KR20220027094A - 에너지 저장 시스템(ess)의 비상발전기 대체 방법 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

에너지 저장 시스템(ess)의 비상발전기 대체 방법 및 이를 포함하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ESS의 비상발전기 대체 방법 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 구체적으로, BEMS(Building Energy Management system)에서 비상 발전기를 대체하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템은 계통으로부터 제공받은 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 부하에 제공하는 ESS(Energy Storage System), 상기 계통과 상기 ESS 사이에 배치되는 차단기, 상기 계통의 상태 정보를 측정하는 감시부, 및 상기 감시부로부터 측정된 상기 상태 정보를 수신하고, 상기 차단기와 상기 ESS의 동작을 제어하는 BEMS(Building Energy Management System)를 포함하되, 상기 BEMS는, 상기 상태 정보를 기초로 상기 계통의 동작 상태를 판단하여, 상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 계통과 함께 상기 ESS가 보충적으로 상기 부하에 전력을 제공하도록 제어하고, 상기 계통이 고장 상태인 경우, 상기 ESS에 저장된 전력을 상기 부하에 제공한다.

Description

에너지 저장 시스템(ESS)의 비상발전기 대체 방법 및 이를 포함하는 시스템{Method for replacing emergency generator with energy storage system(ESS) and system comprising the same}
본 발명은 에너지 저장 시스템의 비상발전기 대체 방법 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 구체적으로, BEMS(Building Energy Management system)에서 비상 발전기를 대체하는 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.
에너지 저장 시스템은 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.
이러한 에너지 저장 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.
에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.
한편, 종래의 경우 이러한 에너지 저장 시스템을 이용한 BEMS(Building Energy Management System)는 비상 발전기를 따로 설치하여 계통에 문제가 발생한 경우, 비상 발전기에 의존하여 전력을 공급하는 방식을 택했다. 즉, 에너지 저장 시스템은 전력 계통의 전력 안정화를 위한 보조적인 역할만을 수행해왔을 뿐이고, 비상 발전기를 별도로 운용함으로써 비용과 에너지 효율상에 문제점이 있었다.
여기에서 도 1을 참조하면, 종래의 계통에 문제가 발생한 경우 에너지 저장 시스템의 동작이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 에너지 저장 시스템은 계통(300), 비상 발전기(400), 및 복수의 부하(L1, L2)에 전기적으로 연결되어 있다.
계통(300)에서 사고(예를 들어, 정전)가 발생한 경우, 제1 차단기(230)는 차단되고, 상기 사고를 감지한 감시부(210)의 신호에 의하여 BEMS(200)는 제2 차단기(250)를 제어한다.
BEMS(200)의 제어에 의하여, 제2 차단기(250)는 계통(300)과 ESS(100) 및 복수의 부하(L1, L2) 사이의 전기적 연결을 차단하고, 비상 발전기(400)와 복수의 부하(L1, L2)가 연결되며, ESS(100)의 동작은 일반적으로 정지하게 된다.
즉, 계통(300)에서 사고가 발생한 경우, 비상 발전기(400)가 복수의 부하(L1, L2)에 전력을 공급하게 되는데, 이로 인해 비상 발전기(400)를 추가적으로 가동하게 되어 추가적인 비용 소모가 발생하고 전력 품질에도 문제가 생길 수 있다.
또한, 비상 발전기(400)는 평상시 고장 여부를 수시로 확인하기 어렵기 때문에, 계통(300)의 전력 수급 문제가 발생하였을 때 비상 발전기(400)에도 문제가 발생하는 경우 BEMS(200)의 전력 수급에 차질이 생기는 문제점이 있다.
마찬가지로, ESS(100)에 충전된 전력을 효율적으로 사용할 수 없게 되어 에너지를 효율적으로 관리할 수 없었다.
본 발명은 계통에 문제가 발생하여 계통과 ESS 간 연결이 차단된 경우, ESS가 독립적으로 전압원으로 작동함으로써 BEMS의 전력 수급 문제를 해결할 수 있는 비상발전기 대체 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 평상시에는 ESS가 전류원으로 작동함으로써 빌딩부하를 계산 및 예측하여 계통 연계 모드로 작동하고, 계통이 단절된 경우, ESS가 비상 발전기를 대체함으로써 전력 공급을 원활하게 유지할 수 있는 비상발전기 대체 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은 계통으로부터 제공받은 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 부하에 제공하는 ESS(Energy Storage System), 상기 계통과 상기 ESS 사이에 배치되는 차단기, 상기 계통의 상태 정보를 측정하는 감시부, 및 상기 감시부로부터 측정된 상기 상태 정보를 수신하고, 상기 차단기와 상기 ESS의 동작을 제어하는 BEMS(Building Energy Management System)를 포함하되, 상기 BEMS는, 상기 상태 정보를 기초로 상기 계통의 동작 상태를 판단하여, 상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 계통과 함께 상기 ESS가 보충적으로 상기 부하에 전력을 제공하도록 제어하고, 상기 계통이 고장 상태인 경우, 상기 ESS에 저장된 전력을 상기 부하에 제공한다.
상기 상태 정보는, 상기 계통으로부터 측정된 전압, 전류, 주파수 또는 위상 정보를 포함하고, 상기 BEMS는 상기 상태 정보를 미리 설정된 기준값과 비교하여 상기 계통의 동작 상태를 판단할 수 있다.
상기 계통의 동작 상태는, 상기 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 이내인 경우 상기 정상 상태로 판단되고, 상기 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 미만 또는 초과인 경우 상기 고장 상태로 판단될 수 있다.
상기 계통과 상기 ESS 사이의 연결이 차단되는 경우, 상기 BEMS는 상기 계통이 정상 상태로 동작할 때의 동작 전압 및 동작 주파수로 상기 ESS가 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 ESS는, 상기 계통으로부터 입력 받은 전력의 전기적 신호를 변환하는 적어도 하나의 PCS(Power Conditioning System), 상기 적어도 하나의 PCS의 동작을 제어하는 PMS(Power Management System), 및 상기 적어도 하나의 PCS에 의해 충방전되는 배터리를 포함하되, 상기 PMS는 상기 BEMS로부터 수신한 제어 신호를 이용하여 상기 ESS의 동작 모드를 제어할 수 있다.
상기 배터리의 충방전 동작을 제어하고 상기 배터리의 상태를 감지하여 상기 감지된 상태를 PMS로 송신하는 BMS(Battery Management System)를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 비상발전기 대체 방법은 ESS(Energy Storage System)에 전기적으로 연결된 계통의 상태 정보를 측정하는 단계, 상기 측정된 상태 정보를 이용하여 상기 계통과 상기 ESS 사이에 배치된 차단기의 동작을 제어하는 단계, 및 상기 차단기의 동작 상태를 기초로 상기 ESS의 동작 모드를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 ESS의 동작 모드를 판단하는 단계는, 상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 ESS의 동작 모드를 상기 계통과 함께 상기 ESS가 보충적으로 상기 부하에 전력을 제공하는 계통 연계 모드로 판단하고, 상기 계통이 고장 상태인 경우, 상기 ESS의 동작 모드를 상기 ESS에 저장된 전력을 상기 부하에 제공하는 독립 운전 모드로 판단하는 것을 포함한다.
상기 상태 정보는, 상기 계통으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 또는 위상 정보를 포함하고, 상기 고장 상태는, 상기 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 미만 또는 초과인 경우를 포함하되, 상기 ESS의 동작 모드를 판단하는 단계는, 상기 고장 상태의 경우, 상기 차단기의 상태를 기초로 송출된 신호를 이용하여 상기 ESS의 동작이 정지하는 단계, 상기 동작 모드를 독립 운전 모드로 변경하는 단계, 상기 ESS의 재동작을 위해 상기 신호를 제거하는 단계, 및 상기 차단기의 상태를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상태 정보는, 상기 계통으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 또는 위상 정보를 포함하고, 상기 정상 상태는, 상기 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 이내인 경우를 포함하되, 상기 ESS의 동작 모드를 판단하는 단계는, 상기 정상 상태의 경우, 상기 ESS의 동작이 정지하는 단계, 상기 차단기의 상태 변경이 가능하도록 제어하는 단계, 및 상기 차단기가 닫히면, 상기 동작 모드를 계통 연계 운전 모드로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 비상발전기 대체 시스템에 의하면, 계통 사고시 ESS가 독립적으로 전압원으로 구동되어 부하에 전력을 공급함으로써 전력 공급을 원활하게 유지하고 계통 사고시 발생될 수 있는 문제점을 해결할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은 비상 발전기를 대체함으로써. 계통 사고시 BEMS의 전력 공급 안정성 및 전력 품질 또한 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은, BEMS의 지령에 따라 에너지 저장 시스템에서 전원을 공급함으로써, 계통 사고 시 빠른 응답 속도를 확보하고 시스템 단위에서 간편하게 전력 흐름을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은 차단기의 신호를 수신하여 에너지 저장 시스템의 동작 모드를 판단하고 제어하는 알고리즘을 이용함으로써, 에너지 저장 시스템과 각 구성요소 사이의 동작 제어 알고리즘을 간소화할 수 있다.
또한, 비상발전기 대체 시스템의 유지 보수 및 관리가 용이해지며, 시스템을 관리하는데 필요한 여러 가지 자원 및 비용을 감소시킬 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 계통에 문제가 발생한 경우 에너지 저장 시스템의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 포함된 ESS를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템이 구동되는 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 PCS가 제어되는 방식을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템이 구동되는 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 비상발전기 대체 방법 및 이를 포함하는 시스템에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 비상발전기 대체 시스템이 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 계통(300)에 사고(예를 들어, 정전)가 발생하여 계통(300)과 ESS(100) 사이의 전기적 연결이 차단된 경우가 도시되어 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템은 ESS(100, Energy Storage System), BEMS(200, Building Energy Management System), 계통(300), 감시부(210), 제1 차단기(230), 제2 차단기(250), 복수의 부하(L1, L2) 및 복수의 트랜스포머(TR1, TR2)를 포함할 수 있다.
ESS(100)는 AC 그리드 즉, 계통(300)으로부터 상용전원을 제공받아 충전하거나, 전력계통(300)과 더불어 태양광 발전설비 또는 기타 발전설비로부터 제공받은 전력을 충전하며, 필요시 충전된 전력을 방전하여 복수의 부하(L1, L2)에 제공할 수 있다.
또한, ESS(100)는 비상 발전기(400)에 연결되지 않는 경우에도 계통(300)으로부터 입력 받은 전력을 관리할 수 있다.
ESS(100)는 계통(300)에 사고가 발생하여 독립 운전 모드로 동작하는 경우, 계통(300)과 분리되어 있는 상태여야 한다.
또한, ESS(100)는 계통(300)과 ESS(100)사이의 전기적 연결이 분리 즉, 차단되는 경우 BEMS(200)로부터 제공받은 계통(300)의 전압 기준값과 주파수 기준값을 이용하여 동작한다.
ESS(100)는 계통(300)에 사고가 발생하여 계통(300)과 ESS(100) 사이의 전기적 연결이 차단된 이후에, 계통(300)의 사고가 해결되어 계통(300)과 ESS(100) 사이의 연결이 회복되는 경우 즉, 복전되는 경우 BEMS(200)로부터 제공받은 정보에 기초하여 계통(300)에 연계되어 동작한다.
도면에서 ESS(100)가 비상발전기 대체 시스템 내에 하나만 포함되어 있는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 ESS(100)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 ESS(100)는 동일한 노드에 병렬로 연결되거나, 서로 직렬로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 ESS(100) 각각은 독립적으로 구동하도록 설치된다. 예컨대, 하나의 건물에서 각각의 ESS(100)는 각 층별로 설치되어 각 층의 전기설비를 부하(L1 또는 L2)로 하여 전원을 공급하거나, 각 건물마다 한대씩 설치되어 각 건물의 전기설비를 부하(L1 또는 L2)로 하여 전원을 공급할 수 있다.
ESS(100)는 자체적으로 배터리(120)의 상태를 감시하고, 배터리 상태 정보를 BEMS(200)에 제공한다. 여기서 배터리 상태 정보는 ESS(100)의 고유식별정보를 포함하고 또한 배터리 충전시간, 배터리 방전시간, 배터리 전위(State of Charge, 이하 '배터리 잔존용량'이라 함) 등을 포함한다.
BEMS(200)는 각 ESS(100)로부터 배터리 상태 정보를 수신하고, ESS(100)의 전력 상태를 파악(즉, 모니터링)한다. 이러한 모니터링을 통해 BEMS(200)는 복수의 ESS(100) 중 설정된 배터리 방전 임계값 이하의 배터리 잔존용량을 나타내는 방전 ESS(100)가 발생되는지를 감시하고, 방전 ESS(100)가 발생되면 설정된 전력배급 임계값 이상인 하나의 전력배급 ESS(100)를 설정한 후 전력배급 ESS(100)에서 방전 ESS(100)로 전력이 보충되게 한다.
이때 전력배급 ESS(100)는 복수의 ESS(100) 중 배터리 잔존용량이 가장 높은 ESS(100)로 한다. 물론 본 발명은 이에 한정되지 않고, 전력배급 임계값 이상인 ESS(100) 중 임의의 하나로 할 수 있다.
BEMS(200)는 복수의 ESS(100)에 대한 우선순위를 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, BEMS(200)는 ESS(100)의 용량을 이용하여 복수의 ESS(100)에 대한 우선순위를 설정할 수 있다. 예를 들면, BEMS(200)는 용량이 큰 순서대로 우선순위를 설정할 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, BEMS(200)는 관리자에 의하여 임의로 복수의 ESS(100)에 대한 우선순위를 설정할 수 있다.
또한, BEMS(200)는 복수의 부하(L1, L2)에 대한 우선순위를 설정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, BEMS(200)는 부하중요도 및 부하량 중 적어도 하나를 이용하여 복수의 부하(L1, L2)에 대한 우선순위를 설정할 수 있다. 예를 들면, BEMS(200)는 부하중요도가 큰 순서대로 우선순위를 설정할 수 있다. 다른 예를 들면, BEMS(200)는 부하량이 큰 순서대로 우선순위를 설정할 수 있다.
BEMS(200)는 감시부(210)로부터 계통(300)의 상태 정보에 의한 감시 정보를 수신하여 제2 차단기(250)와 ESS(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 계통(300)의 상태 정보는 계통(300)에 사고가 발생한 경우(예를 들어, 정전) 또는 계통(300)의 사고가 회복된 경우(예를 들어, 복전)가 있을 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 계통(300)에 사고가 발생한 경우 감시부(210)는 감시 정보를 송출할 수 있다. 예를 들어, 감시부(210)는 제1 차단기(230)와 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
BEMS(200)는 감시부(210)와 제2 차단기(250)로부터 수신한 정보를 이용하여, ESS(100)와 제2 차단기(250)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, BEMS(200)는 감시부(210)로부터 감시 정보를 수신하여 제2 차단기(250)를 동작시킬 수 있다. 또한, BEMS(200)는 ESS(100)가 동작하는 동안 제2 차단기(250)가 닫히지 않도록 제어할 수 있으며, 제2 차단기(250)로부터 제2 차단기 접점신호를 수신하여 ESS(100)의 동작을 제어할 수 있다.
BEMS(200)는 계통(300)에 이상이 발생하면, ESS(100)에 대한 운전모드를 독립 운전 모드로 변경할 수 있다.
일 실시예에서, BEMS(200)는 계통(300)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나면 감시부(210)에서 송출하는 감시 정보에 의하여 계통(300)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 다른 실시예에서, BEMS(200)는 외부로부터 계통(300)에 대한 이상 상태 정보를 제공받을 수도 있다. 예를 들어, 계통(300)의 정전 또는 제1 차단기(230)로부터 측정되는 전압이 정격전압 이하인 경우 감시부(210)는 감시 정보를 송출할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
계통(300)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함할 수 있다. 계통(300)은 정상 상태일 때, ESS(100), 제1 부하(L1), 제2 부하(L2) 중 하나 이상에 전력을 공급할 수 있고, ESS(100)로부터 전력을 공급받을 수도 있다.
반면에, 계통(300)은 비정상 상태일 때, ESS(100), 제1 부하(L1), 제2 부하(L2) 중 하나 이상에 전력을 공급하기 어려워지고, ESS(100)로부터 전력을 공급받기 어려워질 수 있다.
또한, BEMS(200)는 ESS(100)의 동작 모드를 기초로 비상발전기 대체 시스템에 포함된 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, BEMS(200)는 제2 차단기(250)의 동작을 제어하며, 비상발전기 대체 시스템에 포함된 스위치(SW1, SW2, SW3)의 동작을 제어할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
감시부(210)는 계통(300)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준을 벗어나면 이를 감지하여 감시 정보를 BEMS(200)로 송출할 수 있다. 예를 들어, 감시 정보는 UVR(Under Voltage Relay) 신호일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 차단기(230, 250)는 계통(300)과 ESS(100) 사이의 전기적 연결을 개폐할 수 있다. 예를 들어, 복수의 차단기(230, 250)는 OCB(유입 차단기), MBB(자기 차단기), ABB(공기 차단기), VCB(진공 차단기), GCB(가스 차단기), ACB(기중 차단기)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 차단기(230)는 계통(300)과 ESS(100) 사이에 전기적으로 연결되어 계통(300)의 상태 정보에 의하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 계통 정전의 경우 제1 차단기(230)는 열리고 계통(300)과 ESS(100) 사이의 전기적 연결은 차단 된다.
제2 차단기(250)는 계통(300)과 ESS(100) 사이에 전기적으로 연결되어 BEMS(200)로부터 정보를 제공받아 동작할 수 있다. 예를 들어, BEMS(200)가 감시부(210)로부터 계통(300)의 이상 상태에 대한 감시 정보를 수신한 경우, 제2 차단기(250)는 열리고 계통(300)과 ESS(100) 사이의 연결은 차단 된다.
복수의 부하(L1, L2)는 계통(300), ESS(100) 중 하나 이상으로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력을 소비한다.
예를 들어, 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)는 빌딩 전체의 전기설비 또는 빌딩 각 층의 전기설비일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 트랜스포머(TR1, TR2)는 절연 및 전압을 변환하는 목적으로 계통(300)과 ESS(100) 및 부하(L1, L2) 사이에 연결될 수 있다.
스위치(SW1, SW2, SW3)는 계통(300)과 ESS(100) 또는 부하(L1, L2) 사이의 전기적 연결을 개폐하는 차단기이다. 예를 들어, 스위치(SW1, SW2, SW3)는 OCB(유입 차단기), MBB(자기 차단기), ABB(공기 차단기), VCB(진공 차단기), GCB(가스 차단기), ACB(기중 차단기)를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 포함된 ESS를 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(100)는 PCS(110, Power Conditioning System), PMS(130, Power Management System), BMS(140, Battery Management System), 및 배터리(120)를 포함할 수 있다.
PCS(110)는 계통(300)으로부터 전력을 입력 받아 배터리(120)에 저장하거나 계통(300)으로 방출하기 위하여 전기의 특성(AC/DC, 전압 또는 주파수 등)을 변환한다.
도면에서 PCS(110)가 ESS(100) 내에 하나만 포함되어 있는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 PCS(110)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 PCS(110)는 병렬 또는 직렬 연결을 이용하여 서로 연결될 수 있다.
PCS(110)는 계통(300)에서 공급된 전력을 배터리(120)에 저장하거나, 배터리(120)에 저장된 전력을 계통(300) 또는 부하(L1, L2)로 전달할 수 있다.
PCS(110)는 배터리 잔존용량을 기초로 배터리(120)의 충방전을 제어할 수 있다.
또한, PCS(110)는 계통(300)의 상태 정보 또는 계통(300)의 전력 수요 등을 기초로 배터리(120)의 동작을 제어할 수 있다.
PCS(110)는 도 6에 도시된 제어 알고리즘(방식)을 통해 독립적으로 구동될 수 있다. 이에 따라, 부하(L1, L2)는 계통(300)이 기존과 같이 연결되어 있다고 인식하게 되어 정상적으로 구동될 수 있다.
즉, 계통(300)에 사고(예를 들어, 정전)가 발생하는 경우, PCS(110)는 전압원으로써 구동될 수 있다. 여기에서, PCS(110)는 상위 제어 장치(예를 들어, PMS(130) 또는 BEMS(200))로부터 제공받은 계통(300)의 전압 기준값과 주파수 기준값을 토대로 독립적으로 구동될 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다
배터리(120)는 PCS(110)에 의해 충방전될 수 있다.
구체적으로, 배터리(120)는 계통(300)의 전력을 공급받아 저장할 수 있고, 저장된 전력을 계통(300), 부하(L1, L2) 중 하나 이상에 공급할 수 있다.
이때, 배터리(120)는 도면 상에는 하나만 표시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 배터리 셀을 포함하거나, 병렬, 직렬 또는 직병렬로 연결된 배터리 구조체가 될 수 있다. 배터리(120)는 계통(300)으로부터 전력을 전달받아 충전되거나, 저장된 전력을 복수의 부하(L1, L2)에 제공할 수 있다
BEMS(200)는 비상발전기 대체 시스템에 포함된 각 구성요소와 무선 또는 유선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, BEMS(200)는 PMS(130), PCS(110), 및 BMS(140)와 RS 485, CAN, TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol), UDP(User Datagram Protocol)과 같은 프로토콜 기반의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
BMS(140)는 배터리(120)에 연결되며, BEMS(200) 또는 PMS(130)의 제어에 따라 배터리(120)의 충방전 동작을 제어한다. 그리고 BMS(140)는 배터리(120)를 보호하기 위하여 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능 등을 수행할 수 있다.
BMS(140)는 배터리(120)의 상태를 모니터링하고, 배터리(120)의 충방전 동작을 제어할 수 있다. 또한 BMS(140)는 배터리 잔존용량을 포함한 배터리(120)의 상태를 모니터링 할 수 있고, 모니터링된 배터리(120)의 상태(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 잔존용량 등) 정보를 PMS(130) 또는 BEMS(200)에 전달할 수 있다.
또한, BMS(140)는 배터리 잔존용량을 조절할 수 있다.
구체적으로, BMS(140)는 BEMS(200), PCS(110) 또는 PMS(130)로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 신호를 토대로 배터리 잔존용량을 조절할 수 있다.
PMS(130)는 BMS(140)로부터 제공받은 배터리(120)와 관련된 데이터를 기초로 PCS(110)를 제어할 수 있다.
구체적으로, PMS(130)는 배터리(120)의 상태를 모니터링하고, PCS(110)의 상태를 모니터링할 수 있다. 즉, PMS(130)는 BMS(140)로부터 수신한 배터리(120)와 관련된 데이터를 기초로 PCS(110)를 제어할 수 있다.
또한 PMS(130)는 BMS(140)를 이용하여 배터리(120)의 상태를 모니터링하여 수집한 배터리(120) 관련 데이터를 BEMS(200)에 제공할 수 있다.
BEMS(200)는 PMS(130)로부터 제공받은 배터리(120)에 관한 데이터에 기초하여 배터리(120)의 유지 및 보수에 관한 정보를 생성하고, 생성된 배터리(120)의 유지 및 보수에 관한 정보를 PMS(130)를 통해 BMS(140)에 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템이 구동되는 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템은 계통(300)의 상태 정보를 파악한다(S110).
감시부(210)는 ESS(100)에 전기적으로 연결된 계통(300)의 상태 정보를 파악한다. 예를 들어, 계통(300)의 상태 정보는 상기 계통(300)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 또는 위상 정보를 포함한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
차단기(예를 들어, 제1 차단기(230))는 계통(300)에 문제가 생기는 경우(예를 들어, 정전) 계통(300)과 연결되어 있는 시스템(예를 들어, ESS(100))의 고장 또는 계통(300)과 시스템의 충돌을 방지하기 위하여, 차단기(예를 들어, 제1 차단기(230))는 열리면서 계통(300)과 시스템(예를 들어, ESS(100)) 사이의 연결을 차단한다. 또한, 상기 차단기(예를 들어, 제1 차단기(230))는 계통(300)이 정상 상태로 복구되는 경우, 차단기(예를 들어, 제1 차단기(230))는 닫히면서 계통(300)과 시스템 사이의 연결을 다시 복구할 수 있다.
감시부(210)는 계통(300)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준의 범위를 벗어나면 이를 감지하여 감시 정보를 BEMS(200)로 송출할 수 있다. 예를 들어, 감시 정보는 UVR(Under Voltage Relay) 신호일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
감시부(210)는 계통(300)이 정상 상태로 복구되어 계통(300)이 정상 상태로 판단되는 경우, 감시 정보 신호를 소거할 수 있다.
이어서, 차단기(예를 들어, 제2 차단기(250))의 동작을 제어한다(S120).
BEMS(200)는 상기 파악된 계통(300)의 상태 정보를 이용하여 계통(300)과 ESS(100) 사이에 배치된 차단기(예를 들어, 제2 차단기(250))의 동작을 제어한다. 예를 들어, 차단기(예를 들어, 제2 차단기(250))는 복수일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
BEMS(200)는 차단기(예를 들어, 제2 차단기(250))를 열거나 닫으면서, 계통(300)과 ESS(100) 사이의 연결을 차단하거나 복구할 수 있다.
이어서, ESS(100)의 동작 모드를 판단한다(S130).
BEMS(200)는 차단기(예를 들어, 제2 차단기(250))의 상태(예를 들어, 열리거나 닫힌 상태)를 기초로 ESS(100)의 동작 모드를 판단한다. 예를 들어, ESS(100)의 동작 모드는 계통 연계 모드 또는 독립 운전 모드를 포함할 수 있다.
BEMS(200)는 계통(300)이 정상 상태(예를 들어, 복전)인 경우, ESS(100)의 동작 모드를 계통(300)과 함께 ESS(100)가 보충적으로 부하(L1, L2)에 전력을 제공하는 계통 연계 모드로 판단하고, 계통(300)이 고장 상태(예를 들어, 정전)인 경우, ESS(100)의 동작 모드를 ESS(100)에 저장된 전력을 부하(L1, L2)에 제공하는 독립 운전 모드로 판단할 수 있다.
이어서, ESS(100)가 동작한다(S140).
ESS(100)는 계통(300)이 정상 상태인 경우, 계통 연계 모드로 동작한다.
계통 연계 모드는 계통(300)과 함께 ESS(100)가 보충적으로 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling) 기능을 수행하는 것이다.
ESS(100)는 계통(300)이 고장 상태인 경우, 독립 운전 모드로 동작한다.
독립 운전 모드는 ESS(100)가 전압원의 역할을 수행하여, ESS(100)에 저장된 전력을 부하(L1, L2)에 제공하는 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템은 계통 정전이 발생하는 경우, 제1 차단기(230)가 열리면서 계통(300)과 ESS(100) 사이의 연결이 차단되고, 계통(300)의 상태 정보를 감시하는 감시부(210)가 동작한다(S210).
감시부(210)는 계통(300)의 정전 또는 제1 차단기(230)로부터 측정되는 전압이 정격전압 이하인 경우 감시 정보를 송출할 수 있다.
감시부(210)는 계통(300)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 및 위상 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준 범위 미만 또는 초과인 경우, 이를 감지하여 감시 정보를 BEMS(200)로 송출할 수 있다. 예를 들어, 감시 정보는 UVR(Under Voltage Relay) 신호일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 제2 차단기(250)가 열리면서 계통(300)과 ESS(100) 및 부하(L1, L2) 사이의 연결이 차단된다(S220).
BEMS(200)는 감시부(210)로부터 감시 정보를 수신하여 제2 차단기(250)를 열어 계통(300)과 ESS(100) 및 부하(L1, L2) 사이의 연결을 차단할 수 있다.
또한, BEMS(200)는 제2 차단기(250)로부터 제2 차단기 접점신호를 수신하여 ESS(100)를 제어하기 위한 정보를 송출할 수 있다.
이어서, ESS(100)의 PCS(110)가 정지한다(S230).
ESS(100)의 PCS(110)는 계통(300)에 정전이 발생한 경우, BEMS(200)로부터 제2 차단기 접점신호에 대한 제어 정보를 수신하여 알람(Fault)을 발생하고, PCS(110)는 정지한다.
이어서, ESS(100)의 동작 모드가 독립 운전 모드로 변경되고, PCS(110)의 알람(Fault)이 재설정(Reset) 된다(S240).
BEMS(200)가 정지한 PCS(110)를 다시 동작시키기 위해서는 알람(Fault)을 재설정(Reset) 해야 하므로, PCS(110)는 동작 모드 변경을 위한 알고리즘을 진행한 후 다시 동작하기 위하여 알람(Fault)을 재설정(Reset) 한다.
BEMS(200)는 ESS(100)가 독립 운전 모드로 동작하는 동안 제2 차단기(250)가 닫히지 않도록 제어한다. 구체적으로, 계통 정전 이후에 계통(300)이 복구되고 제2 차단기(250)가 닫히는 경우에는, ESS(100)에서 제공하는 전압과 계통 전압과의 위상 차이가 발생하여 주변 부하(L1, L2)나 ESS(100)에 손상을 줄 수 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 ESS(100)가 독립 운전 모드로 동작할 때에는 ESS(100)와 계통(300) 사이의 연결이 분리되어 있는 상태여야 한다.
이어서, ESS(100)의 PCS(110)가 독립 운전 모드로 동작한다(S250).
ESS(100)는 비상 발전기(400)에 연결되지 않는 경우에도, 계통(300)으로부터 입력 받아 ESS(100)에 저장해둔 전력을 부하(L1, L2)에 제공할 수 있다.
ESS(100)는 BEMS(200)로부터 제공받은 계통(300)의 전압 기준값과 주파수 기준값을 이용하여 동작한다. 독립 운전 모드에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 PCS가 제어되는 방식을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 계통 정전이 발생한 경우 PCS(110)가 독립 운전 모드로 동작하는 알고리즘을 도시하고 있다.
PCS(110)가 전압원으로 동작하는 경우, PCS(110)는 상위 제어기(5; 예를 들어, PMS(130) 또는 BEMS(200))로부터 계통(300)의 전압 지령값(Vac_ref*)과 실제 측정된 전압값(Vac_inv)을 전달받을 수 있다. PCS(110)는 전달받은 계통(300)의 전압 지령값(Vac_ref*)과 실제 측정된 전압 값(Vac_inv)을 토대로 제2 제어기(20) 및 적분기(25)를 이용하여 q축 전류 지령치(Iq_ref*)를 생성할 수 있다.
또한, PCS(110)는 상위 제어기(5)로부터 계통(300)의 주파수 지령값(F_ref*)과 실제 측정된 주파수 값(F)을 전달받을 수 있다. PCS(110)는 전달받은 계통(300)의 주파수 지령값(F_ref*)과 실제 측정된 주파수 값(F)을 토대로 제1 제어기(10) 및 적분기(15)를 이용하여 d축 전류 지령치(Id_ref*)를 생성할 수 있다.
즉, 상위 제어기(5)에서는 계통 사고를 대비하여 계통(300)의 전압(예를 들어, 정격 전압) 및 주파수(예를 들어, 정격 주파수)를 미리 산정하여 PCS(110)에 제공할 수 있다.
또한, PCS(110)는 실제 측정된 3상 전압(Va_inv, Vb_inv, Vc_inv)을 위상 고정 루프(35)에 입력하여 얻은 위상 각(θ)과 실제 측정된 3상 전류(Ia_inv, Ib_inv, Ic_inv)를 좌표축 변환부(40)에 입력하여 정상분(Idq_inv)을 추출한다. 이후 PCS(110)는 q축 전류 지령치(Iq_ref*), d축 전류 지령치(Id_ref*), 정상분(Idq_inv)을 이용하여 전류 제어기(30)를 통해 최종 전압 지령값(Vd_ref*, Vq_ref*)을 획득한다. 이렇게 획득된 최종 전압 지령값(Vd_ref*, Vq_ref*)은 좌표축 역변환부(45)를 통해 3상 전압 지령값(Va_ref*, Vb_ref*, Vc_ref*)이 추출되고, 추출된 3상 전압 지령값(Va_ref*, Vb_ref*, Vc_ref*)은 PWM 생성기(50)로 제공되어 최종 출력이 생성된다. 이러한 과정을 통해서 PCS(110)는 독립적으로 구동되어 전압원 역할을 할 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(100)는 계통 사고시 PCS(110)가 독립적으로 전압원으로 구동되어 부하(L1, L2)에 전력을 공급하거나 송전선 역할을 함으로써 전력 공급을 원활하게 유지하고 계통 사고시 발생될 수 있는 문제점을 해결할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(100)는 하나의 상위 제어기(5, 예를 들어, PMS(130) 또는 BEMS(200))에 의해 동시에 관리되기 때문에 시스템 단위에서도 간편하게 전력 흐름이 확인될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 계통(300)의 사고가 해결되어(예를들어, 복전) 계통(300)과 PCS(110) 사이의 연결이 회복된 경우가 도시되어 있다.
ESS(100)는 독립 운전 모드 및 계통 연계 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 동작한다. 구체적으로, 독립 운전 모드는 ESS(100)가 부하(L1, L2)에 대하여 전압원으로 동작하는 것이고, 계통 연계 모드는 ESS(100)가 부하(L1, L2)에 대하여 전류원으로 동작하는 것이다. 독립 운전 모드에 대한 설명은 전술하였는바 생략하도록 한다.
ESS(100)는 계통 연계 모드로 동작하는 경우, 계통(300)과 연계되어 계통(300)의 잉여 전력을 배터리(120)에 저장하거나, 배터리(120)에 저장된 전력을 계통(300) 또는 부하(L1, L2)에 공급한다.
비상발전기 대체 시스템은, 도 7에 도시된 바와 같이, BEMS(200), 계통(300), 감시부(210), ESS(100), 복수의 부하(L1, L2), 복수의 차단기(230, 250), 복수의 트랜스포머(TR1, TR2), 및 복수의 스위치(SW1, SW2, SW3)를 포함할 수 있다.
감시부(210)는 계통(300)에 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결되어 계통(300)의 상태 정보를 측정한다. 예를 들어, 계통(300)의 상태 정보는 상기 계통(300)으로부터 검출된 전압, 전류, 주파수 또는 위상 정보를 포함할 수 있다.
감시부(210)는 계통(300)의 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 이내인 경우 감시 정보 신호를 소거할 수 있다. 예를 들어, 계통(300) 정전시 송출하였던 감시 정보 신호(예를 들어, UVR 신호)를 소거할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
BEMS(200)는 감시부(210)로부터 측정된 상태 정보를 수신하고, 차단기(예를 들어, 250)와 ESS(100)의 동작을 제어한다.
BEMS(200)는 상태 정보를 미리 설정된 기준과 비교 또는 대조하여 계통(300)의 동작 상태(예를 들어, 정상 상태 또는 고장 상태)를 판단한다.
BEMS(200)는 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 이내인 경우, 감시부(210)로부터 감시 정보 신호가 소거된 것을 기초로 감시부(210)로부터 계통(300)이 정상 상태인 것으로 판단한다.
BEMS(200)는 계통(300)이 정상 상태인 경우, 계통(300)과 함께 ESS(100)가 보충적으로 부하(L1, L2)에 전력을 제공하도록 제어한다.
제1 차단기(230)는 계통(300)과 ESS(100) 사이에 전기적으로 연결되어 계통(300)의 상태 정보에 의하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 계통(300)이 정상 상태인 경우, 제1 차단기(230)는 닫히고 계통(300)과 ESS(100) 사이의 전기적 연결은 복구된다.
제2 차단기(250)는 계통(300)과 ESS(100) 사이에 전기적으로 연결되어 BEMS(200)로부터 정보를 제공받아 동작할 수 있다. 예를 들어, BEMS(200)가 감시부(210)로부터 감시 정보 신호가 소거된 것을 기초로 계통(300)이 정상 상태인 것으로 판단하는 경우, 제2 차단기(250)는 닫히고 계통(300)과 ESS(100) 사이의 연결은 복구 된다.
ESS(100)는 계통(300)이 정상 상태인 경우, 계통 연계 모드로 동작한다.
계통 연계 모드는 계통(300)과 함께 ESS(100)가 보충적으로 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling) 기능을 수행하는 것이다.
복수의 부하(L1, L2)는 계통(300), ESS(100) 중 하나 이상으로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력을 소비한다.
예를 들어, 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)는 적어도 하나의 빌딩 전체의 전기설비 또는 빌딩 각 층의 전기설비일 수 있다.
복수의 트랜스포머(TR1, TR2)는 절연 및 전압을 변환하는 목적으로 계통(300)과 ESS(100) 및 부하(L1, L2) 사이에 연결될 수 있다.
스위치(SW1, SW2, SW3)는 계통(300)과 ESS(100) 또는 부하(L1, L2) 사이의 전기적 연결을 개폐하는 차단기이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템이 구동되는 방식을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 비상발전기 대체 시스템은 계통(300)이 복전되는 경우, 감시부(210)가 UVR 신호를 소거한다(S310).
감시부(210)는 계통(300)의 상태 정보가 미리 설정된 기준 범위 이내인 경우 감시 정보 신호를 소거할 수 있다. 예를 들어, 계통 정전시 송출하였던 감시 정보 신호(예를 들어, UVR 신호)를 소거할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, ESS(100)의 PCS(110)가 정지하고, 제2 차단기 닫힘 방지 인터락이 해제 된다(S320).
BEMS(200)는 계통 전원이 복구되는 경우, 독립 운전 모드로 동작하는 ESS(100)와 계통(300)이 충돌하지 않도록 ESS(100)의 PCS(110)를 정지시킨다. 예를 들어, 독립 운전 모드로 동작하는 ESS(100)와 계통(300)이 충돌하는 경우, ESS(100)의 PCS(110)가 제공하는 전압과 계통(300) 전압 사이에 위상차이가 발생하여 주변 부하(L1, L2)나 PCS(110)에 손상을 줄 수 있다.
BEMS(200)는 계통(300)이 정상 상태인 경우, 계통 연계 모드 동작을 위하여 제2 차단기(250)가 닫힐 수 있도록 제2 차단기 닫힘 방지 인터락을 해제 한다. 예를 들어, 제2 차단기 닫힘 방지 인터락은 ESS(100)가 독립 운전 모드로 동작하는 경우, 제2 차단기(250)가 닫히면서 계통(300)과 ESS(100)가 충돌하지 않도록 제2 차단기(250)가 열린 상태를 유지하기 위한 제어 신호이다.
이어서, 제2 차단기(250)가 닫힌다(S330). BEMS(200)는 계통(300)과 ESS(100) 사이의 연결을 복구하기 위하여 제2 차단기(250)가 닫히도록 제어한다.
이어서, ESS(100)의 PCS(110)가 계통 운전 모드로 변경된다(S340). 이때, 계통 운전 모드는 계통 연계 모드 동작을 의미한다.
이어서, ESS(100)의 PCS(110)가 계통 연계 모드로 동작한다(S350).
ESS(100)는 계통(300)이 정상 상태인 경우, 계통 연계 모드로 동작한다.
계통 연계 모드는 계통(300)과 함께 ESS(100)가 보충적으로 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling) 기능을 수행하는 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 계통 사고시 ESS(100)가 독립적으로 전압원으로 구동되어 부하(L1, L2)에 전력을 공급함으로써 전력 공급을 원활하게 유지하고 계통 사고시 발생될 수 있는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은 비상 발전기(400)를 대체함으로써. 계통 사고시 BEMS(200)의 전력 공급 안정성 및 전력 품질 또한 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은, BEMS(200)의 지령에 따라 ESS(100)에서 전원을 공급함으로써, 계통 사고 시 빠른 응답 속도를 확보하고 시스템 단위에서 간편하게 전력 흐름을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 비상발전기 대체 시스템은 차단기(230, 250)의 신호를 수신하여 ESS(100) 동작 모드를 판단하고 제어하는 알고리즘을 이용함으로써, ESS(100)와 각 구성요소 사이의 동작 제어 알고리즘을 간소화할 수 있다.
또한, 비상발전기 대체 시스템의 유지 보수 및 관리가 용이해지며, 시스템을 관리하는데 필요한 여러 가지 자원 및 비용을 감소시킬 수 있다.
상기와 같이 설명된 ESS(100) 및 이를 포함하는 비상발전기 대체 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: ESS 110: PCS
120: 배터리 130: PMS
140: BMS 210: 감시부
200: BEMS 300: 계통

Claims (6)

  1. 계통으로부터 제공받은 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 부하에 제공하는 ESS(Energy Storage System);
    상기 계통과 상기 ESS 사이에 배치되어 상기 계통의 상태 정보에 의해 동작하는 제1 차단기 - 상기 제1 차단기는 상기 계통이 정상 상태이면 닫히고, 상기 계통이 정상 상태가 아니면 열림 - ;
    상기 계통과 상기 ESS 사이에 배치되어 BEMS(Building Energy Management System)로부터 정보를 제공 받아 동작하는 제2 차단기;
    상기 제1 차단기로부터 측정된 전압이 미리 설정된 전압 이하인 경우, 상기 계통에 대한 감시 정보를 상기 BEMS로 전달하는 감시부; 및
    상기 감시부로부터 측정된 상기 감시 정보가 수신되면, 상기 계통이 상기 ESS 및 부하와 연결되지 않도록 상기 제2 차단기가 열리도록 제어하고, 상기 ESS의 동작을 제어하는 상기 BEMS를 포함하되,
    상기 BEMS는,
    상기 감시 정보를 기초로 상기 계통의 동작 상태를 판단하여,
    상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 ESS의 동작 모드를 상기 계통과 함께 상기 ESS가 상기 부하에 전력을 제공하는 계통 연계 모드로 판단하여 상기 계통과 함께 상기 ESS가 보충적으로 상기 부하에 전력을 제공하기 위해, 상기 제2 차단기를 닫히도록 제어하고,
    상기 계통과 상기 ESS 사이의 연결이 차단되는 경우, 상기 ESS의 동작 모드를 상기 ESS에 저장된 전력을 상기 부하에 제공하는 독립 운전 모드로 판단하여 상기 ESS가 상기 계통이 정상 상태로 동작할 때의 동작 전압 및 동작 주파수로 동작하고, 상기 ESS에 저장된 전력을 상기 부하에 제공하기 위해, 상기 제2 차단기가 닫히지 않도록 상기 ESS를 제어하며,
    상기 ESS는
    상기 계통으로부터 입력 받은 전력의 전기적 신호를 변환하는 적어도 하나의 PCS(Power Conditioning System);
    상기 적어도 하나의 PCS의 동작을 제어하는 PMS(Power Management System); 및
    상기 적어도 하나의 PCS에 의해 충방전되는 배터리를 포함하되,
    상기 PMS는 상기 BEMS로부터 수신한 제어 신호를 이용하여 상기 ESS의 동작 모드를 상기 계통 연계 모드 및 상기 독립 운전 모드 중 어느 하나로 동작시키는
    비상발전기 대체 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감시 정보는,
    상기 계통으로부터 측정된 전압, 전류, 주파수 또는 위상 정보를 포함하고,
    상기 BEMS는 상기 감시 정보를 미리 설정된 기준값과 비교하여 상기 계통의 동작 상태를 판단하는
    비상발전기 대체 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계통의 동작 상태는,
    상기 감시 정보가 미리 설정된 기준 범위 이내인 경우 상기 정상 상태로 판단되고,
    상기 감시 정보가 미리 설정된 기준 범위 미만 또는 초과인 경우 고장 상태로 판단되는
    비상발전기 대체 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충방전 동작을 제어하고 상기 배터리의 상태를 감지하여 상기 감지된 상태를 PMS로 송신하는 BMS(Battery Management System)를 더 포함하는
    비상발전기 대체 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단기는 상기 계통과 트랜스포머 사이에 직렬로 연결되고,
    상기 제2 차단기는 상기 트랜스포머와 상기 ESS 사이에 직렬로 연결되며,
    상기 ESS 및 상기 부하는 병렬로 연결되는
    비상발전기 대체 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단기 및 상기 제2 차단기는 상기 계통의 정상 여부에 따라 서로 다르게 동작하는
    비상발전기 대체 시스템.
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