KR102196639B1 - 리튬이온배터리와 슈퍼커패시터를 이용한 에너지 저장 시스템 및 이의 출력 안정화 방법 - Google Patents
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Abstract
리튬이온배터리와 슈퍼커패시터를 이용한 에너지 저장 시스템은, 신재생에너지발전설비에서 생성된 교류와 계통의 상용전원(AC)을 정류기로 정류한 DC전력을 전력저장장치(PSS)로 충전 및 전력 변환시키되, DSP제어기의 명령을 받아 상기 PSS의 충전전력을 AC전력으로 변환시켜 부하로 방전시키며, 상기 PSS를 감시 및 보호하는 배터리관리시스템(BMS)과의 통신제어를 통해 상기 PSS의 충ㆍ방전을 단속하는 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)와; 상기 Bi-dPCS와 통신제어를 통해 상기 PSS 각 셀(Cell)의 밸런스(Balance) 유지와 입력 전압이 일정 값 이하로 되면 충전을 중지시키는 보호 역할을 하는 배터리관리장치(BMS, 300)와; 상기 Bi-dPCS 및 BMS에 의해 상기 신재생에너지발전설비와 정류된 상용전원의 DC전력을 충전하는 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420) 다수개가 계통부하에 대응 가능하도록 직ㆍ병렬로 연결된 하나의 팩(Pack)을 갖는 전력저장장치(PSS, 400)와; 계통의 부하를 감지하여 상기 PSS의 충ㆍ방전과 양방향전력변환을 단속하는 Bi-dPCS를 제어하기 위한 DSP제어기(600)를 포함하고, 상기 DSP제어기는 상기 계통에 연결되어 부하측 정보를 감지하는 센서로부터 정보를 입력받아 상기 Bi-dPCS의 상기 정류기의 상태를 모니터링하여 이상 전압 발생시 상기 Bi-dPCS를 통해 상기 슈퍼커패시터를 충전시킨다.
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일반 부하(통상부하)와 급속부하(기동부하)에 적응적으로 대응 가능하도록 한 리튬이온배터리와 슈퍼커패시터를 이용한 에너지 저장 시스템 및 이의 출력 안정화 방법에 관한 것이다.
리튬 배터리 기반의 에너지 저장 시스템은 높은 에너지 밀도 및 에너지 효율을 가지며, 신재생 에너지 연계, 주파수 조정, PV 연계 등 에너지저장장치로 적용이 확대되고 있다.
배터리 기반의 에너지 저장 시스템은 안전성, 수명 및 부하변동에 느린 응답성을 가지며, 부하변동에 느린 응답성을 보완하기 위해 슈퍼커패시터와 함께 사용하는 HESS(hybrid Energy storage system)으로 구현될 수 있다. 여기서, 슈퍼커패시터는 급속 충방전이 가능하며, 높은 충방전 효율을 가지고, 반영구적인 사이클 수명 특성을 가진다.
에너지 저장 시스템은, 양방향 DC-DC 컨버터와 슈퍼커패시터, 리튬이온 배터리로 구성되고, 리튬이온 배터리 기반의 전력제어시 부하의 변동이 발생하면 DC-커패시터(예를 들어, 정류기)에 이상전압을 야기하며, 이러한 현상은 DC-커패시터에 무리를 줄 뿐만 아니라 에너지 저장 시스템의 전력품질 및 신뢰성을 떨어뜨린다.
해결하고자 하는 기술적 과제는, 부하의 변동으로 인해 발생하는 이상전압을 슈퍼커패시터의 벅동작을 통하여 에너지를 저장하여 DC-커패시터의 출력을 안정화 시킬 수 있는 에너지 저장 시스템 및 이의 출력 안정화 방법을 제공하는 것이다.
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[0007] 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템은, 신재생에너지발전설비에서 생성된 교류와 계통의 상용전원(AC)을 정류기로 정류한 DC전력을 전력저장장치(PSS)로 충전 및 전력 변환시키되, DSP제어기의 명령을 받아 상기 PSS의 충전전력을 AC전력으로 변환시켜 부하로 방전시키며, 상기 PSS를 감시 및 보호하는 배터리관리시스템(BMS)과의 통신제어를 통해 상기 PSS의 충ㆍ방전을 단속하는 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)와; 상기 Bi-dPCS와 통신제어를 통해 상기 PSS 각 셀(Cell)의 밸런스(Balance) 유지와 입력 전압이 일정 값 이하로 되면 충전을 중지시키는 보호 역할을 하는 배터리관리장치(BMS, 300)와; 상기 Bi-dPCS 및 BMS에 의해 상기 신재생에너지발전설비와 정류된 상용전원의 DC전력을 충전하는 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420) 다수개가 계통부하에 대응 가능하도록 직ㆍ병렬로 연결된 하나의 팩(Pack)을 갖는 전력저장장치(PSS, 400)와; 계통의 부하를 감지하여 상기 PSS의 충ㆍ방전과 양방향전력변환을 단속하는 Bi-dPCS를 제어하기 위한 DSP제어기(600)를 포함한다. 여기서, 상기 DSP제어기는 상기 계통에 연결되어 부하측 정보를 감지하는 센서로부터 정보를 입력받아 상기 Bi-dPCS의 상기 정류기의 상태를 모니터링하여 이상 전압 발생시 상기 Bi-dPCS를 통해 상기 슈퍼커패시터를 충전시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 Bi-dPCS는. 상기 DC-커패시터 및 상기 리튬이온배터리 사이에 연결되어, 상기 리튬이온배터리의 충ㆍ방전을 단속하는 배터리 컨버터(210); 및 상기 DC-커패시터 및 상기 슈퍼커패시터 사이에 연결되어, 상기 슈퍼커패시터의 충ㆍ방전을 단속하는 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 DSP제어기는, 기준 전력(Pref)과 실제 전력(Pload) 간의 전력 오차를 산출하고, 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 벅 동작시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 Bi-dPCS는. 상기 DC-커패시터 및 상기 리튬이온배터리 사이에 연결되어, 상기 리튬이온배터리의 충ㆍ방전을 단속하는 배터리 컨버터(210); 및 상기 DC-커패시터 및 상기 슈퍼커패시터 사이에 연결되어, 상기 슈퍼커패시터의 충ㆍ방전을 단속하는 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 DSP제어기는, 기준 전력(Pref)과 실제 전력(Pload) 간의 전력 오차를 산출하고, 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 벅 동작시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 DSP제어기는, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 전압을 충전하도록 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어하며, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 작은 경우, 상기 전력 오차를 보상하여 실제 전력(Pload)이 일정하게 유지되도록 상기 배터리 컨버터(210)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템의 출력 안정화 방법은, 신재생에너지발전설비에서 생성된 교류와 계통의 상용전원(AC)을 정류기로 정류한 DC전력을 전력저장장치(PSS)로 충전 및 전력 변환시키되, DSP제어기의 명령을 받아 상기 PSS의 충전전력을 AC전력으로 변환시켜 부하로 방전시키며, 상기 PSS를 감시 및 보호하는 배터리관리시스템(BMS)과의 통신제어를 통해 상기 PSS의 충ㆍ방전을 단속하는 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)와; 상기 Bi-dPCS에 의해 상기 신재생에너지발전설비와 정류된 상용전원의 DC전력을 충전하는 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420) 다수개가 계통부하에 대응 가능하도록 직ㆍ병렬로 연결된 하나의 팩(Pack)을 갖는 전력저장장치(PSS, 400)와; 계통의 부하를 감지하여 상기 PSS의 충ㆍ방전과 양방향전력변환을 단속하는 Bi-dPCS를 제어하기 위한 DSP제어기(600)를 포함하는 에너지 저장 시스템에서 수행될 수 있다. 상기 출력 안정화 방법은, 상기 계통에 연결되어 부하측 정보를 감지하는 센서로부터 정보를 입력받는 상기 DSP제어기를 통해 상기 Bi-dPCS의 상기 정류기의 상태를 모니터링하는 단계; 상기 DSP제어기를 통해 상기 정류기에서의 실제 전력(Pload)을 기준 전력(Pref)과 비교하는 단계; 및 상기 정류기에서의 실제 전력(Pload)이 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 실제 전력(Pload) 및 상기 기준 전력(Pref)간의 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 대해 상기 Bi-dPCS를 벅 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템 및 이의 출력 안정화 방법은, DC-커패시터의 상태를 실시간 모니터링하여 이상전압 발생시 슈퍼커패시터 에너지 저장장치의 벅동작을 통한 에너지를 저장을 통해 DC-커패시터의 출력을 안정화시킬 수 있다. 따라서, 에너지 저장 시스템의 신뢰성 및 전력 품질의 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 전력 시스템에 포함된 에너지 저장 시스템을 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2의 에너지 저장 시스템에 포함된 리튬이온배터리의 동작을 제어하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2의 에너지 저장 시스템에 포함된 슈퍼커패시터의 동작을 제어하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템의 출력 안정화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 전력 시스템에 포함된 에너지 저장 시스템을 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2의 에너지 저장 시스템에 포함된 리튬이온배터리의 동작을 제어하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2의 에너지 저장 시스템에 포함된 슈퍼커패시터의 동작을 제어하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템의 출력 안정화 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력시스템(또는, 리튬이온배터리와 슈퍼커패시터를 이용한 에너지 저장 시스템)은, 크게 신재생에너지발전설비(100), 양방향전력변환장치(Bi-d PCS, Bidirectional Power Conditioning System, 200), 배터리관리장치(BMS, BatteryManagement System, 300), 전력저장장치(PSS, Power Storage System, 400), 계통측 전력변환장치(500) 및 DSP제어기(Digital Signal Processor Controller, 600)를 포함할 수 있다.
상기 신재생에너지발전설비(100)는, 태양광과 바람의 에너지를 이용하여 전기에너지를 발전하는 수단으로서, 상기 태양광발전설비에서 생산되는 전력은 직류(DC)이므로 배터리와 같은 저장장치로 그대로 충전이 가능하지만, 풍력발전설비에서 생산되는 전기는 직류기보다는 대부분의 교류기이므로 저장장치로 충전하기 위해서는 직류(DC)로 변환시켜야 한다. 그리고 상기 저장장치로 저장된 직류는 직류부하를 제외한 나머지 부하로 공급하기 위해서는 교류(AC)로 변환하는 과정을 거쳐야 한다. 그리고 태양광발전에 반해 풍력발전의 경우 풍속에 따라 급격한 출력변동이 일어나기 때문에 고성능 슈퍼커패시터를 활용한 저장장치로 충전하게 된다.
상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, Bidirectional Power Conditioning System, 200)는, 상기 전력저장장치(400)에 저장된 전기 에너지를 상용전력으로 만들기 위하여 전력 변환 효율을 저하시키지 않도록 상기 전력저장장치의 출력(DC전력)을 상기 Bi-dPCS에서 직접 AC로 변환 또는 계통의 전력(AC)을 상기 Bi-dPCS에서 직접 DC로 정류하는 수단으로, 상기 신재생에너지발전설비(100)와 계통의 상용전원(AC)을 정류기(또는, DC-커패시터)로 정류한 DC전력을 전력저장장치(PSS, 400)로 충전하고 직류와 교류간의 전력을 변환시킨다. 이때 DSP제어기(600)의 명령을 받아 상기 PSS(400)의 충전전력을 AC전력으로 직접 변환시켜 부하로 방전시킨다.
또한, 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는, 상기 PSS(400)를 감시 및 보호하는 배터리관리시스템(BMS, 300)과의 통신제어를 수행하여 상기 BMS에서 제공되는 충전상태(SOC) 및 전압 정보를 이용하여 상기 PSS의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)의 충ㆍ방전을 단속하게 된다.
실시예들에서, 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는, 계통(예를 들어, 상용전원)에서 공급되는 AC전력을 상기 PSS(400)의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)로 충전하기 위해 직접 DC전력으로 변환하기 위한 정류기(또는, DC-커패시터)를 포함할 수 있다.
상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는, 상기 PSS(400)의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)에서 방전되는 DC전력을 부하로 공급하기 위해 직접 AC전력으로 변환하기 위한 3-레벨 인버터(3-Level Inverter)가 구비되어 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)에 내장될 수 있다.
참고로, 상기 양방향전력변환장치(BidPCS, 200)는, 태양광발전 또는 풍력발전 등의 신재생에너지발전설비(100)로부터 생산된 전력은 직류형태로 띠고 있다. 이 전력을 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410)나 슈퍼커패시터(420)에 저장할 때는 직류로 저장을 해야 하는데, 문제는 직류형태의 전력을 그 상태로 계통부하에 공급하는 것은 불가능하다. 따라서, 직류(DC)형태의 전력을 교류(AC) 전력으로 변환시키기 위해서는 전력변환장치(PCS)가 필요하다. 또한, 계통전력(상용전력)을 전력저장장치(PSS, 400)로 저장할 경우에는 직류형태의 전력으로 변환시키는 전력변환장치(PCS)나 정류기가 요구된다.
이와 같이 신재생에너지발전설비(100)와 계통(상용전원)이 연계할 경우, 직류(DC)를 교류(AC)로, 교류(AC)를 직류(DC)로 상호 변환이 가능한 전력변환장치(PCS)가 요구되는데, 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, Bi-directional Power Conditioning System, 200)를 독창적으로 구현하였다.
한편, 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)의 충ㆍ방전에 따른 수명을 연장하기 위해서는, 전력저장장치(PSS, 400)의 충전상태(SOC, State of Charge)를 일정하게 유지시켜주는 것이 중요하다. 또한, 충전상태(SOC)가 너무 낮거나 높은 상태가 계속되면 SOC를 중간 수준으로 유지할 경우에 비해서 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬 이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)의 열화가 빠르게 진행되는데, 적절한 SOC의 범위는 반복 실험을 통해 알 수 있다. 또한, 리튬이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)의 셀을 과방전 시켜주면 구성부품이 열화되어 회복 불능상태가 된다. 그리고 충전 전압도 한계치를 넘어 충전하게 되면 리튬이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)의 셀이 과열되어 불가역적인 구조로 변화되고 만다. 이러한 문제점을 극복시켜 주는 것이 후술되는 배터리관리장치(BMS, 300)가 분담하게 된다.
일 실시예에서, 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는, 상기 DSP제어기(Digital Signal Processor Controller, 600)의 상위 제어기인 전력관리시스템(PMS, Power Management System)이나 에너지관리시스템(EMS, Energy Management System) 중에서 어느 하나가 선택된 전류지령에 의해 양방향전력변환제어가 가능하도록 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는, 전류제어를 수행하여 전력저장장치(400)의 리튬이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)에 직류 전력을 충전하며, 상위 제어기의 전류지령을 입력받아 정전력으로 충전하는 정전력 제어, 즉 직류 전력을 일정하게 보존하는 전력변환장치의 제어 방식으로 지원이 가능하도록 구성할 수 있다.
상기 배터리관리장치(BMS, Battery Management System, 300)는, 전력저장장치(400)와 함께 설치되어 같은 단자 (P+ 및 P-)로 충전 및 방전이 이루어지며, 상기 Bi-dPCS와 통신제어를 통해 상기 PSS 각 셀(Cell)의 밸런스(Balance) 유지와 입력 전압이 일정 값 이하로 되면 충전을 중지시키는 보호 역할을 하는 수단으로, 상기 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)의 각 셀(Cell)의 상태를 감시하고, 이를 보호하기 위한 보호회로를 내장하여 상기 전력저장장치를 보호하며, 상기 Bi-dPCS(200)와 통신을 통해 상기 전력저장장치(400)의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)의 각 셀(Cell)의 상태 및 동작 정보를 PC모니터로 전달하게 된다.
또한, 상기 배터리관리장치(BMS, 300)는, 효율적인 운영을 위해 계측적인 구조로 구성되며, 전체 전력저장장치를 감시ㆍ보호하는 시스템 BMS와 저장장치 모듈 및 개별 저장장치 셀(Cell)을 감시ㆍ보호하는 모듈 BMS 등으로 구성할 수 있다.
또한, 상기 배터리관리장치(BMS, 300)는, 상기 Bi-dPCS(200)와 통신(프로토콜 오픈)을 수행하여 각 셀의 최소, 평균, 최대 전압과 온도, 에너지 저장 시스템의 전체 전압, 동작 상태에 대한 정보 및 충전상태(SOC), 잔존수명(SOH, State of Health)을 취합 및 연산하여 인터페이스를 통한 외부 장치(혹은 PC)로 전달하도록 구성된다.
즉, 상기 배터리관리장치(BMS, Battery Management System, 300)는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째로 열에 의한 각 셀(Cell)을 균등하게 냉각시켜 동일한 성능 구현이 가능하도록 열관리를 제어하며, 두 번째로 각 셀(Cell)의 상태를 판단하여 최적 효율 점에서 작동하도록 하여주는 충전상태(SOC) 제어로 나눌 수 있다. 이러한 두 가지 제어모드는, 리튬이온배터리(Li-ion Battery)의 단일 셀의 정격 전압은 3.6V, 충전 전압은 4.2V이므로, 리튬이온배터리를 직렬로 접속하여 수백볼트가 넘는 전압을 발생시켜 준다. 여러 개의 셀을 직렬로 접속하는 경우 그 중에서 어느 한 개의 셀이라도 고장이 나거나 열화 되면 배터리 팩 전체가 영향을 받는다. 따라서 HEV(Hybrid Electric Vehicle)나 EV(Electric Vehicle)에 적용되는 BMS는 개개의 셀에 대한 과충전, 과방전, 과열을 막고 이들의 수명을 최적화시켜주는 기능을 갖도록 모든 셀 은 항상 균등한 충전상태로 유지시켜주는 셀 밸런스(Cell Balance)가 요구되기 때문이다. 또한, BMS는 시스템의 전압, 전류 및 온도를 모니터링 하여 최적의 상태로 유지 관리하여 주며, 시스템의 안정화를 위한 경보 및 사전 안전예방 조치를 하여 준다. 배터리의 충ㆍ방전 시 과충전 및 과방전을 보호하고, 셀(Cell)간의 전압을 균일하게 하여줌으로써, 에너지 효율 및 배터리의 수명을 연장하여준다. 그리고 데이터의 보전 및 시스템을 진단하여 경보관련 이력상태의 저장 및 진단시스템 혹은 모니터링 PC를 통한 진단이 가능하다. 이러한 BMS의 기능은 본 발명의 실시 예에 따른 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)에 모두 적용되도록 구성된다.
상기 계통측전력변환장치(500)는, 상기 신재생에너지발전설비(100)와 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)에 충전된 DC전력을 부하로 공급하기 위해 AC전력으로 변환하기 위한 수단으로, 상기 신재생에너지발전설비(100)에서 공급되는 DC전력을 부하에 공급하기 위하여 AC전력으로 변환한다.
또한, 계통측전력변환장치(500)는, 3상3-레벨 인버터(3-Level Inverter)를 적용하고 PWM(Pulse Width Modulation) 제어방식을 적용할 수 있다.
상기 DSP제어기(Digital Signal Processor Controller, 600)는, 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)의 동작 및 전력변환을 제어하기 위한 수단으로, 상기 DSP제어기(600)는 상기 계통측전력변환장치(500)와 연결된 부하측 정보를 감지하는 센서(IoT)의 정보를 입력받아 상기 전력저장장치(PSS, 400)의 충ㆍ방전 및 직류와 교류 상호간의 양방향 전력을 변환시키도록 단속하는 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)를 제어하게 된다.
상기 DSP제어기(600)는, 먼저 접속반(110)으로 인입되는 신재생에너지발전설비(100)의 직류전원과 계통(상용전원)과 정류기(또는, DC-커패시터)를 통한 직류전원에 대한 신호를 입력받아 상기 접속반(110)과 연결된 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)로 하여금 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)에 충전을 하도록 제어명령을 하달한다. 이때 상기 DSP제어기(600)의 명령을 하달 받은 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는 접속반(110)과 연결된 직류전원과 정류기를 통과한 직류전원을 상기 전력저장장치의 리튬이온배터리와 슈퍼커패시터 각각으로 스위칭 연결시켜 리튬이온배터리와 슈퍼커패시터에서 충전을 하도록 한다.
또한, 상기 DSP제어기(600)는, 계통부하에 AC전력을 공급하는 계통측전력변환장치(500)와 연결된 전등부하와 같은 통상의 일반부하를 감지하는 센서(Iot)의 신호를 전송 받아 상기 전력 저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420)에 충전된 충전전력을 부하로 공급하도록 제어명령을 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)로 하달한다. 이때 상기 계통측전력변환장치(500)와 연결된 센서(Iot)의 신호가 일반부하인 경우, 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)로 하여금 전력저장장치(PSS, 400)의 리튬이온배터리(410)에 충전된 DC전력을 상기 Bi-dPCS(200)를 통해 직접 AC전력으로 변환하여 부하로 공급하거나 상기 계통측전력변환장치(500)로 공급하도록 제어한다.
그리고 상기 계통측전력변환장치(500)와 연결된 센서(Iot)의 신호가 급속부하인 경우, 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)로 하여금 전력저장장치(PSS, 400)의 슈퍼커패시터(420)에 충전된 DC전력을 직접 AC전력으로 변환하여 부하로 공급하거나 상기 계통측전력변환장치(500)로 공급하도록 제어하게 된다.
실시예들에서, 상기 DSP제어기(600)는 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)의 상기 DC-커패시터의 상태를 모니터링하여 부하 변동에 의한 이상 전압 발생시 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)를 통해 상기 슈퍼커패시터(420)를 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 DC-커패시터에서의 실제 전력(Pload)이 기준 전력(Pref)(또는, 지령 전력, 목표 전력)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 DSP제어기(600)는 실제 전력(Pload) 및 기준 전력(Pref) 간의 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터(420)에 전압을 충전하도록 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)를 제어할 수 있다. 이를 통해, DC-커패시터의 전압 크기가 일정한 레벨로 유지될 수 있다.
도 2는 도 1의 전력 시스템에 포함된 에너지 저장 시스템을 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템은 DSP제어기(600), 전력저장장치(400)(즉, 리튬이온배터리(410) 및 슈퍼커패시터(420)), 및 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)을 포함할 수 있다.
양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)는 배터리 컨버터(410)(또는, 제1 컨버터) 및 슈퍼커패시터 컨버터(220)(또는, 제2 컨버터)를 포함할 수 있다. 배터리 컨버터(210)는 DC-커패시터(C) 및 상기 리튬이온배터리(410) 사이에 연결되어, 상기 리튬이온배터리(410)의 충ㆍ방전을 단속할 수 있다. 유사하게, 슈퍼커패시터 컨버터(220)는 상기 DC-커패시터(C) 및 상기 슈퍼커패시터(420) 사이에 연결되어, 상기 슈퍼커패시터(420)의 충ㆍ방전을 단속할 수 있다. 배터리 컨버터(410) 및 슈퍼커패시터 컨버터(220) 각각은 도 2에 도시된 바와 같이, 하프 브릿지(half-bridge) 컨버터로 구현될 수 있다.
DSP제어기(600)는 복수의 센서들을 통해 감지된 전류/전압 정보들에 기초하여 리튬이온배터리(410)에 대한 전력 지령(Pdc_ref)(또는, 지령 전력, 기준 전력, 목표 전력)과, 슈퍼커패시터(420)에 대한 전류 지령(Isc_ref)(또는, 충전 지령)을 생성할 수 있다. 여기서, 전류/전압 정보들은 배터리 전압(Vdc), 배터리 출력 전류(Idc), DC-커패시터(C)의 전압(Vdc)(즉, 부하측 전압), 슈퍼커패시터 전압(Vsc) 및 슈퍼커패시터 출력 전류(Isc)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 상기 DSP제어기(600)는, 기준 전력(Pref)과 실제 전력(Pload) 간의 전력 오차를 산출하고, 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 벅 동작시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 DSP제어기(600)는, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 전압을 충전하도록 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 DSP제어기(600)는, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 작은 경우, 상기 전력 오차를 보상하여 실제 전력(Pload)이 일정하게 유지되도록 상기 배터리 컨버터(210)를 제어할 수 있다.
도 3은 도 2의 에너지 저장 시스템에 포함된 리튬이온배터리의 동작을 제어하는 과정을 설명하는 도면이다. 도 4는 도 2의 에너지 저장 시스템에 포함된 슈퍼커패시터의 동작을 제어하는 과정을 설명하는 도면이다.
먼저 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 DSP제어기(600)는, 부하측의 전력 정보(Pload) 및 전력 지령(Pdc_ref)(또는, 기준 전력)을 비교하여 전력 오차를 산출하고, 전력 오차만큼 PI(비례적분) 제어기를 통해 리튬이온배터리(410)의 출력을 보상 또는 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 DSP제어기(600)(또는, 배터리 제어기(610))는, 리튬이온배터리(410)의 전압(Vdc) 및 전류(Idc)에 기초하여 공급 전력(Pdc)(또는, 부하측의 전력 정보(Pload))을 산출하고, 전력 지령(Pdc_ref) 및 공급 전력(Pdc)을 차연산하여 전력 오차를 산출하며, PI 제어기(PI)를 통해 전력 오차에 대응하는 전류 지령(Idc_ref)을 생성하고, 전류 지령(Idc_ref)과 전류 정보(Idc)를 차연산하고 PI 제어기를 통해 전력 오차를 보상하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어신호는 펄스폭변조(PWM)를 통해 배터리 컨버터(410)에 제공되고, 제어신호에 응답한 배터리 컨버터(410)의 동작에 따라, DC-커패시터 단에서의 전력이 일정하게 유지될 수 있다.
도 4을 참조하면, 상기 DSP제어기(600)는, 지령 전력(Pdc_ref)(또는, 기준 전력, 전력 지령) 및 실제 전력(Pload)을 비교하여 전력 오차를 산출하고, 전력 오차만큼 전류 제어기를 통해 슈퍼커패시터(420)에 전압을 충전할 수 있다.
예를 들어, 상기 DSP제어기(600)(또는, 슈퍼커패시터 제어기(620))는, 지령 전력(Pdc_ref)(또는, 기준 전력, 전력 지령)으로부터 실제 전력(Pload)을 차연산하여 전력 오차를 산출하고, PI 제어기(PI)를 통해 전력 오차에 대응하는 전류 지령(Idc_ref)을 생성하며, 전류 지령(Idc_ref)과 출력 전류(Isc)를 차연산하고 PI 제어기를 통해 전력 오차를 보상하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어신호는 펄스폭변조(PWM)를 통해 슈퍼커패시터 컨버터(220)에 제공되고, 제어신호에 응답한 슈퍼커패시터 컨버터(220)의 동작(예를 들어, 도 2에 도시된, 슈퍼커패시터 컨버터(220)의 제1 스위치(S1)에 대한 스위칭 동작)에 따라, DC-커패시터 단에서의 전압이 일정 레벨로 유지될 수 있다.
예를 들어, 상기 DSP제어기(600)는, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 전압을 충전하도록 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 DSP제어기(600)는, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 작은 경우, 상기 전력 오차를 보상하여 실제 전력(Pload)이 일정하게 유지되도록 상기 배터리 컨버터(210)를 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템은, 실제 전력(Pload)(또는, DC-커패시터의 상태)를 실시간으로 모니터링하여, 부하의 변동으로 인해 발생하는 이상전압에 대해 슈퍼커패시터(420)의 벅동작을 통해 DC-커패시터의 출력을 안정화시킬 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템은, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 전압을 충전하도록 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어함으로써, DC-커패시터의 전압을 일정 레벨로 유지시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템의 출력 안정화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 도 5의 방법은 도 1의 전력 시스템(또는, 도 2의 에너지 저장 시스템)에서 수행될 수 있다.
도 5의 방법은 DSP제어기(600)를 통해 Bi-dPCS(200)의 DC-커패시터의 상태를 모니터링할 수 있다(S510). 예를 들어, 도 5의 방법은, 별도의 센서를 통해 수신된 전류/전압 정보를 통해 DC-커패시터의 전압 변동을 모니터링하며, 부하 변동에 기인한 이상 전압의 발생을 확인할 수 있다.
도 5의 방법은, 상기 DSP제어기(600)를 통해 상기 DC-커패시터에서의 실제 전력(Pload)이 기준 전력(Pref)과 비교할 수 있다(S520). 예를 들어, 도 5의 방법은, 실제 전력(Pload)이 기준 전력(Pref)보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.
상기 DC-커패시터에서의 실제 전력(Pload)이 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 도 5의 방법은, 상기 실제 전력(Pload) 및 상기 기준 전력(Pref)간의 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터(420)에 대해 상기 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)(또는, 슈퍼커패시터 컨버터(220))를 벅 동작시킬 수 있다(S530).
이와 달리, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 작은 경우, 도 5의 방법은, 상기 전력 오차를 보상하여 실제 전력(Pload)이 일정하게 유지되도록 상기 배터리 컨버터(210)를 제어할 수 있다(S540).
배터리 컨버터(210) 및 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어하는 과정에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 반복하지 않기로 한다.
도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템의 출력 안정화 방법은, 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 전압을 충전하도록 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어하고, 또한, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 작은 경우, 상기 전력 오차를 보상하여 실제 전력(Pload)이 일정하게 유지되도록 상기 배터리 컨버터(210)를 제어할 수 있다. 따라서, DC-커패시터의 전압을 일정 레벨로 유지될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 신재생에너지발전설비
110: 접속반
200: 양방향전력변환장치(Bi-dPCS)
210: 배터리 컨버터
220: 슈퍼커패시터 컨버터
300: 배터리관리장치(BMS)
400: 전력저장장치(PSS)
410: 리튬이온배터리
420: 슈퍼커패시터
500: 계통측전력변환장치
600: DSP제어기
110: 접속반
200: 양방향전력변환장치(Bi-dPCS)
210: 배터리 컨버터
220: 슈퍼커패시터 컨버터
300: 배터리관리장치(BMS)
400: 전력저장장치(PSS)
410: 리튬이온배터리
420: 슈퍼커패시터
500: 계통측전력변환장치
600: DSP제어기
Claims (4)
- 신재생에너지발전설비에서 생성된 교류와 계통의 상용전원(AC)을 정류기로 정류한 DC전력을 전력저장장치(PSS)로 충전 및 전력 변환시키되, DSP제어기의 명령을 받아 상기 PSS의 충전전력을 AC전력으로 변환시켜 부하로 방전시키며, 상기 PSS를 감시 및 보호하는 배터리관리시스템(BMS)과의 통신제어를 통해 상기 PSS의 충ㆍ방전을 단속하는 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)와;
상기 Bi-dPCS와 통신제어를 통해 상기 PSS 각 셀(Cell)의 밸런스(Balance) 유지와 입력 전압이 일정 값 이하로 되면 충전을 중지시키는 보호 역할을 하는 배터리관리장치(BMS, 300)와;
상기 Bi-dPCS 및 BMS에 의해 상기 신재생에너지발전설비와 정류된 상용전원의 DC전력을 충전하는 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420) 다수개가 계통부하에 대응 가능하도록 직ㆍ병렬로 연결된 하나의 팩(Pack)을 갖는 전력저장장치(PSS, 400)와;
계통의 부하를 감지하여 상기 PSS의 충ㆍ방전과 양방향전력변환을 단속하는 Bi-dPCS를 제어하기 위한 DSP제어기(600)를 포함하고,
상기 DSP제어기는 상기 계통에 연결되어 부하측 정보를 감지하는 센서로부터 정보를 입력받아 상기 Bi-dPCS의 상기 정류기의 상태를 모니터링하여 이상 전압 발생시 상기 Bi-dPCS를 통해 상기 슈퍼커패시터를 충전시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
- 제1 항에 있어서, 상기 Bi-dPCS는.
상기 정류기 및 상기 리튬이온배터리 사이에 연결되어, 상기 리튬이온배터리의 충ㆍ방전을 단속하는 배터리 컨버터(210); 및
상기 정류기 및 상기 슈퍼커패시터 사이에 연결되어, 상기 슈퍼커패시터의 충ㆍ방전을 단속하는 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 포함하고,
상기 DSP제어기는, 기준 전력(Pref)과 실제 전력(Pload) 간의 전력 오차를 산출하고, 상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우 상기 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 전압을 충전하도록 상기 슈퍼커패시터 컨버터(220)를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 DSP제어기는,
상기 실제 전력(Pload)이 상기 기준 전력(Pref)보다 작은 경우, 상기 전력 오차를 보상하여 실제 전력(Pload)이 일정하게 유지되도록 상기 배터리 컨버터(210)를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
- 신재생에너지발전설비에서 생성된 교류와 계통의 상용전원(AC)을 정류기로 정류한 DC전력을 전력저장장치(PSS)로 충전 및 전력 변환시키되, DSP제어기의 명령을 받아 상기 PSS의 충전전력을 AC전력으로 변환시켜 부하로 방전시키며, 상기 PSS를 감시 및 보호하는 배터리관리시스템(BMS)과의 통신제어를 통해 상기 PSS의 충ㆍ방전을 단속하는 양방향전력변환장치(Bi-dPCS, 200)와; 상기 Bi-dPCS에 의해 상기 신재생에너지발전설비와 정류된 상용전원의 DC전력을 충전하는 리튬이온배터리(410)와 슈퍼커패시터(420) 다수개가 계통부하에 대응 가능하도록 직ㆍ병렬로 연결된 하나의 팩(Pack)을 갖는 전력저장장치(PSS, 400)와; 계통의 부하를 감지하여 상기 PSS의 충ㆍ방전과 양방향전력변환을 단속하는 Bi-dPCS를 제어하기 위한 DSP제어기(600)를 포함하는 에너지 저장 시스템에서,
상기 계통에 연결되어 부하측 정보를 감지하는 센서로부터 정보를 입력받는 상기 DSP제어기를 통해 상기 Bi-dPCS의 상기 정류기의 상태를 모니터링하는 단계;
상기 DSP제어기를 통해 상기 정류기에서의 실제 전력(Pload)을 기준 전력(Pref)과 비교하는 단계; 및
상기 정류기에서의 실제 전력(Pload)이 기준 전력(Pref)보다 큰 과전력이 감지된 경우, 상기 실제 전력(Pload) 및 상기 기준 전력(Pref)간의 전력 오차에 대응하여 상기 슈퍼커패시터에 대해 상기 Bi-dPCS를 벅 동작시키는 단계를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 출력 안정화 방법.
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Patent Citations (2)
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Cited By (1)
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