KR20230117997A - 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ess)와 무정전전원공급장치(ups)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ess-ups겸용 전기 에너지 공급 장치 - Google Patents

정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ess)와 무정전전원공급장치(ups)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ess-ups겸용 전기 에너지 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 에너지 저장 및 무정전 전원 공급할 수 있는 에너지 공급 장치는, 전기를 생산하는 에너지 생산부로부터 에너지를 충전하고, 상기 에너지를 소비하는 부하로 충전한 에너지를 방전할 수 있게 이루어진 복수의 전기저장장치와, 상기 복수의 전기저장장치와 상기 에너지 생산부 및 상기 부하 사이에서 상기 복수의 전기저장장치가 충, 방전될 수 있게 마련된 전력변환부와, 상기 복수의 전기저장장치가 선택적으로 충, 방전될 수 있게 상기 복수의 전기저장장치를 상기 에너지 생산부, 상기 부하에 선택적으로 전기적으로 연결하는 스위칭부와, 상기 전력변환부 및 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제어부는 상기 복수의 전기저장장치 중 일부를 전기를 저장 및 공급하는 에너지 저장 모드로 운영하고, 나머지 전기저장장치를 무정전 전원 공급 모드로 운영하며, 각 전기저장장치의 운영 모드를 전환하여 교차 운영할 수 있게 제어한다. 이에 의하여 각 전기저장장치를 에너지 저장 모드와 무정전 전원 공급 모드 사이에서 교차 운영함으로써 메모리효과를 차단하여 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치{Power supply apparatus that can switch energy storage mode and uninterruptible power supply mode with automatic switching device}
본 발명은 전기를 소비하는 부하에 전기를 공급하는 에너지 공급 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 에너지 저장 장치와 무정전 전원 공급 장치를 통합하여 운용할 수 있는 에너지 공급 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)를 이용하면 원하는 시간에 전력을 생산하기 어려운 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지를 미리 저장했다가 필요할 때 사용할 수 있다.
무정전 전력 공급 장치(UPS; Uninterruptible Power Supply)를 이용하면 정전시 비상 전력을 공급할 수 있어 정전에 따른 블랙아웃현상을 방지할 수 있다.
종래에 한국 공개특허공보 제10-2018-0006846호에는 전력계통 송배전망에 연결된 전력회사의 전력관리시스템으로부터 계통전압을 모니터링하고, ESS를 설치한 전기 소비자 시스템과 인터넷망으로 연결되는 ESS를 사용한 스마트 그리드 사업 시스템이 나타나 있다. 이러한 ESS를 사용한 스마트 그리드 사업 시스템은 전기를 구매 또는 판매하는 전기거래부와, 전기를 구매 또는 판매하면서 전기요금결제수단으로 큐머니를 사용하여 결제 처리하는 결제부와, 전기의 구매 또는 판매가 균형이 맞도록 조절하는 관리부를 구비함으로써, 기존의 불합리한 가격 체계를 바로잡을 수 있을 뿐만 아니라 장기적으로는 PV(Photovoltaic, 태양광 발전), 풍력 발전 등 신재생 에너지와 결합하여 경제성 있는 저탄소 친환경 전기 발전 및 공급 시스템을 구축할 수 있도록 한 것이다.
종래에 한국 등록특허공보 제10-2096438호에는 UPS회로를 갖는 엘이디 조명등이 나타나 있다. 이러한 USP회로를 갖는 엘이디 조명등은 본체 내부에 내장되고, 상용전원을 점등전원을 변환하여 LED모듈에 공급하는 드라이버회로와, 상용전원의 차단시 LED모듈에 점등전원을 공급하는 UPS회로를 포함하는 파워서플라이를 구비함으로써, 갑작스러운 정전시에도 일정시간 이상 점등이 유지될 수 있도록 한 것이다.
종래에 한국 공개특허공보 제10-2019-0084506호에는 에너지 저장시스템을 무정전 전원 공급장치로 전환하는 방법이 나타나 있다. 이러한 방법은 상시 전원이 공급되는 것으로 판단되면 에너지 저장 장치 모드로 설정하고, 상시 전원의 공급이 중단되는 것으로 판단되면 에너지 저장 장치를 무정전 전원 공급장치 모드로 설정하는 것이다.
그러나 이러한 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 지적될 수 있다.
ESS의 경우, 불규칙하고 반복적인 에너지 공급 및 저장으로 인해 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전이 이루어짐에 따라 메모리효과가 생겨 충전 용량이 감소함에 따라 효율이 떨어지고 수명이 단축되는 문제점을 가지고 있다.
UPS의 경우, 충전상태로 장시간 대기함에 따라 누실이 생기고, 메모리효과에 따른 효율 저하 및 수명 단축 문제점을 가지며, 또한 미사용 상태로 주기적으로 교체될 수 있어 경제성이 없는 문제점을 가지고 있다.
또한 ESS와 UPS 모두 에너지를 저장하였다고 공급한다는 점에서 유사하나, ESS는 충, 방전을 반복하며 에너지 경제성을 높이는 것을 목적으로 하고, UPS는 1회 충전 후 정전시와 같은 특정 비상 상황에서만 방전하여 시스템 안정성을 보장하는 것을 목적으로 하는 것으로 차이가 있어, ESS와 UPS를 함께 구성하기도 하지만, ESS와 UPS가 하나의 시스템 내에서 각각 고유의 목적 달성을 위해 독립적으로 운영되기 때문에 상기한 고유의 문제점을 그대로 가지고 있다.
또한 ESS와 UPS를 겸용하는 장치의 경우, 충, 방전이 불규칙하게 반복됨에 따라 메모리효과에 따른 효율 저하 및 수명 단축 문제점을 그대로 가지고 있고, 충전 용량이 충분하지 않은 상황에서 UPS모드로 설정되면 시스템 안정성 목적을 달성할 수 없게 된다.
한국 공개특허공보 제10-2018-0006846호 한국 등록특허공보 제10-2096438호 한국 공개특허공보 제10-2019-0084506호
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 에너지 저장 모드로 운영된 전기저장장치를 무정전 전원 공급 모드로 전환하고, 무정전 전원 공급 모드로 운영된 전기저장장치를 에너지 저장 모드로 상호 전환하여 교차 운영함으로써 메모리효과를 차단하여 전기저장장치의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있고, 시스템의 안정성을 도모할 수 있는, 전기 에너지 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 하나의 과제는 각 전기저장장치의 운영 모드를 소정의 기준에 따라 전환함으로써 효율적으로 에너지를 공급하고, 시스템의 안정성을 도모할 수 있는, 전기 에너지 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 과제는 그 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 아래의 기재로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 실시예는 복수의 전기저장장치 중 일부를 에너지를 저장 및 공급하는 에너지 저장 모드로 운영하고, 나머지 전기저장장치를 무정전 전원 공급 모드로 운영하며, 각 전기저장장치의 운영 모드를 상호 전환하여 교차 운영하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예는 복수의 전기저장장치 중 일부를 에너지를 저장 및 공급하는 에너지 저장 모드로 운영하고, 나머지 전기저장장치를 무정전 전원 공급 모드로 운영하며, 소정 기준에 따라서 각 전기저장장치의 운영 모드를 상호 전환하여 교차 운영하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 하나의 효과는 ESS와 UPS를 통합 구축하여 복수의 전기저장장치 중 일부를 에너지를 저장 및 공급하는 에너지 저장 모드로 운영하고, 나머지 전기저장장치를 무정전 전원 공급 모드로 운영하되, 각 전기저장장치의 운영 모드를 상호 전환하여 교차 운영함으로써, 각 전기저장장치의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있고, 시스템 안정성을 도모할 수 있는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치를 제공할 수 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 효과는 복수의 전기저장장치의 운영 모드를 소정 기준에 따라서 상호 전환함으로써, 각 전기저장장치의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있고, 시스템 안정성을 도모할 수 있는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치를 제공할 수 있는 것이다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과는 그 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 아래의 기재로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 이해하기 위한 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 관한 에너지 공급 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 관한 에너지 공급 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2에 나타낸 구성도로서, 본 발명의 하나의 실시예에 관한 에너지 공급 장치를 이용한 에너지 공급 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시예에 기초하여 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 이해할 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 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. 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에서 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.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서의 도면들은 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 것으로 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 도면에 표시된 기능들은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스에 의해 수행되는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 각각의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 관한 에너지 공급 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 관한 에너지 공급 장치를 나타내는 구성도이다. 도 3 내지 도 6은 도 2에 나타낸 구성도로서, 본 발명의 하나의 실시예에 관한 에너지 공급 장치를 이용한 에너지 공급 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치는, 전기를 생산하는 에너지 생산부(1,2)로부터 전기를 충전하고 전기를 소비하는 부하(3)로 충전한 전기를 방전할 수 있게 이루어진 복수의 전기저장장치(10,20)를 에너지 저장 모드 또는 무정전 전원 공급모드로 상호 전환하며 교차 운영할 수 있는 것으로, 복수의 전기저장장치(10,20), 전력변환부(30,40,50,60), 스위칭부(71~74,80) 및 제어부를 포함한다.
에너지 생산부(1,2)는 한전소를 통해서 상용 전원을 공급하는 기존의 전통적인 방식의 제1발전소(1) 및 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지를 생산하는 제2발전소(2) 중 적어도 하나의 종류가 될 수 있다. 각 종류의 발전소(1,2)로부터 생산된 에너지는 전기저장장치(10,20)를 경유하지 않고 바로 부하(3)에 공급될 수 있고, 또한 전기저장장치(10,20)에 저장된 후 부하(3)에 공급될 수도 있다. 본 실시예에서는 한전소를 통해서 공급되는 상용전원을 부하(3)에 직접 상시 공급하고, 신재생에너지 또는 심야 전기인 보조전원을 전기저장장치(10,20)에 저장하였다가 부하(3)에 선택적으로 공급하는 것으로 한정하여 설명한다.
부하(3)는 전기를 소비하는 것이라면, 자동차, 가정집, 사무실, 공장 등 어떠한 것이든 될 수 있다.
전기저장장치(10,20)는 에너지 생산부(1,2)에서 생산한 에너지를 전기 형태로 저장, 즉 충전하고, 또 저장한 에너지를 부하(3)에 공급, 즉 방전할 수 있도록 마련된 것이다. 이러한 전기저장장치(10,20)는 예컨대, 배터리로 이루어질 수 있다. 배터리로 이루어진 전기저장장치(10,20)는 ESS와 같이 컨테이너 형태로 구성될 수 있고, 케이블이나 커넥터 등에 의해 충전 및 방전을 위해 전기적으로 연결될 수 있다. 전기저장장치(10,20)는 배터리 외에도, 다양한 BESS(Battery Energy Storage System)이 사용될 수 있으며, 나아가서, 배터리를 대신하여, 슈퍼커패시터(Supercapacitor)를 비롯한 다양한 전기저장수단이 사용될 수 있다. 또한 전기저장장치(10,20)에는 V2G(Vehicle-to-grid)처럼 전기자동차에 탑재된 배터리를 포함할 수 있다. 즉 미주행중인 전기자동차를 본 발명의 전기 에너지 공급 장치와 전기적으로 연결하여 전기자동차의 배터리를 전기저장장치(10,20)로 사용할 수 있고, 전기자동차를 주행을 위해 본 발명의 전기 에너지 공급 장치로부터 분리 해제할 수 있다. 이러한 전기자동차의 연결, 연결 해제를 위해 스위칭, 콘센트 장치 등이 마련될 수 있다. 한편 V2G는 전기자동차를 전력망과 연결해 배터리의 남은 전력을 이용하는 기술로서, 세부적으로 전기자동차의 주행 중 남은 전력을 집에 공급하는 V2H(Vehicle-to-home)과, 캠핑과 같은 야외 활동시에 전기자동차에 저장된 전력을 전력제품에 공급하는 V2L(Vehicle-to-Load) 등으로 분류되고 있다
복수의 전기저장장치(10,20)는 에너지 저장 모드와 무정전 전원 공급 중 어느 하나의 모드로 운영되는 제1스테이션(10)과, 나머지 모드로 운영되는 제2스테이션(20), 2개의 스테이션으로 나누어질 수 있다. 즉 같은 스테이션에 소속된 전기저장장치(10,20)는 같은 운영 모드로 설정되고, 스테이션이 다른 전기저장장치(10,20)의 운영모드는 서로 다르게 설정된다. 제1스테이션(10)은 적어도 하나의 전기저장장치(10,20), 즉 배터리로 구성될 수 있다. 제2스테이션(20)은 적어도 하나의 전기저장장치(10,20), 즉 배터리로 구성될 수 있다. 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)의 전기저장장치(10,20) 개수는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 각 전기저장장치(10,20)는 처음부터 특정 스테이션에 지정될 수도 있고, 운영 모드의 전환에 따라 소속되는 스테이션이 변경될 수 있다. 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)은 동일한 용량으로 구비될 수도 있고, 또는 다른 용량으로 구비될 수도 있다. 다만 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)은 적어도 무정전 전원 공급 모드 운영을 위해 필요한 제1충전용량은 충전 가능하도록 구비되는 것이 바람직하다. 한편 에너지 저장 모드에서는 상용 전원처럼 또는 상용 전원과 함께 상시 부하(3)에 에너지를 공급하기 위한 것이고, 무정전 전원 공급 모드에서는 일시적인 비상 상황에 대비하여 시스템 안정성을 도모하기 위한 것으로, 에너지 저장 모드 운영을 위해 필요한 최대 제2충전용량이 무정전 전원 공급 모드 운영을 위해 필요한 제1충전용량보다 더 클 수 있다. 이러한 경우 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)은 제1충전용량보다 더 큰 제2충전용량을 가질 수 있게 마련될 수 있다.
전력변환부(30,40)는 에너지 생산부(1,2)와 부하(3) 사이에서 복수의 전기저장장치(10,20)가 충, 방전될 수 있게 마련된 것이다.
예컨대, 전통적 방식의 발전소(1)에서 생산한 교류 전원은 컨버터(30)를 통해 직류 전원으로 변환하여 전기저장장치(10,20)에 충전될 수 있다. 신재생 에너지 발전소(2)에서 생산한 직류 전원은 PCS(Power Conditioning System)(40)을 통해 전기저장장치(10,20)에 충전 가능한 직류 전원으로 변환하여 전기저장장치(10,20)에 충전될 수 있다. 에너지 저장 모드로 설정된 전기저장장치(10,20)에 저장된 에너지는 ESS용 인버터(50)를 통해 부하(3)에 공급될 수 있다. 무정전 전기 공급 모드로 설정된 전기저장장치(10,20)에 저장된 에너지는 UPS용 인버터(60)를 통해 부하(3)에 공급될 수 있다.
스위칭부(71,72,73,74,80)는 에너지 생산부(1,2)에서 생산한 에너지를 복수의 전기저장장치(10,20)에 선택적으로 충전될 수 있게 하고, 복수의 전기저장장치(10,20)에 충전된 에너지를 부하(3)에 선택적으로 공급할 수 있게 복수의 전기저장장치(10,20)를 에너지 생산부(1,2), 부하(3)에 선택적으로 전기적으로 연결하는 것으로, 각각의 전기저장장치(10,20)와 전기적으로 연결된 복수의 스위칭 소자 등으로 구성될 수 있다.
예컨대 전력변환부(30,40)가 제1, 제2스위칭 소자(71,72)을 통해 제1, 제2스테이션(10,20)과 전기적으로 연결, 연결 해제될 수 있고, 제1, 제2스테이션(10,20)이 제3, 제4스위칭 소자(73,74)를 통해 부하(3)와 전기적으로 연결, 연결 해제될 수 있다. 또한 제1, 제2스테이션(10,20)는 운영 모드에 따라 자동절체장치인 트렁크 절체(80)를 통해 ESS용 인버터(50) 또는 UPS용 인버터(60)와 선택적으로 연결될 수 있다.
제어부는 전력변환부(30,40) 및 스위칭부(71~74,80)를 조작부의 조작신호나 정해진 프로세스에 따라 제어할 수 있다. 조작부는 각종 버튼, 핸들, 키, 스위치 또는 터치패널을 비롯하여 사용자의 조작이 가능한 다양한 신호 입력 장치가 사용될 수 있다. 또한 제어부는 정해진 프로세스의 수행에 필요한 각종 데이터나 프로그램의 저장을 위하여 메모리부를 가질 수 있다.
정해진 프로세스 중 하나로서, 제어부는 복수의 전기저장장치(10,20) 중 일부를 에너지를 저장 및 공급하는 에너지 저장 모드로 운영하고, 나머지를 정전 등 비상상황에서 미리 충전해 놓은 비상 에너지를 공급하는 무정전 전원 공급 모드로 운영할 수 있게 제어할 수 있다.
예컨대, 초기에는 제1스테이션(10)을 에너지 저장 모드로 설정하고, 제2스테이션(20)을 무정전 정원 공급 모드로 설정하여, 부하(3)에 에너지를 공급할 수 있게 운영할 수 있다.
제어부는 소정의 기준에 따라서 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)의 운영모드를 상호 전환하여 교차 운영할 수 있게 제어할 수 있다. 즉 에너지 저장 모드로 설정되어 있던 제1스테이션(10)을 무정전 전원 공급 모드로 설정 변경하고, 무정전 전원 공급 모드로 설정되어 있던 제2스테이션(20)을 에너지 저장 모드로 설정 변경한 후, 부하(3)에 에너지를 공급할 수 있게 운영할 수 있다.
제어부는 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션의 저장된 에너지를 부하(3)에 공급함에 따라 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션이 방전된 후, 에너지 저장 모드의 스테이션이 전력변환부(30,40)를 통해 에너지 생산부(1,2)로부터 전기를 저장하여 충전되는 것을 기준으로, 복수의 전기저장장치(10,20)의 운영모드를 상호 전환할 수 있게 제어할 수 있다.
이때 전기저장장치(10,20)의 운영 모드를 전환하기 위해 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션이 방전된 후 충전이 이루어진 것으로 판단하는 기준은, 에너지 저장 모드의 운영 프로세스에 따라 결정될 수 있다.
즉 에너지 저장 모드의 경우, 부하(3)의 전기 소비가 많은 피크 시간대에만 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션으로부터 부하(3)에 전기를 공급하고, 피크 시간대 이외 시간대에는 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션에 에너지 생산부(1,2)로부터 생산한 에너지를 저장하는 충전 모드로만 운영할 수 있다. 이러한 경우, 제어부는 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션이 피크 시간대 방전된 후, 피크 시간대가 지나고 충전만 될 수 있게 제어하는 경우, 피크 시간대인지 아닌지, 즉 특정 시간대를 기준으로 규칙적으로 복수의 전기저장장치(10,20)의 운영 모드를 상호 전환할 수 있게 제어할 수 있다. 또한 제어부는 매일 특정 시간대를 기준으로 제1, 제2스테이션(10,20)의 운영 모드를 전환할 수 있게 제어할 수도 있고, 2일 이상의 간격을 두고 주기적으로 전환할 수 있게 제어할 수 있다.
또는 에너지 저장 모드에서, 시간에 상관하지 않고 부하(3)로부터 전기 공급이 요구될 때마다 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션에 저장된 에너지를 부하(3)에 공급할 수 있다. 이러한 경우, 제어부는 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션이 기 설정한 방전 제한치까지 방전된 후 충전되는 경우, 전기저장장치(10,20)의 운영모드를 전환할 수 있게 제어할 수 있다.
한편 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)의 최대 충전용량이 무정전 전원 공급 모드 운영을 위해 필요한 제1충전용량보다 큰 경우, 제어부는 에너지 저장 모드로 설정된 스테이션이 방전 후 충전될 때, 제1충전용량까지만 충전되면 제1스테이션(10)과 제2스테이션(20)의 운영 모드를 상호 전환할 수 있게 제어할 수 있다. 그리고 에너지 저장 모드로 전환된 스테이션은 완전 충전된 상태로 언제든지 부하(3)에 에너지를 공급할 수 있는 준비가 마쳐진 상태이므로, 에너지 저장 모드로 전환된 스테이션이 완전 방전되지 않는 조건 하에서 제어부는 무정전 전원 공급 모드로 전환된 스테이션이 완전 충전될 때까지 계속해서 에너지 생산부(1,2)에서 생산한 전기가 무정전 전원 공급 모드로 전환된 스테이션에 에너지가 저장될 수 있게 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 예컨대 트렁크 절체(80)를 통해 제1스테이션(10)이 에너지 저장 모드로 설정되고, 제2스테이션(20)이 최소 제1충전용량으로 충전된 상태로서 무정전 전원 공급 모드로 설정될 수 있다.
부하(3)의 전력 소비가 적은 경우에는, 부하(3)는 상용전원으로부터 에너지를 공급받고, 에너지 생산부(1,2)에서 생산한 보조전원은 전력변환부를 통해 제1스테이션(10) 또는 제2스테이션(20)에 저장된다.
부하(3)의 전력 소비가 많은 경우에는, 부하(3)는 상용전원으로부터 에너지를 공급받고, 추가적으로 전력변환부를 통해 제1스테이션(10)과 전기적으로 연결되어 제1스테이션(10)이 부하(3)로 저장한 에너지를 방전함에 따라 보조전원도 공급받을 수 있다. 이때 부하(3)의 소비 전력에 따라, 전력변환부를 통해 제1스테이션(10) 또는 제2스테이션(20)이 충전될 수 있다.
그리고, 운영 모드 전환을 위한 소정의 기준에 따라 제1스테이션(10)이 부하(3)에 에너지를 공급함에 따라 방전된 후 제1충전용량까지 충전되면, 도 4에 도시된 바와 같이 트렁크 절체(80)를 통해 제1스테이션(10)이 에너지 저장 모드에서 무정전 전원 공급 모드로 전환되고, 제2스테이션(20)이 무정전 전원 공급 모드에서 에너지 저장 모드로 전환된다. 따라서 제2스테이션(20)이 부하(3)와 전기적으로 연결되어 부하(3)에 에너지를 공급할 수 있다. 이때 제2스테이션(20)은 최소한 제1충전용량까지 충전된 상태이므로 바로 부하(3)에 에너지를 공급할 수 있게 준비될 수 있다. 그리고 에너지 생산부(1,2)에서 생산한 에너지를 계속해서 무정전 전원 공급 모드로 전환된 제1스테이션(10)에 충전할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1스테이션(10)이 에너지 저장 모드로 설정되고, 제2스테이션(20)이 무정전 전원 공급 모드로 설정된 상태에서, 정전 등 상용전원이 안정적으로 부하(3)에 공급될 수 없는 비상상황이 발생한 경우에는, 전력변환부를 통해 제2스테이션(20)이 부하(3)와 전기적으로 연결되어 제2스테이션(20)에 저장된 에너지를 부하(3)에 방전함으로써 부하(3)에 안정적으로 비상 전력을 공급할 수 있다.
무정전 전원 공급 모드의 제2스테이션(20)이 방전되면, 도 6에 도시된 바와 같이 제어부는 제1스테이션(10)을 에너지 저장 모드에서 무정전 전원 공급 모드로 전환하고, 제2스테이션(20)을 무정전 전원 공급 모드에서 에너지 저장 모드로 전환할 수 있게 제어할 수 있다. 그리고 제어부는 무정전 전원 공급 모드로 전환된 제1스테이션(10)이 전력변환부를 통해서 충전될 수 있게 제어할 수 있다. 이때 제어부는 무정전 전원 공급 모드로 전환된 제1스테이션(10)이 최소한 제1충전용량까지 충전될 때까지 전기저장장치(10,20)의 운영 모드 전환을 제한할 수 있게 제어할 수 있다.
본 발명은 에너지 공급 순위를 조절할 수 있는 에너지 공급 선박 및 이를 이용한 에너지 공급 방법에 이용될 수 있다.
1; 제1발전소 2; 제2발전소
3; 부하 10; 제1스테이션
20; 제2스테이션 30; 컨버터
40; PCS 50; ESS용 인버터
60; UPS용 인버터 71~74; 제1~제4스위칭 소자
80; 트렁크 절체

Claims (7)

  1. 전기 에너지 공급 장치에 있어서,
    에너지 저장 및 무정전 전원 공급할 수 있는 에너지 공급 장치에 있어서,
    전기를 생산하는 에너지 생산부로부터 에너지를 충전하고, 상기 에너지를 소비하는 부하로 충전한 에너지를 방전할 수 있게 이루어진 복수의 전기저장장치;
    상기 복수의 전기저장장치와 상기 에너지 생산부 및 상기 부하 사이에서 상기 복수의 전기저장장치가 충, 방전될 수 있게 마련된 전력변환부;
    상기 복수의 전기저장장치가 선택적으로 충, 방전될 수 있게 상기 복수의 전기저장장치를 상기 에너지 생산부, 상기 부하에 선택적으로 전기적으로 연결하는 스위칭부;
    상기 전력변환부 및 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 복수의 전기저장장치 중 일부를 전기를 저장 및 공급하는 에너지 저장 모드로 운영하고, 나머지 전기저장장치를 무정전 전원 공급 모드로 운영하며,
    각 전기저장장치의 운영 모드를 전환하여 교차 운영할 수 있게 제어하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 에너지 저장 모드의 전기저장장치로부터 상기 부하에 에너지가 공급된 후 상기 에너지 저장 모드의 전기저장장치가 상기 전력변환부를 통해 충전되면, 각 전기저장장치의 운영 모드를 전환할 수 있게 제어하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 전기저장장치는 상기 무정전 전원 공급 모드 운영을 위해 필요한 제1충전용량보다 더 큰 용량을 충전할 수 있게 마련되고,
    상기 제어부는
    상기 에너지 저장 모드의 전기저장장치가 상기 제1충전용량까지 충전되면 각 전기저장장치의 운영 모드를 전환할 수 있게 제어하고,
    상기 운영 모드 전환 후에도 상기 무정전 전원 공급 모드로 전환된 전기저장장치가 완전 충전될 수 있게 제어하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 무정전 전원 공급 모드의 전기저장장치로부터 상기 부하에 에너지를 공급하여 방전되면, 각 전기저장장치의 운영 모드를 전환할 수 있게 제어하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 무정전 전원 공급 모드로 전환된 전기저장장치가 상기 전력변환부를 통해 충전될 수 있게 제어하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전기저장장치는 상기 에너지 저장 모드와 상기 무정전 전원 공급 중 어느 하나의 모드로 운영되는 적어도 하나의 전기저장장치로 구성된 제1 스테이션과, 나머지 모드로 운영되는 적어도 하나의 전기저장장치로 구성된 제2 스테이션으로 나뉘어지고,
    상기 제어부는 상기 제1 스테이션과 상기 제2 스테이션의 운영 모드를 상호 전환할 수 있게 제어하는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전기저장장치는 전기자동차에 탑재된 배터리를 포함하며, 상기 전기자동차는 선택적으로 전기적으로 연결 및 연결 해제 가능하도록 마련되는, 정해진 주기에 따라 에너지저장장치(ESS)와 무정전전원공급장치(UPS)의 역할을 절체하는 자동절체장치를 포함하는 ESS-UPS겸용 전기 에너지 공급 장치.
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