KR20210100811A - Hybrid charge/discharge system - Google Patents

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KR20210100811A
KR20210100811A KR1020200014611A KR20200014611A KR20210100811A KR 20210100811 A KR20210100811 A KR 20210100811A KR 1020200014611 A KR1020200014611 A KR 1020200014611A KR 20200014611 A KR20200014611 A KR 20200014611A KR 20210100811 A KR20210100811 A KR 20210100811A
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김유탁
유어현
차동민
정수안
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한국전지연구조합
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Abstract

The present invention relates to a hybrid charge/discharge system. The hybrid charge/discharge system includes a first battery unit provided with an electric double layer capacitor (EDLC), and a second battery unit provided with a redox flow battery (RFB). In a frequency control operation of a power system, it is possible to selectively operate high output or high energy, improve economic efficiency, and maximize lifespan.

Description

하이브리드 충방전 시스템{Hybrid charge/discharge system}Hybrid charge/discharge system

본 발명은 하이브리드 충방전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid charging/discharging system.

전력 계통에는 송배전용 발전부(발전기 및 변전소를 포함) 및 복수개의 부하가 전기적으로 연결되어 있다.A power generation unit for transmission and distribution (including a generator and a substation) and a plurality of loads are electrically connected to the power system.

한편, 전력 계통에 의해 송/배전되는 전력의 주파수 안정화 등의 전력 품질을 유지시키는 기능이 요구되고 있으며, 송/배전되는 전력은 수요가 공급을 초과했을 때, 주파수가 저하되고, 반대로, 공급이 수요를 초과했을 때, 주파수가 상승한다. 이때, 주파수가 저하되었을 때, 발전 출력을 증가시키고, 주파수가 상승했을 때, 발전출력을 감소시킴으로써, 전력 계통의 주파수를 안정적으로 운용하게 된다.On the other hand, a function to maintain power quality such as frequency stabilization of power transmitted/distributed by the power system is required, and the frequency of the power transmitted/distributed is lowered when demand exceeds supply, and conversely, supply When demand is exceeded, the frequency rises. In this case, when the frequency is lowered, the power generation output is increased, and when the frequency is raised, the power generation output is decreased, thereby stably operating the frequency of the power system.

전력계통에는, 주파수 운용 제어를 위하여, 전력계통으로부터 충전이 가능하고, 전력계통으로 방전이 가능한 충방전 시스템이 사용되고 있다.In the power system, for frequency operation control, a charging/discharging system capable of charging from the power system and discharging to the power system is used.

상기 충방전 시스템은 전력계통의 주파수가 저하되었을 때, 전력계통으로 방전을 수행하고, 전력 계통의 주파수가 상승했을 때, 전력계통으로부터 충전을 수행하도록 마련된다.The charging/discharging system is provided to perform discharging to the power system when the frequency of the power system is lowered, and to perform charging from the power system when the frequency of the power system is increased.

종래 충방전 시스템은 복수 개의 배터리를 사용하는 경우, 배터리의 SOC값만을 고려하여 주파수 제어 운용을 수행하는 경우가 많았다.In the conventional charging/discharging system, when a plurality of batteries are used, frequency control operation is often performed in consideration of only the SOC value of the batteries.

그러나 최근 충방전 시스템에서, SOC값 뿐만 아니라, 경제성 및 수명을 함께 고려한 설계가 요구되고 있다.However, in recent charging/discharging systems, a design that considers not only the SOC value but also economic feasibility and lifespan is required.

한국공개특허 제10-2016-0142901호Korean Patent Publication No. 10-2016-0142901

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전력 계통의 주파수 제어 운용에 있어서, 고출력 또는 고에너지의 선택적 운용이 가능하고, 하이브리드 충방전 시스템을 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention is to provide a hybrid charging/discharging system that enables selective operation of high output or high energy in frequency control operation of a power system.

또한, 본 발명은 경제성을 향상시키고, 수명을 극대화할 수 있는 하이브리드 충방전 시스템을 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a hybrid charging/discharging system capable of improving economic feasibility and maximizing lifespan.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하이브리드 충방전 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 시스템은 전력 계통으로부터 충전할 수 있고, 전력 계통 및 전력 계통과 연결된 부하로 각각 방전할 수 있도록 마련되며, 전기 이중층 커패시터(EDLC, Electric Double Layer Capacitor)를 포함하는 제1 배터리부; 전력 계통에 제1 배터리부와 병렬 연결되고, 전력 계통으로부터 충전할 수 있으며, 전력 계통 및 전력 계통과 연결된 부하로 각각 방전할 수 있도록 마련되며, 레독스 흐름전지(RFB, Redox flow battery)를 포함하는 제2 배터리부; 및 전력 계통의 주파수 변동을 감지하고, 주파수 변동을 억제하기 위하여, 주파수 변동 정도에 따라 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 충전 및 방전을 각각 제어하도록 마련된 제어부를 포함하며, 상기 제1 배터리부 및 제2 배터리부는 각각 식 1 및 식 2에 의해서 운용되는 것을 특징으로 한다:In order to solve the above problems, the present invention provides a hybrid charging and discharging system. In one example, the hybrid charging/discharging system according to the present invention can be charged from the power system, and is provided to be respectively discharged to the power system and the load connected to the power system, and an electric double layer capacitor (EDLC, Electric Double Layer Capacitor) A first battery unit comprising a; It is connected in parallel with the first battery unit to the power system, can be charged from the power system, and is provided to be discharged to the power system and the load connected to the power system, respectively, and includes a redox flow battery (RFB) a second battery unit; and a control unit provided to respectively control charging and discharging of the first battery unit and the second battery unit according to the degree of frequency fluctuation in order to detect the frequency fluctuation of the power system and suppress the frequency fluctuation, the first battery unit and The second battery unit is characterized in that it operates according to Equations 1 and 2, respectively:

[식 1][Equation 1]

a MW / b MWh (4a=b)a MW / b MWh (4a=b)

식 1에서, a는 제1 배터리부의 에너지를 나타내고, b 는 제1 배터리부의 출력을 나타낸다In Equation 1, a represents the energy of the first battery unit, and b represents the output of the first battery unit.

[식 2][Equation 2]

c MW / d MWh (2c=d)c MW / d MWh (2c=d)

식 2에서, b는 제2 배터리부의 에너지를 나타내고, d 는 제2 배터리부의 출력을 나타낸다.In Equation 2, b denotes the energy of the second battery part, and d denotes the output of the second battery part.

하나의 예에서, 상기 제1 배터리부의 충방전율은, 제2 배터리부의 충방전율의 2 배 내지 9 배이며, 제2 배터리부의 에너지는 제1 배터리부의 에너지의 1.5 내지 4 배인 것을 특징으로 한다.In one example, the charge/discharge rate of the first battery unit is 2 to 9 times the charge/discharge rate of the second battery unit, and the energy of the second battery unit is 1.5 to 4 times the energy of the first battery unit.

구체적으로, 상기 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 조합에 의해서 하이브리드 충방전 시스템이 운용되고, 보다 구체적으로, 제1 배터리부의 에너지 및 출력비(a : b)는 1 : 3 내지 1 : 5 이며, 제2 배터리부의 에너지 및 출력비(c : d)는 1 : 1.5 내지 1 : 4 일 수 있다.Specifically, the hybrid charging/discharging system is operated by the combination of the first battery part and the second battery part, and more specifically, the energy and output ratio (a:b) of the first battery part is 1:3 to 1:5, The energy and output ratio (c:d) of the second battery unit may be 1:1.5 to 1:4.

본 발명의 하나의 예에서, 상기 제어부는 주파수 변동 폭이 소정 값 이상인 경우, 주파수 제어 운용을 위하여 제1 배터리부를 통해 충전 또는 방전을 수행하며, 주파수 변동 폭이 소정 값 미만인 경우, 주파수 제어 운용을 위하여 제2 배터리부를 통해 충전 또는 방전을 수행한다.In one example of the present invention, the controller performs charging or discharging through the first battery unit for frequency control operation when the frequency fluctuation width is equal to or greater than a predetermined value, and when the frequency fluctuation width is less than a predetermined value, the frequency control operation is performed For this purpose, charging or discharging is performed through the second battery unit.

나아가, 상기 제어부는, 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 SOC(State of Charge) 값을 각각 측정하도록 마련되고, 전력 계통의 주파수 변동 정도 및 각각 배터리부의 SOC값에 따라 주파수 제어 운용을 위해 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 충전 및 방전을 각각 제어하도록 마련될 수 있다.Furthermore, the control unit is provided to measure the SOC (State of Charge) value of the first battery unit and the second battery unit, respectively, and performs the first frequency control operation according to the frequency fluctuation degree of the power system and the SOC value of the battery unit, respectively. It may be provided to control charging and discharging of the battery unit and the second battery unit, respectively.

다른 하나의 예에서, 상기 제2 배터리부의 충전 또는 방전을 수행하는 시간은, 제1 배터리부의 충전 또는 방전을 수행하는 시간의 1.5 내지 3 배일 수 있다.In another example, the time for charging or discharging the second battery unit may be 1.5 to 3 times the time for charging or discharging the first battery unit.

본 발명에 따른 하이브리드 충방전 시스템은 출력이 상이한 이종의 배터리 시스템을 전력 계통에 병렬 연결한 시스템으로, 주파수 조절 시스템에서 필요로 하는 제1 운용 모드(Primary frequency control (Governor Free, 15분)) 에서는 출력 성능이우수한 고출력 배터리에서 주파수 운용에 대응하고, 제2 운용모드(Secondary Frequency Control(Automatic Generation Control, 30분))에서는 에너지 성능이 우수한 배터리에서 대응할 수 있다.The hybrid charging/discharging system according to the present invention is a system in which heterogeneous battery systems having different outputs are connected in parallel to a power system, and in the first operating mode (Primary frequency control (Governor Free, 15 minutes)) required by the frequency control system, A high-power battery with excellent output performance can cope with frequency operation, and in the second operation mode (Secondary Frequency Control (Automatic Generation Control, 30 minutes)), a battery with excellent energy performance can respond.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 시스템은 전력계통을 통해 주파수 변화가 발생하는 경우, 초기 검출을 통해 제1 운용모드에 따라 고출력의 제1 배터리부(Primary)에서 최대 15분간 대응하고, 이후 제2 배터리부(Secondary)에서 추가적으로 대응하는 방식으로 주파수 조절용 배터리의 효과적인 운영 모드를 설계하여, 충방전 시스템의 가격을 절감하고 수명을 연장할 수 있다. 특히, 통상 4년 내외로 운영하는 주파수 조절용 충방전 시스템의 배터리의 수명을 최대 10년까지 연장할 수 있고, 주파수 조절용 배터리 시스템에 요구되는 특성을 통해 고출력(Primary), 고에너지(Secondary)로 구분하여 시스템 구성과 운영의 효율성을 높일 수 있다.In addition, the hybrid charging/discharging system according to the present invention responds for up to 15 minutes in the first battery unit (Primary) of high output according to the first operation mode through initial detection when a change in frequency occurs through the power system, and then 2 By designing an effective operation mode of the battery for frequency control in an additionally corresponding manner in the secondary battery, it is possible to reduce the cost of the charge/discharge system and extend the lifespan. In particular, it is possible to extend the battery life of the charge/discharge system for frequency control, which is normally operated for about 4 years, up to 10 years, and is divided into high output (Primary) and high energy (Secondary) through the characteristics required for the frequency control battery system. This can increase the efficiency of system configuration and operation.

도 1 및 도 2는 본 발명이 일 실시예와 관련된 하이브리드 충방전 시스템을 나타내는 개략도 들이다.1 and 2 are schematic diagrams illustrating a hybrid charging/discharging system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or existence of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명은 전력 계통의 주파수 제어 운용에 있어서, 고출력 또는 고에너지의 선택적 운용이 가능하고, 하이브리드 충방전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid charging/discharging system capable of selectively operating high output or high energy in frequency control operation of a power system.

일반적으로, 전력계통에는 주파수 운용 제어를 위하여, 전력계통으로부터 충전이 가능하고, 전력계통으로 방전이 가능한 충방전 시스템이 사용되고 있다. 이러한 충방전 시스템은 전력계통의 주파수가 저하되었을 때, 전력계통으로 방전을 수행하고, 전력 계통의 주파수가 상승했을 때, 전력계통으로부터 충전을 수행하도록 마련된다. 종래 충방전 시스템은 복수 개의 배터리를 사용하는 경우, 배터리의 SOC(State of Charge) 값만 고려하여 주파수 제어 운용을 수행하는 경우가 많았다. 그러나, 최근 충방전 시스템에서 SOC 값뿐만 아니라, 경제성 및 수명을 고려한 설계가 요구되고 있다.In general, a charging/discharging system capable of charging from the power system and discharging to the power system is used in the power system for frequency operation control. This charging/discharging system is provided to perform discharging to the power system when the frequency of the power system is lowered, and to perform charging from the power system when the frequency of the power system is increased. In the conventional charging/discharging system, when a plurality of batteries are used, frequency control operation is often performed in consideration of only the state of charge (SOC) value of the batteries. However, in recent charging/discharging systems, design considering not only the SOC value but also economic feasibility and lifespan is required.

이에, 본 발명은 출력이 상이한 이종의 배터리 시스템을 전력 계통에 병렬 연결한 하이브리드 충방전 시스템을 제공한다. 보다 구체적으로, 전기 이중층 커패시터(EDLC)가 구비된 제1 배터리부와 레독스흐름전지(RFB)가 구비된 제2 배터리부를 포함하는 하이브리드 충방전 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 시스템은 주파수 조절 시스템에서 필요로 하는 제1 운용 모드(Primary frequency control (Governor Free, 15분)) 에서는 출력 성능이 우수한 고출력 배터리에서 주파수 운용에 대응하고, 제2 운용모드(Secondary Frequency Control(Automatic Generation Control, 30분))에서는 에너지 성능이 우수한 배터리에서 대응할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a hybrid charging/discharging system in which heterogeneous battery systems having different outputs are connected in parallel to a power system. More specifically, there is provided a hybrid charge/discharge system including a first battery unit provided with an electric double layer capacitor (EDLC) and a second battery unit provided with a redox flow battery (RFB). The hybrid charging/discharging system according to the present invention corresponds to frequency operation in a high-output battery with excellent output performance in the first operation mode (Primary frequency control (Governor Free, 15 minutes)) required by the frequency control system, and the second operation mode In (Secondary Frequency Control (Automatic Generation Control, 30 minutes)), a battery with excellent energy performance can respond.

도 1 및 도 2는 본 발명이 일 실시예와 관련된 하이브리드 충방전 시스템(이하, '충방전 시스템'이라고 약칭함)을 나타내는 개략도들이다.1 and 2 are schematic diagrams illustrating a hybrid charge/discharge system (hereinafter, abbreviated as 'charge/discharge system') according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템을 상세히 설명한다.Hereinafter, a hybrid charging/discharging system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 2 .

하나의 예에서, 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 시스템(100, 200)은 전력 계통(101, 201)과 전기적으로 연결된다. 전력 계통(101, 201)에는, 하나 이상의 발전부(140, 240)를 포함한다. 상기 발전부(140, 240)는 후술할 신재생 에너지원(풍력, 태양광 등)을 이용하는 신재생 발전부를 제외한 나머지 발전부(예를 들어, 화력 발전 등)을 포함할 수 있다. 상기 발전부(140, 240)는 발전소 및 변전소를 포함하며, 전력 계통(101, 201)에 하나 이상 포함될 수 있다. 또한, 상기 전력 계통(101, 201)에는 발전부(140, 240)에서 생산된 전력을 수요하는 하나 이상의 부하가 연결될 수 있다.In one example, the hybrid charging and discharging systems 100 and 200 according to the present invention are electrically connected to the power systems 101 and 201 . The power systems 101 and 201 include one or more power generation units 140 and 240 . The power generation units 140 and 240 may include the remaining power generation units (eg, thermal power generation, etc.) except for the renewable power generation unit using a new and renewable energy source (wind power, solar light, etc.) to be described later. The power generation units 140 and 240 include a power plant and a substation, and one or more may be included in the power systems 101 and 201 . In addition, one or more loads that require power generated by the power generation units 140 and 240 may be connected to the power systems 101 and 201 .

하나의 예에서, 본 발명에 따른 충방전 시스템(100, 200)은 제1 배터리부(110, 210), 제2 배터리부(120, 220) 및 제어부(102, 202)를 포함한다.In one example, the charging/discharging systems 100 and 200 according to the present invention include first battery units 110 and 210 , second battery units 120 and 220 , and control units 102 and 202 .

상기 제1 배터리부(110, 210)는 전력 계통(101, 201)으로부터 충전할 수 있고, 전력 계통(101, 201) 및 전력 계통(101, 201)과 연결된 부하로 각각 방전할 수 있도록 마련되며, 제1 충방전율(C-rate)을 갖는다. 특히, 제1 배터리부(110, 210)는 전기 이중층 커패시터(EDLC, Electric Double Layer Capacitor)를 포함하며, 쌍방향의 AC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.The first battery units 110 and 210 are provided to be charged from the power systems 101 and 201 and to be discharged to the loads connected to the power systems 101 and 201 and the power systems 101 and 201, respectively. , has a first charge/discharge rate (C-rate). In particular, the first battery units 110 and 210 may include an electric double layer capacitor (EDLC) and a bidirectional AC-DC converter.

아울러, 본 발명에 따른 충방전 시스템(100, 200)은 전력 계통(101, 201)에 제1 배터리부(110, 210)와 병렬 연결된 제2 배터리부(120, 220)를 포함한다. 상기 제2 배터리부(120, 220)는 전력 계통(101, 201)으로부터 충전될 수 있고, 전력 계통(101, 201) 및 전력 계통(101, 201)과 연결된 부하로 각각 방전할 수 있도록 마련된다. 특히, 제2 배터리부(120, 220)는 레독스 흐름전지(RFB, Redox flow battery)를 포함하며, 상기 제2 배터리부(120, 220)는 쌍방향의 AC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.In addition, the charging/discharging systems 100 and 200 according to the present invention include the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220 connected in parallel to the power systems 101 and 201 . The second battery units 120 and 220 may be charged from the power systems 101 and 201 , and may be discharged to the power systems 101 and 201 and loads connected to the power systems 101 and 201 , respectively. . In particular, the second battery units 120 and 220 may include a redox flow battery (RFB), and the second battery units 120 and 220 may include a bidirectional AC-DC converter.

특히, 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 시스템의 제1 배터리부 및 제2 배터리부는 각각 식 1 및 식 2에 의해서 운용되는 것을 특징으로 한다:In particular, it is characterized in that the first battery unit and the second battery unit of the hybrid charge/discharge system according to the present invention are operated according to Equations 1 and 2, respectively:

[식 1][Equation 1]

a MW / b MWh (4a=b)a MW / b MWh (4a=b)

식 1에서, a는 제1 배터리부의 에너지를 나타내고, b 는 제1 배터리부의 출력을 나타낸다In Equation 1, a represents the energy of the first battery unit, and b represents the output of the first battery unit.

[식 2][Equation 2]

c MW / d MWh (2c=d)c MW / d MWh (2c=d)

식 2에서, b는 제2 배터리부의 에너지를 나타내고, d 는 제2 배터리부의 출력을 나타낸다.In Equation 2, b denotes the energy of the second battery part, and d denotes the output of the second battery part.

나아가, 상기 제2 배터리부(120, 220)는 제1 충방전율(C-rate) 보다 낮은 제2 충방전율을 갖는다. 구체적으로, 제1 배터리부(110, 210)의 충방전율(제1 충방전율)은 제2 배터리부(120, 220)의 충방전율(제2 충방전율)의 2배 내지 9배 일 수 있다. 구체적으로, 제1 충방전율과 제2 충방전율의 비율은 2 ~ 9 : 1 (2 : 1 내지 9 : 1) 일 수 있다. 예를 들어, 제1 충방전율과 제2 충방전율의 비율은 2 : 1, 3 : 1, 4 : 1 또는 9 : 1 일 수 있다.Furthermore, the second battery units 120 and 220 have a second charge/discharge rate lower than the first charge/discharge rate (C-rate). Specifically, the charge/discharge rate (first charge/discharge rate) of the first battery units 110 and 210 may be 2 to 9 times the charge/discharge rate (second charge/discharge rate) of the second battery units 120 and 220 . Specifically, the ratio of the first charge/discharge rate to the second charge/discharge rate may be 2 to 9: 1 (2:1 to 9: 1). For example, the ratio of the first charge/discharge rate to the second charge/discharge rate may be 2:1, 3:1, 4:1, or 9:1.

다른 하나의 예에서, 상기 제1 배터리부(110, 210)와 제2 배터리부(120, 220)는 출력이 서로 상이할 수 있다.In another example, the outputs of the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220 may be different from each other.

상기 제2 배터리부(120, 220)의 에너지는 제1 배터리부(110, 210)의 에너지의 1.5 내지 4 배일 수 있다. 예를 들면, 제1 배터리부(110, 210)와 제2 배터리부(120, 220)의 에너지 비는 1 : 1.5~4, 1 : 1.7~3, 1 : 1.9~2 또는 1 : 2 일 수 있다. 한편, 상기 제1 배터리부와 제2 배터리부의 에너지은 4 내지 24 MWh 범위 일 수 있다.The energy of the second battery units 120 and 220 may be 1.5 to 4 times the energy of the first battery units 110 and 210 . For example, the energy ratio between the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220 may be 1:1.5-4, 1:1.7-3, 1:1.9-2, or 1:2. have. Meanwhile, the energy of the first battery unit and the second battery unit may be in the range of 4 to 24 MWh.

하나의 예에서, 상기 제1 배터리부(110, 210) 및 제2 배터리부(120, 220)의 조합에 의해서 하이브리드 충방전 시스템(100, 200)이 운용되고, 제1 배터리부의 에너지 및 출력비(a : b)는 1 : 3 내지 1 : 5 이며, 제2 배터리부의 에너지 및 출력비(c : d)는 1 : 1.5 내지 1 : 4 일 수 있다In one example, the hybrid charging/discharging systems 100 and 200 are operated by a combination of the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220, and the energy and output ratio ( a: b) may be 1: 3 to 1: 5, and the energy and output ratio (c: d) of the second battery unit may be 1: 1.5 to 1: 4

구체적으로, 제1 배터리부(110, 210)의 에너지(a)와 제1 배터리부(110, 210)의 출력(b) 비율은 1 : 3 ~ 5, 1 : 3.5 ~ 4.5 또는 1 : 4 일 수 있다. 예를 들면, 제1 배터리부(110, 210)의 에너지(a)는 6MWh (4C) 일 수 있으며, 제1 배터리부(110, 210)의 출력(b)은 24 MW 일 수 있다. 나아가, 식 2에서, 제2 배터리부(120, 220)의 에너지(c)와 제2 배터리부(120, 220)의 출력(d) 비율은 1 : 1.5 ~ 4, 1 :1.7 ~ 3, 1 : 1.9~2.5 또는 1 : 2 일 수 있다. 예를 들면, 제2 배터리부(120, 220)의 에너지(a)는 12MWh (2C) 일 수 있으며, 제2 배터리부(120, 220)의 출력(b)은 24 MW 일 수 있다.Specifically, the ratio of the energy (a) of the first battery units 110 and 210 to the output (b) of the first battery units 110 and 210 is 1: 3 to 5, 1: 3.5 to 4.5, or 1: 4 days. can For example, the energy a of the first battery units 110 and 210 may be 6 MWh (4C), and the output b of the first battery units 110 and 210 may be 24 MW. Further, in Equation 2, the ratio of the energy c of the second battery units 120 and 220 to the output d of the second battery units 120 and 220 is 1: 1.5 to 4, 1:1.7 to 3, 1 : 1.9~2.5 or 1:2. For example, the energy a of the second battery units 120 and 220 may be 12 MWh (2C), and the output b of the second battery units 120 and 220 may be 24 MW.

하나의 예에서, 상기 제어부(102, 202)는 충방전 시스템(100, 200) 만을 제어하게 마련될 수 있고, 충방전 시스템(100, 200) 및 전력 계통(101, 201)을 함께 제어하게 마련될 수 있다. 또한, 상기 제어부(102, 202)는 전력 계통(101, 201)의 공급과 수요를 감지할 수 있고, 전력 계통(101, 201)의 주파수 변동을 감지할 수 있으며, 각 배터리의 SOC(state of charge) 값을 감지하도록 마련될 수 있다.In one example, the control unit 102, 202 may be provided to control only the charging/discharging systems 100 and 200, and provided to control the charging/discharging systems 100 and 200 and the power systems 101 and 201 together. can be In addition, the control unit 102 , 202 may sense the supply and demand of the power systems 101 and 201 , and detect frequency fluctuations of the power systems 101 , 201 , and the state of each battery (SOC). charge) may be provided to detect the value.

구체적으로, 상기 제어부(102, 202)는 전력 계통(101, 201)의 주파수 변동을 감지하고, 주파수 변동을 억제하기 위하여, 주파수 변동 정도에 따라 제1 배터리부(110, 210)와 제2 배터리부(120, 220)의 충전 및 방전을 각각 제어하도록 할 수 있다.Specifically, the control unit 102, 202 detects the frequency fluctuations of the power systems 101 and 201, and in order to suppress the frequency fluctuation, the first battery units 110 and 210 and the second battery according to the frequency fluctuation degree. The charging and discharging of the units 120 and 220 may be controlled, respectively.

즉, 제어부(102, 202)는 전력 계통(101, 201)의 주파수가 기준 주파수(예를 들어, 60Hz)보다 낮아지면, 제1 배터리부(110, 210) 또는 제2 배터리부(120, 220)를 이용하여 전력계통으로 방전을 수행하도록 마련되고, 반대로, 제어부(102, 202)는 전력 계통(101, 102)의 주파수가 기준 주파수보다 높아지면 전력 계통(101, 201)의 주파수가 상승했을 때, 제1 배터리부(110, 210) 또는 제2 배터리부(120, 220)를 이용하여 전력 계통(101, 201)으로부터 충전을 수행하도록 마련된다.That is, when the frequency of the power systems 101 and 201 is lower than the reference frequency (eg, 60 Hz), the control unit 102 , 202 controls the first battery unit 110 , 210 or the second battery unit 120 , 220 . ) is provided to discharge to the power system using, on the contrary, the control unit 102, 202, when the frequency of the power system 101, 102 becomes higher than the reference frequency, the frequency of the power system 101, 201 has risen At this time, the first battery unit 110 , 210 or the second battery unit 120 , 220 is provided to perform charging from the power system 101 , 201 .

여기서, 상술한 바와 같이, 전력 계통(101, 201)에 주파수 변동이 발생할 때, 주파수 변동을 억제하는 목적으로 하나 이상의 배터리의 충/방전을 제어하는 것을 주파수 제어 운용(또는 주파수 제어 모드)라 지칭할 수 있다.Here, as described above, when a frequency change occurs in the power systems 101 and 201, controlling the charging/discharging of one or more batteries for the purpose of suppressing the frequency fluctuation is referred to as a frequency control operation (or frequency control mode). can do.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예와 관련된 충방전 시스템(100, 200)은 제1 배터리부(110, 210)와 제2 배터리부(120, 220)를 선택적으로 전력 계통(101, 102)에 전기적으로 연결시키기 위한 스위치부(130)를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 제어부(102, 202)는 스위치부(130)를 제어함으로써, 제1 배터리부(110, 210)를 이용하여, 주파수 제어 운용을 수행할 때, 제1 배터리부(110, 210)만을 전력 계통(101, 201)에 접속시키고, 이와는 다르게, 제2 배터리부(120, 220)를 이용하여, 주파수 제어 운용을 수행할 때, 제2 배터리부(120, 220)만을 전력 계통(101, 102)에 접속시킬 수 있다.Referring to FIG. 1 , the charging/discharging systems 100 and 200 related to the first embodiment of the present invention selectively connect the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220 to the power system 101 . , 102 may further include a switch unit 130 for electrically connecting to. That is, when the control unit 102, 202 controls the switch unit 130, using the first battery unit 110, 210, when performing frequency control operation, only the first battery unit 110, 210 power Connected to the systems 101 and 201 and, differently, using the second battery units 120 and 220, when performing frequency control operation, only the second battery units 120 and 220 power systems 101 and 102 ) can be connected.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예와 관련된 충방전 시스템(100, 200)은 제1 및 제2 배터리부(110, 120, 210, 220)와 전기적으로 연결된 PCS 부(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the charging/discharging systems 100 and 200 related to the second embodiment of the present invention include a PCS unit 230 electrically connected to the first and second battery units 110 , 120 , 210 , and 220 . may include

제1 및 제2 실시예는 스위치부(130) 및 PCS 부(230)의 추가 여부에서만 차이를 갖고, 전력 계통(101, 102)의 주파수 변동 시 충방전 제어는 동일하므로, 이하 함께 설명하도록 한다.The first and second embodiments differ only in whether the switch unit 130 and the PCS unit 230 are added, and charging/discharging control is the same when the frequency of the power systems 101 and 102 is changed, so it will be described together below. .

나아가, 상기 제어부(102, 202)는 전력계통의 주파수 변동 폭이 소정 값 이상인 경우, 주파수 제어 운용을 위하여 제1 배터리부(110, 210)를 통해 충전 또는 방전을 수행할 수 있다. 예를 들어, 주파수 변동 폭이 기준 주파수의 5%(소정값)이상일 경우, 즉, 기준 주파수가 60Hz을 일 때, 63 Hz 이상, 또는 57HZ 이하일 때, 고출력의 제1 배터리부(110, 210) 를 통해 충전 또는 방전을 수행할 수 있다.Furthermore, when the frequency fluctuation range of the power system is greater than or equal to a predetermined value, the control unit 102 or 202 may perform charging or discharging through the first battery units 110 and 210 for frequency control operation. For example, when the frequency fluctuation range is 5% (predetermined value) or more of the reference frequency, that is, when the reference frequency is 60 Hz, 63 Hz or more, or 57 Hz or less, the first battery units 110 and 210 of high output can be charged or discharged.

상기 제1 배터리부(110, 210)는 주파수 제어 모드에서 단독으로 15분간 대응할 수 있도록 마련된다.The first battery units 110 and 210 are provided to respond alone for 15 minutes in the frequency control mode.

또한, 제어부(102, 202)는, 주파수 변동 폭이 소정 값 미만인 경우, 주파수 제어 운용을 위하여 제2 배터리부(120, 220)를 통해 충전 또는 방전을 수행할 수 있다. 예를 들어, 주파수 변동 폭이 기준 주파수의 5%미만일 경우, 즉, 기준 주파수가 60Hz을 일 때, 57Hz 초과에서 63 Hz 미만의 범위에서 변동이 감지될 때, 에너지 성능이 우수한 제2 배터리부(120, 220)를 통해 충전 또는 방전을 수행할 수 있다.In addition, when the frequency fluctuation width is less than a predetermined value, the control unit 102 or 202 may perform charging or discharging through the second battery unit 120 or 220 for frequency control operation. For example, when the frequency fluctuation range is less than 5% of the reference frequency, that is, when the reference frequency is 60 Hz, when fluctuation is detected in the range of more than 57 Hz to less than 63 Hz, the second battery unit ( 120 and 220), charging or discharging may be performed.

한편, 하기의 표 1 내지 표 2는 배터리의 종류에 따른 에너지 밀도, 사이클 수명 등 배터리의 특성을 나타내는 표이다.Meanwhile, Tables 1 to 2 below are tables showing characteristics of batteries such as energy density and cycle life according to types of batteries.

표 1 내지 표 2를 참조하면, 본 발명의 제1 배터리부(110, 210) 및 제2 배터리부(120, 220)는 에너지 밀도(specific energy) 및 충방전 사이클 수명(cycle life) 중 적어도 하나가 상이할 수 있다. 하나의 예에서, 상기 제1 배터리부(110, 210) 는 제2 배터리부(120, 220) 보다 에너지 밀도(specific energy)가 낮고, 제2 배터리부(120, 220) 보다 충방전 사이클 수명(cycle life)이 길 수 있다.Referring to Tables 1 and 2, the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220 of the present invention have at least one of energy density (specific energy) and charge/discharge cycle life (cycle life). may be different. In one example, the first battery unit 110 , 210 has a lower energy density than the second battery unit 120 , 220 , and has a charge/discharge cycle life ( cycle life) can be long.

전기 이중층 커패시터 (EDLC, Electric Double Layer Capacitor)Electric Double Layer Capacitor (EDLC) 설치 용량installed capacity 6MWh6MWh 비 에너지 (용량)specific energy (capacity) 10~20 Wh/kg10-20 Wh/kg 출력 성능 및 효율Output Performance and Efficiency 10C / 100%@4C10C / 100%@4C 수명life span >1,000,000 회>1,000,000 times 설치비용installation cost 150만원/kwh 90억원1.5 million won/kwh 9 billion won 열화 온도deterioration temperature -25℃ ~ +70℃-25℃ ~ +70℃ 배터리 비용battery cost 90억원9 billion won 추가적 성능additional performance 저온성능 (-25도 동작 가능), 발화 또는 발열의 위험성이 적음Low temperature performance (operable at -25 degrees), low risk of ignition or heat

레독스 흐름전지(RFB, Redox flow battery)Redox flow battery (RFB) 설치 용량installed capacity 12MWh12MWh 비 에너지 (용량)specific energy (capacity) 25~75 Wh/kg25~75 Wh/kg 출력 성능 및 효율Output Performance and Efficiency 0.1C / 50%@2C0.1C / 50%@2C 수명life span -- 설치비용installation cost 100 만원/kwh 120억원1 million won/kwh 12 billion won 배터리 비용battery cost 120억원12 billion won 추가적 성능additional performance -18℃ 동작가능-18℃ operation possible

하나의 예에서, 상기 제1 배터리부(110, 210)는 전기 이중층 커패시터(EDLC) 를 포함하는 것으로, 상기 제1 배터리부(110, 210)의 에너지 밀도는 평균 10~20 Wh/kg 이며, 충방전 사이클 수명은 평균 1,000,000 이상일 수 있다. 아울러, 상기 제2 배터리부(120, 220)는 레독스 흐름전지(RFB)를 포함하는 것으로, 제2 배터리의 에너지 밀도는 평균 25-75 Wh/kg 일 수 있다. In one example, the first battery units 110 and 210 include an electric double layer capacitor (EDLC), and the energy density of the first battery units 110 and 210 is an average of 10-20 Wh/kg, The charge/discharge cycle life may be an average of 1,000,000 or more. In addition, the second battery units 120 and 220 include a redox flow battery (RFB), and the energy density of the second battery may be an average of 25-75 Wh/kg.

다른 하나의 예에서, 본 발명의 제2 배터리부(120, 220)의 충전 또는 방전을 수행하는 시간은, 제1 배터리부(110, 210)의 충전 또는 방전을 수행하는 시간의 1.5 내지 3 배일 수 있으며, 1.7 내지 2.7 배 또는 2배일 수 있다. 예를 들면, 계통을 통해 주파수 변화가 발생하는 경우, 초기에 검출을 통해 Primary 에서 최대 15분간 대응하고, 이후 Secondary에서 추가적으로 대응하는 방식으로 주파수 조절용 배터리의 효과적인 운영 모드를 설계할 수 있다. 이에 따라, 충방전 시스템(100, 200)의 가격을 절감하고 수명을 연장하는 기술로 통상 4년 내외로 운영하는 주파수 조절용 배터리의 수명을 최대 10년까지 연장시킬 수 있다.In another example, the time for charging or discharging the second battery unit 120 , 220 of the present invention is 1.5 to 3 times the time for charging or discharging the first battery unit 110 , 210 . and may be 1.7 to 2.7 times or 2 times. For example, when a change in frequency occurs through the system, an effective operation mode of the battery for frequency control can be designed in such a way that the primary responds for up to 15 minutes through initial detection, and then the secondary responds additionally. Accordingly, it is possible to extend the lifespan of the battery for frequency control, which is normally operated for about 4 years, by up to 10 years by reducing the cost of the charging/discharging systems 100 and 200 and extending the lifespan.

상기 제어부(102, 202)는, 제1 배터리부(110, 210) 및 제2 배터리부(120, 220) 값을 각각 측정하도록 마련될 수 있다. 또한, 제어부(102, 202)는, 전력 계통(101, 201)의 주파수 변동 정도 및 각각 배터리의 SOC값에 따라 주파수 제어 운용을 위해 제1 배터리부(110, 210) 및 제2 배터리부(120, 220)의 충전 및 방전을 각각 제어하도록 마련될 수 있다.The controllers 102 and 202 may be provided to measure the values of the first battery units 110 and 210 and the second battery units 120 and 220 , respectively. In addition, the control unit 102, 202, the first battery unit 110, 210 and the second battery unit 120 for frequency control operation according to the degree of frequency variation of the power systems 101 and 201 and the SOC value of the battery, respectively. , 220) may be provided to control the charging and discharging, respectively.

또한, 충방전 시스템(100, 200)은 전력계통과 연결된 태양광 발전부 및 풍력 발전부를 추가로 포함할 수 있다. 태양광 발전부 및 풍력 발전부는 전술한 신재생 발전부를 구성한다. 또한, 풍력 발전부는 태양광 발전부보다 주파수 변동 폭이 상대적으로 더 크다.In addition, the charging/discharging systems 100 and 200 may further include a solar power generation unit and a wind power generation unit connected to the power system. The solar power generation unit and the wind power generation unit constitute the above-described renewable power generation unit. In addition, the wind power generation unit has a relatively larger frequency fluctuation range than the solar power generation unit.

이때, 제어부(102, 202)는, 풍력 발전부에 의한 주파수 변동 시, 주파수 제어 운용을 위하여 제1 배터리부(110, 210)를 통해 충전 또는 방전을 수행할 수 있다.In this case, when the frequency is changed by the wind power generator, the control unit 102 or 202 may perform charging or discharging through the first battery unit 110 and 210 for frequency control operation.

반대로, 제어부(102, 202)는, 태양광 발전부에 의한 주파수 변동시, 주파수 제어 운용을 위하여 제2 배터리부(120, 220)를 통해 충전 또는 방전을 수행할 수 있다.Conversely, when the frequency is changed by the photovoltaic unit, the controllers 102 and 202 may perform charging or discharging through the second battery units 120 and 220 for frequency control operation.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions may be made by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes and additions shall be considered to fall within the scope of the following claims.

100, 200: 하이브리드 충방전 시스템
101, 201: 전력 계통
102, 202: 제어부
110, 210: 제1 배터리부
120, 220: 제2 배터리부
130: 스위치부
140, 240: 발전부
230: PCS(Power conversion system) 부100, 200: hybrid charge/discharge system
101, 201: power grid
102, 202: control unit
110, 210: first battery unit
120, 220: second battery unit
130: switch unit
140, 240: power generation unit
230: PCS (Power conversion system) part

Claims (6)

전력 계통으로부터 충전할 수 있고, 전력 계통 및 전력 계통과 연결된 부하로 각각 방전할 수 있도록 마련되며, 전기 이중층 커패시터(EDLC, Electric Double Layer Capacitor)를 포함하는 제1 배터리부;
전력 계통에 제1 배터리부와 병렬 연결되고, 전력 계통으로부터 충전할 수 있으며, 전력 계통 및 전력 계통과 연결된 부하로 각각 방전할 수 있도록 마련되며, 레독스 흐름전지(RFB, Redox flow battery)를 포함하는 제2 배터리부; 및
전력 계통의 주파수 변동을 감지하고, 주파수 변동을 억제하기 위하여, 주파수 변동 정도에 따라 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 충전 및 방전을 각각 제어하도록 마련된 제어부를 포함하며,
상기 제1 배터리부 및 제2 배터리부는 각각 식 1 및 식 2에 의해서 운용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템:
[식 1]
b MW / a MWh (4a=b)
식 1에서, a는 제1 배터리부의 에너지를 나타내고, b 는 제1 배터리부의 출력을 나타낸다
[식 2]
d MW / c MWh (2c=d)
식 2에서, b는 제2 배터리부의 에너지를 나타내고, d 는 제2 배터리부의 출력을 나타낸다.
a first battery unit capable of being charged from the power system and provided to be discharged to the power system and a load connected to the power system, respectively, and including an electric double layer capacitor (EDLC);
It is connected in parallel with the first battery unit to the power system, can be charged from the power system, and is provided to be discharged to the power system and the load connected to the power system, respectively, and includes a redox flow battery (RFB) a second battery unit; and
In order to detect the frequency fluctuation of the power system and suppress the frequency fluctuation, a control unit provided to control charging and discharging of the first battery unit and the second battery unit, respectively, according to the degree of frequency fluctuation,
A hybrid charging/discharging system, characterized in that the first battery unit and the second battery unit are operated according to Equations 1 and 2, respectively:
[Equation 1]
b MW / a MWh (4a=b)
In Equation 1, a represents the energy of the first battery unit, and b represents the output of the first battery unit.
[Equation 2]
d MW / c MWh (2c=d)
In Equation 2, b denotes the energy of the second battery part, and d denotes the output of the second battery part.
 제1항에 있어서,
제1 배터리부의 충방전율은, 제2 배터리부의 충방전율의 2 배 내지 9 배이며,
제2 배터리부의 에너지는 제1 배터리부의 에너지의 1.5 내지 4 배인 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템.
According to claim 1,
The charge/discharge rate of the first battery unit is 2 to 9 times the charge/discharge rate of the second battery unit,
The energy of the second battery unit is 1.5 to 4 times the energy of the first battery unit.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 조합에 의해서 하이브리드 충방전 시스템이 운용되고,
제1 배터리부의 에너지 및 출력비(a : b)는 1 : 3 내지 1 : 5 이며,
제2 배터리부의 에너지 및 출력비(c : d)는 1 : 1.5 내지 1 : 4 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템.
The method of claim 1,
A hybrid charging/discharging system is operated by the combination of the first battery unit and the second battery unit,
The energy and output ratio (a:b) of the first battery part is 1:3 to 1:5,
The energy and output ratio (c: d) of the second battery unit is 1:1.5 to 1:4 hybrid charging/discharging system.
 제 1 항에 있어서,
제어부는, 주파수 변동 폭이 소정 값 이상인 경우, 주파수 제어 운용을 위하여 제1 배터리부를 통해 충전 또는 방전을 수행하며,
주파수 변동 폭이 소정 값 미만인 경우, 주파수 제어 운용을 위하여 제2 배터리부를 통해 충전 또는 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템.
The method of claim 1,
When the frequency fluctuation width is greater than or equal to a predetermined value, the control unit performs charging or discharging through the first battery unit for frequency control operation,
A hybrid charge/discharge system, characterized in that charging or discharging is performed through the second battery unit for frequency control operation when the frequency fluctuation range is less than a predetermined value.
 제 1 항에 있어서,
제어부는, 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 SOC(State of Charge) 값을 각각 측정하도록 마련되고,
제어부는, 전력 계통의 주파수 변동 정도 및 각각 배터리부의 SOC값에 따라 주파수 제어 운용을 위해 제1 배터리부 및 제2 배터리부의 충전 및 방전을 각각 제어하도록 마련된 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템.
The method of claim 1,
The control unit is provided to measure SOC (State of Charge) values of the first battery unit and the second battery unit, respectively,
The control unit is provided to control the charging and discharging of the first battery unit and the second battery unit, respectively, for frequency control operation according to the degree of frequency fluctuation of the power system and the SOC value of the battery unit, respectively.
 제 1 항에 있어서,
제2 배터리부의 충전 또는 방전을 수행하는 시간은, 제1 배터리부의 충전 또는 방전을 수행하는 시간의 1.5 내지 3 배인 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템.The method of claim 1,
The time for charging or discharging the second battery unit is 1.5 to 3 times the time for charging or discharging the first battery unit.
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