KR20200070950A - 비상전원 공급 기능을 가지는 에너지 저장 시스템 및 그것의 제어 방법 - Google Patents

비상전원 공급 기능을 가지는 에너지 저장 시스템 및 그것의 제어 방법 Download PDF

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KR20200070950A
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Abstract

에너지 저장 시스템 및 그것을 제어하기 위한 방법이 제공돈다. 상기 에너지 저장 시스템은, 계통과 제1 메인 노드 사이에 연결되는 제1 전력 변환부; 상기 제1 메인 노드와 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 제2 전력 변환부; 상기 계통과 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 바이패스 스위치; 상기 제1 메인 노드에 연결되는 배터리 시스템; 및 상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 바이패스 스위치 및 상기 배터리 시스템에 동작 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함한다. 상기 배터리 시스템은, 제1 배터리; 및 상기 제1 배터리와는 독립적으로 충전 및 방전이 가능하도록 제공되는 제2 배터리를 포함한다. 상기 컨트롤러는, 충전 모드 및 방전 모드에서, 상기 바이패스 스위치 및 상기 제1 전력 변환부를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 변환부를 오프 상태로 제어하도록 구성된다.

Description

비상전원 공급 기능을 가지는 에너지 저장 시스템 및 그것의 제어 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM WITH EMERGENCY POWER SUPPLY CAPABILITY AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 비상전원 공급 기능을 가지는 에너지 저장 시스템 및 그것의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나의 계측기만을 이용하여 요금 할인을 위한 전력량을 계측함과 아울러, 서로 다른 특성(예, 용량, 전압 범위, 크기, 전기화학적 구조 등)을 가지는 두 배터리를 인터록 방식을 통해 독립적으로 운용할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템이란, 전력 수요가 적은 기간 동안 발전소 등에서 생산된 전력을 계통으로부터 일시적으로 저장해두었다가, 저장된 전력을 전력 수요가 큰 기간 동안 계통으로 공급함으로써, 전력의 효율적 사용을 도모하기 위한 대규모 장치이다.
또한, 무정전 공급 장치란, 정전 시에 배터리에 저장되어 있는 전력을 전기 부하에게 공급함으로써 전기 부하의 안정적인 운전을 보장하기 위한 장치이다.
한편, 에너지 저장 시스템은 그것에 포함된 배터리들의 전체 용량과 충방전 시의 전력량에 따라 전기 요금을 할인받을 수 있다. 그런데, 에너지 저장 시스템과 무정전 공급 장치가 별도로 설치 및 운용되는 것이 일반적인데, 이 경우 무정전 공급 장치에 포함된 배터리의 용량에 대한 전기 요금의 할인이 적용되지 않는다는 단점이 있다.
또한, 종래의 에너지 저장 시스템은 2대의 계량기가 계통 측 및 전기 부하 측에 하나씩 설치되는데, 이 경우 계통과 전기 부하 사이의 전력 변환부(예, 정류기, 인버터)에 의한 전력 손실까지도 계량기에 의해 계측되므로, 그만큼 전기 요금의 할인액이 감소하는 단점도 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 에너저 저장 시스템에 포함된 배터리와는 별도로, 비상 시(계통의 정전 시)에 무정전 전원 공급 기능을 담당하는 배터리를 추가함으로써, 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리들의 전체 용량에 따른 전기 요금의 할인액을 증대할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 2대의 계량기를 계통 측과 전기 부하 측에 각각 하나씩 설치하지 않도고, 1대의 계량기만을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전 모드 및 방전 모드에서의 전력량을 계측함으로써, 전기 요금의 할인액을 증대할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 에너지 저장 시스템은, 계통과 제1 메인 노드 사이에 연결되는 제1 전력 변환부; 상기 제1 메인 노드와 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 제2 전력 변환부; 상기 계통과 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 바이패스 스위치; 상기 제1 메인 노드에 연결되는 배터리 시스템; 및 상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 바이패스 스위치 및 상기 배터리 시스템에 동작 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함한다. 상기 배터리 시스템은, 제1 배터리; 및 상기 제1 배터리와는 독립적으로 충전 및 방전이 가능하도록 제공되는 제2 배터리를 포함한다. 상기 컨트롤러는, 충전 모드 및 방전 모드에서, 상기 바이패스 스위치 및 상기 제1 전력 변환부를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 변환부를 오프 상태로 제어하도록 구성된다.
상기 배터리 시스템은, 상기 제1 메인 노드와 상기 제1 배터리의 사이에 연결되는 제1 배터리 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 충전 모드에서, 상기 제1 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 경우, 상기 제1 배터리 스위치를 온 상태로 제어하고, 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제1 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템은, 상기 제1 메인 노드와 상기 제2 배터리의 사이에서 서로 직렬 연결되는 제3 전력 변환부 및 제2 배터리 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 충전 모드에서, 상기 제1 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 경우, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 충전 모드에서, 상기 제2 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템은, 상기 제2 배터리 스위치에 병렬 연결되고, 상기 제3 전력 변환부로부터 상기 제2 배터리로의 전류를 차단하도록 제공되는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 정전 모드에서, 상기 바이패스 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 제1 배터리 스위치, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 계통과 상기 제1 전력 변환부의 사이에 연결되는 계량기를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 계통과 상기 계량기의 사이에 연결되는 제1 전력 스위치; 및 상기 제2 전력 변환부와 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 제2 전력 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 바이패스 스위치가 온 상태인 경우, 상기 제1 전력 스위치를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 스위치를 오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 바이패스 스위치가 오프 상태인 경우, 상기 제1 전력 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 스위치를 온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 제1 메인 노드와 상기 제1 배터리 스위치의 사이에 연결되는 프리차지 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 방법은, 컨트롤러가 충전 모드에서 바이패스 스위치 및 제1 전력 변환부를 온 상태로 제어하고, 제1 배터리 스위치, 제2 배터리 스위치 및 제2 전력 변환부를 오프 상태로 제어하는 단계; 상기 컨트롤러가 상기 충전 모드에서 제1 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 경우, 제1 배터리 스위치를 온 상태로 제어하는 단계; 상기 컨트롤러가 상기 충전 모드에서 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제1 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하는 단계; 및 상기 컨트롤러가 상기 충전 모드에서 상기 제2 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC보다 작은 경우, 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하는 단계를 포함한다. 상기 바이패스 스위치는, 상기 계통과 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결된다. 상기 제1 전력 변환부는, 계통과 제1 메인 노드 사이에 연결된다. 상기 제2 전력 변환부는, 상기 제1 메인 노드와 제1 전기 부하의 사이에 연결된다. 상기 제1 배터리 스위치는, 상기 제1 메인 노드에 연결되는 서브 노드와 상기 제1 배터리의 사이에 연결된다. 상기 제3 전력 변환부와 상기 제2 배터리 스위치는, 상기 서브 노드와 상기 제2 배터리의 사이에 직렬 연결된다.
상기 방법은, 상기 컨트롤러가 방전 모드에서 상기 바이패스 스위치, 상기 제1 전력 변환부 및 상기 제1 배터리 스위치를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 변환부, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 컨트롤러가 정전 모드에서 상기 바이패스 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너저 저장 시스템에 포함된 배터리와는 별도로, 에너지 저장 시스템 내에 무정전 전원 공급 기능을 담당하는 배터리를 추가함으로써, 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리들의 전체 용량에 따른 전기 요금의 할인액을 증대할 수 있다.
또한, 2대의 계량기를 계통 측과 전기 부하 측에 각각 하나씩 설치하지 않도고, 1대의 계량기만을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전 모드 및 방전 모드에서의 전력량을 계측함으로써, 전기 요금의 할인액을 증대할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 시스템(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은, 제1 전력 라인(L1), 제2 전력 라인(L2), 바이패스 전력 라인(LB), 제1 전력 변환부(130), 제2 전력 변환부(140), 바이패스 스위치(110), 계량기(102), 배터리 시스템(200) 및 컨트롤러(160)를 포함한다.
제1 전력 라인(L1)은, 제1 메인 노드(NM1) 및 제2 메인 노드(NM2)를 포함하고, 계통(10)을 제1 전기 부하(21)에 전기적으로 연결한다. 즉, 제1 전력 라인(L1)은, 계통(10)으로부터 제1 전기 부하(21)로의 전력 이동 경로를 제공한다. 제1 메인 노드(NM1) 및 제2 메인 노드(NM2) 각각은, 제1 전력 라인(L1)의 서로 다른 부분을 지칭하는 것일 수 있다.
제2 전력 라인(L2)은, 제2 메인 노드(NM2)를 제2 전기 부하(22)에 전기적으로 연결한다. 즉, 제2 전력 라인(L2)은, 계통(10)으로부터 제2 전기 부하(22)로의 전력 이동 경로를 제공한다.
바이패스 전력 라인(LB)은, 제1 전력 라인(L1)과는 독립적으로, 계통(10)을 제1 전기 부하(21)에 전기적으로 연결한다. 즉, 바이패스 전력 라인(LB)은, 계통(10)과 제1 전기 부하(21)의 사이에서 제1 전력 라인(L1)에 병렬 연결된다.
제1 전력 변환부(130)는, 제1 전력 라인(L1)에 설치되는 것으로서, 계통(10)과 제1 메인 노드(NM1) 사이에 연결된다. 제1 전력 변환부(130)가 오프 상태인 동안, 계통(10)과 제1 메인 노드(NM1) 간의 전류의 흐름은 차단된다. 제1 전력 변환부(130)는, 온 상태인 동안, 계통(10)으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 제1 메인 노드(NM1)로 출력(충전 모드에서)하거나, 제1 메인 노드(NM1)로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제2 메인 노드(NM2)로 출력(방전 모드 또는 정전 모드에서)하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 양방향 AC-DC 컨버터가 제1 전력 변환부(130)로서 이용될 수 있다.
제2 전력 변환부(140)는, 제1 전력 라인(L1)에 설치되는 것으로서, 제1 메인 노드(NM1)와 제1 전기 부하(21)의 사이에 연결된다. 제2 전력 변환부(140)는, 온 상태인 동안, 제1 메인 노드(NM1)로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제1 전기 부하(21)로 출력(장전 모드에서)하도록 구성될 수 있다. 예컨대, DC-AC 인버터가 제2 전력 변환부(140)로서 이용될 수 있다. 제2 전력 변환부(140)가 오프 상태인 동안, 제1 메인 노드(NM1)와 제1 전기 부하(21) 간의 전류의 흐름은 차단된다. 제2 전력 변환부(140)는, 충전 모드 또는 방전 모드에서는 컨트롤러(160)에 의해 오프 상태로 제어될 수 있다.
바이패스 스위치(110)는, 바이패스 전력 라인(LB)에 설치되는 것으로서, 계통(10)과 제1 전기 부하(21)의 사이에 연결된다. 바이패스 스위치(110)가 오프 상태인 동안, 바이패스 전력 라인(LB)을 통한 전류의 흐름은 차단된다. 바이패스 스위치(110)는, 충전 모드 또는 방전 모드에서는 컨트롤러(160)에 의해 온 상태로 제어될 수 있다. 바이패스 스위치(110)는, 정전 모드에서는 컨트롤러(160)에 의해 오프 상태로 제어될 수 있다.
계량기(102)는, 제1 전력 라인(L1)에 설치되는 것으로서, 계통(10)과 제1 전력 변환부(130)의 사이에 연결된다. 계량기(102)는, 충전 모드에서, 계통(10)으로부터 공급되는 교류 전력을 계측하고, 계측된 값을 기록하도록 구성될 수 있다. 또한, 계량기(102)는, 방전 모드에서, 제1 전력 변환부(130)로부터 공급되는 교류 전력을 계측하고, 계측된 값을 기록하도록 구성될 수 있다. 계통(10)기는, 충전 모드 및 방전 모드 각각에서 기록된 교류 전력의 계측값을 나타내는 데이터를 컨트롤러(160)에게 전송하도록 구성될 수 있다.
배터리 시스템(200)은, 서브 노드(NS)를 통해 제1 메인 노드(NM1)에 전기적으로 연결된다. 배터리 시스템(200)은, 제1 배터리(210) 및 제2 배터리(220)를 포함한다. 서브 노드(NS)는, 제1 배터리(210)의 양극 단자 및 제2 배터리(220)의 양극 단자에 각각 선택적으로 연결 또는 분리될 수 있다. 제1 배터리(210) 및 제2 배터리(220)는, 서로 독립적으로 충전 및 방전이 가능하도록 제공된다. 즉, 제1 배터리(210) 및 제2 배터리(220)는 인터록 방식을 통해 개별적으로 충방전 제어되는 것으로서, 제1 배터리(210)만을 단독으로 충방전하거나, 제2 배터리(220)만을 단독으로 충방전할 수 있다.
제1 배터리(210)는, 전력 수요가 적은 시간에 계통(10)으로부터의 잉여 전력을 일시적으로 저장한 다음, 전력 수요가 많은 시간에 계통(10)으로 공급하기 위한 용도로서 이용될 수 있다. 제2 배터리(220)는, 계통(10)의 정전과 같은 비상 시에, 계통(10)을 대신하여 제1 전기 부하(21) 및 제2 전기 부하(22) 중 적어도 하나에 전력을 공급(즉, 무정전 전원 공급)하기 위한 용도로서 이용될 수 있다. 물론, 제1 배터리(210)는, 제2 배터리(220)와는 독립적으로 비상전력을 공급하도록 제어될 수 있다. 제1 배터리(210) 및 제2 배터리(220)는, 서로 다른 정격 용량을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 배터리(210)의 정격 용량은 1800 kWh이고, 제2 배터리(220)의 정격 용량은 제1 배터리(210)의 정격 용량보다 적은 300 kWh일 수 있다.
배터리 시스템(200)은, 제1 배터리 스위치(211), 제2 배터리 스위치(221), 제3 전력 변환부(230) 및 다이오드(222) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 배터리 스위치(211)는, 서브 노드(NS)와 제1 배터리(210)의 양극 단자의 사이에 연결된다.
제3 전력 변환부(230)와 제2 배터리 스위치(221)는, 서브 노드(NS)와 제2 배터리(220)의 양극 단자의 사이에 직렬 연결된다. 제3 전력 변환부(230)는, 온 상태에서, 제2 전력 변환부(140)로부터의 직류 전압을 강압하여 제2 배터리(220)에게 출력(충전 모드에서)하거나 제2 배터리(220)로부터의 직류 전압을 승압하여 서브 노드(NS)에 출력(방전 모드에서)하도록 구성된다. 예컨대, 양방향 DC-DC 컨버터가 제3 전력 변환부(230)로서 이용될 수 있다.
다이오드(222)는, 제2 배터리 스위치(221)에 병렬 연결된다. 다이오드(222)는, 제3 전력 변환부(230)로부터 제2 배터리(220)로 전류가 흐르는 것을 차단하고, 제2 배터리(220)로부터 제3 전력 변환부(230)로 전류가 흐르는 것은 허용하도록 제공된다. 즉, 다이오드(222)의 애노드는 제2 배터리(220)의 양극 단자에 연결되고, 다이오드(222)의 캐소드는 제3 전력 변환부(230)에 연결될 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은, 제1 전력 스위치(121), 제2 전력 스위치(122) 및 프리차지 회로(150) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 전력 스위치(121)는, 제1 전력 라인(L1)에 설치되는 것으로서, 계통(10)과 제2 메인 노드(NM2)의 사이에 연결될 수 있다.
제2 전력 스위치(122)는, 제1 전력 라인(L1)에 설치되는 것으로서, 제2 전력 변환부(140)와 제1 전기 부하(21)의 사이에 연결될 수 있다.
프리차지 회로(150)는, 제1 메인 노드(NM1)와 서브 노드(NS)의 사이에 연결된다. 프리차지 회로(150)는, 제1 프리차지 스위치(151), 제2 프리차지 스위치(152) 및 프리차지 저항 소자(153)를 포함한다. 제2 프리차지 스위치(152) 및 프리차지 저항 소자(153)의 직렬 회로는 제1 프리차지 스위치(151)에 병렬 연결된다. 컨트롤러(160)는 제2 프리차지 스위치(152)를 소정 시간 동안 온 상태로 유지한 다음에 제1 프리차지 스위치(151)를 온 상태로 제어함으로써, 제1 메인 노드(NM1)와 서브 노드(NS) 간의 전압차로 인한 배터리 시스템(200)으로의 돌입 전류가 효과적으로 억제될 수 있다.
컨트롤러(160)는, 에너지 저장 시스템(100)의 전체적인 동작을 제어하기 위한 것으로서, 제1 전력 변환부(130), 제2 전력 변환부(140), 바이패스 스위치(110), 제1 전력 스위치(121), 제2 전력 스위치(122), 프리차지 회로(150) 및 배터리 시스템(200)에 동작 가능하게 결합된다. 컨트롤러(160)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함하도록 구현될 수 있다. 또한, 컨트롤러(160)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 컨트롤러(160)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.
컨트롤러(160)는, 제1 메인 노드(NM1)의 전압, 서브 노드(NS)의 전압, 제1 배터리(210)의 전압 및 제2 배터리(220)의 전압을 각각 측정할 수 있도록 구성된다. 또한, 컨트롤러(160)는, 확장 칼만 필터 등과 같은 공지의 알고리즘을 실행함으로써, 제1 배터리(210)의 전압 및 전류를 기초로 제1 배터리(210)의 SOC(state of charge)를 추정하고, 제2 배터리(220)의 전압 및 전류를 기초로 제2 배터리(220)의 SOC를 추정하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(160)는, 충전 모드, 방전 모드 또는 정전 모드에서, 제1 배터리(210)의 SOC 및 제2 배터리(220)의 SOC를 기초로, 제1 전력 변환부(130), 제2 전력 변환부(140), 바이패스 스위치(110), 제1 전력 스위치(121), 제2 전력 스위치(122), 프리차지 회로(150), 제3 전력 변환부(230), 제1 배터리 스위치(211) 및 제2 배터리 스위치(221) 각각의 온오프를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)을 제어하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다. 도 3의 방법은, 에너지 저장 시스템(100)의 충전 모드에 관한 것으로서, 프리차지 회로(150)에 의한 프리차지가 완료되어 제1 프리차지 스위치(151)가 온 상태인 동안에 실행될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 단계 300에서, 컨트롤러(160)는, 제1 전력 스위치(121), 바이패스 스위치(110) 및 제1 전력 변환부(130) 각각을 온 상태로 제어하고, 제2 배터리 스위치(221)를 오프 상태로 제어한다. 이에 따라, 계통(10)으로부터의 교류 전력이 제1 전기 부하(21) 및 제2 전기 부하(22)에게 공급된다. 선택적으로, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211), 제2 전력 변환부(140), 제3 전력 변환부(230) 및 제2 전력 스위치(122) 중 적어도 하나를 추가적으로 오프 상태로 제어할 수도 있다.
단계 310에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리(210)의 SOC가 제1 기준 SOC 이상인지 여부를 판정한다. 제1 기준 SOC는, 미리 정해진 값(예, 80%)일 수 있다. 단계 310의 값이 "NO"인 경우, 단계 320이 진행된다. 단계 310의 값이 "YES"인 경우, 단계 330이 진행된다.
단계 320에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211)를 온 상태로 제어한다. 이에 따라, 제1 배터리(210)는, 제1 전력 변환부(130)로부터의 직류 전력에 의해 충전된다.
단계 330에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211)를 오프 상태로 제어한다. 이에 따라, 제1 배터리(210)의 충전은 중단된다.
단계 340에서, 컨트롤러(160)는, 제2 배터리(220)의 SOC가 제2 기준 SOC 이상인지 여부를 판정한다. 제2 기준 SOC는, 미리 정해진 값(예, 90%)일 수 있다. 단계 340의 값이 "NO"인 경우, 단계 350이 진행된다. 단계 340의 값이 "YES"인 경우, 단계 360이 진행된다.
단계 350에서, 컨트롤러(160)는, 제3 전력 변환부(230) 및 제2 배터리 스위치(221) 각각을 온 상태로 제어한다. 이에 따라, 제2 배터리(220)는, 제3 전력 변환부(230)로부터의 직류 전력에 의해 충전된다.
단계 360에서, 컨트롤러(160)는, 제3 전력 변환부(230) 및 제2 배터리 스위치(221) 각각을 오프 상태로 제어한다. 이에 따라, 제2 배터리(220)의 충전은 중단된다.
아울러, 컨트롤러(160)는, 도 3의 방법이 실행되는 동안 계량기(102)에 의해 계측된 전력량(즉, 교류 전력의 계측값)을 나타내는 데이터를 계량기(102)로부터 주기적으로 수집하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)을 제어하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다. 도 4의 방법은, 에너지 저장 시스템(100)의 방전 모드에 관한 것으로서, 프리차지 회로(150)에 의한 프리차지가 완료되어 제1 프리차지 스위치(151)가 온 상태인 동안에 실행될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 단계 400에서, 컨트롤러(160)는, 제1 전력 스위치(121), 제1 전력 변환부(130) 및 바이패스 스위치(110)를 온 상태로 제어하고, 제2 배터리 스위치(221)를 오프 상태로 제어한다. 선택적으로, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211), 제2 전력 변환부(140), 제3 전력 변환부(230) 및 제2 전력 스위치(122) 중 적어도 하나를 추가적으로 오프 상태로 제어할 수도 있다.
단계 410에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리(210)의 SOC가 제1 기준 SOC 이상인지 여부를 판정한다. 단계 410의 값이 "YES"인 경우, 단계 420이 진행된다. 단계 410의 값이 "NO"인 경우, 단계 430이 진행된다.
단계 420에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211) 및 제1 전력 변환부(130) 각각을 온 상태로 제어한다. 이에 따라, 제1 배터리(210)가 방전되고, 제1 전력 변환부(130)는 제1 배터리(210)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 다음 계통(10)으로 공급된다.
단계 430에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211) 및 제1 전력 변환부(130) 각각을 오프 상태로 제어한다. 이에 따라, 제1 배터리(210)의 방전은 중단된다.
아울러, 컨트롤러(160)는, 도 4의 방법이 실행되는 동안 계량기(102)에 의해 계측된 전력량(즉, 교류 전력의 계측값)을 나타내는 데이터를 계량기(102)로부터 주기적으로 수집하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)을 제어하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다. 도 5의 방법은, 에너지 저장 시스템(100)의 정전 모드에 관한 것으로서, 프리차지 회로(150)에 의한 프리차지가 완료되어 제1 프리차지 스위치(151)가 온 상태인 동안에 실행될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 단계 500에서, 컨트롤러(160)는, 제1 전력 스위치(121) 및 바이패스 스위치(110)를 오프 상태로 제어하고, 제1 전력 변환부(130), 제2 전력 변환부(140) 및 제2 전력 스위치(122)를 온 상태로 제어한다. 선택적으로, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211), 제2 배터리 스위치(221) 및 제3 전력 변환부(230) 중 적어도 하나를 추가적으로 오프 상태로 제어할 수도 있다.
단계 510에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리(210)의 SOC가 제1 기준 SOC 이상인지 여부를 판정한다. 단계 510의 값이 "YES"인 경우, 단계 520이 진행된다. 단계 510의 값이 "NO"인 경우, 단계 530이 진행된다.
단계 520에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211)를 온 상태로 제어한다. 이에 따라, 제1 배터리(210)가 방전되고, 제1 전력 변환부(130) 및 제2 전력 변환부(140)는 제1 배터리(210)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 다음 제2 전기 부하(22) 및 제1 전기 부하(21)에게 각각 공급한다.
단계 530에서, 컨트롤러(160)는, 제1 배터리 스위치(211)를 오프 상태로 제어한다.
단계 540에서, 컨트롤러(160)는, 제2 배터리(220)의 SOC가 제2 기준 SOC 이상인지 여부를 판정한다. 단계 540의 값이 "YES"인 경우, 단계 550이 진행된다. 단계 540의 값이 "NO"인 경우, 단계 560이 진행된다.
단계 550에서, 컨트롤러(160)는, 제3 전력 변환부(230)를 온 상태로 제어한다. 이에 따라, 제2 배터리(220)가 방전되고, 제1 전력 변환부(130) 및 제2 전력 변환부(140)는 제3 배터리로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 다음 제2 전기 부하(22) 및 제1 전기 부하(21)에게 각각 공급한다.
단계 560에서, 컨트롤러(160)는, 제3 전력 변환부(230)를 오프 상태로 제어한다.
도 5의 방법이 실행되는 동안 계량기(102)에 의해 계측된 전력량(즉, 교류 전력의 계측값)은, 제1 전기 부하(21) 및 제2 전기 부하(22)를 위한 무정전 전원 공급의 용도로서의 전력량이다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 에너저 저장 시스템에 포함된 제1 배터리와는 별도로, 에너지 저장 시스템 내에 무정전 전원 공급 기능을 담당하는 제2 배터리(220)를 추가함으로써, 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리들의 전체 용량에 따른 전기 요금의 할인액을 증대할 수 있다. 또한, 2대의 계량기(102)를 계통 측과 전기 부하 측에 각각 하나씩 설치하지 않도고, 1대의 계량기(102)만을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전 모드 및 방전 모드에서의 전력량을 계측함으로써, 전기 요금의 할인액을 증대할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 계통
21, 22: 전기 부하
100: 에너지 저장 시스템
102: 계량기
110: 바이패스 스위치
121, 122: 전력 스위치
130: 제1 전력 변환부
140: 제2 전력 변환부
150: 프리차지 회로
151: 제1 프리차지 스위치
152: 제2 프리차지 스위치
153: 프리차지 저항 소자
160: 컨트롤러
200: 배터리 시스템
210: 제1 배터리
211: 제1 배터리 스위치
220: 제2 배터리
221: 제2 배터리 스위치
222: 다이오드
230: 제3 전력 변환부

Claims (12)

  1. 계통과 제1 메인 노드 사이에 연결되는 제1 전력 변환부;
    상기 제1 메인 노드와 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 제2 전력 변환부;
    상기 계통과 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 바이패스 스위치;
    상기 제1 메인 노드에 연결되는 배터리 시스템; 및
    상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 바이패스 스위치 및 상기 배터리 시스템에 동작 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함하되,
    상기 배터리 시스템은,
    제1 배터리; 및
    상기 제1 배터리와는 독립적으로 충전 및 방전이 가능하도록 제공되는 제2 배터리를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    충전 모드 및 방전 모드에서, 상기 바이패스 스위치 및 상기 제1 전력 변환부를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 변환부를 오프 상태로 제어하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 시스템은,
    상기 제1 메인 노드와 상기 제1 배터리의 사이에 연결되는 제1 배터리 스위치를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 충전 모드에서, 상기 제1 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 경우, 상기 제1 배터리 스위치를 온 상태로 제어하고, 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제1 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 시스템은,
    상기 제1 메인 노드와 상기 제2 배터리의 사이에서 서로 직렬 연결되는 제3 전력 변환부 및 제2 배터리 스위치를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 충전 모드에서, 상기 제1 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 경우, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 충전 모드에서, 상기 제2 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 시스템은,
    상기 제2 배터리 스위치에 병렬 연결되고, 상기 제3 전력 변환부로부터 상기 제2 배터리로의 전류를 차단하도록 제공되는 다이오드를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    정전 모드에서, 상기 바이패스 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 제1 배터리 스위치, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계통과 상기 제1 전력 변환부의 사이에 연결되는 계량기를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계통과 상기 계량기의 사이에 연결되는 제1 전력 스위치; 및
    상기 제2 전력 변환부와 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결되는 제2 전력 스위치를 더 포함하되,
    상기 컨트롤러는,
    상기 바이패스 스위치가 온 상태인 경우, 상기 제1 전력 스위치를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 스위치를 오프 상태로 제어하도록 구성되고,
    상기 바이패스 스위치가 오프 상태인 경우, 상기 제1 전력 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 스위치를 온 상태로 제어하도록 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 메인 노드와 상기 제1 배터리 스위치의 사이에 연결되는 프리차지 회로를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  10. 에너지 저장 시스템을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    컨트롤러가 충전 모드에서 바이패스 스위치 및 제1 전력 변환부를 온 상태로 제어하고, 제1 배터리 스위치, 제2 배터리 스위치 및 제2 전력 변환부를 오프 상태로 제어하는 단계;
    상기 컨트롤러가 상기 충전 모드에서 제1 배터리의 SOC가 제1 기준 SOC보다 작은 경우, 제1 배터리 스위치를 온 상태로 제어하는 단계;
    상기 컨트롤러가 상기 충전 모드에서 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 SOC 이상인 경우, 상기 제1 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하는 단계; 및
    상기 컨트롤러가 상기 충전 모드에서 상기 제2 배터리의 SOC가 제2 기준 SOC보다 작은 경우, 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 바이패스 스위치는, 상기 계통과 상기 제1 전기 부하의 사이에 연결되고,
    상기 제1 전력 변환부는, 계통과 제1 메인 노드 사이에 연결되고,
    상기 제2 전력 변환부는, 상기 제1 메인 노드와 제1 전기 부하의 사이에 연결되고,
    상기 제1 배터리 스위치는, 상기 제1 메인 노드에 연결되는 서브 노드와 상기 제1 배터리의 사이에 연결되고,
    상기 제3 전력 변환부와 상기 제2 배터리 스위치는, 상기 서브 노드와 상기 제2 배터리의 사이에 직렬 연결되는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 방전 모드에서 상기 바이패스 스위치, 상기 제1 전력 변환부 및 상기 제1 배터리 스위치를 온 상태로 제어하고, 상기 제2 전력 변환부, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 오프 상태로 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 정전 모드에서 상기 바이패스 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 제1 전력 변환부, 상기 제2 전력 변환부, 상기 제3 전력 변환부 및 상기 제2 배터리 스위치를 온 상태로 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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