로를 차단하여 지락에 의한 문제 확산을 방지할 수 있도록 시스템의 지락 검출 장치가 필수적으로 설치되어야 한다.
도 1을 참조하여, 통상적인 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법을 설명한다. 에너지 저장 시스템은 PMS(100), 배터리(110), PCS(120) 및 그리드(전력 계통, 130)로 구성되고, 구체적으로 각각의 구성요소는 다음과 같다.
먼저 PMS(Power Management System, 100)는 전체 에너지 저장 시스템을 제어 및 관리하고, 배터리(110), PCS(120) 및 그리드(130)와 각각 통신선으로 연결되어 데이터를 송수신 할 수 있다.
그리드(130)의 지락을 검출하기 위해 변압기와 계전기(GPT/GIPAM, 132)를 이용한다. 변압기를 이용하여 계통의 영상전압을 측정하고, 계전기를 통해 비접지 계통의 지락 발생 여부를 판단한다.
PCS(Power Conditioning System, 120)는 전력 변환 장치로, 직류 형태의 전력을 교류로 전환 시키고, 또한 그 역으로 교류 형태의 전력을 직류로 전환시킨다. PCS에 구비되는 GFD(Ground Fault Detector, 123)는 PCS의 AC측 혹은 DC측에 설치되어 지락 발생 여부를 판단한다. GFD(혹은 IMD)는 AC/ DC 겸용 사용이 가능하며 활선과 접지 사이의 저항 값을 측정하고, 측정된 값이 기준 저항 값 보다 낮은 경우 지락이 발생된 것으로 판별한다.
배터리(110)는 에너지를 저장하는 매체로서의 작용하므로, 에너지 저장 시스템의 필수적인 구성요소이다.
통상적인 에너지 저장 시스템은, 첫째, 배터리 내부의 지락을 감지하는 장치를 없어, 배터리 내부에 지락이 발생한 경우 이를 검출할 수 없는 문제점이 있다. 그러므로 배터리에 지락이 발생하였음에도 이를 알지 못하고 시스템이 연결하여 시스템 전체가 고장이 발생하는 위험이 존재한다.
통상적인 에너지 저장 시스템에서는 2개 이상의 지락 검출부가 사용되는 경우, 2개의 지락 검출부의 혼용으로 인하여 지락 검출의 오차가 발생하는 문제점이 있다.
마지막으로, 시스템 누설 캐패시턴스(leakage capacitance)가 제품(구성요소)에서 고려하는 누설 캐패시턴스 보다 높은 경우, GFD(지락 검출부)의 오동작이 발생한다. 예를 들어, 시스템의 누설 캐패시턴스가 200uF인 경우, GFD의 누설 캐패시턴스가 20uF일 경우, GFD의 오동작이 발생한다. 그러나 제품의 내부에 구비되는 GFD의 경우, 시스템의 누설 캐패시턴스를 반영하기 어려운 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 배터리 내부에 절연 감시 장치, 즉 지락 검출부를 추가로 설치하여 배터리를 보호하고, 나아가 배터리가 연결되는 시스템을 보호하는 것을 목적으로 한다.
또한, 하나의 시스템에 지락 검출부가 2개 이상 설치되어 동시에 동작하는 경우 오작동이 발생하는 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 저장 시스템을 구성하는 PCS, 배터리 및 그리드 각각의 내부에 지락 검출부를 구비하되 이를 스위칭을 통해 제어하여 시스템이 구동되는 경우, 하나의 지락 검출부가 전체 시스템의 지락을 감시하는 것을 목적으로 한다.
마지막으로, 시스템의 누설 캐패시턴스를 반영하기 위해 각각의 구성 요소의 내부에 지락 검출부를 구비하도록 설계하는 것이 아니라, 시스템과 별도로 지락 검출부(PMS GFD)를 구비하여 시스템의 누설 캐패시턴스를 용이하게 반영할 수 있다.
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, AC측으로 입력된 전력을 DC측으로 변환하여 출력하거나 DC측으로 입력된 전력을 AC측으로 변환하여 출력하는 PCS(Power Conditioning System), 내부 지락을 검출하는 배터리 지락 검출부를 포함하는 배터리 및 상기 배터리 지락 검출부의 지락 검출 결과에 근거하여 상기 PCS의 DC측에 상기 배터리가 연결되도록 상기 배터리를 제어하는 PMS를 포함하고, 상기 PMS는, 상기 PCS의 DC측에 상기 배터리가 연결되기 전에, 상기 배터리 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라 상기 배터리 지락 검출부가 상기 배터리로부터 분리되도록 상기 배터리를 제어하고, 상기 배터리 지락 검출부가 상기 배터리로부터 분리되면 상기 배터리를 상기 PCS의 DC측에 연결 및 상기 PCS를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이다.
본 발명에 따르면, 상기 배터리가 상기 PCS에 연결되면, 서로 연결된 상기 배터리 및 상기 PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하기 위한 제1 PMS 지락 검출부를 더 포함하고, 상기 PMS는, 상기 배터리와 상기 PCS가 연결된 이후에, 상기 제1 PMS 지락 검출부의 지락 검출 결과에 근거하여 상기 에너지 저장 시스템을 오프(off)시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 내부 지락을 검출하는 그리드 지락 검출부를 포함하는 그리드를 더 포함하며, 상기 그리드는, 상기 그리드 지락 검출 결과에 근거하여, 상기 그리드 지락 검출부를 상기 그리드로부터 분리하고, 상기 PMS는, 상기 그리드 지락 검출부가 상기 그리드로부터 분리되면, 상기 PCS의 AC측에 상기 그리드가 연결되도록 상기 그리드를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, PMS는, 상기 배터리와 상기 그리드가 상기 PCS에 각각 연결되면, 서로 연결된 상기 배터리, 상기 그리드 및 상기 PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하기 위한 제2 PMS 지락 검출부를 더 포함하고,
상기 제2 PMS 지락 검출부는, 상기 PCS의 AC 측 또는 DC 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이다.
본 발명에 따르면, PCS(Power Conditioning System, 전력 변환 장치), 상기 PCS의 AC측에 연결되는 그리드(Grid) 및 상기 PCS의 DC측에 연결되는 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 그리드 내부에 구비된 그리드 지락 검출부가 상기 그리드 내부의 지락 검출을 검출 및, 지락 검출 결과를 PMS(Power Management System)로 송신하는 제1 단계, 상기 PMS가, 상기 그리드 내부의 지락 검출 결과를 기반으로, 상기 그리드에서 상기 그리드 지락 검출부가 분리되도록 상기 그리드를 제어하는 제2 단계, 상기 그리드 지락 검출부가 분리되면, 상기 PMS가, 상기 PCS의 AC측과 상기 그리드를 연결하는 제3 단계, 상기 PCS의 AC측과 상기 그리드가 연결되면, 상기 PMS가, 상기 배터리 내부에 구비된 배터리 지락 검출부를 통해 상기 배터리 내부의 지락을 검출하는 제4 단계, 상기 배터리가, 상기 배터리 내부의 지락 검출 결과를 PMS로 송신하는 제5 단계, 상기 PMS가, 상기 배터리 내부의 지락 검출 결과를 기반으로, 상기 DC측과 상기 배터리를 연결하는 제6 단계, 상기 PCS에 상기 그리드와 배터리가 모두 연결되면, 상기 PMS가, 상기 PCS를 온(on)시키는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 6단계는, 상기 PMS가, 수신된 상기 배터리 내부의 지락 검출 정보를 기반으로 상기 배터리에서 상기 배터리 지락 검출부가 분리되도록 상기 배터리를 제어하는 제 6-1단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 7단계는, 상기 PCS가 구동되면, 상기 PCS의 DC측 또는 AC측에 설치된 PMS 지락 검출부가, 상기 PCS에 연결된 배터리, 그리드, PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제7 단계는, 상기 DC측과 상기 배터리가 연결되면, 상기 PCS 내부에 구비된 PCS 지락 검출부가 상기 PCS 내부의 지락을 검출하는 제7-1 단계, 및 상기 PCS가 상기 PCS 내부의 지락 검출 정보를 PMS(Power Management System)로 송신하는 제7-2 단계, 상기 PMS가 상기 수신된 상기 PCS 내부의 지락 검출 정보를 기반으로, 상기 PCS를 온 시키는 제7-3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제7 단계는, 상기 배터리와 상기 그리드가, 상기 PCS에 연결되면, 상기 PMS가 상기 PCS 지락 검출부를 상기 PCS로부터 분리하는 제7-4 단계, 상기 PCS 지락 검출부가 상기 PCS로부터 분리되면, 상기 PCS를 온 시키는 제7-5 단계, 상기 PCS가 온 되면, 상기 PCS의 DC측 또는 AC측에 설치된 PMS 지락 검출부가, 상기 PCS에 연결된 배터리, 그리드, PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하는 제7-6 단계 및 상기 PMS 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라, 상기 PMS가 상기 PCS의 오프(off)를 제어하는 제7-7 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제7단계는, 상기 PCS가 온 되면, 상기 PCS 지락 검출부가, 상기 PCS에 연결된 배터리, 그리드, PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하는 제7-8 단계 및 상기 PCS 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라, 상기 PMS가 상기 PCS의 오프를 제어하는 제7-9 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법이다.
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 배터리 내부에 절연 감시 장치, 즉 지락 검출부를 추가로 설치하여 배터리를 보호하고, 나아가 배터리가 연결되는 시스템을 보호할 수 있다.
또한, 하나의 시스템에 지락 검출부가 2개 이상 설치되어 동시에 동작하는 경우 오작동이 발생하는 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 저장 시스템을 구성하는 PCS, 배터리 및 그리드 각각의 내부에 지락 검출부를 구비하되, 이를 제어하여 시스템 구동 시에는, 하나의 지락 검출부가 전체 시스템의 지락을 감시하여 오작동을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 통상적인 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 2a, 2b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 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. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, PMS, PCS, 배터리 및 그리드를 포함한다. 다만 본 발명은 상기 구성으로 한정되는 것은 아니므로, 다른 구성을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해 배터리 내부의 지락 검출부를 추가로 부가한다. 뿐만 아니라 하나의 시스템에 2개 이상의 지락 검출 장치가 동작될 수 없도록 스위칭을 제어하여 각각의 구성요소가 시스템에 연결되기 전, 내부적으로 지락 발생 여부를 검출한다. 지락이 검출되지 않은 경우 지락 검출부를 구성요소에서 해제(접지 또는 단락)한 후, 시스템에 연결하여, 결과적으로 1개의 지락 검출부가 전체 시스템의 지락을 검출한다.
이하 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예를 통하여 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 PMS(200), 배터리(210), PCS(220), 그리드(Grid, 230) 및 PMS GFD(240)를 포함한다. 이하, 도면 부호를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 배터리(210), 그리드(230) 및 PCS(220)의 각각에 내부 지락 발생 여부를 검출하는 지락 검출부를 포함하고, 더불어 시스템이 구동되는 경우, 시스템 전체의 지락을 검출하는 PMS GFD(240, 이하, ‘PMS 지락 검출부’라고 명명함)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
우선 PMS(200)는 에너지 저장 시스템에 연결된 각 구성요소를 제어한다. 또한, 통신선을 통하여 배터리(210), PCS(220), 그리드(230) 및 PMS 지락검출부 각각과 연결되어 지락 발생과 관련된 정보를 포함하는 데이터를 송수신 할 수 있다. 또한 지락이 발생했다는 정보를 수신한 경우, 전체 시스템을 중단(off)하여, 시스템을 보호한다.
배터리(210)는 에너지를 저장하는 매체로서의 작용하므로, 에너지 저장 시스템의 필수적인 구성요소이다. 본 발명의 제1 실시 예는 배터리(210) 내부에 배터리 GFD(212, 이하, ‘배터리 지락 검출부’라고 명명함), 배터리 컨텍터(211, Battery MC) 및 DC 그라운드 컨텍터(213)를 포함한다.
배터리(210)가 에너지 저장 시스템에 연결되기 전, 배터리 지락 검출부(212)가, 활선과 접지의 저항 값을 측정하여 배터리(210) 내부의 지락 발생 여부를 검출한다. 배터리 컨텍터(211)가, 지락 검출 여부에 따라 배터리(210)를 PCS의 DC측에 연결 또는 해제한다. 또한 DC 그라운드 컨텍터(213)는 지락 검출 여부에 따라 접지하여 배터리에서 배터리 지락 검출부 연결을 해제한다.
그리드(230)는 비접지 3상 계통이며, 델타/와이 변압기를 통해 에너지 저장 시스템에 연결된다. 그리드는 GPT/GIPAM(변압기/계전기)(232, 이하, ‘그리드 지락 검출부’로 명명함), 그리드 차단기(ACB)(231, Grid Air Circuit Breaker) 및 그리드 그라운드 컨텍터(233, Grid Ground MC)를 포함한다.
그리드 지락 검출부(232)는 변압기와 계전기를 이용하여 전력 계통 측의 영상 전압을 측정하고, 비접지(델타) 계통의 지락 여부를 판단한다. 그리드 AC 차단기(231)는 지락 검출 여부에 따라 그리드를 PCS의 AC측에 연결 또는 해제한다. 그리드 그라운드 컨텍터(233)는 변압기의 1차측 접지 연결용 컨텍터로, 지락 검출 여부에 따라 그리드 지락 검출부(232)를 그리드에서 해제한다.
PCS(220)은 AC측으로 입력되는 전력을 DC측으로 변환하여 출력하고, DC측으로 입력되는 전력을 AC측으로 변환하여 출력하는 전력 변환 시스템이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 PCS(220)는 PCS AC 차단기(221), PC DC 차단기(222), PCS GFD(223) 및 PCS 그라운드 컨텍터(224, PCS Ground MC)를 포함한다.
PCS AC 차단기(222)는 PCS의 AC측을 차단하거나 연결하는 차단기이다. PC DC 차단기(221)는 PCS의 DC측을 차단하거나 연결하는 차단기이다. PCS GFD(223, 이하, ‘PCS 지락 검출부’라고 명명함)가 활선과 접지의 저항 값을 측정하여 PCS 내부의 지락 발생 여부를 검출한다.
PCS 그라운드 컨텍터(224, PCS Ground MC)는 PCS에서 PCS 지락 검출부가 연결 또는 해제될 수 있도록 한다.
PMS 지락 검출부(240, PMS GFD)는 PMS(200)와 통신 선으로 연결되어 지락 발생 정보를 포함하는 데이터를 PMS(200)로 송신할 수 있다.
PMS 지락 검출부(240)는 PCS의 AC측 또는 PCS의 DC측 중 어느 한측에 설치될 수 있다.
도 2a는 PMS 지락 검출부(240)가 PCS의 AC측에 설치된 에너지 저장 시스템의 구성도를 도시한다. 또한 도 2b는 PMS 지락 검출부(240)가 PCS의 DC측에 설치된 에너지 저장 시스템의 구성도를 도시한다.
PMS 지락 검출부(240)는 PCS의 AC측 또는 PCS의 DC측 중 어느 한측에 설치되어, 전체 시스템의 지락을 검출한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
PMS(200)가 구동되고, 그리드 지락 검출기(232)가 그리드(230) 내부의 지락 발생 여부를 검출한다(S100).
그리드 지락 검출부(232)가, 그리드(230) 내부의 지락이 검출하지 못한 경우, 그리드 그라운드 컨텍터(233)를 오프(OFF)하여 그리드(230)에서 그리드 지락 검출부(232)의 연결을 해제하고, 그리드 차단기(231)를 온(ON)하여 그리드(230)를 PCS(220)의 AC측에 연결한다(S110).
그리드(230)가 PCS(220) AC측에 연결되면, 배터리 지락 검출부(212)가 활선과 접지의 저항 값을 측정하여 배터리(210) 내부의 지락을 검출한다(S120).
배터리 지락 검출부(212)에서 지락이 검출되지 않은 경우, DC 그라운드 컨텍터(213)을 오프(OFF)하여, 배터리(210)에서 배터리 지락 검출부(212)의 연결을 해제하고, 배터리 컨텍터(211)를 온(ON)하여 배터리(210)를 PCS(220)의 DC측에 연결한다(S130).
배터리(210)가 PCS(220)의 DC측에 연결되면, PMS(200)가 배터리로부터 연결여부에 관련된 정보를 수신하고, PMS(200)의 제어에 따라 PCS 지락 검출부(223)가 PCS 내부의 지락을 검출한다(S140).
PCS 지락 검출부(223)에서 지락이 검출되지 않은 경우, PCS 그라운드 컨텍터(224)을 오프(OFF)하여, PCS(220)에서 PCS 지락 검출부(223)의 연결을 해제하고, PCS의 DC측 차단기(221) 및 PCS의 AC측 차단기(222)를 온(ON)하여 PCS(220)를 구동(또는, '온; ON')한다(S150).
상기 과정을 통해 배터리, 그리드 및 PCS의 연결 전, 즉 시스템을 구동하기 전에, 각 구성요소의 내부의 지락 검출 후, 지락이 검출되지 않은 경우에 각각을 연결하여 시스템이 구성하였다. 상기와 같이 연결된 시스템의 동작 시에 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출하기 위해, 추가적으로 PMS 지락 검출부(240)를 더 포함한다. PMS 지락 검출부(240)는 PCS의 AC측 또는 PCS의 DC측 중 어느 한 측에 설치될 수 있다.
PCS(220)가 온(on)되면, PMS 지락 검출부(240)가 시스템 전체의 지락 여부를 검출한다(S160).
PMS 지락 검출부(240)에서 지락이 검출되지 않은 경우, 시스템의 구동을 계속한다(S170).
반면, 그리드 지락 검출부(232)에서 지락이 검출된 경우, 그리드(230)가 PMS(200)로 지락 발생 정보, 배터리 지락 검출부(212)에서 지락이 검출된 경우, 배터리(210)가 PMS로 지락 발생 정보, PCS 지락 검출부(223)에서 지락이 검출된 경우, PCS(220)가 PMS로 지락 발생 정보, PMS 지락 검출부(240)에서 지락이 검출된 경우, PMS 지락 검출부가 지락 발생 정보, 즉 지락 발생 검출 결과를 PMS(200)와 연결된 통신선을 이용하여 송신한다(S180). 데이터를 송신 받은 PMS(200)는 시스템을 오프(off, 또는 중단)하고(S190), 지락 발생 사실을 관리자에게 알릴 수 있다.
상기 PMS 지락 검출부(240)는 시스템을 이루는 구성요소의 내부에 구비되는 것이 아닌, 시스템의 외부에 추가로 설치가 가능하므로, 유연하게 시스템의 누설 캐패시턴스를 고려하여 시스템을 설계할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도 이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에 있어서, 앞서 기술한 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 차이점은 다음과 같다.
우선 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, PMS 지락 검출부(240)를 포함하지 않는다. 추가로 PMS 지락 검출부(240)를 부가하지 않고, 배터리에 설치된 배터리 지락 검출부를 이용하여 배터리 내부의 지락 검출뿐만 아니라, 시스템이 구동된 후, 시스템의 지락을 검출하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에서 DC 그라운드 컨텍터(도 2의 도면부호 213) 및 PMS 지락 검출부(도 2의 도면부호 240)가 제거된 것으로, 그 외 구성 요소들은 동일하다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
PMS가 온 되고, 그리드 지락 검출기(332)가 그리드(330) 내부의 지락을 검출한다(S200).
그리드 지락 검출부(332)에서 그리드(330) 내부의 지락이 검출되지 않는 경우, 그리드 그라운드 컨텍터(333)를 오프(OFF)하여 그리드(330)에서 그리드 지락 검출부(332)의 연결을 해제하고, 그리드 차단기(331)를 온(ON)하여 그리드(330)를 PCS(320)의 AC측에 연결한다(S210).
그리드(330)가 PCS(320) AC측에 연결되면, 배터리 지락 검출부(312)가 배터리(310) 내부의 지락을 검출한다(S220).
배터리 지락 검출부(312)에서 지락이 검출되지 않은 경우, 배터리 컨텍터(311)를 온(ON)하여 배터리(310)를 PCS(320)의 DC측에 연결한다(S230). 따라서 배터리 지락 검출부(312)는 내부 지락이 검출되지 않은 경우에도, 배터리(310)에서 배터리 지락 검출부(312)의 연결을 해제하지 않으므로, 시스템 동작 시 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출하는 점에 특징이 있다.
배터리(310)가 PCS(320)의 DC측에 연결되면, PCS 지락 검출부(323)가 PCS(320) 내부의 지락을 검출한다(S240).
PCS 지락 검출부(323)에서 지락이 검출되지 않은 경우, PCS 그라운드 컨텍터(324)을 오프(OFF)하여, PCS(320)에서 PCS 지락 검출부(323)의 연결을 해제하고, PCS의 DC측 차단기(321) 및 PCS의 AC측 차단기(322)를 온(ON)하여 PCS(320)를 구동한다(S250).
상기 과정을 통해 배터리(310), 그리드(330) 및 PCS(320)의 연결 전, 즉 시스템을 구동(PCS를 온)하기 전에, 각 구성요소의 내부의 지락 검출 후, 지락이 검출되지 않은 경우에 각각을 연결하여 시스템이 구성하였다. 이러한 시스템의 동작 시에 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출하기 위해 배터리의 배터리 지락 검출부(312)를 이용한다.
PCS(320)가 온 되면, 배터리 지락 검출부(312)가 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출한다(S260).
배터리 지락 검출부(312)에서 배터리 내부의 지락이 검출되지 않은 경우, 시스템의 구동을 계속한다(S270).
반면, 그리드 지락 검출부(332)에서 그리드 내부의 지락이 검출된 경우, 그리드(330)가 PMS(300)로 지락 발생 정보를, 배터리 지락 검출부(312)에서 배터리 내부의 지락이 검출된 경우, 배터리(310)가 PMS(300)로 지락 발생 정보를, PCS 지락 검출부(323)에서 PCS 내부의 지락이 검출된 경우, PCS(320)가 PMS(300)로 지락 발생 정보, 즉 지락 발생 검출 결과를 PMS(300)로 송신한다(S280). 지락 발생 검출 결과를 송신 받은 PMS(300)는 시스템을 중단하고(S290), 지락 발생 사실을 관리자에게 알릴 수 있다.
도 6는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도 이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에 있어서, 앞서 기술한 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템과의 차이점은 다음과 같다.
우선 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, PMS 지락 검출부(240)를 포함하지 않는다. 추가로 PMS 지락 검출부(240)를 부가하지 않고, PCS(420)에 설치된 PCS 지락 검출부(423)를 이용하여 배터리 내부의 지락을 검출뿐만 아니라, 시스템이 구동된 후, 시스템의 지락을 검출하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, 제1 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에서 PCS 그라운드 컨텍터(도 2의 도면부호 224) 및 PMS 지락 검출부(도 2의 도면부호 240)기 제거된 것으로, 그 외 구성 요소들은 동일하다.
도 7는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
PMS(400)가 구동되고, 그리드 지락 검출기(432)가 그리드(430) 내부의 지락을 검출한다(S300).
그리드 지락 검출부(432)에서 그리드(430) 내부의 지락이 검출되지 않는 경우, 그리드 그라운드 컨텍터(433)를 오프(OFF)하여 그리드(430)에서 그리드 지락 검출부(432)의 연결을 해제하고, 그리드 차단기(431)를 온(ON)하여 그리드(430)를 PCS(420)의 AC측에 연결한다(S310).
그리드(430)가 PCS(420) AC측에 연결되면, 배터리 지락 검출부(412)가 배터리(410) 내부의 지락을 검출한다(S320).
배터리 지락 검출부(412)에서 배터리 내부의 지락이 검출되지 않은 경우, DC 그라운드 컨텍터(413)을 오프(OFF)하여, 배터리(410)에서 배터리 지락 검출부(412)의 연결을 해제하고, 배터리 컨텍터(411)를 온(ON)하여 배터리(310)를 PCS(320)의 DC측에 연결한다(S230).
배터리(410)가 PCS(420)의 DC측에 연결되면, PCS 지락 검출부(423)가 PCS(420) 내부의 지락을 검출한다(S340).
PCS 지락 검출부(423)에서 PCS 내부의 지락이 검출되지 않은 경우, PCS의 DC측 차단기(421) 및 PCS의 AC측 차단기(422)를 온(ON)하여 PCS(420)를 구동한다(S350). 따라서 PCS 지락 검출부(412)는 내부 지락이 검출되지 않은 경우에도, PCS(420)에서 PCS 지락 검출부(423)의 연결을 해제하지 않으므로, 시스템 동작 시 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출하는 점에 특징이 있다.
상기 과정을 통해 배터리(410), 그리드(430) 및 PCS(420)의 연결 전, 즉 시스템을 구동하기 전에, 각 구성요소의 내부의 지락 검출 후, 지락이 검출되지 않은 경우에 각각을 연결하여 시스템이 구성하였다. 이러한 시스템의 동작 시에 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출하기 위해 PCS(420) 내부에 구비된 PCS 지락 검출부(423)를 이용한다.
즉, PCS(420)가 구동되면, PCS 지락 검출부(423)가 시스템 전체의 지락 발생 여부를 검출한다(S360).
PCS 지락 검출부(423)가 PCS 내부의 지락을 검출하지 못한 경우, 시스템의 구동을 계속한다(S370).
반면, 그리드 지락 검출부(432)에서 그리드 내부의 지락이 검출된 경우, 그리드(430)가 PMS(400)로 지락 발생 정보를, 배터리 지락 검출부(412)에서 배터리 내부의 지락이 검출된 경우, 배터리(410)가 PMS(400)로 지락 발생 정보를, PCS 지락 검출부(423)에서 PCS 내부의 지락이 검출된 경우, PCS(420)가 PMS(400)로 지락 발생 정보, 즉 지락 발생 검출 결과를 PMS(400)로 송신한다(S380). 지락 발생 검출 결과를 송신 받은 PMS(400)는 시스템을 중단하고(S390), 지락 발생 사실을 관리자에게 알릴 수 있다.
상기 설명된 그리드 지락 검출부, 배터리 지락 검출부, PCS 지락 검출부 및 PMS 지락 검출부는 지락을 검출하는 방법에 있어서, 지락이 발생한 후 이를 검출하는 방법뿐만 아니라, 특정 기준 값을 설정하여 측정된 값이 상기 특정 기준 값을 벗어나는 경우 이를 검출하는 방법도 포함할 수 있다.
따라서 지락 발생 전, 지락 발생 위험을 관리자에게 경고하여, 시스템의 고장을 미연에 방지 할 수 있다.
또한, 상기 컴퓨터는 상기 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100, 200, 300, 400: PMS(Power Management System)
110, 210, 310, 410: 배터리
120, 220, 320, 420: PCS(Power Conditioning System)
130, 230, 330, 430: 그리드(Grid, 전력 계통)
132, 232, 332, 432: 그리드 지락 검출부(변압기/계전기, GPT/GIPAM)
212, 312, 412: 배터리 검출부(배터리 GFD)
123, 223, 323, 423: PCS 지락 검출부(PCS GFD)
240: PMS 지락 검출부(PMS GFD)
111, 211, 311, 411: 배터리 컨텍터(Battery MC)
213, 413: DC 그라운드 컨텍터(DC Ground MC)
121, 221, 321, 421: PCS의 DC측 차단기(PCS DC DB)
122, 222, 322, 422: PCS의 AC측 차단기(PCS ACB)
224, 324, 423: PCS 그라운드 컨텍터(PCS Ground MC)
131, 231, 331, 431: 그리드 차단기(Grid ACB)
133, 233, 333, 433: 그리드 그라운드 컨텍터(Grid Ground MC)

Claims (10)

  1. AC측으로 입력된 전력을 DC측으로 변환하여 출력하거나 DC측으로 입력된 전력을 AC측으로 변환하여 출력하는 PCS(Power Conditioning System);
    내부 지락을 검출하는 배터리 지락 검출부를 포함하는 배터리; 및
    상기 배터리 지락 검출부의 지락 검출 결과에 근거하여 상기 PCS의 DC측에 상기 배터리가 연결되도록 상기 배터리를 제어하는 PMS를 포함하고,
    상기 PMS는,
    상기 PCS의 DC측에 상기 배터리가 연결되기 전에, 상기 배터리 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라 상기 배터리 지락 검출부가 상기 배터리로부터 분리되도록 상기 배터리를 제어하고, 상기 배터리 지락 검출부가 상기 배터리로부터 분리되면 상기 배터리를 상기 PCS의 DC측에 연결 및 상기 PCS를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리가 상기 PCS에 연결되면, 서로 연결된 상기 배터리 및 상기 PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하기 위한 제 1 PMS 지락 검출부;를 더 포함하고,
    상기 PMS는,
    상기 배터리와 상기 PCS가 연결된 이후에, 상기 제 1 PMS 지락 검출부의 지락 검출 결과에 근거하여 상기 에너지 저장 시스템을 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    내부 지락을 검출하는 그리드 지락 검출부를 포함하는 그리드를 더 포함하며,
    상기 그리드는,
    상기 그리드 지락 검출 결과에 근거하여, 상기 그리드 지락 검출부를 상기 그리드로부터 분리하고,
    상기 PMS는,
    상기 그리드 지락 검출부가 상기 그리드로부터 분리되면, 상기 PCS의 AC측에 상기 그리드가 연결되도록 상기 그리드를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PMS는,
    상기 배터리와 상기 그리드가 상기 PCS에 각각 연결되면, 서로 연결된 상기 배터리, 상기 그리드 및 상기 PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하기 위한 제 2 PMS 지락 검출부를 더 포함하고,
    상기 제 2 PMS 지락 검출부는,
    상기 PCS의 AC 측 또는 DC 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. PCS(Power Conditioning System, 전력 변환 장치), 상기 PCS의 AC측에 연결되는 그리드(Grid) 및 상기 PCS의 DC측에 연결되는 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 그리드 내부에 구비된 그리드 지락 검출부가 상기 그리드 내부의 지락 검출을 검출 및, 지락 검출 결과를 PMS(Power Management System)로 송신하는 제 1단계;
    상기 PMS가, 상기 그리드 내부의 지락 검출 결과를 기반으로, 상기 그리드에서 상기 그리드 지락 검출부가 분리되도록 상기 그리드를 제어하는 제2 단계;
    상기 그리드 지락 검출부가 분리되면, 상기 PMS가, 상기 PCS의 AC측과 상기 그리드를 연결하는 제 3단계;
    상기 PCS의 AC측과 상기 그리드가 연결되면, 상기 PMS가, 상기 배터리 내부에 구비된 배터리 지락 검출부를 통해 상기 배터리 내부의 지락을 검출하는 제 4단계;
    상기 배터리가, 상기 배터리 내부의 지락 검출 결과를 PMS로 송신하는 제 5단계;
    상기 PMS가, 상기 배터리 내부의 지락 검출 결과를 기반으로, 상기 DC측과 상기 배터리를 연결하는 제 6단계;
    상기 PCS에 상기 그리드와 배터리가 모두 연결되면, 상기 PMS가, 상기 PCS를 온(on)시키는 제 7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 6단계는,
    상기 PMS가, 수신된 상기 배터리 내부의 지락 검출 정보를 기반으로 상기 배터리에서 상기 배터리 지락 검출부가 분리되도록 상기 배터리를 제어하는 제 6-1단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 7단계는,
    상기 PCS가 구동되면, 상기 PCS의 DC측 또는 AC측에 설치된 PMS 지락 검출부가, 상기 PCS에 연결된 배터리, 그리드, PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 제어 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 7단계는,
    상기 DC측과 상기 배터리가 연결되면, 상기 PCS 내부에 구비된 PCS 지락 검출부가 상기 PCS 내부의 지락을 검출하는 제7-1단계; 및
    상기 PCS가 상기 PCS 내부의 지락 검출 정보를 PMS(Power Management System)로 송신하는 제 7-2단계;
    상기 PMS가 상기 송신된 상기 PCS 내부의 지락 검출 정보를 기반으로, 상기 PCS를 온 시키는 제 7-3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 7단계는,
    상기 배터리와 상기 그리드가, 상기 PCS에 연결되면, 상기 PMS가 상기 PCS 지락 검출부를 상기 PCS로부터 분리하는 제 7-4단계;
    상기 PCS 지락 검출부가 상기 PCS로부터 분리되면, 상기 PCS를 온 시키는 제 7-5단계;
    상기 PCS가 온 되면, 상기 PCS의 DC측 또는 AC측에 설치된 PMS 지락 검출부가, 상기 PCS에 연결된 배터리, 그리드, PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하는 제 7-6단계; 및
    상기 PMS 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라, 상기 PMS가 상기 PCS의 오프(off)를 제어하는 제 7-7단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제 7단계는,
    상기 PCS가 온 되면, PCS 지락 검출부가, 상기 PCS에 연결된 상기 배터리, 그리드, PCS 중 적어도 하나에서 발생하는 지락을 검출하는 제 7-8단계; 및
    상기 PCS 지락 검출부의 지락 검출 결과에 따라, 상기 PMS가 상기 PCS의 오프를 제어하는 제 7-9단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
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WO2023204382A1 (ko) * 2022-04-19 2023-10-26 주식회사 엘지에너지솔루션 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치

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