KR20210086969A - 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법 - Google Patents

계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법 Download PDF

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KR20210086969A
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KR1020200183589A
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안정훈
송성근
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한국전자기술연구원
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means

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Abstract

본 발명은 3상 전력 계통으로부터 공급된 전력을 저장하는 배터리, 상기 3상 전력 계통으로부터 공급된 전력을 소비하는 수용가 부하의 부하 전류를 계측하는 3상 부하 전류 계측부, 상기 3상 전력 계통이 공급하는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리에 충전된 전력을 교류로 변환하여 상기 수용가 부하에 공급하는 인버터부, 상기 인버터부를 제어하여 특정 상의 전류가 다른 상의 전류와 다른 불평형 전류를 생성하도록 제어하는 인버터 제어부, 상기 인버터 제어부를 제어하는 상위 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법을 개시한다.

Description

계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법{Grid Connected Energy storage system and operating method thereof}
본 발명은 계통 연계형 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불평형 3상 전류 제어를 지원하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.
산업의 발달로 산업용 전기의 사용이 많아지고 있으며, 소득의 증대에 따른 전기용품의 사용 또한 증가하고 있어 전력 사용량이 급격히 증가하고 있는 추세에 있다. 이와 같은 전기소비의 패턴 변화는 시간대별 부하 변동뿐만 아니라 하절기나 동절기 같은 계절별 부하에서도 차이가 커지는 경향을 보이고 있다. 이러한 전력 불확실성에 대비하기 위하여 고용량 저비용의 에너지저장시스템(ESS; Energy Storage System)의 개발 니즈(needs)가 확대되고 있으며, 특히 신재생에너지 발전원의 보급 및 확산은 새로운 에너지저장시스템(ESS)을 필요로 하고 있다.
에너지저장시스템(ESS)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 또는 송전소 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후 전력이 필요한 시기에 선택적 및 효율적 사용을 통해 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 시스템으로서, 야간에 유휴전력을 저장하고 전력소모가 심한 주간에 저장된 전력을 사용함으로써 전력의 효율적 사용을 가능하게 하는 기술이다.
한편, 기존 3상 AC(Alternating current) 계통 시스템에서 일반적으로 수용가는 3상 중 하나의 활선과 중성선을 통해 단상 전압을 사용한다. 이 경우 각 활선에 연결된 부하의 종류 및 순시적 부하량에 따라서 높은 전류가 흐르는 상과 낮은 전류가 흐르는 상이 발생하게 된다. 여기서, 3상 전원 설비의 선로, 계폐기, 변압기 등 전력설비는 각 상의 전류 및 전력의 상한 기준을 가지고 있으며, 3상 계통의 어느 한 상이라도 상한 기준을 넘지 않도록 하기 위하여 전체 시스템이 차단될 수 있다.
이에 따라, 높은 부하가 걸리는 상의 전류가 최대 허용 전류를 초과하지 않게 하기 위하여, 다른 상들의 전류가 낮은 상태라 하더라도 전체 시스템은 제한될 수 있다. 즉, 충분히 추가 전력이 도통 될 여분이 있는 나머지 상의 전류 및 전력 또한 함께 제한되는 문제점이 있다. 이는 전체 전기 설비 능력의 일부의 소실을 일으키거나 불평형 상황을 고려한 과설계를 요구할 수 있다. 예컨대, 3상 가운데 특정한 상의 과부하를 사전에 예상하여 불평형이 크게 발생하지 않도록 시공단계에서부터 활선을 분배할 수 있으나 실제 수용가 환경에서 부하의 사용을 미리 특정 짓기는 어렵기 때문에 이 방법으로 각 상간 부하의 전류의 불평형 및 전력 불평형을 완전히 피하는 것은 불가능하다.
본 발명은 각 상의 부하 상황에 대응하여 의도적으로 불평형 전류 제어를 수행함으로써 전력설비의 상간 전력 불평형률을 개선하고, 전력설비의 운용 가능한 전력을 극대화 할 수 있는 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 3상 계통 각 상 부하에 불평형이 발생할 때, ESS가 능동적으로 대응하여 높은 전력이 도통하는 상과 낮은 전력이 도통하는 상에 차등된 전력을 보상하여 상간 전력 불평형률을 최소화시킬 수 있는 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템은 3상 전력 계통으로부터 공급된 전력을 저장하는 배터리, 상기 3상 전력 계통으로부터 공급된 전력을 소비하는 수용가 부하의 부하 전류를 계측하는 3상 부하 전류 계측부, 상기 3상 전력 계통이 공급하는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리에 충전된 전력을 교류로 변환하여 상기 수용가 부하에 공급하는 인버터부, 상기 인버터부를 제어하여 특정 상의 전류가 다른 상의 전류와 다른 불평형 전류를 생성하도록 제어하는 인버터 제어부, 상기 인버터 제어부를 제어하는 상위 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상위 제어부는 상기 3상 부하 전류 계측부로부터 전달된 3상 부하 전류 계측 값을 확인하여 상기 수용자 부하의 특정 상에 대한 불평형 전류 공급 상태를 확인하고, 상기 불평형 전류 공급 상태에 대응하여 3상 불평형 전류 지령을 생성하여 상기 인버터 제어부에 전달하도록 설정된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 인버터 제어부는 상기 수용가 부하의 불평형 전류 공급이 이루어지는 상의 과부하 전류를 낮추도록 상기 3상 불평형 전류 지령에 따라 불평형 교류 전류를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
더욱 상세히 하면, 상기 인버터 제어부는 상기 수용가 부하의 불평형 전류 공급이 이루어지는 상의 전류가 더 큰 불평형 교류 전류를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 인버터 제어부는 상기 상위 제어부로부터 전달된 3상 불평형 전류 지령을 수신하고 수신된 상기 3상 불평형 전류 지령을 영상분, 정상분, 역상분으로 분할하는 지령 전류 성분 분할부, 상기 상위 제어부로부터 전달된 3상 인버터 전류 계측 값을 수신하고 수신된 상기 3상 인버터 전류 계측 값을 영상분, 정상분, 역상분으로 분할하는 인버터 계측 전류 성분 분할부, 상기 지령 전류 성분 분할부로부터의 영상분 및 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부로부터의 영상분의 합산 결과를 산출하는 영상분 전류 제어기, 상기 지령 전류 성분 분할부로부터의 정상분 및 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부로부터의 정상분의 합산 결과를 산출하는 정상분 전류 제어기, 상기 지령 전류 성분 분할부로부터의 역상분 및 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부로부터의 역상분의 합산 결과를 산출하는 역상분 전류 제어기, 상기 영상분 전류 제어기의 출력, 상기 정상분 전류 제어기의 출력 및 상기 역상분 전류 제어기의 출력을 기반으로 PWM 신호를 생성하여 인버터부에 공급하는 PWM 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 예로, 상기 인버터 제어부는 상기 상위 제어부로부터 전달된 u상 전류 지령 및 u상 전류 계측 값을 수신하여 합산하는 u상 전류 제어기, 상기 상위 제어부로부터 전달된 v상 전류 지령 및 v상 전류 계측 값을 수신하여 합산하는 v상 전류 제어기, 상기 상위 제어부로부터 전달된 w상 전류 지령 및 w상 전류 계측 값을 수신하여 합산하는 w상 전류 제어기, 상기 u상 전류 제어기의 출력, 상기 v상 전류 제어기의 출력 및 상기 w상 전류 제어기의 출력을 기반으로 PWM 신호를 생성하여 인버터부에 공급하는 PWM 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 운용 방법은 수용가 부하의 부하 전류를 계측하는 단계, 상기 수용가 부하의 특정 상의 부하 전류가 기준 값보다 큰지 확인하고, 상기 특정 상의 부하 전류가 기준 값보다 큰 경우, 배터리에 연결된 인버터부를 제어하여 특정 상의 전류가 다른 상의 전류와 다른 불평형 전류를 생성하도록 제어하는 단계, 상기 불평형 전류를 상기 수용가 부하에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어하는 단계는 상기 수용가 부하의 불평형 전류 공급이 이루어지는 상의 과부하 전류를 낮추도록 상위 제어부로부터 전달되는 3상 불평형 전류 지령에 따라 특정 상의 전류가 다른 전류보다 큰 불평형 교류 전류를 생성하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법에 따르면, 3상 계통의 부하량에 따라 최적화된 각 상별 에너지 관리를 지원할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 특정 상 부하량 편중 때문에 발생하는 나머지 상전류 및 전력 수용 능력의 소실 및 불평형 상황을 고려한 과설계를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 운용 환경의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 운용 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 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.
이하에서 설명하는 본 발명은 3상 계통과 연결된 ESS(Energy Storage System)의 전력변환기(예: 인버터)가 각 상 전류의 독립적인 제어를 통하여 의도적으로 불평형 전류를 공급함으로써, 3상 계통의 임의의 상에 부하가 편중되어 발생되는 전력설비의 상간 전력 불평형률을 개선하고, 전력설비의 운용 가능한 전력을 극대화할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 운용 환경의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 운용 환경(10)은 에너지 저장 시스템(100), 3상 전력 계통(11) 및 수용가 부하(12)를 포함할 수 있다.
상기 3상 전력 계통(11)은 에너지 저장 시스템(100) 및 수용가 부하(12)에 전력을 공급하는 다양한 구성을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 3상 전력 계통(11)은 전기를 생산하는 발전소, 전력을 수송하는 송전, 변전, 배전 설비 등을 포함할 수 있다. 여기서, 전기를 생산하는 발전소는 예컨대, 수력, 화력, 원자력 등 다양한 종류의 발전소 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또한 태양열, 풍력, 조력 등 다양한 친환경 발전 시설도 포함할 수 있다. 상기 3상 전력 계통(11)은 생산된 전력을 3상으로 인버터부(130) 및 수용가 부하(12)에 전달할 수 있다.
상기 수용가 부하(12)는 상기 에너지 저장 시스템(100)의 인버터부(130)와 3상 전력 계통(11) 사이의 3상 배선에 연결되어, 3상 전력 계통(11)이 제공하는 3상 전력 중 단상 전압의 전력을 공급받아 사용할 수 있다. 상기 수용가 부하(12)는 예컨대, 일반 가정집이나 가게 등 전력을 소비하는 소비 주체를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템(100)은 상위 제어부(110), 인버터 제어부(120), 인버터부(130), 배터리(140), 3상 부하 전류 계측부(150)를 포함할 수 있다.
상기 상위 제어부(110)는 인버터 제어부(120), 인버터부(130), 배터리(140) 및 3상 부하 전류 계측부(150)로부터 각 구성들의 운용 상태와 관련한 정보를 수집할 수 있다. 예컨대, 상위 제어부(110)는 3상 전력 계통(11)으로부터 전력 공급과 관련한 정보를 수집할 수 있다. 상기 상위 제어부(110)는 3상 전력 계통(11)이 공급하는 전력에 대한 이력을 누적 저장하여, 전력이 지정된 값 이상으로 공급되는 시점과 지정된 값 이하로 공급되는 시점 등을 확인할 수 있다. 상기 상위 제어부(110)는 3상 전력 계통(11)에 의해 전력이 공급되는 시점이 지정된 기준 이하인 경우, 배터리(140) 충전을 위한 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 상위 제어부(110)는 야간에 배터리(140) 충전을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 상위 제어부(110)는 배터리(140)의 충전 상태 또는 방전 상태와 관련한 정보를 수집하고, 배터리(140) 충전 시기를 결정할 수 있다.
한편, 상위 제어부(110)는 3상 부하 전류 계측부(150)로부터 수용가 부하(12)에 공급되는 3개의 각 상들의 부하 정보를 수집할 수 있다. 상기 상위 제어부(110)는 특정 상의 부하 전류가 지정된 값 이상의 허용 전류를 초과하는지 확인할 수 있다. 상기 상위 제어부(110)는 특정 상의 부하 전류가 허용 전류를 넘어서는 경우 또는 넘을 것으로 예측되는 경우 불평형 전류 지령을 포함하는 3상 전류 지령을 인버터 제어부(120)에 전달할 수 있다.
상기 인버터 제어부(120)는 상위 제어부(110)로부터 3상 전류 지령을 수신하면, 수신된 3상 전류 지령에 따라 인버터부(130)의 출력이 형성되도록 인버터부(130)를 제어할 수 있다. 예컨대, 인버터 제어부(120)는 상위 제어부(110)로부터 불평형 전류 지령을 상위 제어부(110)로부터 수신하면, 수신된 불평형 전류 지령은 각 상별로 분할하고, 분할된 상별 전류 지령을 기반으로 인버터부(130)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 인버터부(130)는 상기 인버터 제어부(120)의 제어에 따라 배터리(140)를 충전하거나, 배터리(140)에 충전된 전류를 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다. 예컨대, 인버터부(130)는 배터리(140)의 충전량이 지정된 값 이하인 경우 상위 제어부(110) 및 인버터 제어부(120)의 제어에 대응하여 3상 전력 계통(11)에서 공급되는 전력을 전환하여 배터리(140)를 충전할 수 있다. 또한, 인버터부(130)는 수용가 부하(12)가 요구하는 전력량이 3상 전력 계통(11)에서 공급하는 전력량보다 많은 경우, 배터리(140)에 충전된 전력을 수용가 부하(12)에 공급할 수 있도록 교류 변환하여 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다. 특히, 상기 인버터부(130)는 인버터 제어부(120)의 불평형 전류 지령에 대응하는 제어 신호에 따라 전류를 생성하여 공급할 수 있다. 상기 인버터부(130)에 의해 생성된 불평형 전류에 따라 공급되는 전력 및 3상 전력 계통(11)이 공급하는 전력과, 수용가 부하(12)가 특정 단상으로 사용하는 전력 사용이 전체적으로 평형을 이루도록 처리되거나 불평형률이 저감되도록 처리될 수 있다. 예컨대, 상기 인버터부(130)는 상위 제어부(110) 및 인버터 제어부(120) 제어에 대응하여 특정 수용가 부하(12)가 사용하는 상에 편중된 부하를 줄이기 위한 전력을 생성하여 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다.
상기 배터리(140)는 인버터부(130)에 연결되고, 인버터부(130)가 전환한 전력을 저장할 수 있다. 예컨대, 3상 전력 계통(11)이 공급한 교류를 인버터부(130)가 직류로 변환하면, 상기 배터리(140)는 상기 인버터부(130)가 변환한 직류를 저장할 수 있다. 또한, 상기 배터리(140)는 상위 제어부(110) 또는 인버터 제어부(120) 제어에 대응하여 상기 인버터부(130)에 직류 전류를 공급할 수 있다.
상기 3상 부하 전류 계측부(150)는 상기 수용가 부하(12)의 전단에 배치되어, 상기 수용가 부하(12)에 공급되는 3상 부하를 계측할 수 있다. 상기 3상 부하 전류 계측부(150)는 수용가 부하(12)에 공급되는 3상 부하 전류의 변화 정보를 수집하고, 수집된 변화 정보를 상위 제어부(110)에 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부(120)는 지령 전류 성분 분할부(121) 및 인버터 계측 전류 성분 분할부(122), 영상분 전류 제어기(123), 정상분 전류 제어기(124), 역상분 전류 제어기(125), PWM 발생부(126)를 포함할 수 있다.
상기 지령 전류 성분 분할부(121)는 상위 제어부(110)로부터 3상 불평형 전류 지령을 수신할 수 있다. 상기 지령 전류 성분 분할부(121)는 전달된 3상 불평형 전류 지령을 영상분, 정상분, 역상분으로 분할하고, 분할된 각 정보를 대응되는 제어기에 전달할 수 있다. 예컨대, 지령 전류 성분 분할부(121)는 3상 불평형 전류 지령 중 영상분을 영상분 전류 제어기(123)에 전달하고, 3상 불평형 전류 지령 중 정상분을 정상분 전류 제어기(124)에 전달하고, 3상 불평형 전류 지령 중 역상분을 역상분 전류 제어기(125)에 전달할 수 있다.
상기 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)는 3상 인버터 전류 계측 값을 수집하고, 수집된 3상 인버터 전류 계측 값을 각 성분별로 분할한 후, 대응되는 제어기에 전달할 수 있다. 이와 관련하여, 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)는 인버터부(130)의 전류 성분 계측을 수행하여 인버터 전류 계측 값을 수집할 수 있다. 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)는 성분별 분할과 관련하여, 3상 인버터 전류 계측 값을 각각 영상분과 정상분 및 역상분으로 분할하고, 대응되는 영상분 전류 제어기(123), 정상분 전류 제어기(124) 및 역상분 전류 제어기(125)에 전달할 수 있다. 또는, 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)는 상위 제어부(110)로부터 3상 인버터 전류 계측 값을 수신할 수도 있다. 이 경우, 인버터부(130)의 전류 계측과 관련한 구성은 상위 제어부(110)와 연결되고, 해당 구성은 3상 인버터의 전류 계측값을 상위 제어부(110)에 전달할 수 있다.
상기 영상분 전류 제어기(123)는 지령 전류 성분 분할부(121)로부터 3상 불평형 전류 지령에 따른 영상분 값을 수신하고, 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)로부터 3상 인버터 전류 계측 값에 따른 영상분 값을 수신할 수 있다. 상기 영상분 전류 제어기(123)는 지령 전류 성분 분할부(121) 및 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)로부터 각각 수신된 영상분들의 합을 구하고, 합산된 값을 PWM 발생부(126)에 전달할 수 있다.
상기 정상분 전류 제어기(124)는 지령 전류 성분 분할부(121)로부터 3상 불평형 전류 지령에 따른 정상분 값을 수신하고, 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)로부터 3상 인버터 전류 계측 값에 따른 정상분 값을 수신할 수 있다. 상기 정상분 전류 제어기(124)는 지령 전류 성분 분할부(121) 및 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)로부터 각각 수신된 정상분들의 합을 구하고, 합산된 값을 PWM 발생부(126)에 전달할 수 있다.
상기 역상분 전류 제어기(125)는 지령 전류 성분 분할부(121)로부터 3상 불평형 전류 지령에 따른 역상분 값을 수신하고, 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)로부터 3상 인버터 전류 계측 값에 따른 역상분 값을 수신할 수 있다. 상기 역상분 전류 제어기(125)는 지령 전류 성분 분할부(121) 및 인버터 계측 전류 성분 분할부(122)로부터 각각 수신된 역상분들의 합을 구하고, 합산된 값을 PWM 발생부(126)에 전달할 수 있다.
상기 PWM 발생부(126)는 영상분 전류 제어기(123)로부터의 출력, 정상분 전류 제어기(124)로부터의 출력 및 역상분 전류 제어기(125)로부터의 출력에 따라 PWM 시그널을 생성할 수 있다. 상기 PWM 발생부(126)는 생성된 PWM 시그널을 인버터부(130)에 전달하여 인버터부(130)의 교류 생성을 제어할 수 있다. 특히, PWM 발생부(126)는 불평형 전류 지령에 따른 특정 상의 전류가 상대적으로 더 크게 형성된 불평형 교류 전류를 생성하도록 인버터부(130)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 제어부(120)의 다른 예는 u상 전류 제어기(127), v상 전류 제어기(128), w상 전류 제어기(129), PWM 발생부(126)를 포함할 수 있다.
상기 u상 전류 제어기(127)는 상위 제어부(110)로부터 u상 전류 지령을 수신하고, 인버터부(130)의 u상 전류 계측값을 수집할 수 있다. 상기 인버터부(130)의 u상 전류 계측 값 수신과 관련하여, 상기 u상 전류 제어기(127)는 인버터부(130)의 3상 전류 중 u상 전류 계측을 수행하거나 또는 상위 제어부(110)로부터 해당 u상 전류 계측값을 수신할 수 있다. 상기 u상 전류 제어기(127)는 u상 전류 지령 및 u상 전류 계측값을 합산하여 PWM 발생부(126)에 전달할 수 있다.
상기 v상 전류 제어기(128)는 상위 제어부(110)로부터 v상 전류 지령을 수신하고, 인버터부(130)의 v상 전류 계측값을 수집할 수 있다. 상기 인버터부(130)의 v상 전류 계측 값 수신과 관련하여, 상기 v상 전류 제어기(128)는 상기 u상 전류 제어기(127)와 유사하게 인버터부(130)의 3상 전류 중 v상 전류 계측을 수행하거나 또는 상위 제어부(110)로부터 해당 v상 전류 계측값을 수신할 수 있다. 상기 v상 전류 제어기(128)는 v상 전류 지령 및 v상 전류 계측값을 합산하여 PWM 발생부(126)에 전달할 수 있다.
상기 w상 전류 제어기(129)는 상위 제어부(110)로부터 w상 전류 지령 및 w상 전류 계측값을 수신할 수 있다. 또는, w상 전류 제어기(129)는 인버터부(130)의 w상 전류 계측을 직접 수행하고 그에 따른 w상 전류 계측값을 수집할 수도 있다. 상기 w상 전류 제어기(129)는 w상 전류 지령 및 w상 전류 계측값을 합산하여 PWM 발생부(126)에 전달할 수 있다.
상기 PWM 발생부(126)는 u상 전류 제어기(127), v상 전류 제어기(128) 및 w상 전류 제어기(129)로부터 각각 u상 전류 합산 값, v상 전류 합산 값, w상 전류 합산 값을 수신하고, 수신된 값들에 따른 PWM 신호를 생성하고, 이를 인버터부(130)에 공급할 수 있다. 상기 인버터부(130)는 PWM 발생부(126)가 공급하는 PWM 신호에 따른 교류 전류를 생성하여 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다. 이때, PWM 발생부(126)는 불평형 전류 지령에 따른 특정 상과 나머지 상이 불평형된 교류 전류를 생성하여 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 운용 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 에너지 저장 시스템 운용 방법과 관련하여, 에너지 저장 시스템(100)은 401 단계에서 수용가 부하(12)에 공급된 3상 부하 전류를 계측할 수 있다.
403 단계에서, 상기 에너지 저장 시스템(100)은 상기 계측된 3상 부하 전류 중 특정 상의 부하 전류가 기준 값(예: 해당 상의 부하 허용 전류 값 또는 허용 전류보다 지정된 크기만큼 작은 값)이상 인지 확인할 수 있다.
상기 수용가 부하(12)에 공급되는 부하 전류 중 특정 상의 부하 전류가 기준 값보다 크지 않으면, 405 단계에서, 상기 에너지 저장 시스템(100)은 기 설정된 스케줄에 따른 배터리(140)에 제어를 수행할 수 있다.
상기 수용가 부하(12)에 공급되는 부하 전류 중 특정 상의 부하 전류가 기준 값보다 크면, 407 단계에서, 에너지 저장 시스템(100)은 3상 불평형 전류 지령을 생성하고, 상기 3상 불평형 전류 지령에 따른 불평형 교류 전류를 생성하여 수용가 부하(12)에 공급하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 에너지 저장 시스템(100)은 수용가 부하(12)가 지정된 크기 이상인 상의 부하 전류를 다른 상에 비하여 보다 크게 형성한 불평형 전류를 생성하고, 해당 불평형 전류를 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다. 또는, 상기 에너지 저장 시스템(100)은 수용가 부하(12)의 과부하 전류를 낮출 수 있는 불평형 전류를 생성하여 수용가 부하(12)에 공급할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10: 전력 운용 환경
11: 3상 전력 계통
12: 수용가 부하
100: 에너지 저장 시스템
110: 상위 제어부
120: 배터리인버터 제어부
130: 인버터부
140: 배터리
150: 3상 부하 전류 계측부
121: 지령 전류 성분 분할부
122: 인버터 계측 전류 성분 분할부
123: 영상분 전류 제어기
124: 정상분 전류 제어기
125: 역상분 전류 제어기
126: PWM 발생부
127: u상 전류 제어기
128: v상 전류 제어기
129: w상 전류 제어기

Claims (8)

  1. 3상 전력 계통으로부터 공급된 전력을 저장하는 배터리;
    상기 3상 전력 계통으로부터 공급된 전력을 소비하는 수용가 부하의 부하 전류를 계측하는 3상 부하 전류 계측부;
    상기 3상 전력 계통이 공급하는 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리에 충전된 전력을 교류로 변환하여 상기 수용가 부하에 공급하는 인버터부;
    상기 인버터부를 제어하여 특정 상의 전류가 다른 상의 전류와 다른 불평형 전류를 생성하도록 제어하는 인버터 제어부;
    상기 인버터 제어부를 제어하는 상위 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어부는
    상기 3상 부하 전류 계측부로부터 전달된 3상 부하 전류 계측값을 확인하여 상기 수용자 부하의 특정 상에 대한 불평형 전류 공급 상태를 확인하고, 상기 불평형 전류 공급 상태에 대응하여 3상 불평형 전류 지령을 생성하여 상기 인버터 제어부에 전달하도록 설정된 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는
    상기 수용가 부하의 불평형 전류 공급이 이루어지는 상의 과부하 전류를 낮추도록 상기 3상 불평형 전류 지령에 따라 불평형 교류 전류를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는
    상기 수용가 부하의 불평형 전류 공급이 이루어지는 상의 전류가 더 큰 불평형 교류 전류를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는
    상기 상위 제어부로부터 전달된 3상 불평형 전류 지령을 수신하고 수신된 상기 3상 불평형 전류 지령을 영상분, 정상분, 역상분으로 분할하는 지령 전류 성분 분할부;
    상기 상위 제어부로부터 전달된 3상 인버터 전류 계측값을 수신하고 수신된 상기 3상 인버터 전류 계측값을 영상분, 정상분, 역상분으로 분할하는 인버터 계측 전류 성분 분할부;
    상기 지령 전류 성분 분할부로부터의 영상분 및 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부로부터의 영상분의 합산 결과를 산출하는 영상분 전류 제어기;
    상기 지령 전류 성분 분할부로부터의 정상분 및 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부로부터의 정상분의 합산 결과를 산출하는 정상분 전류 제어기;
    상기 지령 전류 성분 분할부로부터의 역상분 및 상기 인버터 계측 전류 성분 분할부로부터의 역상분의 합산 결과를 산출하는 역상분 전류 제어기;
    상기 영상분 전류 제어기의 출력, 상기 정상분 전류 제어기의 출력 및 상기 역상분 전류 제어기의 출력을 기반으로 PWM 신호를 생성하여 인버터부에 공급하는 PWM 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는
    상기 상위 제어부로부터 전달된 u상 전류 지령 및 u상 전류 계측값을 수신하여 합산하는 u상 전류 제어기;
    상기 상위 제어부로부터 전달된 v상 전류 지령 및 v상 전류 계측값을 수신하여 합산하는 v상 전류 제어기;
    상기 상위 제어부로부터 전달된 w상 전류 지령 및 w상 전류 계측값을 수신하여 합산하는 w상 전류 제어기;
    상기 u상 전류 제어기의 출력, 상기 v상 전류 제어기의 출력 및 상기 w상 전류 제어기의 출력을 기반으로 PWM 신호를 생성하여 인버터부에 공급하는 PWM 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템.
  7. 수용가 부하의 부하 전류를 계측하는 단계;
    상기 수용가 부하의 특정 상의 부하 전류가 기준 값보다 큰지 확인하고, 상기 특정 상의 부하 전류가 기준 값보다 큰 경우, 배터리에 연결된 인버터부를 제어하여 특정 상의 전류가 다른 상의 전류와 다른 불평형 전류를 생성하도록 제어하는 단계;
    상기 불평형 전류를 상기 수용가 부하에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 운용 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 수용가 부하의 불평형 전류 공급이 이루어지는 상의 과부하 전류를 낮추도록 상위 제어부로부터 전달되는 3상 불평형 전류 지령에 따라 특정 상의 전류가 다른 전류보다 큰 불평형 교류 전류를 생성하도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 운용 방법.
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