KR20230077158A - 인버터-컨버터 기반의 전력공급시스템 및 전력공급방법 - Google Patents

인버터-컨버터 기반의 전력공급시스템 및 전력공급방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예는, 에너지저장장치와 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 제1컨버터; 태양광패널의 발전전력을 변환하여 상기 DC링크로 전달하는 제2컨버터; 상기 DC링크와 계통 사이의 전력변환을 제어하는 인버터; 및 상기 에너지저장장치의 SOC(state-of-charge)가 미리 설정된 정상범위에 해당되면, 상기 제1컨버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고 상기 제2컨버터가 MPPT(Maximum Power Point Tracking)모드로 동작되게 하고 상기 인버터가 VPP(Virtual Power Plant)지령에 해당되는 VPP전력을 계통으로 공급하거나 계통으로부터 수급하게 제어하는 제어기를 포함하는 전력공급시스템을 제공한다.

Description

인버터-컨버터 기반의 전력공급시스템 및 전력공급방법{INVERTER-CONVERTER BASED POWER SUPPLY SYSTEM AND POWER SUPPLY METHOD}
본 실시예는 인버터-컨버터 기반의 전력공급기술에 관한 것이다.
가상발전소(VPP : Virtual Power Plant)는 분산되어 있는 자원들을 활용하여 하나의 발전소와 같은 효과를 창출하는 시스템을 의미할 수 있다. 일 예로서, 가상발전소는 분산되어 있는 에너지저장시스템을 이용하여 필요한 시간대에 전력을 공급할 수 있다. 다른 예로서, 가상발전소는 분산되어 있는 태양광패널들의 발전전력을 필요한 시간대에 전력망으로 공급할 수 있다. 가상발전소는 분산되어 있는 자원들을 이용하여 마치 하나의 거대한 발전소가 발전량을 조절하면서 출력하는 효과를 창출할 수 있다.
가상발전소가 형성되면 설비비용이 많이 소요되는 발전소를 건설하지 않아도 되기 때문에 건설 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 가상발전소가 형성되면 신재생에너지 발전의 불안정성을 완화시킬 수 있다. 태양광발전이나 풍력발전은 계절이나 날씨, 시간의 영향을 많이 받을 수 있고, 이러한 영향에 따라 발전량의 변동폭이 클 수 있다. 그리고, 이러한 발전량의 큰 변동폭은 전력망에 부담으로 작용할 수 있다.
그런데, 태양광발전이나 풍력발전과 같은 불안정성을 가지는 분산자원들을 하나의 가상발전소로 묶게 되면, 서로 간의 상쇄효과에 따라 발전량의 변동폭을 줄일 수 있게 되고, 원거리에 배치되는 분산자원들-예를 들어, 태양광발전과 에너지저장시스템-을 함께 활용할 수 있게 되어 전술한 전력망의 부담을 완화시킬 수 있게 된다.
한편, 이러한 가상발전소를 형성하기 위해서는 분산자원들이 VPP지령을 잘 처리할 수 있도록 설계되어야 하는데, 종래의 분산자원들 중에는 VPP지령을 제대로 처리할 수 없게 되어 있는 경우가 많고, 이에 따라, 가상발전소에 참여하는 분산자원의 용량이 적고, 가상발전소가 활성화되지 못하는 문제가 있었다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 인버터-컨버터 기반의 전력공급시스템이 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 태양광패널과 에너지저장장치-예를 들어, 배터리-를 포함하는 시스템이 가상발전소에 참여할 수 있도록 하는 제어기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 가상발전소와 연계된 전력공급시스템이 내부에 포함하고 있는 부하나 에너지저장장치에 이상을 일으키지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 에너지저장장치와 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 제1컨버터; 태양광패널의 발전전력을 변환하여 상기 DC링크로 전달하는 제2컨버터; 상기 DC링크와 계통 사이의 전력변환을 제어하는 인버터; 및 상기 에너지저장장치의 SOC(state-of-charge)가 미리 설정된 정상범위에 해당되면, 상기 제1컨버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고 상기 제2컨버터가 MPPT(Maximum Power Point Tracking)모드로 동작되게 하고 상기 인버터가 VPP(Virtual Power Plant)지령에 해당되는 VPP전력을 계통으로 공급하거나 계통으로부터 수급하게 제어하는 제어기를 포함하는 전력공급시스템을 제공한다.
상기 제어기는, 상기 SOC가 정상범위에 해당되고 상기 VPP지령이 없는 구간에서, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 상태에서, VPP지령이 계통으로 전력을 공급하라는 지령인 경우, 상기 인버터가 VPP전력을 계통으로 공급하게 제어하고, VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 상태에서, VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 제2컨버터의 전력변환을 중단시킬 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC가 정상범위 하단보다 작은 경우, 상기 제2컨버터가 MPPT모드로 동작되게 하고 상기 인버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고 상기 제1컨버터가 충전모드로 동작되게 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 크고 상기 VPP지령이 없는 구간에서, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 크고 상기 VPP지령이 없는 구간에서, 상기 제2컨버터의 전력변환을 중단시킬 수 있다.
상기 DC링크와 상기 제1컨버터 사이, 상기 DC링크와 상기 제2컨버터 사이, 그리고, 상기 인버터와 계통 사이에 CB(Circuit Breaker)가 배치될 수 있다.
다른 실시예는, VPP지령을 확인하는 단계; 및 VPP지령이 있는 구간에서, VPP 처리 프로세스를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 VPP 처리 프로세스는, 에너지저장장치의 SOC(state-of-charge)가 미리 설정된 정상범위에 해당되면, 상기 에너지저장장치와 연결된 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 하고, 태양광패널의 발전전력을 변환하여 상기 DC링크로 전달하는 제2컨버터가 MPPT(Maximum Power Point Tracking)모드로 동작하게 하고, 상기 DC링크와 계통 사이의 전력변환을 제어하는 인버터가 VPP(Virtual Power Plant)지령에 해당되는 VPP전력을 계통으로 공급하거나 계통으로부터 수급하게 하는 전력공급방법을 제공한다.
상기 VPP 처리 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 경우, VPP지령이 계통으로 전력을 공급하라는 지령인 경우, 상기 인버터가 VPP전력을 계통으로 공급하게 하고, VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작하게 할 수 있다.
상기 VPP 처리 프로세스는, VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 제2컨버터가 전력변환을 중단하게 할 수 있다.
상기 VPP 처리 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위 하단보다 작은 경우, 상기 제2컨버터가 MPPT모드로 동작하게 하고, 상기 인버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고, 상기 제1컨버터가 충전모드로 동작하게 할 수 있다.
VPP지령이 없는 구간에서, 정상 제어 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 정상 제어 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위에 해당되는 경우, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 할 수 있다.
상기 정상 제어 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 경우, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 할 수 있다.
상기 DC링크와 상기 제1컨버터 사이, 상기 DC링크와 상기 제2컨버터 사이, 그리고, 상기 인버터와 계통 사이에 CB(Circuit Breaker)가 배치될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있는 인버터-컨버터 기반의 전력공급시스템을 제공할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 태양광패널과 에너지저장장치-예를 들어, 배터리-를 포함하는 시스템이 가상발전소에 참여할 수 있는 제어기술을 제공할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 가상발전소와 연계된 전력공급시스템이 내부에 포함하고 있는 부하나 에너지저장장치에 이상을 일으키지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제어기의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력공급방법의 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 정상 제어 프로세스의 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 독립모드의 제1흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 독립모드의 제2흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 VPP 처리 프로세스의 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 VPP모드의 제1흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 VPP모드의 제2흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 독립모드의 제3흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전력공급시스템(100)은 제어기(110), 제1컨버터(120), 제2컨버터(130), 인버터(140), 에너지저장장치(150), 태양광패널(160) 및 부하(170) 등을 포함할 수 있다.
그리고, 전력공급시스템(100)은 계통(180)과 연동될 수 있다. 전력공급시스템(100)은 계통(180)으로부터 전력을 공급받을 수 있고, 계통(180)으로 전력을 공급할 수 있다.
제1컨버터(120)는 에너지저장장치(150)와 전기적으로 연결되어 있으면서, 에너지저장장치(150)에 저장된 전력을 변환하여 DC링크(DCL)로 공급할 수 있다. 그리고, 제1컨버터(120)는 DC링크(DCL)에 형성되는 전력을 변환하여 에너지저장장치(150)로 공급할 수 있다.
제1컨버터(120)가 에너지저장장치(150)에 저장된 전력을 변환하여 DC링크(DCL)로 공급하는 것을 방전이라고 하고, DC링크(DCL)에 형성되는 전력을 변환하여 에너지저장장치(150)로 공급하는 것을 충전이라고 할 수 있다.
제1컨버터(120)와 DC링크(DCL) 사이에는 제1CB(Circuit Breaker, CB1)가 배치될 수 있다. 제어기(110)는 제1CB(CB1)를 제어하여 제1컨버터(120)와 DC링크(DCL) 사이의 전력의 흐름을 차단할 수 있고, 제1컨버터(120)와 DC링크(DCL)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
에너지저장장치(150)는 배터리를 포함할 수 있다. 에너지저장장치(150)는 다른 형태의 에너지저장원을 포함할 수 있으나 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리를 포함하고 있는 것으로 설명한다.
에너지저장장치(150)의 에너지잔량은 SOC(state-of-charge)로 나타낼 수 있다. SOC는 0에서 1 사이의 값을 가질 수 있고, 실시예에 따라서는 0%에서 100 사이의 값을 가질 수 있다.
제2컨버터(130)는 태양광패널(160)의 발전전력을 변환하여 DC링크(DCL)로 전달할 수 있다.
제2컨버터(130)는 태양광패널(160)과 DC링크(DCL) 사이에 배치되고, 제2컨버터(130)와 DC링크(DCL) 사이에는 제2CB(CB2)가 배치될 수 있다. 그리고, 제어기(110)는 제2CB(CB2)를 제어하여 제2컨버터(130)와 DC링크(DCL) 사이의 전력의 흐름을 차단할 수 있고, 제2컨버터(130)와 DC링크(DCL)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
제2컨버터(130)는 MPPT(Maximum Power Point Tracking)모드로 동작할 수 있다. 제2컨버터(130)는 태양광패널(160)의 발전전류 혹은 발전전압을 제어하면서 태양광패널(160)이 최대로 발전할 수 있는 포인트를 추적할 수 있는데, 이러한 동작모드를 MPPT모드라고 할 수 있다. 제2컨버터(130)는 MPPT모드로 동작할 수 있고, 이보다 적은 전력을 발전하는 Non-MPPT모드로 동작할 수 있다. 일반적으로 대부분의 태양광패널 연계 컨버터는 MPPT모드로만 동작하는데 반해, 본 실시예에 따른 제2컨버터(130)는 MPPT모드로 동작할 수 있고, 필요에 따라서는 Non-MPPT모드로 동작할 수 있다. Non-MPPT모드에서 제2컨버터(130)는 태양광패널(160)의 발전전류를 증가시켜 태양광패널(160)이 최대 발전 포인트로 동작하지 않도록 할 수 있다. 다른 예로서, Non-MPPT모드에서 제2컨버터(130)는 태양광패널(160)의 발전전압을 감소시켜서 태양광패널(160)이 최대 발전 포인트로 동작하지 않도록 할 수 있다.
인버터(140)는 DC링크(DCL)와 계통(180) 사이의 전력변환을 제어할 수 있다. 일 예로서, 인버터(140)는 DC링크(DCL)에 형성되는 전력을 변환하여 계통(180)으로 공급할 수 있다. 그리고, 다른 예로서, 인버터(140)는 계통(180)으로부터 전력을 공급받고, 이를 변환하여 DC링크(DCL)로 공급할 수 있다. DC링크(DCL)에 형성되는 전력은 DC전력이고, 계통(180)의 전력은 AC전력이기 때문에 인버터(140)는 DC/AC전력변환을 수행하거나 AC/DC전력변환을 수행할 수 있다.
인버터(140)에서 공급하는 전력은 부하(170)로 공급될 수 있다. 인버터(140)의 일측은 DC링크(DCL)에 연결되고 타측은 PCC(Point of Common Coupling)에 연결될 수 있다. 그리고, PCC에는 계통(180)이 연결되고 부하(170)가 연결될 수 있다. 인버터(140)가 PCC로 공급한 전력은 계통(180)으로 전달되거나 부하(170)로 전달될 수 있다.
인버터(140)와 계통(180) 사이 혹은 PCC와 계통(180) 사이에는 제3CB(CB3)가 배치될 수 있는데, 제어기(110)는 제3CB(CB3)를 제어하여 계통(180)이 전력시스템(100)에 전력을 공급하거나 전력시스템(100)으로부터 전력을 전달받을 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 제어기(110)는 제3CB(CB3)를 제어하여 계통(180)과 전력시스템(100) 사이의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다.
제어기(110)는 VPP지령에 따라 전력공급시스템(100)이 계통(180)으로 전력을 공급하게 하거나 계통(180)으로부터 전력을 수급하게 할 수 있다.
VPP지령은 가상발전소를 관제하는 시스템에서 제공하는 명령일 수 있다. 가상발전소를 관제하는 시스템은 가상발전소에 참여하는 분산자원을 제어하기 위해 VPP지령을 각 분산자원에 대응되는 제어기로 송신할 수 있다.
VPP지령은 계통(180)으로 전력을 공급하라는 지령일 수 있고, 계통(180)으로부터 전력을 수급하라는 지령일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 VPP지령이 0보다 큰 경우, 계통(180)으로부터 전력을 수급하라는 지령으로 설명하고, VPP지령이 0보다 작은 경우, 계통(180)으로 전력을 공급하라는 지령으로 설명한다.
한편, 제어기(110)는 VPP지령, 에너지저장장치(110)의 상태 등을 종합적으로 고려하여 전력공급시스템(100)의 각 구성을 제어할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 제어기의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 제어기(110)는 중앙제어기(210), DC링크제어기(220), 유효전력제어기(230) 및 MPPT제어기(240) 등을 포함할 수 있다.
중앙제어기(210)는 제어기(110)의 전반적인 제어기능을 수행할 수 있다. 이하에서, 특정되지 않는 제어기(110)의 기능은 중앙제어기(210)에서 수행되는 것으로 이해할 수 있다.
DC링크제어기(220)는 DC링크의 전압을 제어하는 장치이다. DC링크제어기(220)는 DC링크의 전압이 일정하게 혹은 일정 범위에서 유지되도록 제어할 수 있다. DC링크에는 제1컨버터, 제2컨버터 및 인버터가 연결될 수 있는데, DC링크제어기(220)는 필요에 따라 제1컨버터가 DC링크의 전압을 제어하게 할 수 있고, 제2컨버터가 DC링크의 전압을 제어하게 할 수 있고, 인버터가 DC링크의 전압을 제어하게 할 수 있다.
유효전력제어기(230)는 계통으로 공급되는 유효전력 혹은 계통으로부터 수급되는 유효전력을 제어할 수 있다. 유효전력의 공급 혹은 수급은 제1컨버터, 제2컨버터 혹은 인버터에 의해 제어될 수 있는데, 유효전력제어기(230)는 필요에 따라 제1컨버터가 유효전력을 제어하게 할 수 있고, 제2컨버터가 유효전력을 제어하게 할 수 있고, 인버터가 유효전력을 제어하게 할 수 있다.
MPPT제어기(240)는 제2컨버터의 동작모드를 결정할 수 있다. 예를 들어, MPPT제어기(240)는 제2컨버터를 MPPT모드로 동작하게 할 수 있고, Non-MPPT모드로 동작하게 할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력공급방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제어기는 상태데이터를 획득할 수 있다(S310). 상태데이터는 예를 들어, 에너지저장장치의 상태에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 구체적으로 상태데이터는 에너지저장장치의 SOC에 대한 데이터를 포함할 수 있고, 에너지저장장치의 온도, 에너지저장장치의 SOH(State-of-Health)에 대한 데이터를 포함할 수 있다.
그리고, 제어기는 가상발전소를 관제하는 시스템으로부터 VPP지령이 있는지 판단할 수 있다(S320).
VPP지령이 없는 경우(S320에서 No), 제어기는 전력공급시스템이 정상 제어 프로세스(S330)로 동작하도록 제어할 수 있다. 그리고, VPP지령이 있는 경우(S320에서 Yes), 제어기는 전력공급시스템이 VPP 처리 프로세스(S340)로 동작하도록 제어할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 정상 제어 프로세스의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어기는 에너지저장장치의 SOC가 미리 설정된 정상범위에 해당되는지 판단하기 위해, SOC가 정상범위 하단(SOCa) 이상의 값을 가지는지 판단할 수 있다(S410).
에너지저장장치의 SOC가 정상범위 하단(SOCa)보다 작은 경우(S410에서 No), 제어기는 전력공급시스템이 에너지저장장치를 충전시키고, 태양광패널이 최대 전력으로 발전하게 할 수 있다.
구체적인 예로서, 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 하단(SOCa)보다 작은 경우(S410에서 No), 제어기는 제1컨버터가 유효전력제어모드로 동작하면서 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)를 충전시키도록 할 수 있다(S420). 이때, 제1컨버터는 전류제어모드로 동작하면서 에너지저장장치로 공급되는 충전전류를 제어할 수 있다.
그리고, 제어기는 태양광패널이 최대 전력으로 발전할 수 있도록 제2컨버터를 MPPT모드로 동작되게 할 수 있다(S430). 이때, 태양광패널은 발전할 수 있는 최대 전력으로 발전하면서 에너지저장장치의 충전에 필요한 전력을 일부 공급해 줄 수 있다.
그리고, 제어기는 인버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S440). 인버터는 일측이 DC링크와 연결되고 타측이 PCC와 연결될 수 있는데, 현재 설명하는 케이스에서 PCC는 계통과 연결되어 있기 때문에 PCC의 전압과 주파수는 계통에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라 인버터는 일측에 해당되는 DC링크의 전압만 제어할 수 있다.
이러한 제어에 따라 전력공급시스템은 에너지저장장치를 충전하게 된다(S450).
에너지저장장치가 충전될 때, 제어기는 에너지저장장치의 SOC를 충전량기준SOC(SOCb)과 비교하고(S460), SOC가 충전량기준SOC(SOCb)보다 크지 않은 경우(S460에서 No), S420 내지 S460의 단계를 반복 수행할 수 있다.
SOC가 충전량기준SOC(SOCb)보다 커지는 경우(S460에서 Yes), 제어기는 초기의 단계로 복귀할 수 있다.
한편, S410 단계에서, 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 하단(SOCa) 이상인 경우(S410에서 Yes), 제어기는 전력공급시스템을 계통과 분리시켜 독립모드(S480)로 구동시킬 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 독립모드의 제1흐름도이다.
도 5를 참조하면, 제어기는 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 상단(SOCc)보다 큰지 판단할 수 있다(S510).
에너지저장장치의 SOC가 정상범위 상단(SOCc)보다 크지 않은 경우(S510에서 No), 제어기는 전력공급시스템을 제1독립모드로 동작시킬 수 있다.
구체적인 예로서, 제1독립모드에서, 제어기는 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S520). 이러한 제어에 따라 DC링크에서 부족한 전력은 에너지저장장치가 공급할 수 있게 된다.
제1독립모드에서, 제어기는 태양광패널이 최대 전력으로 발전할 수 있도록 제2컨버터를 MPPT모드로 동작되게 할 수 있다(S530). 이때, 태양광패널은 발전할 수 있는 최대 전력으로 발전하면서 일부의 전력을 부하로 공급하거나 일부의 전력을 에너지저장장치의 충전에 사용할 수 있다.
제1독립모드에서, 제어기는 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 할 수 있다(S540). 이때, 제어기는 전력공급시스템이 계통과 연결되지 않게 할 수 있다. 이에 따라, PCC의 전압과 주파수는 인버터가 제어하게 된다.
한편, S510 단계에서, 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 상단(SOCc)보다 큰 경우(S510에서 Yes), 제어기는 전력공급시스템을 제2독립모드(S580)로 동작시킬 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 독립모드의 제2흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제2독립모드에서, 제어기는 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S620). 이러한 제어에 따라 DC링크에서 부족한 전력은 에너지저장장치가 공급할 수 있게 된다.
제2독립모드에서, 제어기는 태양광패널의 발전을 중단시킬 수 있다(S630). 예를 들어, 제어기는 제2컨버터의 전력변환을 중단시킬 수 있다. 에너지저장장치에 과도하게 많은 전력이 저장되어 있기 때문에 제어기는 태양광패널이 더 이상 과잉전력을 전력공급시스템으로 공급하지 않도록 제어할 수 있다.
제2독립모드에서, 제어기는 인버터가 CVCF모드로 동작되게 할 수 있고(S640), 전력공급시스템이 계통과 연결되지 않게 할 수 있다(S650). 예를 들어, 제어기는 제2CB와 제3CB를 오픈시켜 계통전력 및 태양광패널전력을 모두 차단할 수 있다.
에너지저장장치가 방전될 때, 제어기는 에너지저장장치의 SOC를 방전량기준SOC(SOCd)과 비교하고(S660), SOC가 방전량기준SOC(SOCd)보다 큰 경우(S660에서 Yes), S620 내지 S660의 단계를 반복 수행할 수 있다.
SOC가 방전량기준SOC(SOCd)보다 크지 않은 경우(S660에서 No), 제어기는 초기의 단계로 복귀할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 VPP 처리 프로세스의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 제어기는 에너지저장장치의 SOC가 미리 설정된 정상범위에 해당되는지 판단하기 위해, SOC가 정상범위 하단(SOCa) 이상의 값을 가지는지 판단할 수 있다(S710).
에너지저장장치의 SOC가 정상범위 하단(SOCa)보다 작은 경우(S710에서 No), 제어기는 전력공급시스템이 에너지저장장치를 충전시키고, 태양광패널이 최대 전력으로 발전하게 할 수 있다.
구체적인 예로서, 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 하단(SOCa)보다 작은 경우(S710에서 No), 제어기는 제1컨버터가 유효전력제어모드로 동작하면서 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)를 충전시키도록 할 수 있다(S720). 이때, 제1컨버터는 전류제어모드로 동작하면서 에너지저장장치로 공급되는 충전전류를 제어할 수 있다.
그리고, 제어기는 태양광패널이 최대 전력으로 발전할 수 있도록 제2컨버터를 MPPT모드로 동작되게 할 수 있다(S730). 이때, 태양광패널은 발전할 수 있는 최대 전력으로 발전하면서 에너지저장장치의 충전에 필요한 전력을 일부 공급해 줄 수 있다.
그리고, 제어기는 인버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S740). 인버터는 일측이 DC링크와 연결되고 타측이 PCC와 연결될 수 있는데, 현재 설명하는 케이스에서 PCC는 계통과 연결되어 있기 때문에 PCC의 전압과 주파수는 계통에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라 인버터는 일측에 해당되는 DC링크의 전압만 제어할 수 있다.
이러한 제어에 따라 전력공급시스템은 에너지저장장치를 충전하게 된다(S750).
에너지저장장치가 충전될 때, 제어기는 에너지저장장치의 SOC를 충전량기준SOC(SOCb)과 비교하고(S760), SOC가 충전량기준SOC(SOCb)보다 크지 않은 경우(S760에서 No), S720 내지 S760의 단계를 반복 수행할 수 있다.
SOC가 충전량기준SOC(SOCb)보다 커지는 경우(S760에서 Yes), 제어기는 초기의 단계로 복귀할 수 있다.
한편, S710 단계에서, 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 하단(SOCa) 이상인 경우(S710에서 Yes), 제어기는 전력공급시스템을 VPP모드(S780)로 구동시킬 수 있다. 혹은 제어기는 전력공급시스템을 제3독립모드로 구동시킬 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 VPP모드의 제1흐름도이다.
도 8을 참조하면, 제어기는 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 상단(SOCc)보다 큰지 판단할 수 있다(S810).
에너지저장장치의 SOC가 정상범위 상단(SOCc)보다 크지 않은 경우(S810에서 No), 제어기는 전력공급시스템을 제1VPP모드로 동작시킬 수 있다.
구체적인 예로서, 제1VPP모드에서, 제어기는 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S820). 이러한 제어에 따라 DC링크에서 부족한 전력은 에너지저장장치가 공급할 수 있게 된다.
제1VPP모드에서, 제어기는 태양광패널이 최대 전력으로 발전할 수 있도록 제2컨버터를 MPPT모드로 동작되게 할 수 있다(S830). 이때, 태양광패널은 발전할 수 있는 최대 전력으로 발전하면서 일부의 전력을 부하로 공급하거나 일부의 전력을 VPP지령을 수행하는데에 사용할 수 있다.
제1VPP모드에서, 제어기는 인버터가 유효전력제어모드로 동작되게 할 수 있다(S840). 이때, 인버터는 VPP지령에 해당되는 전력과 부하가 사용하는 전력을 합한 전력을 PCC로 공급할 수 있다.
그리고, 이러한 동작에 따라 전력공급시스템은 VPP지령을 처리할 수 있게 된다(S850). 예를 들어, 전력공급시스템은 계통으로 VPP지령에 해당되는 전력을 공급할 수 있고, VPP지령에 해당되는 전력을 수급할 수 있다.
한편, S810 단계에서, 에너지저장장치의 SOC가 정상범위 상단(SOCc)보다 큰 경우(S810에서 Yes), 제어기는 전력공급시스템을 제2VPP모드(S880) 혹은 제3독립모드로 동작시킬 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 VPP모드의 제2흐름도이다.
도 9를 참조하면, 제어기는 VPP지령(Pref)이 계통으로 전력을 공급하라는 지령인지 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인지 판단할 수 있다(S910).
VPP지령(Pref)이 계통으로 전력을 공급하라는 지령인 경우(S910에서 No), 제어기는 전력공급시스템을 제2VPP모드로 동작시킬 수 있다.
구체적인 예로서, 제2VPP모드에서, 제어기는 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S920). 이러한 제어에 따라 DC링크에서 부족한 전력은 에너지저장장치가 공급할 수 있게 된다.
제2VPP모드에서, 제어기는 태양광패널이 최대 전력으로 발전할 수 있도록 제2컨버터를 MPPT모드로 동작되게 할 수 있다(S930). 이때, 태양광패널은 발전할 수 있는 최대 전력으로 발전하면서 일부의 전력을 부하로 공급하거나 일부의 전력을 VPP지령을 수행하는데에 사용할 수 있다.
제2VPP모드에서, 제어기는 인버터가 유효전력제어모드로 동작되게 할 수 있다(S940). 이때, 인버터는 VPP지령에 해당되는 전력과 부하가 사용하는 전력을 합한 전력을 PCC로 공급할 수 있다.
그리고, 이러한 동작에 따라 전력공급시스템은 VPP지령을 처리할 수 있게 된다(S950). 예를 들어, 전력공급시스템은 계통으로 VPP지령에 해당되는 전력을 공급할 수 있다.
한편, S910 단계에서, VPP지령(Pref)이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우(S910에서 Yes), 제어기는 전력공급시스템을 제3독립모드(S980)로 동작시킬 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 전력공급시스템의 독립모드의 제3흐름도이다.
도 10을 참조하면, 제3독립모드에서, 제어기는 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 할 수 있다(S1020). 이러한 제어에 따라 DC링크에서 부족한 전력은 에너지저장장치가 공급할 수 있게 된다.
제3독립모드에서, 제어기는 태양광패널의 발전을 중단시킬 수 있다(S1030). 예를 들어, 제어기는 제2컨버터의 전력변환을 중단시킬 수 있다. 에너지저장장치에 과도하게 많은 전력이 저장되어 있기 때문에 제어기는 태양광패널이 더 이상 과잉전력을 전력공급시스템으로 공급하지 않도록 제어할 수 있다.
제3독립모드에서, 제어기는 인버터가 CVCF모드로 동작되게 할 수 있고(S1040), 전력공급시스템이 계통과 연결되지 않게 할 수 있다(S650). 예를 들어, 제어기는 제2CB와 제3CB를 오픈시켜 계통전력 및 태양광패널전력을 모두 차단할 수 있다.
에너지저장장치가 방전될 때, 제어기는 에너지저장장치의 SOC를 방전량기준SOC(SOCd)과 비교하고(S1060), SOC가 방전량기준SOC(SOCd)보다 큰 경우(S1060에서 Yes), S1020 내지 S1060의 단계를 반복 수행할 수 있다.
SOC가 방전량기준SOC(SOCd)보다 크지 않은 경우(S1060에서 No), 제어기는 초기의 단계로 복귀할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 가상발전소에 적절하게 참여할 수 있는 인버터-컨버터 기반의 전력공급시스템을 제공할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 태양광패널과 에너지저장장치-예를 들어, 배터리-를 포함하는 시스템이 가상발전소에 참여할 수 있는 제어기술을 제공할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 가상발전소와 연계된 전력공급시스템이 내부에 포함하고 있는 부하나 에너지저장장치에 이상을 일으키지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 에너지저장장치와 DC링크 사이의 전력변환을 제어하는 제1컨버터;
    태양광패널의 발전전력을 변환하여 상기 DC링크로 전달하는 제2컨버터;
    상기 DC링크와 계통 사이의 전력변환을 제어하는 인버터; 및
    상기 에너지저장장치의 SOC(state-of-charge)가 미리 설정된 정상범위에 해당되면, 상기 제1컨버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고 상기 제2컨버터가 MPPT(Maximum Power Point Tracking)모드로 동작되게 하고 상기 인버터가 VPP(Virtual Power Plant)지령에 해당되는 VPP전력을 계통으로 공급하거나 계통으로부터 수급하게 제어하는 제어기
    를 포함하는 전력공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 SOC가 정상범위에 해당되고 상기 VPP지령이 없는 구간에서, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 하는 전력공급시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 상태에서, VPP지령이 계통으로 전력을 공급하라는 지령인 경우, 상기 인버터가 VPP전력을 계통으로 공급하게 제어하고, VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 하는 전력공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 상태에서, VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 제2컨버터의 전력변환을 중단시키는 전력공급시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 SOC가 정상범위 하단보다 작은 경우, 상기 제2컨버터가 MPPT모드로 동작되게 하고 상기 인버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고 상기 제1컨버터가 충전모드로 동작되게 하는 전력공급시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 SOC가 정상범위 상단보다 크고 상기 VPP지령이 없는 구간에서, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 하는 전력공급시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 SOC가 정상범위 상단보다 크고 상기 VPP지령이 없는 구간에서, 상기 제2컨버터의 전력변환을 중단시키는 전력공급시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 DC링크와 상기 제1컨버터 사이, 상기 DC링크와 상기 제2컨버터 사이, 그리고, 상기 인버터와 계통 사이에 CB(Circuit Breaker)가 배치되는 전력공급시스템.
  9. VPP지령을 확인하는 단계; 및
    VPP지령이 있는 구간에서, VPP 처리 프로세스를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 VPP 처리 프로세스는, 에너지저장장치의 SOC(state-of-charge)가 미리 설정된 정상범위에 해당되면,
    상기 에너지저장장치와 연결된 제1컨버터가 DC링크를 전압제어하게 하고,
    태양광패널의 발전전력을 변환하여 상기 DC링크로 전달하는 제2컨버터가 MPPT(Maximum Power Point Tracking)모드로 동작하게 하고,
    상기 DC링크와 계통 사이의 전력변환을 제어하는 인버터가 VPP(Virtual Power Plant)지령에 해당되는 VPP전력을 계통으로 공급하거나 계통으로부터 수급하게 하는 전력공급방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 VPP 처리 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 경우,
    VPP지령이 계통으로 전력을 공급하라는 지령인 경우, 상기 인버터가 VPP전력을 계통으로 공급하게 하고,
    VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작하게 하는 전력공급방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 VPP 처리 프로세스는,
    VPP지령이 계통으로부터 전력을 수급하라는 지령인 경우, 상기 제2컨버터가 전력변환을 중단하게 하는 전력공급방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 VPP 처리 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위 하단보다 작은 경우,
    상기 제2컨버터가 MPPT모드로 동작하게 하고,
    상기 인버터가 상기 DC링크를 전압제어하게 하고,
    상기 제1컨버터가 충전모드로 동작하게 하는 전력공급방법.
  13. 제9항에 있어서,
    VPP지령이 없는 구간에서, 정상 제어 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정상 제어 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위에 해당되는 경우,
    상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 하는 전력공급방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정상 제어 프로세스는, 상기 SOC가 정상범위 상단보다 큰 경우,
    상기 계통과의 연결을 차단하고 상기 인버터가 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)모드로 동작되게 하는 전력공급방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 DC링크와 상기 제1컨버터 사이, 상기 DC링크와 상기 제2컨버터 사이, 그리고, 상기 인버터와 계통 사이에 CB(Circuit Breaker)가 배치되는 전력공급방법.
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