KR20210109795A - 신재생 에너지와 에너지 저장장치를 위한 전력계통 연계형 통합 컨버터 - Google Patents

신재생 에너지와 에너지 저장장치를 위한 전력계통 연계형 통합 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DC/DC 컨버터의 입력측에 신재생 에너지 및 에너지 저장장치와 연결되는 비절연 컨버터를 추가로 배치하여 DC/DC 컨버터로 유입되는 DC 전압을 일정하게 유지함으로써, 신재생에너지와 에너지 저장장치를 하나의 통합 컨버터를 통해 연결하여 전력 계통측과 용이하게 연계시킬 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터는, 신재생 에너지장치의 신재생 전력을 공급받아 일정 레벨의 DC로 출력하는 단방향 특성의 부스트 컨버터와, 에너지 저장장치의 배터리 충전 전력을 공급받아 부스트 컨버터와 동일한 레벨의 DC로 출력함과 더불어, 입력되는 그리드 전력을 에너지 저장장치에 충전하는 양방향 특성의 벅-부스트 컨버터 및, 입력측에 상기 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터가 병렬 연결되어 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터 중 적어도 하나로부터 인가되는 동일 레벨의 DC 전력을 기 설정된 DC 레벨로 변환하여 전력 계통 측으로 출력함과 더불어, 전력 계통 측으로부터 인가되는 DC 형태의 그리드 전력을 상기 벅-부스트 컨버터로 출력하는 양방향 특성의 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성되고, 상기 에너지 저장장치의 최대 전력은 신재생 에너지의 최대 전력 보다 높고, 전력 계통측 전력은 에너지 저장장치의 최대 전력보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다.

Description

신재생 에너지와 에너지 저장장치를 위한 전력계통 연계형 통합 컨버터{ Integrated converter of Grid connected type for new renewable energy and energy storage devices}
본 발명은 DC/DC 컨버터의 입력측에 신재생 에너지 및 에너지 저장장치와 연결되는 비절연 컨버터를 추가로 배치하여 DC/DC 컨버터로 유입되는 DC 전압을 일정하게 유지함으로써, 신재생에너지와 에너지 저장장치를 하나의 통합 컨버터를 통해 연결하여 전력 계통측과 용이하게 연계시킬 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.
스마트 그리드(Smart Grid)는 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목한 전력망으로, 에너지 효율을 최적화하기 위해 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하는 차세대 지능형 전력망이다.
또한, 최근에는 태양광, 태양열, 풍력, 소수력, 조력, 지열 등의 신재생 에너지 등을 이용하여 전력을 생산하는 발전기와 연계한 에너지 저장장치(ESS)가 대두되고 있다.
이러한 에너지 저장 시스템은 도1과 같이 구성된다.
도1을 참조하면, 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지로부터 생성된 신재생 전력을 DC/DC 변환하여 출력하는 제1 컨버터(10)와, 에너지 저장장치(2)에 충전된 전력을 DC/DC 변환하여 출력함과 더불어, 전력 계통(3)의 여유 전력을 에너지 저장장치(2)에 충전하는 제2 컨버터(20), 제1 컨버터(10) 및 제2 컨버터(20)로부터 인가되는 DC 전력을 AC로 변환하여 전력계통(3)으로 공급하는 전력 변환기(30) 및, 신재생 에너지의 발전 전력을 전력계통(3)으로 공급하도록 제어함과 더불어, 전력계통(3)의 전력 상황과 에너지 저장장치(2)의 충전량에 따라 제2 컨버터(20)로 잉여 전력을 공급하여 충전하거나 방전시키도록 동작 제어하는 제어수단(40)을 포함하여 구성된다.
그런데, 상기 제1 및 제2 컨버터(10,20)는 모두 입력되는 전력을 DC/DC 변환하는 것으로, 동일한 소자들로 이루어진다. 그리고, 제1 및 제2 컨버터(10,20)는 전력 레벨 변경을 위해 고가의 트랜지스터를 구비하는 바, 고가의 동일 구성 요소를 중복하여 구비함으로 인해 시스템 구축을 위한 소요 비용 감축에 한계가 있음은 물론 장치 소형화에도 한계가 있다.
이에, 하나의 DC/DC 컨버터로 신재생 에너지로부터 생성된 신재생 전력과 에너지 저장장치(2)의 배터리 전력을 입력받아 DC/DC 변환하는 방법을 고려해 볼 수 있으나, 신재생 전력과 배터리 전력의 전압이 일정하지 않기 때문에, 일정 전압 레벨의 DC 전력을 출력해야하는 DC/DC 컨버터의 듀티 제어에 어려움이 있다.
또한, 신재생 전력과 배터리 전압차에 의해 신재생 전력과 배터리 전력의 흐름이 목적하지 않는 방향으로 설정되는 문제가 발생될 수 있다. 예컨대, 신재생 전력보다 배터리 전압이 낮은 경우, 신재생 전력이 DC/DC 컨버터로 입력되지 않고 에너지 저장장치로 유입될 수 있다.
또한, 신재생에너지에서 생성된 전력은 필요시 전력계통(3)까지 경유하여 에너지 저장장치(2)에 저장되는 바, 신재생 전력의 저장 효율이 저하될 수 있다.
1. 한국등록특허 제10-1920695호 (명칭 : 동시 충방전 및 ON-OFF 그리드 전환 사용이 가능한 에너지 저장장치) 2. 한국공개특허 제10-2016-0129265호 (명칭 : 태양광 컨버터 및 에너지 저장 컨버터를 이용한 계통 연계형 통합 장치)
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, DC/DC 컨버터의 입력측에 신재생 에너지 및 에너지 저장장치와 연결되는 비절연 컨버터를 추가로 배치하여 DC/DC 컨버터로 유입되는 DC 전압을 일정하게 유지함으로써, 신재생에너지와 에너지 저장장치를 하나의 통합 컨버터를 통해 연결하여 전력 계통측과 용이하게 연계시킬 수 있도록 해 주는 신재생에너지와 에너지저장장치를 위한 전력계통 연계형 통합 컨버터를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 신재생 에너지장치로부터 출력되는 신재생 전력과 에너지 저장장치로부터 출력되는 배터리 충전 전력에 대해 하나의 장치를 통해 DC/DC 변환하여 전력 계통측으로 출력하는 통합 컨버터에 있어서, 신재생 에너지장치의 신재생 전력을 공급받아 일정 레벨의 DC로 출력하는 단방향 특성의 부스트 컨버터와, 에너지 저장장치의 배터리 충전 전력을 공급받아 부스트 컨버터와 동일한 레벨의 DC로 출력함과 더불어, 입력되는 그리드 전력을 에너지 저장장치에 충전하는 양방향 특성의 벅-부스트 컨버터 및, 입력측에 상기 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터가 병렬 연결되어 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터 중 적어도 하나로부터 인가되는 동일 레벨의 DC 전력을 기 설정된 DC 레벨로 변환하여 전력 계통 측으로 출력함과 더불어, 전력 계통 측으로부터 인가되는 DC 형태의 그리드 전력을 상기 벅-부스트 컨버터로 출력하는 양방향 특성의 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성되고, 상기 에너지 저장장치의 최대 전력은 신재생 에너지의 최대 전력 보다 높고, 전력 계통측 전력은 에너지 저장장치의 최대 전력보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터가 제공된다.
또한, 상기 부스트 컨버터는 신재생 에너지의 "+" 단자에 제1 인덕터(L1)와 순방향 다이오드(D)가 순차로 직렬 연결되고, 제1 인덕터(L1)와 순방향 다이오드(D) 사이에 제1 스위칭 소자(S1)가 병렬 연결됨과 더불어, 순방향 다이오드(D)의 출력단에 제1 캐패시터(C1)가 병렬 연결되어 구성되고, 상기 벅-부스트 컨버터는 에너지 저장장치의 "+" 단자에 제2 인덕터(L2)와 제2 스위칭 소자(S2)가 순차로 직렬 연결되고, 제2 인덕터(L2)와 제2 스위칭 소자(S2)사이에 제3 스위칭 소자(S3)가 병렬 연결됨과 더불어, 제2 스위칭 소자(S2)의 출력단에 제2 캐패시터(C2)가 병렬 연결되어 구성되며, 상기 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 각 출력라인은 극성별로 연결되어 상기 DC/DC 컨버터의 입력라인에 연결되고, 상기 제1 및 제3 스위칭 소자(S1,S3)는 신재생 전력 및 충전 전력의 각 기준 전력에 대응되게 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)를 통해 전력 계통의 전력보다 큰 DC 전력을 출력하도록 단속 속도가 설정되어, 신재생 전력 및 충전 전력의 레벨에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)의 출력 DC 레벨이 변경되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터가 제공된다.
또한, 부스트 컨버터의 신재생 DC 전력과 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 모두 전력 계통측 전력보다 높은 경우, 신재생 전력과 충전 전력은 DC/DC 컨버터로 입력되도록 설정되고, 부스트 컨버터의 신재생 DC 전력은 전력 계통측 전력보다 높으면서 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 전력 계통측 전력보다 낮은 경우, 부스트 컨버터로부터 출력되는 신재생 DC 전력은 벅-부스트 컨버터로 입력되며, 부스트 컨버터의 신재생 DC 전력은 전력 계통측 전력보다 낮으면서 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 전력 계통측 전력보다 높은 경우, 벅-부스트 컨버터로부터 출력되는 충전 DC 전력은 DC/DC 컨버터로 입력되고, 부스트 컨버터의 신재생 DC 전력과 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 모두 전력 계통측 전력보다 낮은 경우, 전력 계통측으로부터 인가되는 그리드 전력이 DC/DC 컨버터를 통해 벅-부스트 컨버터로 입력되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터가 제공된다.
또한, 상기 스위칭 수단은 PWM 제어신호에 따라 단속되는 MOSFET으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터가 제공된다.
본 발명에 의하면, 하나의 DC/DC 컨버터의 입력측에 신재생 에너지 및 에너지 저장장치와 연결되는 비절연 컨버터를 추가로 배치하여 DC/DC 컨버터로 유입되는 DC 전압을 일정하게 유지함으로써, DC/DC 컨버터의 듀티 제어를 보다 용이하게 수행할 수 있음은 물론 신재생 에너지와 에너지 저장장치간의 서로 다른 전압특성으로 인해 발생될 수 있는 전력 흐름의 오동작을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 신재생에너지와 에너지 저장장치를 하나의 통합 컨버터를 통해 연결하여 계통측과 연계시킴으로써, 제품을 소형화하고 제어처리를 간소화함은 물론, 전력 디바이스 등의 부품 감소를 통해 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 신재생에너지에서 생성된 전력을 통합 컨버터만 경유하여 에너지 저장장치에 저장되므로, 에너지 저장장치의 충방전 효율이 향상될 수 있다.
도1은 종래 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 본 발명이 적용되는 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도3은 도2에 도시된 통합 컨버터(100)의 내부구성을 도시한 회로도.
도4는 태양전지(11)와 배터리(2)의 충전 레벨에 따른 통합 컨버터(100)의 동작모드별 전력 흐름을 도시한 도면.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도2는 본 발명이 적용되는 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지원인 태양전지(11) 및 에너지 저장장치(2)와 전력 계통(Grid, 3) 사이에 통합 컨버터(100)와, 전력 변환기(200) 및, 제어수단(300)이 구비되어 구성된다. 도2에는 신재생 에너지원으로 태양전지(11)가 도시되어 있으나, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지원으로 실시될 수 있음은 물론이다. 이때, AC 전력을 생성하는 신재생 에너지원에 대해서는 AC/DC 컨버터가 추가로 구비된다.
상기 통합 컨버터(100)는 태양전지(11) 및 에너지 저장장치(2)와 연결되고, 태양광 전력 및 배터리 전력에 대한 DC-DC 컨버팅 기능을 수행한다. 이때, 통합 컨버터(100)는 하나의 DC/DC 컨버터를 이용하여 태양전지(11)와 에너지 저장장치(2)에서 발생된 전력에 대한 DC/DC 변환처리를 수행한다.
상기 전력 변환기(200)는 통합 컨버터(100)와 전력 계통(3) 사이에서의 전력 변환처리를 수행하는 것으로, 통합 컨버터(100)로부터 인가되는 DC 전원을 AC로 변환하여 전력 계통(3)으로 공급하고, 전력 계통(3)으로부터 인가되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 통합 컨버터(100)로 공급한다.
상기 제어수단(300)은 상위 제어장치, 예컨대 EMS(Energy Management System, 4)로부터 인가되는 에너지 저장을 위한 제어정보를 근거로 PWM(pulse width modulation )제어신호를 생성하여 상기 통합 컨버터(100) 및 전력 변환기(200)의 동작을 제어한다.
도3은 도2에 도시된 통합 컨버터(100)의 내부 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도3을 참조하면, 통합 컨버터(100)는 태양전지(11)와 연결되는 부스트 컨버터(Boost converter, 110)와 에너지 저장장치(2)와 연결되는 벅-부스트 컨버터(Buck-Boost converter, 120) 및, 부스트 컨버터(110) 및 벅-부스트 컨버터(120)와 전력 변환기(200)간의 DC/DC 변환기능을 수행하는 DC/DC 컨버터(130)를 포함한다.
즉, 본 발명에서 통합 컨버터(100)는 DC/DC 컨버터(130)의 입력측에 태양전지(11) 및 에너지 저장장치(2)와 연결되는 비절연 특성의 부스트 컨버터(110)와 벅-부스트 컨버터(120)를 병렬로 연결하여 구성되는 것이 주된 특징이다.
부스트 컨버터(110)는 태양전지(11)에서 생성된 태양광 전력을 공급받아 일정 레벨의 DC로 출력하는 단방향 특성의 컨버터로서, 태양 전지(111)의 "+" 단자에 인덕터(L1)와 순방향 다이오드(D)가 순차로 직렬 연결되고, 인덕터(L1)와 순방향 다이오드(D) 사이에 전력 반도체 타입, 예컨대 MOSFET 으로 구성되는 제1 스위칭 소자(S1)가 병렬 연결됨과 더불어, 순방향 다이오드(D)의 출력단에 캐패시터(C1)가 병렬 연결되어 구성된다.
이때, 제1 스위칭 소자(S1)는 제어수단(300)로부터 인가되는 PWM 제어신호에 따라 제1 캐패시터(C1)를 통해 전력 계통(3)의 그리드 전력보다 일정 레벨 큰 DC 전력을 출력하도록 단속된다. 여기서, 제1 스위칭 소자(S1)는 태양전지(11)의 기준 발전 전력에 대응하여 단속 속도가 설정되는 바, 태양전지(11)가 기준 발전 전력 이하가 되는 경우, 제1 캐패시터(C1)에 걸리는 전력 레벨은 기 설정된 DC 레벨 보다 작아지게 된다.
벅-부스트 컨버터(120)는 에너지 저장장치(2)의 배터리 충전 전력을 공급받아 부스트 컨버터(11)와 동일한 레벨의 DC로 출력함과 더불어, 입력되는 그리드 전력을 에너지 저장장치(2)에 충전하는 양방향 특성의 컨버터로서, 배터리(2)의 "+" 단자에 제2 인덕터(L2)와 제3 스위칭 소자(S3)가 순차로 직렬 연결되고, 제2 인덕터(L2)와 제3 스위칭 소자(S3) 사이에 제2 스위칭 소자(S2)가 병렬 연결됨과 더불어, 제3 스위칭 소자(S3)의 출력단에 제2 캐패시터(C2)가 병렬 연결되어 구성된다.
이때, 제2 스위칭 소자(S2)는 제어수단(300)로부터 인가되는 PWM 제어신호에 따라 제2 캐패시터(C2)를 통해 전력 계통(3)의 그리드 전력보다 일정 레벨 큰 DC 전력을 출력하도록 단속된다. 여기서, 제2 스위칭 소자(S2)는 배터리(2)의 기준 발전 전력에 대응하여 단속 속도가 설정되는 바, 배터리(2)가 기준 충전 전력이 이하가 되는 경우, 제2 캐패시터(C2)에 걸리는 전력 레벨은 기 설정된 DC 레벨 보다 작아지게 된다.
그리고, 부스트 컨버터(110)의 캐패시터(C1)와 벅-부스트 컨버터(120)의 캐패시터(C2)의 출력라인은 극성별로 연결되고, 각 극성별 접점이 DC/DC 컨버터(130)의 입력라인에 연결된다. 이때, 제1 및 제2 캐패시터(C1,C2)의 "+" 접점은 DC/DC 컨버터(130)의 "+"라인에 연결되고, 제1 및 제2 캐패시터(C1,C2)의 "-" 접점은 DC/DC 컨버터(130)의 "-"라인에 연결된다.
DC/DC 컨버터(130)는 입력측에 상기 부스트 컨버터(110)와 벅-부스트 컨버터(120)가 병렬 연결되어 부스트 컨버터(110)와 벅-부스트 컨버터(120) 중 적어도 하나로부터 인가되는 동일 레벨의 DC 전력을 기 설정된 DC 레벨, 보다 상세하게는 전력계통(3)의 그리드 전력 레벨로 변환하여 전력 계통(3) 측으로 출력함과 더불어, 전력 계통(3) 측으로부터 인가되는 DC 형태의 그리드 전력을 상기 벅-부스트 컨버터(120)로 출력하는 양방향 특성의 컨버터이다.
이러한 DC/DC 컨버터(130)는 트랜스포머(T)의 양단에 4개의 스위칭 소자를 상보적으로 스위칭하는 풀 브리지가 각각 결합되어 구성된다. 즉, 부스트 컨버터(110) 및 벅-부스트 컨버터(120)와 연결되는 트랜스포머(T)의 1차측에는 제4 내지 제7 스위칭 소자(S3~S7)로 이루어지는 풀 브리지가 배치되고, 전력 변환기(200)와 연결되는 트랜지포머(T)의 2차측에는 제8 내지 제11 스위칭 소자(S8 ~ S11)가 배치된다.
이때, DC/DC 컨버터(130)는 제어수단(300)의 PWM 제어에 따라 제4 내지 제7 스위칭 소자(S3~S7)를 고속 스위칭 동작시킴으로써, 상기 입력단에서 출력되는 전력을 단속하여 교번적인 전력을 트랜스포머(T)의 1차측 코일에 흐르게 한다. 그리고, 상기 트랜스포머(T)는 교번적인 전력을 1차측 코일과 2차측 코일 사이의 권선비에 따라 변압한 전력을 2차측 코일로 출력되게 한다. 이때, 제8 내지 제11 스위칭 소자(S8~S11)는 역전압이 걸리지 않도록 적절하게 단속된다.
또한, DC/DC 컨버터(130)는 양단간의 전력차에 기반하여 트랜스포머(T)의 1차측 전력 레벨이 낮게 되면, 상기 전력계통(1)측으로부터 입력되는 그리드 전력을 트랜스포머(T)를 통해 벅-부스트 컨버터(120)로 출력한다.
그리고, 도3에서 모든 스위칭 소자(S1~S11)는 PWM 제어신호에 의해 단속되는 전력 반도체 타입, 예컨대 MOSFET 으로 구성된다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 통합 컨버터(100)는 태양전지(11)와 에너지 저장장치(2)의 배터리 충전 레벨에 따라 도4에 도시된 바와 같이 서로 다른 전력 흐름을 갖도록 동작된다.
도4를 참조하면, 통합 컨버터(100)는 태양전지(11)에서 생성된 태양광 전력과 에너지 저장장치(2)에 충전된 배터리 전력을 전력 변환기(200)를 통해 전력 계통(3)으로 공급하는 제1 모드(A)와, 태양전지(11)에서 생성된 태양광 전력을 에너지 저장장치(2)으로 공급하는 제2 모드(B), 야간모드에서 에너지 저장장치(2)에 충전된 배터리 전력을 전력 변환기(200)를 통해 전력 계통(3)으로 공급하는 제3 모드(C) 및, 전력 계통(3)으로부터 전력 변환기(200)를 통해 인가되는 그리드 전력을 에너지 저장장치(2)로 공급하는 제4 모드(D)로 동작된다. 도4에서 점선은 전력을 흐름을 나타낸다.
이어, 통합 컨버터(100)의 각 모드별 동작을 설명한다.
먼저, 본 발명에서 에너지 저장장치(2)의 최대 전력은 태양전지(11)의 최대 전력 보다 높고, 전력 계통(3)에서 사용되는 그리드 전력은 에너지 저장장치(2)의 최대 충전 전력보다 낮게 설정된다. 예컨대, 태양전지(11)는 태양광 발전 상태에 따라 300 ~ 800V의 전력이 생성되고, 에너지 저장장치(2)는 충전 레벨에 따라 684 ~ 876V의 전력이 생성되며, 그리드 전력은 650V로 설정될 수 있다.
상기한 상태에서 제1 모드(도4의 (A))는 부스트 컨버터(110)의 태양광 DC 전력과 벅-부스트 컨버터(120)의 충전 DC 전력이 모두 전력 계통(3)측 전력보다 높은 경우로서, 태양광 DC 전력과 충전 전력의 전압 레벨이 모두 DC/DC 컨버터(130)로 입력되어, 전력 계통(3)측으로 공급된다.
또한, 제2 모드(도4의 (B))는 부스트 컨버터(110)의 출력 전력 즉, 태양광 DC 전력은 전력 계통(3)측 전력보다 높으면서 벅-부스트 컨버터(120)의 출력 전력 즉, 충전 DC 전력이 전력 계통(3)측 전력보다 낮은 경우로서, 부스트 컨버터(110)로부터 출력되는 태양광 DC 전력은 벅-부스트 컨버터(120)로 입력되어, 에너지 저장장치(2)에 충전된다.
또한, 제3 모드(도4의 (C))는 부스트 컨버터(110)의 태양광 DC 전력은 전력 계통(3)측 전력보다 낮으면서 벅-부스트 컨버터(120)의 충전 DC 전력이 전력 계통(3)측 전력보다 높은 경우로서, 벅-부스트 컨버터(120)로부터 출력되는 충전 DC 전력은 DC/DC 컨버터(130)로 입력되어 전력 계통(3)측으로 공급된다.
또한, 제4 모드(도4의 (D))는 부스트 컨버터(110)의 태양광 DC 전력과 벅-부스트 컨버터(120)의 충전 DC 전력이 모두 전력 계통(3)측 전력보다 낮은 경우로서, 전력 계통(3)측으로부터 인가되는 그리드 전력이 DC/DC 컨버터(130)를 통해 벅-부스트 컨버터(120)로 입력되어 에너지 저장장치(2)에 충전된다.
11 : 태양전지, 2 : 에너지 저장장치,
3 : 전력 계통, 4 : EMS,
100 : 통합 컨버터, 110 : 부스트 컨버터,
120 : 벅-부스트 컨버터, 130 : DC/DC 컨버터,
200 : 전력 변환기, 300 : 제어수단,

Claims (4)

  1. 신재생 에너지장치로부터 출력되는 신재생 전력과 에너지 저장장치로부터 출력되는 배터리 충전 전력에 대해 하나의 장치를 통해 DC/DC 변환하여 전력 계통측으로 출력하는 통합 컨버터에 있어서,
    신재생 에너지장치의 신재생 전력을 공급받아 일정 레벨의 DC로 출력하는 단방향 특성의 부스트 컨버터와,
    에너지 저장장치의 배터리 충전 전력을 공급받아 부스트 컨버터와 동일한 레벨의 DC로 출력함과 더불어, 입력되는 그리드 전력을 에너지 저장장치에 충전하는 양방향 특성의 벅-부스트 컨버터 및,
    입력측에 상기 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터가 병렬 연결되어 부스트 컨버터와 벅-부스트 컨버터 중 적어도 하나로부터 인가되는 동일 레벨의 DC 전력을 기 설정된 DC 레벨로 변환하여 전력 계통 측으로 출력함과 더불어, 전력 계통 측으로부터 인가되는 DC 형태의 그리드 전력을 상기 벅-부스트 컨버터로 출력하는 양방향 특성의 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성되고,
    상기 에너지 저장장치의 최대 전력은 신재생 에너지의 최대 전력 보다 높고, 전력 계통측 전력은 에너지 저장장치의 최대 전력보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는 신재생 에너지의 "+" 단자에 제1 인덕터(L1)와 순방향 다이오드(D)가 순차로 직렬 연결되고, 제1 인덕터(L1)와 순방향 다이오드(D) 사이에 제1 스위칭 소자(S1)가 병렬 연결됨과 더불어, 순방향 다이오드(D)의 출력단에 제1 캐패시터(C1)가 병렬 연결되어 구성되고,
    상기 벅-부스트 컨버터는 에너지 저장장치의 "+" 단자에 제2 인덕터(L2)와 제2 스위칭 소자(S2)가 순차로 직렬 연결되고, 제2 인덕터(L2)와 제2 스위칭 소자(S2)사이에 제3 스위칭 소자(S3)가 병렬 연결됨과 더불어, 제2 스위칭 소자(S2)의 출력단에 제2 캐패시터(C2)가 병렬 연결되어 구성되며,
    상기 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 각 출력라인은 극성별로 연결되어 상기 DC/DC 컨버터의 입력라인에 연결되고,
    상기 제1 및 제3 스위칭 소자(S1,S3)는 신재생 전력 및 충전 전력의 각 기준 전력에 대응되게 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)를 통해 전력 계통의 전력보다 큰 DC 전력을 출력하도록 단속 속도가 설정되어, 신재생 전력 및 충전 전력의 레벨에 따라 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)의 출력 DC 레벨이 변경되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    부스트 컨버터의 신재생 DC 전력과 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 모두 전력 계통측 전력보다 높은 경우, 신재생 전력과 충전 전력은 DC/DC 컨버터로 입력되도록 설정되고,
    부스트 컨버터의 신재생 DC 전력은 전력 계통측 전력보다 높으면서 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 전력 계통측 전력보다 낮은 경우, 부스트 컨버터로부터 출력되는 신재생 DC 전력은 벅-부스트 컨버터로 입력되며,
    부스트 컨버터의 신재생 DC 전력은 전력 계통측 전력보다 낮으면서 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 전력 계통측 전력보다 높은 경우, 벅-부스트 컨버터로부터 출력되는 충전 DC 전력은 DC/DC 컨버터로 입력되고,
    부스트 컨버터의 신재생 DC 전력과 벅-부스트 컨버터의 충전 DC 전력이 모두 전력 계통측 전력보다 낮은 경우, 전력 계통측으로부터 인가되는 그리드 전력이 DC/DC 컨버터를 통해 벅-부스트 컨버터로 입력되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 PWM 제어신호에 따라 단속되는 MOSFET으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지장치와 에너지 저장장치를 위한 전력 계통 연계형 통합 컨버터.
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