KR20230148908A - 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치 - Google Patents

에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치 Download PDF

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KR20230148908A
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김종철
문병호
정인호
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 태양광발전(PV) 시스템을 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템으로서, 상기 전력계통과 연동하며 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS); 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치; 일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기; 상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치; 및 상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키는 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치{ENERGY STORAGE SYSTEM AND APPARATUS FOR CONTROLLING GROUND CONFIGURATION THEREOF}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광발전 시스템을 포함하는 에너지 저장 시스템, 상기 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치 및 상기 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어를 위한 스위치 제어 장치에 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 안전성이 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.
ESS시스템 중 PV(Photovoltaic; 태양광 발전) 시스템과 연계하는 ESS 시스템은 AC-Coupled에서 DC-coupled 시스템으로 변화 중이다. DC-coupled ESS 시스템에서 PV시스템과 배터리 시스템은 DC전압이며 그리드(Grid; 계통)는 AC 전압으로 구성되어 있기 때문에 전력 변환 장치가 필수로 요구된다.
한편, PV 시스템과 배터리 시스템은 시스템 효율 또는 안전성 문제로 서로 다른 접지 방식을 사용하는 것이 일반적이다. 여기서, PV 시스템과 배터리 시스템이 연동하는 에너지저장 시스템에서 어떤 방식의 접지 방식을 사용할 것인지는 곧 시스템 효율과 안전성 사이의 선택의 문제가 되고, 따라서, 시스템 효율과 안전성 중 하나는 포기할 수 밖에 없다는 시스템 운영상의 어려움이 발생한다.
일본 등록특허 6043967호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양광발전 시스템을 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어를 위한 스위치 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 태양광발전(PV) 시스템을 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템으로서, 상기 전력계통과 연동하며 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS); 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치; 일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기; 상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치; 및 상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키고, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단을 선택적으로 연결시키는 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 할 수 있다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 할 수 있다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하며, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 지락 검출기가 상기 전력 변환 장치의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
상기 제1 스위치는, 노멀 오픈 스위치로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 1스위치를 구동시키도록 구성되는 제1 스위치 구동 회로를 포함하여, 상기 태양광 발전 시스템이 발전 상태인 경우 상기 제1 스위치를 클로즈 상태로 동작시킬 수 있다.
상기 제2 스위치는, 노멀 클로즈 스위치로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 2스위치를 구동시키도록 구성되는 제2 스위치 구동 회로를 포함할 수 있다.
상기 제2 스위치 구동 회로는, 외부 제어 장치로부터 제어 신호가 수신되면 상기 공급된 전력을 통해 구동되도록 구성되어, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태이며 상기 제어 신호가 입력되는 경우 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킬 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드와 연결되는 배터리 시스템을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 지락 검출기는, GFDI(Ground Fault Detection Interrupter)를 포함할 수 있다.
상기 제2 지락 검출기는, IMD(Insulation Mointoring Device)를 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 접지구조 제어 장치는, 태양광발전(PV) 시스템, 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS)를 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템의 내에 위치하는 접지구조 제어 장치로서, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치; 일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기; 상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치; 및 상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키고, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단을 선택적으로 연결시키는 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 할 수 있다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 할 수 있다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하며, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 할 수 있다.
상기 접지구조 제어 장치는, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 지락 검출기가 상기 전력 변환 장치의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
상기 제1 스위치는, 노멀 오픈 스위치로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 1스위치를 구동시키도록 구성되는 제1 스위치 구동 회로를 포함하여, 상기 태양광 발전 시스템이 발전 상태인 경우 상기 제1 스위치를 클로즈 상태로 동작시킬 수 있다.
상기 제2 스위치는, 노멀 클로즈 스위치로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 2스위치를 구동시키도록 구성되는 제2 스위치 구동 회로를 포함할 수 있다.
상기 제2 스위치 구동 회로는, 외부 제어 장치로부터 제어 신호가 수신되면 상기 공급된 전력을 통해 구동되도록 구성되어, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태이며 상기 제어 신호가 입력되는 경우 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킬 수 있다.
상기 접지구조 제어 장치는, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드와 배터리 시스템을 선택적으로 연결하는 제3 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 스위치는, 상기 태양광발전 시스템의 발전 상태 및 비발전 상태에서 클로즈 상태로 동작될 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치는, 태양광발전(PV) 시스템, 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS), 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치, 일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기, 상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치를 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템의 내에 위치하는 스위치 제어 장치로서, 적어도 하나의 프로세서; 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함한다. 여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 태양광 발전 시스템의 상태를 확인하는 명령; 및 상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 태양광발전 시스템에서 발생하는 PID를 최소화하여 태양광발전 시스템의 효율 감소를 방지할 수 있다.
또한, 전체PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 지락 사고를 감시할 수 있으며, 기존 기술 대비 효율 및 안전성을 동시에 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 일 예에 따른 블록 구성도이다.
도 2a는 일반적인 플로팅 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 2b는 일반적인 플로팅 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 나타낸 개념도이다.
도 3a는 일반적인 그라운딩 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 3b는 일반적인 그라운딩 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조를 갖는 에너지저장 시스템의 구성예이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조를 갖는 에너지저장 시스템의 운영 방법의 일 예을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조를 갖는 에너지저장 시스템의 운영 방법의 다른 예을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 제어 장치를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 제어 장치를 포함한 접지 구조 제어 장치를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치의 PV 시스템 연계 단자를 나타낸 회로도이다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치의 배터리 시스템 연계 단자를 나타낸 회로도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 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.
정격 용량(Nominal Capacity; Nominal Capa.)는 배터리 제조사에서 개발 시 설정한 배터리의 설정 용량[Ah]을 의미한다.
SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
배터리 랙(Rack)은 배터리 제조사에서 설정한 팩 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 System Controller)는 Bank 단위 배터리 시스템을 포함한 배터리 시스템에 대한 최상단 제어를 수행하는 장치로, 여러 개의 Bank Level 구조의 배터리 시스템에서 제어장치로 사용되기도 한다.
출력 한계(Power Limit)는 배터리 제조사가 배터리 상태에 따라 사전에 설정한 출력 한계를 나타내다. 랙 출력 한계(Rack Power limit)는 Rack 단위 (Rack Level)에서 설정된 출력 한계([kW] 단위)를 의미하며, 배터리의 SOC, 온도를 바탕으로 설정될 수 있다.
출력 한계는 충전인지 방전인지에 따라 충전 출력 한계와 방전 출력 한계로 구분될 수 있다. 또한, 배터리 시스템 구조에 따라 Rack 단위의 랙 출력 한계(Rack Power limit)와 Bank 단위의 뱅크 출력 한계(Bank Power limit)를 정의할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 일 예에 따른 블록 구성도이다.
DC-Coupled 에너지 저장 시스템에서는 각 배터리 시스템(100)에 개별적으로 DC 전압/전류를 제어할 수 있는 DC/DC 컨버터(500)가 필수적으로 요구된다. 각 배터리 시스템에 DC/DC 컨버터를 적용하여 기존의 배터리 시스템의 보호 제어를 수행할 뿐만 아니라, 각 배터리 랙 간 SOC, SOH, 용량의 차이가 발생하여도 개별 배터리 시스템의 특성을 고려한 배터리 전력량 제어가 가능해진다.
도 1은 PV(Photovoltaic; 태양광발전 시스템)(700)의 출력단이 DC/DC 컨버터(500)의 출력단 및 PCS(400)의 입력단과 연결된 형태의 DC coupled 시스템의 예를 나타낸다.
에너지 저장 시스템에서 전력을 저장하는 역할을 수행하는 배터리는, 통상적으로 다수의 배터리 모듈(Battery Module)이 배터리 랙(Rack)을 구성하고, 다수 개의 배터리 랙이 배터리 뱅크(Battery Bank)를 구성하는 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 배터리가 사용되는 장치 또는 시스템에 따라 배터리 랙은 배터리 팩(pack)으로 지칭될 수도 있다. 도 1에 도시된 배터리 #1, 배터리 #2, ? , 배터리 #N은 배터리 팩 또는 배터리 랙의 형태일 수 있다.
이때, 각 배터리(100)에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 설치될 수 있다. BMS는 자신이 관장하는 각 배터리 랙(또는 팩)의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 도 1의 시스템에서 각 배터리가 배터리 랙인 경우 BMS는 랙 BMS(RBMS)일 수 있다.
다수의 배터리 및 주변 회로, 장치 등을 포함하여 구성된 배터리 섹션 각각에는 배터리 섹션 제어 장치(Battery Section Controller; BSC)(200)가 설치되어 전압, 전류, 온도, 차단기 등과 같은 제어 대상을 모니터링하고 제어할 수 있다.
또한, 배터리 섹션마다 설치된 전력 변환/조절 장치(Power Conversion/Conditioning System; PCS)(400)는 외부로터 공급되는 전력과 배터리 섹션에서 외부로 공급하는 전력을 제어하며, DC/AC 인버터를 포함할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터(500)의 출력은 PCS(400)로 연결될 수 있고, PCS(400)는 그리드(600)와 연결될 수 있다. PCS(400)는 통상적으로 고정전력(Constant Power) 모드로 동작한다. PCS(400)와 연결된 전력관리 시스템(Power Management System; PMS)/EMS(Energy Management System)(300)은 BMS 또는 BSC의 모니터링 및 제어 결과를 바탕으로 PCS의 출력을 제어할 수 있다.
도 1의 에너지 저장 시스템에서, 배터리 #1은 DC/DC 컨버터 #1과 연결되고, 배터리 #2는 DC/DC 컨버터 #2와 연결되며, 배터리 #N은 DC/DC #N과 연결된다. 각 배터리에 대응하는 DC/DC 컨버터의 출력은 DC 링크를 통해 PCS(400)와 연결된다.
DC/DC 컨버터는 양방향 컨버터일 수 있으며, 배터리로부터 부하 방향으로 변환이 수행될 때 DC/DC 컨버터의 입력은 배터리(배터리 유닛, 배터리 랙 또는 배터리 팩)와 연결되고 DC/DC 컨버터의 출력은 부하와 연결될 수 있다. DC/DC 컨버터의 예로는 풀-브릿지 컨버터, 하프-브릿지(half-bridge) 컨버터, 플라이백 컨버터 등 다양한 종류의 컨버터가 사용될 수 있다.
한편, BMS, BSC(200), PMS(300), PCS(400) 간에는 CAN(Controller Area Network) 또는 이더넷을 이용한 통신(도 1에서 점선으로 표시됨)이 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 영역의 전체 제어를 관장하는 BSC(200)는 각 배터리의 상태를 PMS(300)로 보고할 수 있다. 여기서, 각 배터리의 상태는 각 배터리의 SOC(Status Of Charge), SOH(Status Of Health), 전압, 온도 등의 정보를 포함할 수 있다. BSC(200)는 각 배터리의 한계 전력(P_battery_limit), 실제 전력(P_battery_real) 등의 정보를 PMS(300)로 제공할 수 있다. 전체 ESS 시스템에 대한 제어를 주관하는 PMS(300)는 실제 시스템 운전시 PCS(400)에 충전 또는 방전 명령(P_pcs_reference를 통해)을 내린다.
여기서, BSC(200)는 각 배터리의 상태를 고려하여 개별 DC/DC 컨버터를 위한 출력 레퍼런스를 결정한다. 본 발명에 따른 실시예에서 개별 DC/DC 컨버터의 출력 레퍼런스는 드룹(droop) 모드 또는 CP(Constant Power) 모드에 따라 다른 방식으로 설정될 수 있다.
DC/DC 컨버터의 출력이 드룹 모드에 따라 제어되는 경우, BSC는 시스템 동작 전 각 배터리의 상태를 고려하여 개별 DC/DC 컨버터에 대한 드룹 커브를 설정하여 해당 컨버터로 제공할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터가 CP 모드로 동작하는 경우에는 시스템 동작 중에서 각 DC/DC 컨버터의 파워 레퍼런스를 결정하여 해당 컨버터로 제공할 수 있다.
에너지저장 시스템의 실제 운전시에는 PMS가 충방전 지령을 PCS 및 BSC로 전달한다. 이때, PMS는 실시간으로 태양광발전 시스템(PV), 그리드 및 배터리의 상태를 모니터링하고, 상위시스템인 EMS(Energy Management System)로부터 수신한 동작명령을 기반으로 시스템 내 구성요소들의 동작 모드 및 출력 레퍼런스를 결정할 수 있다.
한편, 도 1에서는 배터리 랙마다 별도의 DC/DC 컨버터가 적용된 형태의 시스템을 예로 들었으나, 복수의 배터리 랙에 공통으로 연결된 중앙(central) DC/DC 컨버터가 적용된 형태의 시스템 또한 본 발명이 적용될 수 있다.
도 1을 통해 살펴본 바와 같은 DC Coupled 에너지저장 시스템에서는, PV 시스템의 음극 전력선의 접지 여부에 따라 접지 구조가 결정된다. 지락사고(접지결함; Ground Fault) 감시 방법은 접지 구조에 따라 달라지며, 접지 구조에 따라 사고의 여파 또한 다른 형태로 나타난다.
접지 관련 시스템의 구조는 크게 접지(Grounding) 시스템과 비접지(Floating) 시스템으로 구분할 수 있다. 접지(Grounding) 시스템은 1선 지락사고 발생시 사고 전류가 흘러 장비에 손상이 발생할 수 있다. 반대로, 지접지 시스템은 1선 지락사고 발생시 사고 전류가 발생하지 않으며, 다시 한번 지락 사고가 발생하여야 전류가 흐른다.
도 2a는 일반적인 플로팅 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 2a의 에너지저장 시스템은 배터리 시스템(10)과 DC/DC 컨버터(50), PV 시스템(70) 및 이들과 연동하는 전력변환 시스템(40)을 포함하며, 플로팅 접지 구조를 갖는다. 통상적으로, 배터리 시스템에서는 지락사고 발생시 안전성을 확보하기 위해 플로팅 접지(비접지) 구조가 권장된다.
PV 시스템(70)과 전력변환 시스템(40) 간의 연결은 스위치 1(SW1)을 통해 제어될 수 있는데, PV 시스템(70)은 통상적으로 야간에는 DC 계통으로부터 분리된다. DC/DC 컨버터(50)를 포함한 배터리 시스템(10)과 전력변환 시스템(40) 간 연결은 스위치 2(SW2)를 통해 이루어지며, 해당 연결은 시스템이 정상 동작하는 경우 통상적으로 온 상태로 유지된다.
도 2a의 시스템 구조에서 PV 시스템 및 배터리 시스템의 양극 단자 및 음극 단자 모두 접지와 연결되지 않은 상태이다. 이렇듯 전력 라인의 양극 단자 및 음극 단자가 접지와 연결되지 않은 접지 구조를 플로팅(floating)(또는 비접지(ungrounding)) 접지라고 칭한다. 이러한 시스템 구조에서 지락 사고를 감시하기 위해 IMD(Insulation Mointoring Device)와 같은 절연감시 장치를 이용해 절연저항 및 지락 사고를 감시할 수 있다. IMD는 양극 단자와 접지 사이, 음극 단자와 접지 사이의 절연저항 값을 측정 및 감시하는 장치로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 전력변환 시스템(40)의 DC 전력 라인 상에 위치할 수 있다.
지락감시 장치인 IMD는 스위치 1의 오픈/클로즈(Open/Close) 상태에 따라 절연저항 및 지락사고를 검출하는데, 이와 같은 구조에서는 이하에서 설명하는 바와 같은 한계가 발생한다.
도 2b는 일반적인 플로팅 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2b에서는 플로팅 접지 구조를 갖는 에너지 저장 시스템의 동작 상태에 따른 각 구성요소(전력변환 장치, PV 시스템, 배터리 시스템)의 상태를 나타낸다. 시스템이 충전 중일 때 스위치 1은 클로즈 상태로, PV시스템은 배터리 시스템 및 전력계통과 연결된다. 이때, 전력변환 장치(40), PV 시스템(70), 배터리 시스템(10)은 모두 플로팅 상태로 IMD에 의한 절연저항 측정이 가능하여, 지락사고를 감시할 수 있다.
그런데, 야간에 PV 시스템을 DC 계통으로 분리하기 위해 스위치 1이 오픈될 경우, 해당 시스템 내에서 발생하는 지락 사고를 검출할 수 없다. 또한, 플로팅 상태의 PV 시스템 내 태양전지에서 PID(Potential Induced Degradation)가 발생하여 점진적인 시스템 열화가 진행된다. 열화가 진행되면 태양전지에서 생성하는 에너지량이 감소하게 되고, 결국 시스템 효율이 감소하게 된다.
이러한 이유로, PV 시스템에서 발전효율에 악영향을 끼치는 PID(Potential Induced Degradation)가 발생하는 것을 방지하기 위해 네거티브 접지(negative grounding)가 주로 사용된다.
도 3a는 일반적인 그라운딩 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 3a의 에너지저장 시스템은 배터리 시스템(10)과 DC/DC 컨버터(50), PV 시스템(70) 및 이들과 연동하는 전력변환 시스템(40)을 포함하며, 1극 그라운딩(1 pole grounding) 접지 구조 중 네거티브 접지 구조를 가진다. 네거티브 접지 구조는 전력 라인의 음극(-) 단자가 접지와 연결된 구조를 나타낸다. 도 3a에서 PV 시스템의 음극 단자 및 배터리 시스템의 음극 단자가 스위치를 통해 접지와 연결될 수 있는 구조임을 확인할 수 있다.
PV 시스템(70)과 전력변환 시스템(40) 간의 연결은 스위치 1(SW1)을 통해 제어될 수 있는데, PV 시스템(70)은 통상적으로 야간에는 DC 계통으로부터 분리된다. DC/DC 컨버터(50)를 포함한 배터리 시스템(10)과 전력변환 시스템(40) 간 연결은 스위치 2(SW2)를 통해 이루어지며, 해당 연결은 시스템이 정상 동작하는 경우 통상적으로 온 상태로 유지된다. 도 3a의 시스템에서는 추가적으로, 스위치 3(SW)을 통해 배터리 시스템 및 PV 시스템의 음극 단자를 그라운드와 선택적으로 연결시킨다.
이러한 시스템 구조에서는 지락 사고를 감시하기 위해 IMD, RCM(Residential Current Monitoring), GFDI(Ground Fault Detection Interrupter) 등의 절연 및 지락 감시 장치를 사용해 절연저항 및 지락 사고를 감시할 수 있다.
IMD는 양극 단자와 접지 사이, 음극 단자와 접지 사이의 절연저항 값을 측정 및 감시하는 장치로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 전력변환 시스템(40)의 DC 전력 라인 상에, 또는 배터리 랙과 DC/DC 컨버터 사이에 위치할 수 있다. RCM은 양의 전력 라인 및 음의 전력 라인 각각에 흐르는 전류의 합이 0인지 모니터링하여 누설 전류가 발생하는지 검출하는 장치로 도 3a에서는 배터리 랙과 DC/DC 컨버터 사이에 위치하고 있다. 또한, GFDI는 전력 라인과 접지 사이에 연결되는 장치로 전력 라인에서 접지로 흐르는 전류가 기준 값 이상인 경우 전류를 차단하는 장치이다.
한편, 이와 같은 네가티브 그라운딩 구조에서도 이하에서 설명하는 바와 같은 한계가 발생한다.
도 3b는 일반적인 그라운딩 접지 구조를 갖는 PV 시스템 연계 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 나타낸 개념도이다.
도 3b에서는 그라운딩 접지 구조를 갖는 에너지 저장 시스템의 동작 상태에 따른 각 구성요소(전력변환 장치, PV 시스템, 배터리 시스템)의 상태를 나타낸다. 여기서, 배터리가 충전될 때와 충전 후 대기 상태일 때 스위치 1 은 클로즈 상태로서, PV시스템은 배터리 시스템 및 전력계통과 연결된다. 스위치 3 또한 클로즈 상태로서, 전력변환 장치(40), PV 시스템(70), 배터리 시스템(10)의 음극은 그라운딩 접지된 상태이다. 이 상태에서 지락사고가 발생하면 사고전류가 발생하게 된다.
이후, PV 시스템의 발전이 종료된 이후 스위치 1 및 스위치 3은 오픈되어 전력변환 장치(40), PV 시스템(70), 배터리 시스템(10)은 모두 플로팅 접지 상태가 된다. 이때, PV 시스템(70)이 플로팅 접지 상태가 되므로 PID가 발생하고 결국 PV 발전 효율이 감소하게 된다. 또한, 스위치 1의 오픈으로 절연감소 및 지락사고를 검출할 수 없게 된다.
따라서, PV 시스템과 배터리 시스템을 포함하는 에너지저장 시스템에서 어떤 방식의 접지 방식을 사용할 것인지는 곧 시스템 효율과 안전성 사이의 선택 문제가 된다. 결국, 시스템 효율과 안전성은 트레이드오프 관계로 시스템 설계자의 선택에 의해 결정되고, 어느 것을 선택하여도 문제가 발생하는 상황에 놓이게 된다.
이러한 상황을 해결하기 위해 본 발명에서는 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 접지 모드를 변경하여 에너지저장 시스템을 운영함으로써 PV 시스템과 연계하는 DC-Coupled 에너지 저장 시스템의 안전성과 효율을 모두 확보하고자 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조를 갖는 에너지저장 시스템의 구성예이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지저장 시스템은PV 시스템(700) 및 이들과 연동하는 전력변환 시스템(400)을 포함할 수 있으며, 추가적으로 배터리 시스템(100)과 DC/DC 컨버터(500)를 더 포함할 수 있다.
PV 시스템(700)과 전력변환 시스템(400) 간의 연결은 제1 스위치(S1)를 통해 제어된다. 제1 스위치 및 PV 시스템(복수의 PV 패널 포함) 사이에는 지락 사고를 검출하기 위한 장치로 제1 지락 검출기가 구성될 수 있다. 여기서, 제1 지락 검출기는 GFDI(Ground Fault Detection Interrupter)를 포함할 수 있다.
제1 지락 검출기(GFDI)의 일측 단자는 그라운드와 연결되고, 타측 단자는 음극 전력선 상 PV 시스템 및 제1 스위치 사이의 노드와 연결될 수 있다. 여기서, 제1 지락 검출기(GFDI) 및 음극 전력선과의 연결은 제2 스위치(S2)를 통해 제어될 수 있다.
전력변환 장치(400)의 직류단 입력 노드에는 지락 사고를 감시 또는 검출하기 위한 장치로 제2 지락 검출기가 구성될 수 있다. 여기서, 제2 지락 검출기는, IMD(Insulation Mointoring Device)를 포함할 수 있다.
DC/DC 컨버터(500)를 포함한 배터리 시스템(100)은 전력변환 장치(400)의 직류단 입력 노드와 연결될 수 있다. 여기서, DC/DC 컨버터(500)를 포함한 배터리 시스템(100) 및 전력변환 시스템(400) 간의 연결은 제3 스위치(S3)를 통해 제어될 수 있으며, 시스템이 정상 작동하는 경우 통상적으로 클로즈 상태로 유지된다.
본 발명에서DC/DC 컨버터(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 랙 DC/DC 컨버터의 형태 있으며, 복수의 배터리 랙에 공통으로 연결된 중앙(central) DC/DC 컨버터의 형태일 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지저장 시스템은 제1 내지 3 스위치 중 하나 이상을 제어하는 스위치 제어 장치를 포함한다. 여기서, 스위치 제어 장치는, 제1 스위치 내지 제3 스위치 중 하나 이상을 제어하여, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키고, PV 시스템(700) 및 전력변환 장치(400)의 직류 단을 선택적으로 연결시킬 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장 시스템의 운영 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조를 갖는 에너지저장 시스템의 운영 방법의 일 예을 나타낸 개념도이다.
스위치 제어 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, PV 시스템(700)의 발전 상태에 따라 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하여, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 중 하나 이상의 접지 구조를 변경한다. 여기서, 제3 스위치는 PV 시스템의 발전 상태와 무관하게 클로즈 상태로 유지된다.
도 5에 도시된 에너지저장 시스템의 운영 방법에 따르면, PV 시스템(700)은 발전 상태로 전환된 직후 일정 시간(td)을 제외하고는 그라운딩 접지 구조로 운영되며, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 PV 시스템(700)의 발전 상태를 제외하고는 플로팅 접지 구조로 운영된다.
구체적으로, PV 시스템(700)이 비발전 상태(예: 야간 시간)인 경우, 제1 스위치는 오픈 상태로 동작되고 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작되어, PV 시스템(700)은 그라운딩 접지 구조로 운영되며, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 플로팅 접지 구조로 운영된다. 이 경우, PV 시스템(700)은, 제1 스위치와 PV 시스템(700) 사이에 위치한 제1 지락 검출기(GFDI)를 이용해 지락 발생 여부를 감지할 수 있다. 또한, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는, 전력변환 장치(400)의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기(IMD)를 이용해 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
PV 시스템(700)이 발전 상태(예: 주간 시간)인 경우, 제1 스위치 및 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작되어, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 그라운딩 접지 구조로 운영된다. 이 경우, 제1 지락 검출기(GFDI)가 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
여기서, PV 시스템(700)이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안(td)은, 제2 스위치가 오픈 상태로 동작(제1 스위치는 클로즈 상태로 동작)될 수 있다. 이에 따라, 해당 시간(td) 동안PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 플로팅 접지 구조로 운영될 수 있다. 이 경우, 제2 지락 검출기(IMD)가 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다. 즉, 에너지 저장 시스템은, PV 시스템(700)이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 직후 일시적으로 플로팅 접지 구조로 전환되어, IMD를 통해 모든 구성(100, 400, 700)의 절연 상태를 모니터링할 수 있다. 이 때, 절연 상태에 이상이 발생되어 시스템이 셧다운되면 현장 점검 등 이상 상태를 확인 및 해소하기 위한 추가 조치가 진행될 수 있으며, 이상이 없으면 에너지 저장 시스템은 그라운딩 접지 구조로 전환되어 운영될 수 있다.
본 실시예에 따르면, PV 시스템(700)은 발전 상태로 전환된 직후 일정 시간(td)을 제외하고는 그라운딩 접지 구조로 운영됨에 따라, PV 시스템(700)의 PID 발생이 최소화되어 효율 감소를 방지할 수 있다.
또한, 배터리 시스템(100)은 PV 시스템(700)의 발전 상태를 제외하고는 플로팅 접지 구조로 운영됨에 따라, 지락 사고 발생시 사고 전류가 흐를 수 있는 가능성이 최소화되며 이에 시스템 안전성이 확보될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조를 갖는 에너지저장 시스템의 운영 방법의 다른 예을 나타낸 개념도이다. 여기서, 도 6에 도시된 운영 방법은, PV 시스템(700)의 일시적 비발전 상태가 발생된 경우의 운영 방법을 나타낸다.
구체적으로, PV 시스템(700)이 비발전 상태(예: 야간 시간)인 경우, 제1 스위치는 오픈 상태로 동작되고 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작되어, PV 시스템(700)은 그라운딩 접지 구조로 운영되며, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 플로팅 접지 구조로 운영된다. 이 경우, PV 시스템(700)은 제1 지락 검출기(GFDI)를 이용해 지락 발생 여부를 감지하고, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 제2 지락 검출기(IMD)를 이용해 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
PV 시스템(700)이 비발전 상태에서 발전 상태(예: 주간 시간)로 전환된 후 기설정된 시간 동안(td)은, 제1 스위치는 클로즈 상태로 동작되고 제2 스위치는 오픈 상태로 동작되어, 해당 시간(td) 동안PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 플로팅 접지 구조로 운영될 수 있다. 이 경우, 제2 지락 검출기(IMD)가 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
모든 구성(100, 400, 700)의 절연 상태에 이상이 없으면, 제1 스위치 및 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작되어, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 그라운딩 접지 구조로 운영된다. 이 경우, 제1 지락 검출기(GFDI)가 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
여기서, PV 시스템(700)이 발전 상태에서 일시적 비발전 상태(예 : 구름, 우천 등 기상 상황에 의한 비발전 상태)로 전환되는 경우, 제1 스위치는 오픈 상태로 동작되고 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작되어, PV 시스템(700)은 그라운딩 접지 구조로 운영되며, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 플로팅 접지 구조로 운영된다. 이 경우, PV 시스템(700)은 제1 지락 검출기(GFDI)를 이용해 지락 발생 여부를 감지하고, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 제2 지락 검출기(IMD)를 이용해 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
이후, PV 시스템(700)이 일시적 비발전 상태에서 발전 상태로 전환되는 경우, 제1 스위치 및 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작되어, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 그라운딩 접지 구조로 운영된다. 즉, 일시적 비발전 상태가 해제되는 경우, 비발전 상태에서 발전 상태로 전환될 때 수행하는 제2 지락 검출기(IMD)를 통한 사전 모니터링 과정이 생략될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 운영 방법과 마찬가지로, PV 시스템(700)은 발전 상태로 전환된 직후 일정 시간(td)을 제외하고는 그라운딩 접지 구조로 운영되고, 배터리 시스템(100)은 PV 시스템(700)의 발전 상태를 제외하고는 플로팅 접지 구조로 운영됨에 따라, PV 시스템(700)의 PID 발생을 최소화하고 시스템 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 제2 지락 검출기(IMD)를 통한 사전 모니터링 과정이, 비발전 상태에서 발전 상태로 전환될 때 수행되고, 일시적 비발전 상태에서 발전 상태로 전환될 때는 생략되어, 에너지 저장 시스템의 운영 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 10을 참조하여, 회로로 구현되는 스위치 제어 장치 및 이를 포함한 접지 구조 제어 장치에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 제어 장치를 나타내는 회로도이다.
스위치 제어 장치는, PV 시스템(700)의 발전 상태에 따라 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하여, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키고, PV 시스템(700) 및 전력변환 장치(400)의 직류 단을 선택적으로 연결시킨다.
스위치 제어 장치는, 제 1스위치를 구동시키도록 구성되는 제1 스위치 구동 회로와, 제 2스위치를 구동시키도록 구성되는 제2 스위치 구동 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 스위치 구동 회로는, 각 스위치의 오픈/클로즈 상태를 상호 전환시키기 위한 장치를 포함할 수 있으며, 전원 공급 장치, 스위치 구동 장치 및 논리 회로 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)에 의해 생산되는 전력을 공급받아 제 1스위치를 구동시키도록 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)의 출력단과 연결된 전원 공급 장치(예 : SMPS ; Switched Mode Power Supply)와, 전원 공급 장치(SMPS)에 의해 공급되는 전력을 통해 제1 스위치의 상태를 전환하는 스위치 구동 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 스위치는 노멀 오픈 스위치로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)이 비발전 상태라면 전력이 공급되지 않아 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키며, PV 시스템(700)이 발전 상태라면 전력이 공급되어 제1 스위치를 클로즈 상태로 전환할 수 있다.
제2 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)에 의해 생산되는 전력을 공급받아 제 2스위치를 구동시키되, 외부 제어 장치로부터 제어 신호가 수신되면 공급된 전력을 통해 제 2스위치를 구동시키도록 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)의 출력단과 연결된 전원 공급 장치(SMPS)와, 외부 제어 장치로부터 제어 신호(S2 control signal from external)가 수신되면 전원 공급 장치(SMPS)에 의해 공급되는 전력을 외부로 출력하는 AND 회로와, AND 회로의 출력단으로부터 공급되는 전력을 통해 제2 스위치의 상태를 전환하는 스위치 구동 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제2 스위치는 노멀 클로즈 스위치로 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)이 비발전 상태라면 전력이 공급되지 않아 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시키며, PV 시스템(700)이 발전 상태라면 외부 제어 신호를 입력받는 경우에만 전력이 공급되어 제2 스위치를 오픈 상태로 전환할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 제어 장치를 포함한 접지 구조 제어 장치를 나타내는 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치는 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)와 전기적으로 연결되어, PV 시스템(700)의 발전 상태에 따라 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시킨다. 여기서, 접지 구조 제어 장치(도 8에서 점선 박스로 표시됨)는, 제1 내지 3 스위치, 제1 및 제2 지락 검출기, 및 스위치 제어 장치를 포함하는 PV-ESS 커플링 박스로 구현될 수 있다.
도 8에서, 제1 스위치(S1)는 노멀 오픈 스위치로 구성되고, 제2 스위치(S2)는 노멀 클로즈 스위치로 구성되며, 제3 스위치(S3)는 수동으로 개폐되는 스위치(예 : disconnector)로 구성될 수 있다.
스위치 제어 장치는, 제 1스위치를 구동시키도록 구성되는 제1 스위치 구동 회로와, 제 2스위치를 구동시키도록 구성되는 제2 스위치 구동 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 스위치 구동 회로는 PV 시스템(700)에 의해 생산되는 전력을 공급받아 제 1스위치를 구동시키도록 구성되고, 제2 스위치 구동 회로는, PV 시스템(700)에 의해 생산되는 전력을 공급받아 제 2스위치를 구동시키되, 외부 제어 장치로부터 제어 신호가 수신되면 공급된 전력을 통해 제 2스위치를 구동시키도록 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 접지 구조 제어 장치에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 방법은 아래와 같다.
PV 시스템(700)이 비발전 상태(예: 야간 시간)인 경우, 제1 및 제2 스위치 구동 회로에 전력이 공급되지 않아 제1 스위치는 오픈 상태로 동작되고 제2 스위치는 클로즈 상태로 동작된다. 이에 따라, PV 시스템(700)은 그라운딩 접지 구조로 운영되며, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 플로팅 접지 구조로 운영된다.
PV 시스템(700)이 비발전 상태에서 발전 상태(예: 주간 시간)로 전환되면, 기설정된 시간 동안(td) 제2 스위치를 오픈 상태로 전환시키기 위한 제어 신호(S2 control signal from external)가 입력된다. 여기에서, 제어 신호는 관리자에 의해 입력되거나, 발전 상태가 감지되는 경우 입력되도록 설정될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 스위치 구동 회로에 전력이 공급되고, 외부 제어 신호가 입력되어, 제1 스위치는 클로즈 상태로 전환되고 제2 스위치는 오픈 상태로 전환된다. 이에 따라, 해당 시간(td) 동안PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 플로팅 접지 구조로 운영될 수 있다. 이 경우, 제2 지락 검출기(IMD)가 PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)의 지락 발생 여부를 감지할 수 있다.
해당 시간(td)이 경과된 이후, 제2 스위치는 클로즈 상태로 전환되어, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 그라운딩 접지 구조로 운영된다.
여기서, PV 시스템(700)이 발전 상태에서 일시적 비발전 상태(예 : 구름, 우천 등 기상 상황에 의한 비발전 상태)로 전환되는 경우, 제1 및 제2 스위치 구동 회로에 전력이 공급되지 않아 제1 스위치는 오픈 상태로 전환되고 제2 스위치는 클로즈 상태를 유지한다. 이에 따라, PV 시스템(700)은 그라운딩 접지 구조로 운영되며, 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400)는 플로팅 접지 구조로 운영된다.
이후, PV 시스템(700)이 일시적 비발전 상태에서 발전 상태로 전환되는 경우, 제1 및 제2 스위치 구동 회로에 전력이 공급되나, 외부 제어 신호는 입력되지 않아, 제1 스위치는 클로즈 상태로 전환되고 제2 스위치는 클로즈 상태를 유지한다. 이에 따라, PV 시스템(700), 배터리 시스템(100) 및 전력변환 장치(400) 모두 그라운딩 접지 구조로 운영된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치의 PV 시스템 연계 단자를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치는 PV-ESS 커플링 박스로 구현될 수 있으며, 커플링 박스 외부에 PV 시스템(700)과 전기적으로 연결되기 위한 DC 입력 포트가 구비될 수 있다.
DC 입력 포트는, 복수의 PV 모듈들(PV1, PV2, ?)의 양극 단자 각각과 연결되는 양극 입력 포트들과, 복수의 PV 모듈들(PV1, PV2, ?)의 음극 단자 각각과 연결되는 음극 입력 포트들을 포함할 수 있다. 여기서, 양극 입력 포트들과 음극 입력 포트들 각각은 PV-ESS 커플링 박스 내부에서 전기적으로 결합될 수 있다.
접지 구조 제어 장치와 PV 시스템(700)가 전기적으로 연결되는 경로 상에 보호를 위한 퓨즈가 구비될 수 있다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치의 배터리 시스템 연계 단자를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 접지 구조 제어 장치는 PV-ESS 커플링 박스로 구현될 수 있으며, 커플링 박스 외부에 DC/DC 컨버터(500)를 포함한 배터리 시스템(100)과 전기적으로 연결되기 위한 DC 입력 포트가 구비될 수 있다.
DC 입력 포트는, 복수의 DC/DC 컨버터(500)들(DC/DC #1, DC/DC #2, ?)의 양극 단자 각각과 연결되는 양극 입력 포트들과, 복수의 DC/DC 컨버터(500)들(DC/DC #1, DC/DC #2, ?)의 음극 단자 각각과 연결되는 음극 입력 포트들을 포함할 수 있다. 여기서, 양극 입력 포트들과 음극 입력 포트들 각각은 PV-ESS 커플링 박스 내부에서 전기적으로 결합되고, 제3 스위치와 연결될 수 있다.
접지 구조 제어 장치와 DC/DC 컨버터(500)를 포함한 배터리 시스템(100)이 전기적으로 연결되는 경로 상에 보호를 위한 퓨즈 및 서지 보호 장치가 구비될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 11을 참조하면, 스위치 제어 장치는 도 7에 도시된 회로로 구현되는 스위치 제어 장치와 다르게, 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스위치 제어 장치(300)는, 에너지저장 시스템 내에 포함된 PMS 또는 EMS일 수 있으나, 에너지 저장 시스템 내에 위치하거나 이와 연동하는 어떠한 형태의 제어 장치일 수도 있다. 여기서, 에너지저장 시스템은, 태양광발전(PV) 시스템, 배터리 시스템, 및 상기 태양광발전 시스템 및 상기 배터리 시스템 중 적어도 하나와 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS)를 포함하며, 전력계통과 연동한다.
스위치 제어 장치(300)는, 적어도 하나의 프로세서(310), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(320) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 태양광 발전 시스템의 상태를 확인하는 명령; 및 상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 접지 구조를 제어하는 명령은, 상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하여, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치(300)는 또한, 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 스위치 제어 장치(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(310)는 메모리(320) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 여기서, 프로세서는 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: 배터리 랙 200: BSC
300: PMS 400: PCS
500: DC/DC 컨버터 600: 전력망(Grid)
700: PV 시스템

Claims (26)

  1. 태양광발전(PV) 시스템을 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템으로서,
    상기 전력계통과 연동하며 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS);
    상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치;
    일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기;
    상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치; 및
    상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키고, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단을 선택적으로 연결시키는 스위치 제어 장치를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는, 에너지 저장 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는, 에너지 저장 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하며, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는, 에너지 저장 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기를 더 포함하고,
    상기 제2 지락 검출기가 상기 전력 변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하는, 에너지 저장 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 스위치는, 노멀 오픈 스위치로 구성되고,
    상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 1스위치를 구동시키도록 구성되는 제1 스위치 구동 회로를 포함하여, 상기 태양광 발전 시스템이 발전 상태인 경우 상기 제1 스위치를 클로즈 상태로 동작시키는, 에너지 저장 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 스위치는, 노멀 클로즈 스위치로 구성되고,
    상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 2스위치를 구동시키도록 구성되는 제2 스위치 구동 회로를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 스위치 구동 회로는, 외부 제어 장치로부터 제어 신호가 수신되면 상기 공급된 전력을 통해 구동되도록 구성되어, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태이며 상기 제어 신호가 입력되는 경우 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시키는, 에너지 저장 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드와 연결되는 배터리 시스템을 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 지락 검출기는,
    GFDI(Ground Fault Detection Interrupter)를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  11. 청구항 3 또는 5항에 있어서,
    상기 제2 지락 검출기는,
    IMD(Insulation Mointoring Device)를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  12. 태양광발전(PV) 시스템, 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS)를 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템의 내에 위치하는 접지구조 제어 장치로서,
    상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치;
    일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기;
    상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치; 및
    상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 변경시키고, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단을 선택적으로 연결시키는 스위치 제어 장치를 포함하는, 접지구조 제어 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는, 접지구조 제어 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는, 접지구조 제어 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하며, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는, 접지구조 제어 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 접지구조 제어 장치는,
    상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기를 더 포함하고,
    상기 제2 지락 검출기가 상기 전력 변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하는, 접지구조 제어 장치.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 스위치는, 노멀 오픈 스위치로 구성되고,
    상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 1스위치를 구동시키도록 구성되는 제1 스위치 구동 회로를 포함하여, 상기 태양광 발전 시스템이 발전 상태인 경우 상기 제1 스위치를 클로즈 상태로 동작시키는, 접지구조 제어 장치.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 스위치는, 노멀 클로즈 스위치로 구성되고,
    상기 스위치 제어 장치는, 상기 태양광발전 시스템에 의해 생산되는 전력을 공급받아 상기 제 2스위치를 구동시키도록 구성되는 제2 스위치 구동 회로를 포함하는, 접지구조 제어 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 스위치 구동 회로는, 외부 제어 장치로부터 제어 신호가 수신되면 상기 공급된 전력을 통해 구동되도록 구성되어, 상기 태양광발전 시스템이 발전 상태이며 상기 제어 신호가 입력되는 경우 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시키는, 접지구조 제어 장치.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드와 배터리 시스템을 선택적으로 연결하는 제3 스위치를 더 포함하는, 접지구조 제어 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제3 스위치는,
    상기 태양광발전 시스템의 발전 상태 및 비발전 상태에서 클로즈 상태로 동작되는, 접지구조 제어 장치.
  22. 태양광발전(PV) 시스템, 상기 태양광발전 시스템과 선택적으로 연결되는 전력변환 장치(PCS), 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 직류 단과의 선택적 연결을 수행하는 제1 스위치, 일측 단자가 그라운드에 연결된 제1 지락 검출기, 상기 제1 스위치와 상기 태양광발전 시스템 사이에 위치하며 상기 태양광발전 시스템 및 상기 제1 지락 검출기의 타측 단자와의 선택적 연결을 수행하는 제2 스위치를 포함하며, 전력계통과 연동하는 에너지 저장 시스템의 내에 위치하는 스위치 제어 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 태양광 발전 시스템의 상태를 확인하는 명령; 및
    상기 태양광발전 시스템의 발전 상태에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여, 상기 태양광발전 시스템, 상기 전력변환 장치, 및 상기 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 시스템 중 하나 이상의 접지 구조를 제어하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 접지 구조를 제어하는 명령은,
    상기 태양광발전 시스템이 발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 접지 구조를 제어하는 명령은,
    상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태에서 발전 상태로 전환된 후 기설정된 시간 동안 상기 제2 스위치를 오픈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치에 대해 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템 및 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 더 포함하는, 에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치.
  25. 청구항 22에 있어서,
    상기 접지 구조를 제어하는 명령은,
    상기 태양광발전 시스템이 비발전 상태인 경우, 상기 제1 스위치를 오픈 상태로 동작시키고 상기 제2 스위치를 클로즈 상태로 동작시킴으로써, 상기 태양광발전 시스템에 대해 그라운딩 접지 구조를 적용하고, 상기 제1 지락 검출기가 상기 태양광발전 시스템의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 접지 구조를 제어하는 명령은,
    상기 전력변환 장치에 플로팅 접지 구조를 적용하고, 상기 전력변환 장치의 직류 단 입력 노드에 구성된 제2 지락 검출기가 상기 전력변환 장치의 지락 발생 여부를 감지하도록 하는 명령을 포함하는, 에너지 저장 시스템의 스위치 제어 장치.
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