KR20230136936A - 신규 설치 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

신규 설치 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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문병호
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수의 제1 배터리 랙; 상기 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 복수의 제2 배터리 랙; 및 상기 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터는, 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System) 및 발전 장치 중 적어도 하나와 연결된 DC 버스에 병렬 연결되어 구성될 수 있다.

Description

신규 설치 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM FOR OPTIMUM OPERATION OF NEWLY INSTALLED BATTERY RACKS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신규로 설치되는 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템이다. 최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안정성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 시스템은 출력과 용량이 달라질 수 있으며. 대용량 에너지 저장 시스템을 구성하기 위하여 복수의 배터리시스템들이 서로 연결될 수 있다.
에너지 저장 시스템은 시간이 경과함에 따라 일부 배터리 랙의 성능이 저하될 수 있고, 그에 따라 기존 배터리 랙들에 신규 랙을 추가하여 성능을 보완할 수 있다. 이 경우, 신규로 추가된 랙과 기존 설치된 랙 간에는 성능 차이가 존재하고, 이러한 랙간 성능 차이로 인해 불필요한 랙 밸런싱이 반복될 수 있다. 이로 인해, 성능 보완을 위해 신규 랙이 추가되었음에도 불구하고 신규 랙이 기존 랙의 성능을 따라가게 된다는 문제가 발생한다. 즉, 신규로 배터리 랙을 추가했음에도 신규 랙이 보유하는 최대 성능(예를 들어, 정격 용량, 사용 기간 등에서)을 다 활용하지 못하는 문제가 발생한다.
또한, 신규 배터리 랙을 기존 배터리 랙을 포함한 에너지 저장 시스템에 다양한 형태의 연결 구조로 추가할 수 있으나, 그 연결 구조에 따라 에너지 저장 시스템이 충방전 효율 및 전체 RTE(Round Trip Efficiency) 측면에서 최대 성능을 발휘하지 못할 수 있다.
한국 공개특허 10- 2016-0094228호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 신규 설치 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 신규 설치 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템을 제어하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 신규 설치 배터리 랙의 최적 운영을 위한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수의 제1 배터리 랙; 상기 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 복수의 제2 배터리 랙; 및 상기 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터는, 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System) 및 발전 장치 중 적어도 하나와 연결된 DC 버스에 병렬 연결되어 구성될 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 제어 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록 할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하고, 상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출할 수 있다.
상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보는, 배터리 랙의 개수, SOH, SOC, 출력 전류, 출력 전력, 및 온도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하고, 상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 에너지 저장 시스템의 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 장치는, 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 및 DC 버스에 상기 센트럴 DC-DC 컨버터와 병렬 연결되며, 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;와 연동할 수 있으며, 적어도 하나의 프로세서; 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 명령; 및 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충방전 출력을 제어하는 명령은, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 명령은, 상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하는 명령을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 충방전 출력을 제어하는 명령은, 상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 충방전 출력을 제어하는 명령은, 상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하는 명령; 및 상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템 제어 장치는, 에너지 저장 시스템의 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현될 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법은, 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 및 DC 버스에 상기 센트럴 DC-DC 컨버터와 병렬 연결되며, 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;를 포함하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법으로서, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 단계; 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 충방전 출력을 제어하는 단계는, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 충방전 출력을 제어하는 단계는, 상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 충방전 출력을 제어하는 단계는, 상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하는 단계; 및 상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템의 제어 방법은, 에너지 저장 시스템의 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현된 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템에 신규 배터리 랙을 추가하는 경우 불필요한 랙 밸런싱을 방지할 수 있다.
그에 따라, 신규 배터리 랙이 보유하는 성능을 최대한(100%) 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 신규 배터리 랙의 충방전 효율 및 전체 RTE(Round Trip Efficiency) 측면에서 최대 성능을 발휘할 수 있다.
도 1은 기존의 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동시 및 정지 시의 출력 값 및 각 배터리 영역에서의 출력 값의 관계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동시 및 정지 시의 출력 값 및 각 배터리 영역에서의 출력 값의 관계를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 오그멘테이션 영역 내 각 DC/DC 컨버터의 출력 가중치를 산출하는 개념을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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. 본 출원에서, "포함하다" 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, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 잔존율)은 배터리의 현재 잔존 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
배터리 랙(Rack)은 배터리 제조사에서 설정한 모듈 단위를 직/병렬 연결하여 BMS를 통해 모니터링과 제어가 가능한 최소 단일 구조의 시스템을 의미하며, 여러 개의 배터리 모듈과 1개의 BPU 또는 보호장치를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 뱅크(Bank)는 여러 랙을 병렬 연결하여 구성되는 큰 규모의 배터리 랙 시스템의 집합 군을 의미할 수 있다. 배터리 뱅크 단위의 BMS를 통해 배터리 랙 단위의 랙 BMS(RBMS)에 대한 모니터링과 제어를 수행할 수 있다.
BSC(Battery Section Controller; 배터리 섹션 제어장치)는 배터리 뱅크(Bank) 단위 배터리 시스템을 포함한 배터리 시스템에 대한 최상단 제어를 수행하는 장치로, 여러 개의 Bank Level 구조의 배터리 시스템에서 제어장치로 사용되기도 한다.
정격 용량(Nominal Capacity; Nominal Capa.)는 배터리 제조사에서 개발 시 설정한 배터리의 설정 용량[Ah]을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 기존의 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
에너지 저장 시스템(ESS)에서 전력을 저장하는 역할을 수행하는 배터리의 최소 단위는 통상적으로 배터리 셀(cell)이다. 배터리 셀의 직/병렬 조합이 배터리 모듈을 이루고, 다수의 배터리 모듈(Battery Module)이 배터리 랙(Rack)을 구성할 수 있다. 즉, 배터리 랙은 배터리 모듈의 직/병렬 조합으로 배터리 시스템의 최소 단위가 될 수 있다. 여기서, 배터리가 사용되는 장치 또는 시스템에 따라 배터리 랙은 배터리 팩(pack)으로 지칭될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 하나의 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈과 1개의 BPU(10) 또는 보호장치를 포함할 수 있다. 배터리 랙은 RBMS(Rack BMS)를 통해 모니터링과 제어가 가능하다. RBMS는 자신이 관장하는 각 배터리 랙의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 배터리의 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, BPU(Battery Protection Unit)(10)는 배터리 랙 단위에서 이상 전류와 사고 전류로부터 배터리를 보호하기 위한 장치이다. BPU는 메인 컨택터(Main Contactor; MC), 퓨즈, 써킷 브레이커(Circuit Breaker; CB) 또는 분리 스위치(Disconnect Switch; DS) 등을 포함할 수 있다. BPU는 RBMS의 제어에 따라 메인 컨택터를 on/off 제어하여 랙 단위로 배터리 시스템을 제어할 수 있다. BPU는 또한, 단락 발생 시 퓨즈를 이용해 단락 전류로부터 배터리를 보호할 수 있다. 이처럼, 기존의 배터리 시스템은 BPU, 스위치 기어와 같은 보호 장치를 통해 제어될 수 있다.
한편, 다수의 배터리 및 주변 회로, 장치 등을 포함하여 구성된 배터리 섹션 각각에는 배터리 시스템 제어기(Battery System Controller; BSC)(20)가 설치되어 전압, 전류, 온도, 차단기 등과 같은 제어 대상을 모니터링하고 제어할 수 있다. BSC는 복수의 배터리 랙을 포함하는 뱅크 단위 배터리 시스템을 포함하는 배터리 시스템의 최상단 제어장치로, 여러 개의 뱅크 레벨 구조의 배터리 시스템에서 제어 장치로 사용되기도 한다.
또한, 배터리 섹션마다 설치된 전력 변환 시스템(Power Conversion System; PCS)(40)은 EMS(30)로부터의 충/방전 지령을 기반으로 실질적인 충방전을 수행하는 장치로서, 전력 변환부(DC/AC 인버터) 및 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 각 BPU(10)의 출력은 DC 버스를 통해 발전 장치(예: 태양광 발전 장치) 및 PCS(40)와 연결될 수 있고, PCS (40)는 그리드와 연결될 수 있다. 또한, EMS(Energy Management System)(30) 또는 PMS(Power Management System)는 ESS시스템을 전체적으로 관리한다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래의 에너지 저장 시스템에는 BPU, 스위치 기어(Switch gear)와 같은 보호 소자를 통해 배터리 시스템이 제어될 뿐, 배터리 용량, SOH, SOC와 같은 배터리 시스템의 개별적인 특성을 고려한 개별 제어가 불가능하다.
이러한 에너지 저장 시스템에서 다수개의 배터리 랙이 전압원의 역할을 하고, PCS는 CC(Constant Current) 제어 또는 CP(Constant Power) 제어를 통해 배터리 랙을 충방전한다. 배터리 랙의 초기 설치 시에는 배터리 랙들의 성능이 거의 유사(등가 저항으로 표현했을 경우 비슷한 저항값이 나타남)하고 각 랙의 충방전 전류가 비슷한 수준으로 나타난다. 하지만, 시간이 지남에 따라 일부 랙의 성능 저하가 나타날 수 있다. 이 경우 신규 랙을 추가하여 성능을 보완하는데 이를 오그멘테이션(augmentation)이라 한다.
이때, 신규 추가된 랙과 기존 설치된 랙 사이에는 성능 차이가 존재할 수 있고, 기존 제어 방법에 따르면 불필요한 랙 밸런싱 등이 반복되면서 신규 추가된 랙이 기존에 설치된 랙의 저하된 성능을 따라가게 되는 문제가 발생한다. 즉, 신규로 랙을 추가했음에도 불구하고, 신규 랙이 보유하는 최대 성능(예를 들어, 정격 용량, 사용기간 등)을 충분히 활용하지 못하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 기존 배터리 랙(기설치 BPU Racks)을 포함한 에너지 저장시스템(예를 들어, 도 1에 도시된 시스템)에 복수의 신규 배터리 랙(New DC/DC Racks)이 추가된 경우의 시스템을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 배터리 랙, BPU(100), DC/DC 컨버터(150), 센트럴 DC/DC 컨버터(200), 제어장치(300)를 포함할 수 있다.
센트럴 DC/DC 컨버터(200)는 BPU(100)에 의해 제어되는 기존 배터리 랙들(복수의 제1 배터리 랙)과 연동하여 전력 변환을 수행한다. 여기서, 센트럴 DC/DC 컨버터(200)는 DC 버스와 연결되며, 제1 배터리 랙과 DC 버스 사이에서 DC-DC 변환을 수행한다. 센트럴 DC/DC 컨버터(200)는 본체 및 DC-DC 컨트롤러를 포함할 수 있다.
기존에 운영되던 복수의 배터리 랙들(제1 배터리 랙) 및 BPU(100)에 더하여 신규 배터리 랙(제2 배터리 랙)이 추가되는 오그멘테이션이 이루어지는 경우에는, 즉, 오그멘테이션에 의해 기존 배터리 랙 및 신규 배터리 랙이 병존하는 경우, 기존의 제어 방법에 따르면 신규 랙의 성능이 급격히 저하되거나, 랙간 밸런싱 불균형 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 신규로 추가되는 복수의 배터리 랙(제2 배터리 랙)에 대해BPU 대신 DC/DC 컨버터(150)를 사용한다. 여기서, DC/DC 컨버터(150)는 DC 버스와 연결되며, 제2 배터리 랙과 DC 버스 사이에서 DC-DC 변환을 수행한다. DC-DC 컨버터(150)는 본체 및 DC-DC 컨트롤러를 포함할 수 있다.
오그멘테이션 영역에 배치되는 DC/DC 컨버터(150)는 기존 랙과 신규 랙을 전기회로적으로 분리, 운용할 수 있도록 한다. DC/DC 컨버터(150)의 출력은 사용자에 의한 능동 제어가 가능하여, 각 배터리 랙 간 SOC, SOH, 용량의 차이가 발생하여도 개별 배터리 랙의 특성을 고려한 배터리 출력 제어가 가능해진다.
센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150)는, 도 2에 도시된 바와 같이 전력 변환 장치(400) 및 발전 장치(500) 중 적어도 하나와 연결된 DC 버스에 병렬 연결되어 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 DC-Coupled 구조로 전력 변환 장치(400) 또는 발전 장치(500)와 연계되며, 신규 랙의 오그멘테이션시, 신규 랙을 관리하는 복수의 DC-DC 컨버터(150) 각각이 DC 버스에 병렬 연결됨으로써 기존 랙들을 통합 관리하는 센트럴 DC-DC 컨버터(200)와 병렬 구조를 이룬다.
센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150)는 제어장치(300)와 연결된다. 제어장치(300)는 기존 영역에 배치된 배터리 랙(제1 배터리 랙) 뿐 아니라 오그멘테이션 영역에 배치되는 배터리 랙(제2 배터리 랙)의 상태를 모니터링 및 관리할 수 있다. 또한, 제어장치(300)는 제1 및 제2 배터리 랙의 정보를 이용해 센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150) 각각에 대한 충방전 출력을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어장치(300)는 EMS(Energy Management System), PMS(Power Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현될 수 있으며, 이하에서 설명하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법을 수행할 수 있다.
여기서, EMS(Energy Management System)는 ESS시스템을 전체적으로 관리하는 장치로, PMS(Power Management System)로도 불린다. 또한, BSC(Battery Section Controller)는 각 랙의 상태를 관리하고, 상위 시스템(EMS)에 출력 가능한 배터리의 한계값을 알려주는 기능 등을 수행하는 장치로, 데스크탑 PC 등에 탑재, 설치되는 형태로 구현될 수 있다.
전력 변환 장치(PCS, 400)는 제어장치(300)(예를 들어, EMS)로부터 수신한 충방전 지령을 기초로 실질적인 충방전을 수행하는 장치로서, DC/AC 전력변환부 및 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다.
발전 장치(500)는 전력을 생산하는 장치로, 태양광, 태양열, 풍력 및 지열을 이용한 발전 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 발전 장치(500)의 종류는 본 발명의 본질적 구성요소가 아니므로 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 동작에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 시 및 정지 시의 출력 값 및 각 배터리 영역에서의 출력 값의 관계를 도시한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 시퀀스에 대해 살펴본다.
제어장치(300)는 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량(Pbat)을 확인한다. 여기서, 충방전 전력 요구량(Pbat)은, PCS(400) 또는 발전 장치(500)에 의해 공급되어 에너지 저장 시스템에 충전되어야하는 충전 요구 전력량을 의미하거나, PCS(400)를 통해 계통으로 공급되어야 하는 방전 요구 전력량을 의미할 수 있다.
제어장치(300)는, 기존 랙의 정보 및 신규 랙의 정보를 이용해 센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150) 각각에 대한 충방전 출력을 제어한다.
여기서, 제어장치(300)는 기존 영역에 배치된 BPU 랙(배터리 랙 및 BPU를 포함하는 개념으로 사용) 및 오그멘테이션 영역에 배치된 DC/DC 랙(배터리 랙 및 DC/DC 컨버터를 포함하는 개념으로 사용)의 정보를 파악하고 있는 상태이다.
제어장치(300)는 충방전 전력 요구량(Pbat) 및 배터리 랙의 수량 정보를 기초로 오그멘테이션 영역 내 DC/DC 랙이 출력할 충방전 전력 값 Paug을 산출할 수 있다.
또한, 제어장치(300)는 오그멘테이션 영역 내에 위치하는 각 배터리 랙의 상태 정보(SOC, SOH, 출력 전류, 출력 전력, 온도 등)를 기초로 각 배터리 랙별 출력 가중치를 계산할 수 있다. 각 배터리 랙별 출력 가중치를 Paug에 곱하면 각 DC/DC 랙의 출력 값이 계산될 수 있다. 즉, 제어장치(300)는 BPU 랙 대비 DC/DC 랙의 잔존 에너지 등을 고려하여 DC/DC 컨버터(150) 각각에 대한 충방전 지령값을 계산할 수 있다.
제어장치(300)는 충방전 전력 요구량(Pbat) 및 신규 랙이 출력할 충방전 전력 값 Paug를 기초로 BPU 랙이 출력할 충방전 전력 값을 산출할 수 있다. 여기에서, BPU 랙이 출력할 충방전 전력 값은 충방전 전력 요구량(Pbat)에서 DC/DC 랙이 출력할 충방전 전력 값 Paug을 뺀 값(Pbat - Paug)으로 결정될 수 있다.
제어장치(300)는 센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150) 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달한다. 센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150)는 동등한 레벨에 병렬 연결되어 있기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 시점에 각각의 전력 지령값에 따라 출력이 제어될 수 있다.
다음으로, 에너지 저장 시스템의 정지 시퀀스에 대해 살펴본다.
시스템이 정지되는 경우, 충방전 전력 요구량(Pbat)은 O이 된다. 여기서, 제어장치(300)는 0으로 변경된 충방전 전력 요구량을 확인하고, BPU 랙 및 DC/DC 랙 각각에 대한 전력 지령값을 0으로 산출한다. 이후, 제어장치(300)는 센트럴 DC-DC 컨버터(200) 및 복수의 DC-DC 컨버터(150) 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하여, 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 시점에 충방전 출력이 정지되도록 할 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 5를 참조하여, 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 동작을 설명한다. 도 4는 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이고, 도 5는 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 시 및 정지 시의 출력 값 및 각 배터리 영역에서의 출력 값의 관계를 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템은, 신규 랙의 오그멘테이션시 신규 DC/DC 랙들이BPU 랙들의 출력단과 연결된다. 즉, 본 발명의 비교예는, 신규 배터리 랙의 DC/DC 컨버터(150')가 센트럴 DC/DC 컨버터(200')가 아닌 기존 배터리 랙의 BPU(100')들과 병렬 연결되는 구조이다.
먼저 본 발명의 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 시퀀스에 대해 살펴본다.
도 5를 참조하면, 제어장치(300')는 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량(Pbat)을 확인한다. 이후, 제어장치(300')는 센트럴 DC/DC 컨버터(200')로 전력 지령값(Pbat)을 전달한다. 센트럴 DC/DC 컨버터(200')는 충방전 지령(Pbat)에 따라 해당 전력(Pbat)을 출력한다. 이때, 우선적으로(일시적으로) 기존 영역에 배치된 BPU 랙들로부터 Pbat 의 전력이 출력된다.
여기서, 제어장치(300')는 기존 영역에 배치된 BPU 랙 및 신규 영역 내 DC/DC 랙의 수량 정보를 파악하고 있는 상태이며, 자신과 연동하는 모든 배터리 랙으로부터의 총 출력값(Pbat)을 모니터링한다. 제어장치(300')는 기존 영역 내 BPU 랙이 출력하는 값(Pbat) 및 배터리 랙의 수량 정보를 기초로 신규 영역 내 DC/DC 랙이 출력할 값(Paug)를 산출한다.
제어장치(300')는 오그멘테이션 영역 내에 위치하는 각 배터리 랙의 상태 정보(SOC, SOH 등)를 기초로 각 DC/DC 랙의 출력 값을 계산할 수 있다. 이후, 제어장치(300')는 각 DC/DC 컨버터(150')에 충방전 지령을 전달하여 복수의 DC/DC 컨버터(150')가 총 Paug의 충방전 전력을 출력하도록 한다. 신규 랙의 출력에 따라 기존 BPU 랙은 Pbat - Paug의 전력을 출력한다.
다음으로, 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 정지 시퀀스에 대해 살펴본다.
시스템을 정지할 경우 센트럴 DC/DC 컨버터(200’)의 출력은 0이 된다. 이 경우, 기존 BPU 영역은 수동 소자 영역이므로 배터리 랙의 출력이 빠르게 변한다. 하지만, 오그멘테이션 영역인 DC/DC 영역은 제어 장치(300')의 지령을 받고 동작하기 때문에 매우 짧은 순간 동안 출력 Paug를 유지한다. 이에 따라, BPU 영역은 일시적으로 해당 출력 Paug을 받아들이게 된다. 그 사이 제어 장치(300')는 센트럴 DC/DC 컨버터(200’)의 출력이 0이 되었음을 감지하고, 신규 영역의 출력 지령값 Paug를 0으로 수정한다. 이러한 과정을 통해 기존 BPU 영역 및 신규 DC/DC 영역의 모든 랙들의 출력이 0이 되고 시스템 동작이 멈추게 된다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 상기 비교 예와 비교하여 다음과 같은 이점이 있다.
우선, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 기동 및 정지 시퀀스에서 기존 BPU 랙과 신규 DC/DC 랙 간 충방전 출력의 시간 지연이 발생되지 않는다. 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 신규 랙의 DC-DC 컨버터(150)가 센트럴 DC-DC 컨버터(200)와 동등한 레벨에 병렬 연결되어 있기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 시점에 각각의 전력 지령값에 따라 출력이 제어될 수 있다. 반면, 비교예에 따른 에너지 저장 시스템은 신규 랙의 DC-DC 컨버터(150')가 기존 배터리 랙의 BPU(100')과 병렬 연결되며, 모두 센트럴 DC/DC 컨버터(200')의 관리를 받도록 구성되어, 도 5에 도시된 바와 같이 기존 BPU 랙과 신규 DC/DC 랙 간 충방전 출력의 시간 지연이 발생될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 오그멘테이션 영역의 충방전 효율 및 전체 RTE(Round Trip Efficiency) 측면에서 유리하다. 비교예에 따른 에너지 저장 시스템은, 신규 랙의 충방전시 도 4에 도시된 바와 같이 센트럴 DC/DC 컨버터(200')와 DC/DC 컨버터(150')를 모두 거치게 된다. 비교예에 따른 에너지 저장 시스템의 오그멘테이션 영역에 대한 충전 효율(ηch) 및 방전 효율(ηdisch)과, 전체 RTE 효율(ηRTE)은 아래 수학식 1 내지 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
ηch = ηcentral DC/DC * ηrack DC/DC
여기서, ηcentral DC/DC 은 센트럴 DC/DC 컨버터의 변환 효율이고, ηrack DC/DC은 DC/DC 컨버터의 변환 효율임
[수학식 2]
ηdisch = ηPCS * ηcentral DC/DC * ηrack DC/DC
여기서, ηPCS 은 전력 변환 장치의 변환 효율임
[수학식 3]
ηRTE = (ηcentral DC/DC * ηrack DC/DC) * ηrack * (ηPCS * ηcentral DC/DC * ηrack DC/DC)
여기서, ηrack 은 배터리 랙의 효율임
반면, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 오그멘테이션 영역에 대한 충전 효율(ηch) 및 방전 효율(ηdisch)과, 전체 RTE 효율(ηRTE)은 아래 수학식 4 내지 6과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
ηch = ηrack DC/DC
[수학식 5]
ηdisch = ηPCS * ηrack DC/DC
[수학식 6]
ηRTE = (ηrack DC/DC) * ηrack * (ηPCS * ηrack DC/DC)
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 신규 랙 충방전시 도 2에 도시된 바와 같이 센트럴 DC/DC 컨버터(200)를 거치지 않고 충방전됨에 따라, 충방전 효율 및 전체 RTE 효율이 비교 예보다 높다. 센트럴 DC/DC 컨버터의 변환 효율(ηcentral DC/DC)이 98%인 경우, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 비교 예보다 약 1.04 배 높은 전체 RTE 효율을 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 오그멘테이션 영역 내 각 DC/DC 컨버터의 출력 가중치를 산출하는 개념을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따르면 제어 장치(300)는 오그멘테이션 영역에 배치된 배터리 랙의 SOC, SOH, 출력 전류, 출력 전압, 출력 전력, 온도 등의 정보를 기초로 각 랙의 상태를 추정하고, 이 값을 기반으로 각 DC/DC 랙의 출력 가중치를 계산할 수 있다.
구체적으로 도6을 참조하면, 제어 장치(300)는 각 DC/DC 랙으로부터 각 배터리 랙의 SOC, SOH, 출력 전류, 출력 전압, 온도 등의 데이터를 수신할 수 있다. 여기에서, 제어 장치(300)는 수신된 정보를 이용해 각 DC/DC 랙의 출력 가중치 α1, ... αn을 계산할 수 있다.
아래 수학식 7은 오그멘테이션 영역에 대한 총 출력 지령값 Paug을 계산하는 식을 나타낸다.
[수학식 7]
Paug = n / (n + m) * Pbat
여기서, m은 BPU 랙의 개수이고, n은 DC/DC 랙의 개수임
수학식 8은 오그멘테이션 영역 내 DC/DC 랙의 출력 지령값 PDC/DC-1 내지 PDC/DC-n 을 계산하는 식을 나타낸다.
[수학식 8]
PDC/DC-1 = α1 x Paug
PDC/DC-2 = α2 x Paug
...
PDC/DC-n = αn x Paug
α1 + α2 + ... + αn = 1
수학식 8에서 각 DC/DC 랙의 출력 지령값은 오그멘테이션 영역에 대한 총 출력 지령값 Paug에 각 랙별 가중치를 곱하여 산출됨을 알 수 있다. 여기서, 각 DC/DC 랙의 출력 가중치의 합은 1로 정의될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 제어 방법은 복수의 제1 배터리 랙(BPU 랙)과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 및 DC 버스에 상기 센트럴 DC-DC 컨버터와 병렬 연결되며, 복수의 제2 배터리 랙(DC/DC 랙)과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;를 포함하는 에너지 저장 시스템에 구성된 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.
제어 장치는 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인한다(S710).
제어 장치는 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출한다(S720).
여기서, 제어 장치는 상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하고, 확인된 충방전 전력 요구량, 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 복수의 제1 배터리 랙 및 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출할 수 있다.
또한, 제어 장치는 제2 배터리 랙의 개수, SOH, SOC, 출력 전류, 출력 전력, 및 온도 중 하나 이상의 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하고, 제2 배터리 랙의 출력 가중치를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 도출할 수 있다.
이후 제어 장치는 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록, 센트럴 DC-DC 컨버터 및 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달한다(S730).
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 장치의 블록 구성도이다.
이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 수행하는 제어 장치(300)의 주요 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 제어 장치(300)는 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 및 DC 버스에 상기 센트럴 DC-DC 컨버터와 병렬 연결되며, 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;와 연동하며, 적어도 하나의 프로세서(310), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(320) 및 에너지 저장 시스템 내 다른 구성요소들과 통신을 수행하기 위한 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어 장치(300)는 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행되는 상기 적어도 하나의 명령은, 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 명령; 및 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충방전 출력을 제어하는 명령은, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 명령은, 상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하는 명령을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 충방전 출력을 제어하는 명령은, 상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 충방전 출력을 제어하는 명령은, 상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하는 명령; 및 상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산하는 명령을 포함할 수 있다.
제어 장치(300)는 또한, 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 제어 장치(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서(310)는 중앙처리장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(또는 저장 장치)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: BPU 150: DC-DC 컨버터
200: 센트럴 DC-DC 컨버터 300: 제어 장치
400: PCS 500: 발전 장치

Claims (17)

  1. 복수의 제1 배터리 랙;
    상기 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터;
    복수의 제2 배터리 랙; 및
    상기 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;를 포함하고,
    상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터는, 전력 변환 장치(PCS; Power Conversion System) 및 발전 장치 중 적어도 하나와 연결된 DC 버스에 병렬 연결되어 구성되는, 에너지 저장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 제어 장치를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록 하는, 에너지 저장 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하고, 상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출하는, 에너지 저장 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보는,
    배터리 랙의 개수, SOH, SOC, 출력 전류, 출력 전력, 및 온도 중 하나 이상을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하고,
    상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산하는, 에너지 저장 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 에너지 저장 시스템의 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현되는, 에너지 저장 시스템.
  8. 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 및 DC 버스에 상기 센트럴 DC-DC 컨버터와 병렬 연결되며, 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;와 연동하는 에너지 저장 시스템 제어 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 명령; 및
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 명령;을 포함하는, 에너지 저장 시스템 제어 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 충방전 출력을 제어하는 명령은,
    상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템 제어 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 명령은,
    상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하는 명령을 포함하고,
    상기 충방전 출력을 제어하는 명령은,
    상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 충방전 출력을 제어하는 명령은,
    상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하는 명령; 및
    상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템 제어 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템 제어 장치는,
    에너지 저장 시스템의 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현되는, 에너지 저장 시스템 제어 장치.
  13. 복수의 제1 배터리 랙과 연동하여 전력 변환을 수행하는 센트럴 DC-DC 컨버터; 및 DC 버스에 상기 센트럴 DC-DC 컨버터와 병렬 연결되며, 복수의 제2 배터리 랙과 각각 연동하여 전력 변환을 수행하는 복수의 DC-DC 컨버터;를 포함하는 에너지 저장 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용해, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 충방전 출력을 제어하는 단계;를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 충방전 출력을 제어하는 단계는,
    상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제2 배터리 랙이 동일한 시점에 전력을 출력하도록, 상기 센트럴 DC-DC 컨버터 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터 각각에 대한 전력 지령값을 동시에 전달하는 단계를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 확인하는 단계는,
    상기 에너지 저장 시스템의 충방전 전력 요구량을 확인하는 단계를 포함하고,
    상기 충방전 출력을 제어하는 단계는,
    상기 충방전 전력 요구량, 상기 복수의 제1 배터리 랙의 정보 및 상기 복수의 제2 배터리 랙의 정보를 이용하여, 상기 복수의 제1 배터리 랙 및 상기 복수의 제 2 배터리 랙이 출력할 출력 전력값을 산출하는 단계를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 충방전 출력을 제어하는 단계는,
    상기 복수의 제2 배터리 랙에 대한 정보를 이용해, 제2 배터리 랙 각각에 대한 출력 가중치를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 배터리 랙의 출력 가중치 및 상기 에너지 저장 시스템 내 전체 배터리 랙의 개수 대비 상기 제2 배터리 랙의 개수를 기초로 제2 배터리 랙 각각에 대한 전력 지령값을 계산하는 단계를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 제어 방법은,
    에너지 저장 시스템의 EMS(Energy Management System) 또는 BSC(Battery Section Controller)에 포함되어 구현된 제어 장치에 의해 수행되는, 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
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