KR20210096488A - Grid-connected energy storage system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3상 전력 스위칭 소자를 통해 계통 연계 동작 시, 어느 두 상의 전력 스위칭 소자를 인터리브드 방식으로 제어하여 시스템 내 리플 성분을 감소시키는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage system that reduces a ripple component in a system by controlling a power switching element of any two phases in an interleaved manner during a grid-connected operation through a three-phase power switching element.
에너지 저장 시스템은 계통으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 계통 및/또는 부하에 공급하는 장치이다. 예컨대, 에너지 저장 시스템은 직류 발전 장치 또는 배터리에 저장된 전력을 가감함으로써 일정한 전력을 계통 및/또는 부하에 출력하기 위해 운용된다.An energy storage system is a device that stores power supplied from a grid or supplies the stored power to a grid and/or a load. For example, the energy storage system is operated to output constant power to a system and/or a load by adding or subtracting power stored in a DC generator or a battery.
이를 위해, 기본적으로 에너지 저장 시스템은 직류 전압원, 계통, 부하, 이들 사이에서 이동하는 전력을 변환하는 전력 변환부 및 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함한다.To this end, basically, the energy storage system includes a DC voltage source, a grid, a load, a power converter for converting electric power moving between them, and a controller for controlling the power converter.
이하에서는 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 종래 에너지 저장 시스템의 구조와 이에 따른 문제점을 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure of the conventional energy storage system and its problems will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
도 1은 종래 계통 연계형 에너지 저장 시스템을 도시한 회로도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 에너지 저장 시스템의 계통 연계 동작을 설명하기 위한 파형도이다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional grid-connected energy storage system, and FIGS. 2A and 2B are waveform diagrams for explaining a grid-connected operation of the energy storage system illustrated in FIG. 1 .
도 1을 참조하면, 종래 에너지 저장 시스템(10)은 직류 전압원(미도시)과 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 저장하는 DC 링크 커패시터(CDC), 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3'), 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')의 각 출력단(L1, L2, N)에 연결된 계통(VAC)과 부하(Load; Load 1, Load 2) 및 각 출력단(L1, L2, N)과 계통(VAC)을 선택적으로 연결하는 차단 스위치(S)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the conventional
계통(VAC)에 이상이 발생하면 차단 스위치(S)가 개방되고 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')는 직류 전압(VDC)을 변환하여 각 부하에 제공한다. 반면에, 계통(VAC)이 정상 상태이면 차단 스위치(S)가 닫히고 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')는 직류 전압(VDC)을 변환하여 계통(VAC) 및/또는 각 부하에 제공하거나 계통(VAC)에서 출력되는 교류 전압을 변환하여 직류 전압원에 제공한다.When an abnormality occurs in the grid (V AC ), the cut-off switch (S) is opened and the three-phase power switching elements (S1, S1', S2, S2', S3, S3') convert the DC voltage (V DC ) to each provided to the load. On the other hand, when the grid ( VAC ) is in a normal state, the cut-off switch (S) is closed and the three-phase power switching elements (S1, S1', S2, S2', S3, S3') convert the DC voltage (V DC ) to It is provided to the grid (V AC ) and/or each load, or the AC voltage output from the grid (VAC ) is converted and provided to a DC voltage source.
다만 도 2a를 참조하면, 정상 상태인 계통(VAC)과 연계 동작할 때 종래 에너지 저장 시스템(10)은, 계통(VAC) 및/또는 부하에 전력을 공급하기 위해 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3') 중에서 어느 한 래그에 연결된 한 쌍의 전력 스위칭 소자를 동작시키지 않는다. 보다 구체적으로, 에너지 저장 시스템(10)은 중성단(N)에 연결된 래그에 구비된 한 쌍의 전력 스위칭 소자(S2, S2')를 동작시키지 않는다.However, referring to Figure 2a, the conventional
이에 따라, 도 2b를 참조하면 중성단(N)에서는 교류 전류(i2)가 출력되지 않고 어느 한 활성단(N1)에서만 교류 전류(i1)가 출력되는데, 활성단(N1)에서 출력되는 교류 전류(i1)에는 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')의 전력 변환 동작에 따른 리플(ripplie) 성분이 포함될 수 있다. 또한, DC 링크 커패시터(CDC)에서 출력되는 전류(icap)에도 역시 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')의 전력 변환 동작에 따른 리플 성분이 포함될 수 있다.Accordingly, referring to FIG. 2B , the AC current i2 is not output from the neutral terminal N and the AC current i1 is output only from one active terminal N1, and the AC current output from the active terminal N1 is outputted. (i1) may include a ripple component according to the power conversion operation of the three-phase power switching elements (S1, S1', S2, S2', S3, S3'). In addition, the current icap output from the DC link capacitor C DC may also include a ripple component according to the power conversion operation of the three-phase power switching elements S1, S1', S2, S2', S3, S3'. there is.
이러한 리플 성분은 계통 및 계통에 연결된 부하에 악영향을 미치게 되고 고조파 왜율(Total Harmonic Distortion; THD)을 증가시켜 시스템 전체 안정성을 낮추는 원인이 된다.This ripple component adversely affects the system and the load connected to the system and increases the Total Harmonic Distortion (THD), which lowers the overall system stability.
이에 따라, 리플 성분을 저감하기 위한 방법이 요구되며, 특히 종래 계통 연계 동작 시 사용되지 않던 한 쌍의 전력 스위칭 소자를 이용하여 리플 성분을 저감시킬 수 있는 방법의 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a method for reducing the ripple component, and in particular, a method for reducing the ripple component using a pair of power switching elements not used in the conventional grid-connected operation is required.
본 발명은 3상 전력 스위칭 소자를 통해 계통 연계 동작 시, 어느 두 상의 전력 스위칭 소자를 인터리브드 방식으로 제어하여 시스템 내 리플 성분을 감소시키는 계통 연계형 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a grid-connected energy storage system that reduces a ripple component in the system by controlling the power switching elements of any two phases in an interleaved manner during a grid-connected operation through a three-phase power switching element.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명은 계통 연계 동작 시 3상 출력단 중 어느 두 상의 출력단을 연결하고, 상기 두 상의 출력단에 연결된 두 쌍의 전력 스위칭 소자가 인터리브드 컨버터(interleaved converter)로 동작하도록 함으로써, 시스템 내 리플 성분을 감소시킬 수 있다.The present invention reduces the ripple component in the system by connecting the output terminals of any two phases of the three-phase output terminals during the grid-connected operation and allowing two pairs of power switching elements connected to the output terminals of the two phases to operate as an interleaved converter can do it
본 발명은 3상 전력 스위칭 소자를 통해 계통 연계 동작 시, 어느 두 상의 전력 스위칭 소자를 인터리브드 방식으로 제어하여 시스템 내 리플 성분을 감소시킴으로써 시스템 내 고조파 왜율을 낮출 수 있고 이에 따라 시스템 안정성을 향상시킬 수 있다.The present invention can lower the harmonic distortion in the system by reducing the ripple component in the system by controlling the power switching elements of any two phases in an interleaved manner during grid-connected operation through the three-phase power switching element, and thus the system stability can be improved. can
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.
도 1은 종래 계통 연계형 에너지 저장 시스템을 도시한 회로도.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 에너지 저장 시스템의 계통 연계 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 3은 본 발명의 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 일 예시를 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 다른 예시를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 에너지 저장 시스템의 계통 연계 동작 시 인터리브드(interleaved) 방식으로 제어되는 전력 스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 파형도.
도 6은 도 5에 나타낸 A를 확대 도시한 파형도를 예시적으로 각각 도시한 도면.
도 7은 전력 스위칭 소자가 인터리브드 방식으로 동작할 때 줄어든 리플 성분을 설명하기 위한 도면.1 is a circuit diagram showing a conventional grid-connected energy storage system.
2A and 2B are waveform diagrams for explaining a grid-connected operation of the energy storage system shown in FIG. 1;
3 is a circuit diagram illustrating an example of a grid-connected energy storage system of the present invention.
4 is a circuit diagram showing another example of the grid-connected energy storage system of the present invention.
5 is a waveform diagram illustrating an operation state of a power switching device controlled in an interleaved manner during a grid-connected operation of the energy storage system of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an enlarged waveform diagram of A shown in FIG. 5 by way of example;
7 is a view for explaining a reduced ripple component when the power switching element operates in an interleaved manner.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.In this specification, the first, second, etc. are used to describe various components, but these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from other components, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, in the present specification, when it is described that a certain element is "connected", "coupled" or "connected" to another element, the elements may be directly connected or connected to each other, but there is another element between each element. It should be understood that elements may be “interposed,” or that each element may be “connected,” “coupled,” or “connected to,” through another element.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps.
또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다In addition, in the present specification, when "A and / or B" is said, it means A, B or A and B unless otherwise stated, and when said "C to D", it is Unless otherwise specified, it means C or more and D or less
본 발명은 3상 전력 스위칭 소자를 통해 계통 연계 동작 시, 어느 두 상의 전력 스위칭 소자를 인터리브드 방식으로 제어하여 시스템 내 리플 성분을 감소시키는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage system that reduces a ripple component in a system by controlling a power switching element of any two phases in an interleaved manner during a grid-connected operation through a three-phase power switching element.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 에너지 저장 시스템(이하, 에너지 저장 시스템)을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a grid-connected energy storage system (hereinafter referred to as an energy storage system) according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 일 예시를 도시한 회로도이고, 도 4는 본 발명의 계통 연계형 에너지 저장 시스템의 다른 예시를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating an example of the grid-connected energy storage system of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram illustrating another example of the grid-connected energy storage system of the present invention.
도 5는 본 발명의 에너지 저장 시스템의 계통 연계 동작 시 인터리브드(interleaved) 방식으로 제어되는 전력 스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating an operation state of a power switching device controlled in an interleaved manner during a grid-connected operation of the energy storage system of the present invention.
도 6은 도 5에 나타낸 A를 확대 도시한 파형도를 예시적으로 각각 도시한 도면이다. 또한, 도 7은 전력 스위칭 소자가 인터리브드 방식으로 동작할 때 줄어든 리플 성분을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an enlarged waveform diagram of A shown in FIG. 5 by way of example. In addition, FIG. 7 is a view for explaining a reduced ripple component when the power switching device operates in an interleaved manner.
본 발명의 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS, 100)은 계통(VAC)으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 계통(VAC) 및/또는 부하에 공급하는 장치이다. 예컨대, 에너지 저장 시스템(100)은 직류 발전 장치 또는 배터리에 저장된 전력을 가감함으로써 일정한 전력을 계통(VAC) 및/또는 부하에 출력하기 위해 운용될 수 있다.An energy storage system (ESS, 100) of the present invention is a device that stores power supplied from a system (VAC ) or supplies the stored power to a system ( VAC ) and/or a load. For example, the energy storage system 100 may be operated to output constant power to the grid (V AC ) and/or a load by adding or subtracting power stored in a DC power generator or a battery.
이를 위해, 에너지 저장 시스템(100)은 직류 전압원(미도시), 계통(VAC), 부하(Load), 이들 사이에서 이동하는 전력을 변환하는 전력 변환부 및 전력 변환부를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하는 시스템일 수 있다.To this end, the
도 3을 참조하면 계통(VAC)은 3상 출력단을 통해 3상 교류 전압을 출력할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 3상을 세 개의 상으로 분리 설명할 때에는 이를 제1 내지 제3와 같은 서수로 표현하도록 한다. 예컨대, 3상 출력단에는 제1 내지 제3 출력단이 포함되는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.Referring to FIG. 3 , the grid V AC may output a three-phase AC voltage through a three-phase output terminal. Hereinafter, when three phases are divided into three phases for convenience of description, they are expressed as ordinal numbers such as 1st to 3rd. For example, it is assumed that the first to third output terminals are included in the three-phase output terminal.
부하는 3상 출력단에 병렬로 연결되어 3상 출력단에 인가되는 3상 교류 전압을 제공받을 수 있다. 부하는 교류 전압을 인가받아 동작하는 부하로서, 예컨대, 유도 전동기일 수 있다.The load may be connected in parallel to the three-phase output terminal to receive a three-phase AC voltage applied to the three-phase output terminal. The load is a load operated by being applied with an AC voltage, and may be, for example, an induction motor.
부하는 3상 출력단에 인가되는 선간 전압을 인가받아 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 계통(VAC)은 제1 내지 제3 출력단을 통해 교류 전압을 출력할 수 있는데, 제1 내지 제3 출력단 중 어느 두 출력단은 활성단(live terminal)(L1, L2)이고, 다른 한 출력단은 중성단(neutral terminal)(N)일 수 있다. 이 때, 부하는 각 활성단(L1, L2)과 중성단(N) 사이의 선간 전압을 인가받아 동작할 수 있다. The load can be operated by receiving the line voltage applied to the three-phase output terminal. More specifically, the grid ( VAC ) may output an AC voltage through the first to third output terminals, any two output terminals of the first to third output terminals are live terminals (L1, L2), The other output terminal may be a neutral terminal (N). At this time, the load may operate by being applied with an inter-line voltage between each of the active terminals L1 and L2 and the neutral terminal N.
각 활성단(L1, L2)과 중성단(N) 사이의 선간 전압의 크기는 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 보다 구체적으로, 3상 출력단에 연결된 계통(VAC)이 단일의 교류 전압원으로 구현된 경우 각 활성단(L1, L2)과 중성단(N) 사이의 선간 전압의 크기는 동일할 수 있다. 이와 달리, 3상 출력단에 연결된 계통(VAC)이 복수의 교류 전압원으로 구현된 경우 각 활성단(L1, L2)과 중성단(N) 사이의 선간 전압의 크기는 다를 수 있다.The magnitude of the line-to-line voltage between each of the active terminals L1 and L2 and the neutral terminal N may be the same or different from each other. More specifically, when the grid (VAC ) connected to the three-phase output terminal is implemented as a single AC voltage source, the magnitude of the line-to-line voltage between each active terminal (L1, L2) and the neutral terminal (N) may be the same. On the other hand, when the grid ( VAC ) connected to the three-phase output terminal is implemented with a plurality of AC voltage sources, the magnitude of the line voltage between each of the active terminals (L1, L2) and the neutral terminal (N) may be different.
도 3을 예로 들어 설명하면, 계통(VAC)은 3상 출력단 중 제1 활성단(L1)과 중성단(N) 사이에 연결되어 제1 교류 전압을 출력하는 제1 교류 전압원(Vac1)과, 3상 출력단 중 제2 활성단(L2)과 중성단(N) 사이에 연결되어 제2 교류 전압을 출력하는 제2 교류 전압원(Vac2)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 교류 전압원(Vac1)과 제2 교류 전압원(Vac2)은 독립적으로 전압을 공급하므로, 제1 교류 전압의 크기와 제2 교류 전압의 크기는 다를 수 있다.Referring to FIG. 3 as an example, the system ( VAC ) is connected between the first active terminal (L1) and the neutral terminal (N) of the three-phase output terminal, the first AC voltage source (Vac1) outputting the first AC voltage and , a second AC voltage source Vac2 connected between the second active terminal L2 and the neutral terminal N among the three-phase output terminals to output a second AC voltage. At this time, since the first AC voltage source Vac1 and the second AC voltage source Vac2 independently supply voltage, the magnitude of the first AC voltage and the magnitude of the second AC voltage may be different.
이러한 구조에서 부하는 제1 활성단(L1)과 중성단(N) 사이에 인가되는 제1 교류 전압의 크기에 따라 동작할 수 있고, 제2 활성단(L2)과 중성단(N) 사이에 인가되는 제2 교류 전압의 크기에 따라 동작할 수도 있다. 뿐만 아니라, 부하는 제1 활성단(L1)과 제2 활성단(L2) 사이에 인가되는 제1 교류 전압의 크기와 제2 교류 전압의 크기의 합에 따라 동작할 수 있다.In this structure, the load may operate according to the magnitude of the first AC voltage applied between the first active terminal (L1) and the neutral terminal (N), and between the second active terminal (L2) and the neutral terminal (N). It may operate according to the magnitude of the applied second AC voltage. In addition, the load may operate according to the sum of the magnitude of the first AC voltage applied between the first active terminal L1 and the second active terminal L2 and the magnitude of the second AC voltage.
예를 들어, 제1 및 제2 교류 전압원(Vac1, Vac2)이 각각 120[V]을 출력하는 경우, 부하는 120[V]를 공급받아 동작할 수도 있고, 240[V]를 공급받아 동작할 수도 있다.For example, when the first and second AC voltage sources Vac1 and Vac2 each output 120 [V], the load may operate by receiving 120 [V], or by receiving 240 [V] to operate. may be
한편, 부하에 공급되는 전압의 크기는 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 보다 구체적으로, 3상 출력단에 단일의 부하가 연결된 경우 부하에 공급되는 교류 전압의 크기는 동일할 수 있다. 이와 달리, 3상 출력단에 복수의 부하가 연결된 경우 각 부하에 공급되는 교류 전압의 크기는 다를 수 있다.Meanwhile, the magnitude of the voltage supplied to the load may be the same or different from each other. More specifically, when a single load is connected to the three-phase output terminal, the magnitude of the AC voltage supplied to the load may be the same. On the other hand, when a plurality of loads are connected to the three-phase output terminal, the magnitude of the AC voltage supplied to each load may be different.
도 3을 예로 들어 설명하면, 부하는 제1 활성단(L1)과 중성단(N) 사이에 연결되어 제1 교류 전압을 제공받는 제1 부하(Load 1)와, 제2 활성단(L2)과 중성단(N) 사이에 연결되어 제2 교류 전압을 제공받는 제2 부하(Load 2)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1 교류 전압와 제2 교류 전압의 크기는 다를 수 있으므로, 각 부하(Load 1, Load 2)에 제공되는 교류 전압의 크기 역시 다를 수 있다.Referring to FIG. 3 as an example, the load is connected between the first active terminal L1 and the neutral terminal N to receive the first AC voltage, the first load (Load 1), and the second active terminal (L2) and a second load (Load 2) connected between the neutral terminal (N) and receiving the second AC voltage. As described above, since the magnitudes of the first AC voltage and the second AC voltage may be different, the magnitudes of the AC voltages provided to each of the
예를 들어, 부하는 각각 120[V]로 동작하는 제1 및 제2 부하(Load 1, Load 2)를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 부하(Load 1, Load 2)는 제1 활성단(L1)과 중성단(N) 사이, 제2 활성단(L2)과 중성단(N) 사이에 출력되는 120[V]를 각각 공급받아 동작할 수 있다. 이와 달리, 부하는 240[V]로 동작하는 하나의 부하로 구현될 수도 있는데, 이 때 해당 부하는 제1 활성단(L1)과 제2 활성단(L2) 사이에 출력되는 240[V]를 공급받아 동작할 수 있다.For example, the loads may include first and second loads (
다시 도 3을 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 전력 변환부로서 3상 전력 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')를 포함할 수 있다. 3상 전력 스위칭 소자는 직류 전압원과 연결되어 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환할 수 있다. Referring back to FIG. 3 , the
보다 구체적으로, 3상 전력 스위칭 소자는 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 출력단으로 출력하거나 계통(VAC)으로부터 출력되는 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류 전압원에 제공할 수 있다.More specifically, the three-phase power switching device converts a DC voltage (V DC ) output from a DC voltage source into a three-phase AC voltage and outputs it to a three-phase output terminal or converts a three-phase AC voltage output from a grid (V AC ) to a DC voltage can be converted to a DC voltage source.
직류 전압원은 충방전이 가능한 배터리일 수도 있고, 직류 전압(VDC)을 생산하는 신재생에너지원(예컨대, 태양광 발전 모듈)일 수도 있다. 3상 전력 스위칭 소자는 직류 전압원의 출력단에 연결되어 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환할 수 있다.The DC voltage source may be a battery capable of charging and discharging, or may be a renewable energy source (eg, a solar power module) that produces a DC voltage (V DC ). The three-phase power switching device may be connected to an output terminal of the DC voltage source to convert a DC voltage (V DC ) output from the DC voltage source into an AC voltage.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 직류 전압원은 DC 링크 커패시터(CDC)를 통해 일정한 크기의 직류 전압(VDC)을 출력할 수 있다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(CDC)는 직류 전압원의 출력단에 병렬로 연결되어 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 일정한 크기로 저장할 수 있다. 이 때, 3상 전력 스위칭 소자는 DC 링크 커패시터(CDC)에 저장된 직류 전압(VDC)을 3상 교류 전압으로 변환할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 3 , the DC voltage source may output a DC voltage V DC of a certain magnitude through the DC link capacitor C DC . Specifically, the DC link capacitor C DC may be connected in parallel to the output terminal of the DC voltage source to store the DC voltage V DC output from the DC voltage source in a predetermined size. At this time, the three-phase power switching device may convert the DC voltage (V DC) is stored in the DC link capacitor (C DC) to a three-phase AC voltage.
3상 전력 스위칭 소자는 전력 변환을 위해, 제1 내지 제3 래그(leg1, leg2, leg3) 각각에 한 쌍으로 구비된 상암 및 하암 스위칭 소자를 포함할 수 있다.The three-phase power switching device may include an upper arm and a lower arm switching device provided as a pair in each of the first to third legs leg1, leg2, and leg3 for power conversion.
도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 3상 전력 스위칭 소자는 제1 래그에 한 쌍으로 구비된 제1 상암 스위칭 소자(S1) 및 제1 하암 스위칭 소자(S1')를 포함할 수 있다. 또한, 3상 전력 스위칭 소자는 제2 래그에 한 쌍으로 구비된 제2 상암 스위칭 소자(S2) 및 제2 하암 스위칭 소자(S2')를 포함할 수 있다. 또한, 3상 전력 스위칭 소자는 제3 래그에 한 쌍으로 구비된 제3 상암 스위칭 소자(S3) 및 제3 하암 스위칭 소자(S3')를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the three-phase power switching device may include a first upper arm switching device S1 and a first lower arm switching device S1′ provided as a pair on the first lag. In addition, the three-phase power switching device may include a second upper arm switching device S2 and a second lower arm switching device S2′ provided as a pair on the second lag. In addition, the three-phase power switching element may include a third upper-arm switching element S3 and a third lower-arm switching element S3' provided as a pair on the third lag.
이러한 스위칭 소자들은 제어부에서 제공되는 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되는 소자로 구현될 수 있으며, 예컨대, MOSFET(Metal Oxide Semiconducter FET), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구현될 수 있다.These switching devices may be implemented as devices that are turned on or off according to a control signal provided by a control unit, for example, a metal oxide semiconductor FET (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or the like.
제1 상암 및 제1 하암 스위칭 소자(S1, S1')는 제1 출력단을 통해 연결될 수 있고, 제2 상암 및 제2 하암 스위칭 소자(S2, S2')는 제2 출력단을 통해 연결될 수 있으며, 제3 상암 및 제3 하암 스위칭 소자(S3, S3')는 제3 출력단을 통해 연결될 수 있다.The first upper-arm and first lower-arm switching elements S1, S1' may be connected through a first output terminal, and the second upper-arm and second lower-arm switching elements S2, S2' may be connected through a second output terminal, The third upper-arm and third lower-arm switching elements S3 and S3' may be connected through a third output terminal.
이에 따라, 각 래그에 구비된 상암 및 하암 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')는 DC 링크 커패시터(CDC)에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 단속함으로써 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환할 수 있고, 변환된 교류 전압을 각 출력단을 통해 출력할 수 있다.Accordingly, the upper-arm and lower-arm switching elements S1, S1', S2, S2', S3, and S3' provided in each lag control the DC voltage (V DC ) output from the DC link capacitor (C DC ). The voltage V DC may be converted into an AC voltage, and the converted AC voltage may be output through each output terminal.
계통(VAC)에서 교류 전압이 정상적으로 공급될 때(이하, 계통 정상 상태), 3상 전력 스위칭 소자는 직류 전압(VDC)을 3상 교류 전압으로 변환하여 3상 출력단에 출력할 수 있다. 3상 출력단에 출력된 3상 교류 전압은 계통(VAC)으로 공급될 수도 있고, 부하로 공급될 수도 있다.When the AC voltage is normally supplied from the grid (V AC ) (hereinafter, the grid steady state), the three-phase power switching element may convert the DC voltage (V DC ) into a three-phase AC voltage and output it to the three-phase output terminal. The three-phase AC voltage output to the three-phase output terminal may be supplied to the grid (VAC ) or may be supplied to a load.
이러한 과정을 통해 직류 전압원에 저장된 전력은 감소할 수 있다. 예컨대, 직류 전압원이 배터리인 경우 배터리는 전술한 과정을 통해 방전될 수 있고, 직류 전압원이 신재생 에너지원인 경우 신재생 에너지원에서 발전된 전력은 전술한 과정을 통해 계통(VAC)으로 공급될 수 있다.Through this process, the power stored in the DC voltage source may be reduced. For example, if the DC voltage source is a battery, the battery may be discharged through the above-described process, and if the DC voltage source is a renewable energy source, power generated from the renewable energy source may be supplied to the grid (VAC) through the above-described process. there is.
이와 반대로 3상 전력 스위칭 소자는 계통(VAC)에서 출력되는 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류 전압원에 제공할 수도 있다. 다시 말해, 3상 전력 스위칭 소자는 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환하는 동작을 역으로 수행하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있고, 변환된 직류 전압을 직류 전압원에 제공할 수 있다.Conversely, the three-phase power switching device may convert the three-phase AC voltage output from the grid (VAC ) into a DC voltage and provide it to the DC voltage source. In other words, the three-phase power switching device may convert the AC voltage into a DC voltage by inversely converting the DC voltage (V DC ) into an AC voltage, and may provide the converted DC voltage to a DC voltage source. .
이러한 과정을 통해 직류 전압원에 저장된 전력은 증가할 수 있다. 예컨대, 직류 전압원이 배터리인 경우 배터리는 전술한 과정을 통해 충전될 수 있다.Through this process, the power stored in the DC voltage source may be increased. For example, when the DC voltage source is a battery, the battery may be charged through the above-described process.
앞서 설명한 3상 전력 스위칭 소자의 전력 변환 동작에 따라 시스템 내부, 특히 출력단에 인가되는 교류 전압에는 리플(ripple) 성분이 발생할 수 있다. 이러한 리플 성분은 계통(VAC) 및 계통(VAC)에 연결된 부하에 악영향을 미치게 되므로, 본 발명은 리플 성분의 저감을 위해 출력단에 연결된 출력단 인덕터(L1, L2)를 포함할 수 있다.According to the power conversion operation of the three-phase power switching device described above, a ripple component may occur in the AC voltage applied to the inside of the system, particularly, the output terminal. This ripple component is therefore adversely affected to a load connected to the grid (V AC) and the grid (V AC), the present invention can include output inductors (L1, L2) connected to the output stage for the reduction of the ripple component.
다시 도 3을 참조하면, 3상 출력단 중 적어도 두 출력단에는 출력단 인덕터(L1, L2)가 구비될 수 있다. 예컨대, 출력단 인덕터(L1, L2)는 제1 활성단(L1)과 중성단(N)에 구비될 수 있다. 제2 활성단(L2)에 인가되는 교류 전압은 제1 활성단(L1) 및 중성단(N)에 인가되는 교류 전압에 의해 결정되므로, 소자 비용 절감을 위해 제2 활성단(L2)에는 출력단 인덕터(L1, L2)가 구비하지 않을 수 있다.Referring back to FIG. 3 , output terminal inductors L1 and L2 may be provided at at least two output terminals among the three-phase output terminals. For example, the output terminal inductors L1 and L2 may be provided at the first active terminal L1 and the neutral terminal N. Since the AC voltage applied to the second active terminal L2 is determined by the AC voltage applied to the first active terminal L1 and the neutral terminal N, the output terminal is connected to the second active terminal L2 in order to reduce device cost. The inductors L1 and L2 may not be provided.
두 출력단에 구비된 출력단 인덕터(L1, L2)에 의해 3상 교류 전압은 안정화될 수 있고, 이에 따른 파형 개선으로 인해 리플 성분이 일부 저감될 수 있다.The three-phase AC voltage may be stabilized by the output terminal inductors L1 and L2 provided at the two output terminals, and the ripple component may be partially reduced due to the improvement of the waveform.
한편, 정전, 서지 전압 발생 등과 같은 요인으로 인해 계통(VAC)에서 교류 전압이 비정상적으로 공급될 때(이하, 계통 이상 상태), 에너지 저장 시스템(100)이 계통(VAC)과 연결을 지속하는 경우, 시스템 내 장애가 발생할 수 있다. On the other hand, when the AC voltage is abnormally supplied from the grid (VAC ) due to factors such as power failure, surge voltage generation, etc. (hereinafter, grid abnormal state), the
이를 방지하기 위해, 3상 출력단 중 적어도 두 출력단에는 계통(VAC)과의 연결을 차단하는 차단 스위치(S)가 구비될 수 있다.In order to prevent this, at least two of the three-phase output terminals may be provided with a cut-off switch (S) for cutting off the connection with the grid (VAC).
도 3을 예로 들어 설명하면, 차단 스위치(S)는 제1 활성단(L1)과 제2 활성단(L2)에 구비될 수 있다. 각 활성단(L1, L2)에 구비된 차단 스위치(S)가 개방되면 제1 활성단(L1)과 제2 활성단(L2)에는 전류가 흐르지 않게 되며 3상 전력 스위칭 소자와 계통(VAC)을 연결하는 회로는 개회로가 되므로 중성단(N)에도 전류가 흐르지 않게 된다.Referring to FIG. 3 as an example, the cut-off switch S may be provided at the first active end L1 and the second active end L2. When the cut-off switch S provided in each of the active terminals L1 and L2 is opened, no current flows in the first active terminal L1 and the second active terminal L2, and the three-phase power switching element and the grid (V AC) ) is an open circuit, so no current flows through the neutral terminal (N).
이러한 차단 스위치(S)는 제어부에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 제어부는 계통(VAC)의 상태를 모니터링 한 결과 계통(VAC)의 상태가 계통 이상 상태로 판단되는 경우 차단 스위치(S)를 개방시킬 수 있다.This cut-off switch (S) may be controlled by the control unit. Specifically, the control unit may open the shut-off switch (S) when the state of the system (V AC) system results (V AC) monitoring the state of the system is determined as an abnormal state.
계통(VAC)과의 연결이 차단되면 출력단에는 오직 부하만 연결되고, 3상 전력 스위칭 소자는 제어부의 제어에 따라 직류 전압원에 저장된 전력을 방전 및 변환하여 부하에 제공할 수 있다. 이에 따라, 계통 이상 상태에서도 부하는 정상 동작할 수 있다.When the connection with the grid ( VAC ) is cut off, only the load is connected to the output terminal, and the three-phase power switching device may discharge and convert power stored in the DC voltage source under the control of the control unit to provide the load to the load. Accordingly, the load can operate normally even in a system abnormal state.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 에너지 저장 시스템(100)을 구성하는 직류 전압원은 계통 정상 상태에서 충방전되는데, 충방전 시 발생하는 전력 변환 동작으로 인해 출력단에는 리플 성분이 발생할 수 있다.On the other hand, as described above, the DC voltage source constituting the
이러한 리플 성분의 발생을 억제하기 위해 제어부는 계통 정상 상태에서, 3상 출력단 중 어느 두 상의 출력단을 연결하고, 3상 전력 스위칭 소자가 인터리브드 컨버터(interleaved converter)로 동작하도록 제어할 수 있다.In order to suppress the generation of such a ripple component, the controller may connect the output terminals of any two phases of the three-phase output terminals in a system normal state, and control the three-phase power switching device to operate as an interleaved converter.
앞서, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 바와 같이, 종래 에너지 저장 시스템(10)은 계통(VAC)과 연계 동작할 때 어느 한 래그(구체적으로, 중성단(N)과 연결된 래그)에 구비된 스위칭 소자를 이용하지 않는다. 반면에, 본 발명의 에너지 저장 시스템(100)은 계통 정상 상태에서 계통(VAC)과 연계 동작할 때 3상 출력단 중 어느 두 상의 출력단을 연결한 후 모든 래그에 구비된 스위칭 소자(S1, S1', S2, S2', S3, S3')를 제어함으로써 3상 전력 스위칭 소자가 인터리브드 방식으로 동작하도록 제어할 수 있다.As previously described with reference to FIGS. 1, 2A and 2B , the conventional
한편, 앞서 설명한 출력단 인덕터(L1, L2)는 3상 출력단을 구성하는 제1 및 제2 활성단(L1, L2) 중 어느 하나와 중성단(N)에 각각 구비될 수 있다. 이 때, 제어부는 3상 전력 스위칭 소자를 인터리브드 방식으로 제어할 때, 출력단 인덕터(L1, L2)가 구비된 두 출력단을 연결할 수 있다.Meanwhile, the above-described output terminal inductors L1 and L2 may be provided at any one of the first and second active terminals L1 and L2 constituting the three-phase output terminal and the neutral terminal N, respectively. At this time, when controlling the three-phase power switching device in an interleaved manner, the controller may connect two output terminals provided with the output terminal inductors L1 and L2.
도 3을 예로 들어 설명하면, 출력단 인덕터(L1, L2)는 제1 활성단(L1)과 중성단(N)에 각각 구비될 수 있고, 이 때, 제어부는 제1 활성단(L1)과 중성단(N)을 연결한 후 3상 전력 스위칭 소자가 인터리브드 방식으로 동작하도록 제어할 수 있다.Referring to FIG. 3 as an example, the output terminal inductors L1 and L2 may be provided in the first active terminal L1 and the neutral terminal N, respectively, and in this case, the controller controls the first active terminal L1 and the neutral terminal. After connecting terminal (N), it is possible to control the three-phase power switching device to operate in an interleaved manner.
이에 따라, 후술하는 인터리브드 방식을 통해 리플 성분이 저감된 후 계통(VAC)으로 출력되는 교류 전압이 출력단 인덕터(L1, L2)에 의해 추가적으로 안정화됨으로써, 교류 전압에 포함된 리플 성분은 보다 저감될 수 있다.Accordingly, after the ripple component is reduced through the interleaved method to be described later, the AC voltage output to the grid V AC is additionally stabilized by the output terminal inductors L1 and L2, so that the ripple component included in the AC voltage is further reduced can be
제어부는 릴레이(R)를 제어하여 두 출력단을 선택적으로 연결할 수 있다.The control unit may control the relay R to selectively connect the two output terminals.
이를 위해, 3상 출력단 중 제1 출력단에는 제1 출력단과 계통(VAC)을 연결하거나 제1 출력단과 제2 출력단을 연결하는 릴레이(R)가 구비될 수 있다.To this end, the first output terminal of the three-phase output terminal may be provided with a relay R for connecting the first output terminal and the system V AC or connecting the first output terminal and the second output terminal.
도 3을 참조하면, 제1 출력단은 중성단(N)일 수 있고 제2 출력단은 제1 활성단(L1)일 수 있다. 단일의 릴레이(R)는 두 가지의 상태로 제어될 수 있는데, 어느 한 상태에서 릴레이(R)는 중성단(N)과 계통(VAC)의 연결을 끊고 중성단(N)을 제1 활성단(L1)과 연결할 수 있다. 다른 한 상태에서 릴레이(R)는 중성단(N)과 제1 활성단(L1)의 연결을 끊고 중성단(N)을 계통(VAC)과 연결할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the first output terminal may be the neutral terminal (N) and the second output terminal may be the first active terminal (L1). A single relay (R) can be controlled in two states. In either state, the relay (R) disconnects the neutral point (N) and the grid (V AC ) and makes the neutral point (N) first active. Can be connected to stage (L1). In another state, the relay (R) may disconnect the neutral terminal (N) and the first active terminal (L1) and connect the neutral terminal (N) to the system ( VAC ).
계통 이상 상태에서 제어부는 차단 스위치(S)를 개방시키고, 릴레이(R)를 제어하여 중성단(N)을 계통(VAC)과 연결할 수 있다. 이어서, 제어부는 3상 전력 스위칭 소자를 제어하여 직류 전압원에 저장된 전력을 부하에 제공할 수 있다.In the system abnormal state, the control unit may open the cut-off switch (S) and control the relay (R) to connect the neutral terminal (N) to the system (VAC ). Then, the control unit may control the three-phase power switching element to provide the power stored in the DC voltage source to the load.
반면에, 계통 정상 상태에서 제어부는 차단 스위치(S)를 닫고, 릴레이(R)를 제어하여 중성단(N)을 제1 활성단(L1)과 연결할 수 있다. 이어서, 제어부는 3상 전력 스위칭 소자를 제어하여 직류 전압원에 전력을 충전시키거나 직류 전압원에 저장된 전력을 방전시킬 수 있다.On the other hand, in the system normal state, the control unit may close the cut-off switch (S) and control the relay (R) to connect the neutral terminal (N) to the first active terminal (L1). Subsequently, the controller may control the three-phase power switching element to charge the DC voltage source with power or discharge the power stored in the DC voltage source.
한편, 제어부는 복수의 릴레이(R1, R2)를 제어하여 두 출력단을 선택적으로 연결할 수도 있다.Meanwhile, the control unit may control the plurality of relays R1 and R2 to selectively connect the two output terminals.
이를 위해, 제1 출력단과 계통(VAC) 사이에는 제1 출력단과 계통(VAC)을 연결하는 제1 릴레이(R1)가 구비될 수 있고, 제1 출력단과 제2 출력단 사이에는 제1 및 제2 출력단을 연결하는 제2 릴레이(R2)가 구비될 수 있다.For this purpose, between the first output end and a system (V AC) between there may be provided with a first relay (R1) connecting the first output terminal and a system (V AC), the first output terminal and second output terminal, the first and A second relay R2 for connecting the second output terminal may be provided.
도 4를 참조하면, 제1 출력단은 중성단(N)일 수 있고 제2 출력단은 제1 활성단(L1)일 수 있다. 제1 릴레이(R1)는 닫힘 상태 및 열림 상태로 제어될 수 있는데, 닫힘 상태에서 제1 릴레이(R1)는 중성단(N)과 계통(VAC)을 연결할 수 있고, 열림 상태에서 제1 릴레이(R1)는 중성단(N)과 계통(VAC)의 연결을 차단할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the first output terminal may be the neutral terminal (N) and the second output terminal may be the first active terminal (L1). The first relay R1 may be controlled in a closed state and an open state. In the closed state, the first relay R1 may connect the neutral point N and the grid (V AC ), and in the open state, the first relay R1 (R1) can cut the connection between the neutral point (N) and the grid ( VAC ).
제2 릴레이(R2) 역시 닫힘 상태 및 열림 상태로 제어될 수 있는데, 닫힘 상태에서 제2 릴레이(R2)는 중성단(N)과 제1 출력단을 연결할 수 있고, 열림 상태에서 제2 릴레이(R2)는 중성단(N)과 제1 출력단의 연결을 차단할 수 있다.The second relay R2 may also be controlled in a closed state and an open state. In the closed state, the second relay R2 may connect the neutral terminal N and the first output terminal, and in the open state, the second relay R2 ) may block the connection between the neutral terminal (N) and the first output terminal.
계통 이상 상태에서 제어부는 차단 스위치(S)를 개방시키고, 제1 릴레이(R1)를 닫힘 상태로 제어하고 제2 릴레이(R2)를 열림 상태로 제어함으로써, 중성단(N)과 제1 활성단(L1)을 분리하고 중성단(N)과 계통(VAC)을 연결할 수 있다. 이어서, 제어부는 3상 전력 스위칭 소자를 제어하여 직류 전압원에 저장된 전력을 부하에 제공할 수 있다.In the system abnormal state, the control unit opens the cut-off switch (S), controls the first relay (R1) to the closed state, and controls the second relay (R2) to the open state, whereby the neutral terminal (N) and the first active terminal (L1) can be disconnected and the neutral point (N) and grid ( VAC ) can be connected. Then, the control unit may control the three-phase power switching element to provide the power stored in the DC voltage source to the load.
반면에, 계통 정상 상태에서 제어부는 차단 스위치(S)를 닫고, 제1 릴레이(R1)를 열림 상태로 제어하고 제2 릴레이(R2)를 닫힘 상태로 제어함으로써, 중성단(N)과 계통(VAC)을 분리하고 중성단(N)과 제1 활성단(L1)을 연결할 수 있다. 이어서, 제어부는 3상 전력 스위칭 소자를 제어하여 직류 전압원에 전력을 충전시키거나 직류 전압원에 저장된 전력을 방전시킬 수 있다.On the other hand, in the system normal state, the control unit closes the cut-off switch (S), controls the first relay (R1) to the open state, and controls the second relay (R2) to the closed state, thereby reducing the neutral point (N) and the system ( V AC ) may be separated and the neutral terminal (N) and the first active terminal (L1) may be connected. Subsequently, the controller may control the three-phase power switching element to charge the DC voltage source with power or discharge the power stored in the DC voltage source.
이하, 계통 정상 상태에서 제어부가 3상 전력 스위칭 소자를 인터리브드 방식으로 제어하는 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for the control unit to control the three-phase power switching device in an interleaved manner in a system steady state will be described.
제어부는 연결된 두 상의 출력단 각각에 교류 전압을 출력하는 두 쌍의 전력 스위칭 소자가 반 주기의 위상차로 동작하도록 제어함으로써, 3상 전력 스위칭 소자가 인터리브드 컨버터로 동작하도록 제어할 수 있다.The controller may control the three-phase power switching device to operate as an interleaved converter by controlling the two pairs of power switching devices that output an AC voltage to each of the output terminals of the two connected phases to operate with a phase difference of half a cycle.
한편, 이하에서를 설명의 편의를 위해 3상 출력단 중 연결된 두 상의 출력단이 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 중성단(N)과 제1 활성단(L1)인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.Meanwhile, for convenience of explanation, it is assumed that the output terminals of two phases connected among the three-phase output terminals are the neutral terminal N and the first active terminal L1 as shown in FIGS. 3 and 4 .
도 5를 참조하여 설명하면, 제어부는 계통(VAC)에서 출력되는 교류 전압의 위상에 따라 제1 상암 스위칭 소자(S1)를 동작시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부는 계통(VAC)에서 출력되는 교류 전압의 크기가 양일 때 제1 상암 스위칭 소자(S1)를 턴 온 제어할 수 있고, 계통(VAC)에서 출력되는 교류 전압의 크기가 음일 때 제1 상암 스위칭 소자(S1)를 턴 오프 제어할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the controller may operate the first phase-arm switching element S1 according to the phase of the AC voltage output from the grid VAC. Specifically, the control member the magnitude of the AC voltage output from the grid (V AC) can be turned on and controls the first Sangam switching element (S1) when positive, the magnitude of the AC voltage output from the grid (V AC) negative When the first phase-arm switching element (S1) can be controlled to turn off.
한편, 제1 하암 스위칭 소자(S1')는 제1 상암 스위칭 소자(S1)와 상보적으로 동작하므로, 제1 상암 스위칭 소자(S1)가 턴 온되면 제1 하암 스위칭 소자(S1')는 턴 오프되고, 제1 상암 스위칭 소자(S1)가 턴 오프되면 제1 하암 스위칭 소자(S1')는 턴 온될 수 있다.On the other hand, since the first lower-arm switching element S1' operates complementary to the first upper-arm switching element S1, when the first upper-arm switching element S1 is turned on, the first lower-arm switching element S1' is turned on is turned off, and when the first upper-arm switching element S1 is turned off, the first lower-arm switching element S1' may be turned on.
제1 상암 스위칭 소자(S1)에 대한 제어 동작을 수행하는 동안 제어부는 중성단(N)에 교류 전압을 출력하는 제2 상암 및 제2 하암 스위칭 소자(S2, S2')와, 제1 활성단(L1)에 교류 전압을 출력하는 제3 상암 및 제3 하암 스위칭 소자(S3, S3')가 반 주기의 위상차로 온오프되도록 제어할 수 있다.While performing a control operation for the first upper-arm switching element (S1), the control unit is the second upper-arm and second lower-arm switching elements (S2, S2') for outputting an AC voltage to the neutral terminal (N), the first active terminal The third upper-arm and third lower-arm switching elements S3 and S3' outputting the AC voltage to L1 may be controlled to be turned on and off with a phase difference of half a cycle.
다시 말해, 제어부는 제3 래그에서 출력되는 교류 전압의 위상을, 제2 래그에서 출력되는 교류 전압의 위상에 비해 반주기만큼 느리게 지연시킬 수 있다.In other words, the controller may delay the phase of the AC voltage output from the third lag by half a cycle slower than the phase of the AC voltage output from the second lag.
도 6을 참조하면, 제어부는 목표 출력에 따라 제2 상암 스위칭 소자(S2)와 제3 상암 스위칭 소자(S3)의 듀티비를 제어하면서, 제2 상암 및 제3 상암 스위칭 소자(S2, S3)를 기준주기에 따라 동작시킬 수 있다.Referring to FIG. 6 , the controller controls the duty ratios of the second and third upper-arm switching elements S2 and S3 according to the target output while controlling the second and third upper-arm switching elements S2 and S3. can be operated according to the reference cycle.
이 때, 제어부는 제2 상암 스위칭 소자(S2)와 제3 상암 스위칭 소자(S3)가 반 주기의 위상차로 동작하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부는 제3 상암 스위칭 소자(S3)의 동작 위상을 제2 상암 스위칭 소자(S2)의 동작 위상의 절반, 예컨대 360도의 절반인 180만큼 지연시킬 수 있다.In this case, the controller may control the second phase-arm switching element S2 and the third phase-arm switching element S3 to operate with a phase difference of half a cycle. For example, the controller may delay the operating phase of the third upper-arm switching element S3 by 180, which is a half of the operating phase of the second upper-arm switching element S2, for example, half of 360 degrees.
도 3 및 도 7을 함께 참조하면, 전술한 제어에 따라 제1 출력단에는 제1 교류 전류(iL1)가 흐를 수 있고, 중성단(N)에는 제2 교류 전류(iL2)가 흐를 수 있다. 한편, 인터리브드 제어에 의해, 제1 교류 전류(iL1)에 포함된 리플 성분과 제2 교류 전류(iL2)에 포함된 리플 성분은 크기가 동일하고 부호가 반대일 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 7 together, a first AC current iL1 may flow through the first output terminal and a second AC current iL2 may flow through the neutral terminal N according to the above-described control. Meanwhile, by the interleaved control, the ripple component included in the first AC current iL1 and the ripple component included in the second AC current iL2 may have the same magnitude and opposite sign.
이와 같은 인터리브드 제어가 수행될 때 제1 출력단과 중성단(N)은 릴레이(R)에 의해 연결되어 있으므로, 계통(VAC)으로 출력되는 전류(이하, 계통 전류(igrid))는 제1 교류 전류(iL1)와 제2 교류 전류(iL2)의 합일 수 있다.In this so when such an interleaved control is to be performed first output terminal and a neutral stage (N) is connected by a relay (R), the grid (V AC) current (hereinafter, the grid current (igrid)) to be outputted to the first It may be the sum of the alternating current iL1 and the second alternating current iL2.
앞서 설명한 바와 같이 제1 교류 전류(iL1)와 제2 교류 전류(iL2)는 크기가 같고 부호가 반대인 리플 성분을 각각 포함하고 있으므로, 이 둘이 합해지게 되면 제1 교류 전류(iL1)와 제2 교류 전류(iL2)에 포함된 리플 성분은 서로 상쇄될 수 있다.As described above, since the first AC current iL1 and the second AC current iL2 each include ripple components having the same magnitude and opposite sign, when these two are added together, the first AC current iL1 and the second AC current iL1 Ripple components included in the alternating current iL2 may cancel each other out.
이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 교류 전류(iL1)와 제2 교류 전류(iL2)가 합해진 계통 전류(igrid)는 매우 낮은 수준의 리플 성분만이 포함될 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 7 , the grid current igrid in which the first alternating current iL1 and the second alternating current iL2 are added may include only a ripple component of a very low level.
계통 전류(igrid)에 포함된 리플 성분이 저감되면 시스템 내 고조파 왜율(Total Harmonic Distortion; THD)을 낮출 수 있어 시스템 안정성을 향상시킬 수 있다.When the ripple component included in the grid current (grid) is reduced, the Total Harmonic Distortion (THD) in the system can be lowered, so that the system stability can be improved.
뿐만 아니라, 전술한 인터리브드 제어에 의해 도 3의 DC 링크 커패시터(CDC)에서 출력되는 전류(icap)에 포함된 리플 성분 또한 저감될 수 있다. 이는 DC 링크 커패시터(CDC)의 수명을 증가시킬 수 있어 시스템 수명을 연장시킬 수 있다.In addition, a ripple component included in the current icap output from the DC link capacitor C DC of FIG. 3 may also be reduced by the above-described interleaved control. This may increase the lifetime of the DC link capacitor (C DC ), thereby prolonging the life of the system.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.
Claims (11)
상기 3상 출력단에 병렬로 연결되어 상기 3상 출력단에 인가되는 3상 교류 전압을 제공받는 부하;
직류 전압원에서 출력되는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 3상 출력단으로 출력하거나 상기 계통으로부터 출력되는 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 직류 전압원에 제공하는 3상 전력 스위칭 소자; 및
상기 3상 출력단 중 어느 두 상의 출력단을 연결하고, 상기 3상 전력 스위칭 소자가 인터리브드 컨버터(interleaved converter)로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
a system that outputs a three-phase AC voltage through a three-phase output terminal;
a load connected in parallel to the three-phase output terminal to receive a three-phase AC voltage applied to the three-phase output terminal;
a three-phase power switching device that converts a DC voltage output from a DC voltage source into a three-phase AC voltage and outputs it to the three-phase output terminal or converts a three-phase AC voltage output from the system into a DC voltage and provides the converted DC voltage to the DC voltage source; and
and a control unit that connects the output terminals of any two phases of the three-phase output terminals and controls the three-phase power switching device to operate as an interleaved converter.
Grid-tied energy storage system.
상기 계통은
상기 3상 출력단 중 제1 활성단과 중성단 사이에 연결되어 제1 교류 전압을 출력하는 제1 교류 전압원과,
상기 3상 출력단 중 제2 활성단과 상기 중성단 사이에 연결되어 제2 교류 전압을 출력하는 제2 교류 전압원을 포함하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
The system is
a first AC voltage source connected between a first active terminal and a neutral terminal of the three-phase output terminal to output a first AC voltage;
and a second AC voltage source connected between a second active terminal of the three-phase output terminal and the neutral terminal to output a second AC voltage.
A grid-connected energy storage system.
상기 부하는
상기 제1 활성단과 상기 중성단 사이에 연결되어 상기 제1 교류 전압을 제공받는 제1 부하와,
상기 제2 활성단과 상기 중성단 사이에 연결되어 상기 제2 교류 전압을 제공받는 제2 부하를 포함하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
3. The method of claim 2,
the load is
a first load connected between the first active terminal and the neutral terminal to receive the first AC voltage;
and a second load connected between the second active terminal and the neutral terminal to receive the second AC voltage.
A grid-connected energy storage system.
상기 직류 전압원에서 출력되는 직류 전압은 상기 직류 전압원과 병렬로 연결된 DC 링크 커패시터에 저장되고,
상기 3상 전력 스위칭 소자는 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
The DC voltage output from the DC voltage source is stored in a DC link capacitor connected in parallel with the DC voltage source,
The three-phase power switching device converts the DC voltage stored in the DC link capacitor into a three-phase AC voltage.
A grid-connected energy storage system.
상기 3상 출력단 중 적어도 두 출력단에는 출력단 인덕터가 구비되는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
At least two of the three-phase output terminals are provided with an output terminal inductor.
A grid-connected energy storage system.
상기 3상 출력단 중 적어도 두 출력단에는 계통과의 연결을 차단하는 차단 스위치가 구비되는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
At least two of the three-phase output terminals are provided with a cut-off switch for cutting off the connection with the system.
A grid-connected energy storage system.
상기 3상 출력단을 구성하는 제1 및 제2 활성단 중 어느 하나와 중성단에는 출력단 인덕터가 구비되고,
상기 제어부는 상기 출력단 인덕터가 구비된 두 출력단을 연결하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
An output terminal inductor is provided at any one of the first and second active terminals and the neutral terminal constituting the three-phase output terminal,
The control unit connects the two output terminals provided with the output terminal inductor.
A grid-connected energy storage system.
상기 3상 전력 스위칭 소자는 제1 내지 제3 래그 각각에 한 쌍으로 구비된 상암 및 하암 스위칭 소자를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 래그 각각에 한 쌍으로 구비된 상암 및 하암 스위칭 소자는 각각 제1 내지 제3 상의 교류 전압을 출력하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
The three-phase power switching device includes an upper arm and a lower arm switching device provided as a pair in each of the first to third lags,
The upper-arm and lower-arm switching elements provided as a pair in each of the first to third lags output alternating voltages of the first to third phases, respectively.
A grid-connected energy storage system.
상기 3상 출력단 중 제1 출력단에는 상기 제1 출력단과 상기 계통을 연결하거나 상기 제1 출력단과 제2 출력단을 연결하는 릴레이가 구비되고,
상기 제어부는 상기 릴레이를 제어하여 상기 제1 및 제2 출력단을 연결하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
A relay connecting the first output terminal and the system or connecting the first output terminal and the second output terminal is provided at a first output terminal of the three-phase output terminal;
The control unit controls the relay to connect the first and second output terminals
A grid-connected energy storage system.
상기 3상 출력단은 제1 및 제2 출력단을 포함하고,
상기 제1 출력단과 상기 계통 사이에는 상기 제1 출력단과 상기 계통을 연결하는 제1 릴레이가 구비되고,
상기 제1 출력단과 상기 제2 출력단 사이에는 상기 제1 및 제2 출력단을 연결하는 제2 릴레이가 구비되고,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 릴레이를 제어하여 상기 제1 출력단과 상기 계통 간의 연결을 차단하고, 상기 제1 및 제2 출력단을 연결하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.
According to claim 1,
The three-phase output stage includes a first and a second output stage,
A first relay connecting the first output terminal and the system is provided between the first output terminal and the system,
A second relay connecting the first and second output terminals is provided between the first output terminal and the second output terminal;
The control unit blocks the connection between the first output terminal and the system by controlling the first and second relays, and connects the first and second output terminals
A grid-connected energy storage system.
상기 제어부는
연결된 두 상의 출력단 각각에 교류 전압을 출력하는 두 쌍의 전력 스위칭 소자가 반 주기의 위상차로 동작하도록 제어하는
계통 연계형 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
the control unit
Controls the two pairs of power switching devices that output AC voltage to each of the output terminals of the two connected phases to operate with a phase difference of half a cycle.
A grid-connected energy storage system.
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KR1020200010015A KR102330697B1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Grid-connected energy storage system |
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