KR20180122254A - 전력 변환 장치 및 방법 - Google Patents

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허세완
박완기
이일우
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한국전자통신연구원
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Abstract

전력 변환 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치는 발전 장치와 연계되어 생산된 전력을 변환하여 계통 및 에너지 저장 장치 중 어느 하나에 송전하는 제1 전력 변환부; 상기 에너지 저장 장치와 연계되어 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 전력을 변환하여 상기 제1 전력 변환부에 송전하는 제2 전력 변환부 및 상기 계통의 상태에 따라 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통 및 상기 에너지 저장 장치 중 어느 하나로 절체하여 상기 제1 전력 변환부의 전력을 송전하는 스위치 제어부를 포함한다.

Description

전력 변환 장치 및 방법 {APPARATUS FOR CONVERTING POWER AND METHOD FOR USING THE SAME}
본 발명은 신재생 에너지 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계통 연계형 신재생 발전시스템의 전력 변환 기술에 관한 것이다.
전기는 다양한 발전원에 의해 생산될 수 있다. 화력 발전의 경우 환경오염이나 이산화탄소 배출 등의 문제가 있어서 최근에는 환경 오염의 문제가 없는 신재생 에너지원에 대한 사용률이 높아지고 있는 추세이다. 대표적으로 태양광 발전이 사용되며, 풍력 및 바이오 매스에 의한 신재생 에너지도 많이 사용된다. 특히 유럽의 경우 전체 발전량에 대한 신재생 에너지 사용 비율이 높은 편이다.
발전원으로부터 생성된 전기를 사용하기 위해서는 일반적으로 전력 변환 장치를 이용하여 적절한 전압으로 변환해야 한다. 계통과 연계하기 위해서는 AC 전압으로, 바로 사용하거나 배터리에 저장하기 위해서는 DC 전압으로 변환하게 된다. 태양광 발전의 경우 이 과정에서 최대전력지점 추종이라는 알고리즘이 사용된다.
태양광 발전의 대부분은 전력 변환 장치만 사용하여 계통 연계형으로 동작하도록 설치된다. 이러한 경우 계통에서 정전이 발생하게 되면 계통 연계형으로 동작하는 전력 변환 장치는 단독운전 방지를 위해 동작을 멈추게 된다. 반면, 계통에 직접 연계되는 형태가 아니라 대용량의 에너지 저장 장치를 이용하여 에너지를 저장시키는 경우, 계통에서 정전이 발생하더라도 동작을 멈추지 않고 지속적으로 에너지를 생산할 수 있다. 하지만 대용량의 에너지 저장 장치는 고가격이므로, 많은 비용이 추가로 발생하게 되어 경제적이지 않다.
한편, 한국등록특허 제 10-1663445 호" 에너지저장시스템을 이용한 무정전전원공급장치 및 상기 장치의 동작방법"는 무정전전원공급장치(Uninterruptible Power Supply system, UPS)에 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)을 결합한 형태의 UES(UPS+ESS)를 기반으로 하는 무정전전원공급장치에 관하여 개시하고 있다.
그러나, 한국등록특허 제 10-1663445 호는 하나의 DC-AC 전압 변환 장치를 사용하므로 신재생 발전원과 계통을 효율적으로 연계하는 측면에서 한계가 있다.
본 발명은 계통의 정전 상태에도 발전기가 생산한 전력을 효율적으로 이용하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 계통의 정전 상태 복구에 기여하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치는 발전 장치와 연계되어 생산된 전력을 변환하여 계통 및 에너지 저장 장치 중 어느 하나에 송전하는 제1 전력 변환부; 상기 에너지 저장 장치와 연계되어 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 전력을 변환하여 상기 제1 전력 변환부에 송전하는 제2 전력 변환부 및 상기 계통의 상태에 따라 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통 및 상기 에너지 저장 장치 중 어느 하나로 절체하여 상기 제1 전력 변환부의 전력을 송전하는 스위치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
이 때, 상기 스위치 제어부는 상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통과 연계하는 정상 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 스위치 제어부는 상기 계통이 정전 상태인 경우, 상기 제1 전력 변환부와 상기 계통의 연계를 절체하여 상기 제1 전력 변환부를 상기 에너지 저장 장치에 연계하는 정전 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 스위치 제어부는 상기 계통이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 상기 제1 전력 변환부와 상기 에너지 저장 장치의 연계를 절체하여 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통에 연계하는 복전 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 제1 전력 변환부는 상기 정전 모드인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 에너지 저장 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 에너지 저장 장치를 충전시킬 수 있다.
이 때, 상기 제1 전력 변환부는 상기 정상 모드 및 상기 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 계통에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 상기 계통에 송전할 수 있다.
이 때, 상기 제2 전력 변환부는 상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 DC 전압을 상기 발전 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 제1 전력 변환부에 송전할 수 있다.
이 때, 상기 제2 전력 변환부는 상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 될 때까지 상기 에너지 저장 장치를 방전할 수 있다.
이 때, 상기 발전 장치는 상기 정상 모드 및 상기 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 고전압으로 전력을 생산하여 상기 계통에 송전하고, 상기 정전 모드인 경우, 저전압으로 전력을 생산하여 상기 에너지 저장 장치를 충전시킬 수 있다.
이 때, 상기 발전 장치는 복수개의 발전 모듈들과 복수개의 스위치들 포함하고, 상기 계통의 상태에 따라 상기 복수개의 스위치들을 이용하여 상기 복수개의 발전 모듈들을 직렬 연결 구성 및 병렬 연결 구성 중 어느 하나로 절체할 수 있다.
이 때, 상기 발전 장치는 상기 정상 모드 및 상기 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 상기 복수개의 스위치들을 이용하여 상기 복수개의 발전 모듈들을 상기 직렬 연결 구성으로 절체하여 전력을 생산할 수 있다.
이 때, 상기 발전 장치는 상기 정전 모드인 경우, 상기 복수개의 스위치들을 이용하여 상기 복수개의 발전 모듈들을 상기 병렬 연결 구성으로 절체하여 전력을 생산할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 전력 변환 장치를 이용하는 방법에 있어서, 상기 전력 변환 장치와 연계된 계통이 정상 상태인 경우, 발전 장치에서 생산된 전력을 변환하여 상기 계통에 송전하는 단계; 상기 계통이 정전 상태인 경우, 상기 발전 장치에서 생산된 전력을 에너지 저장 장치에 충전하는 단계 및 상기 계통이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 전력을 변환하여 상기 계통에 송전하는 단계는 상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 발전 장치를 상기 계통과 연계하는 정상 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 전력을 변환하여 상기 계통에 송전하는 단계는 상기 정상 모드인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 계통에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 상기 계통에 송전할 수 있다.
이 때, 상기 전력을 에너지 저장 장치에 충전하는 단계는 상기 계통이 정전 상태인 경우, 상기 발전 장치와 상기 계통의 연계를 절체하여 상기 발전 장치를 상기 에너지 저장 장치에 연계하는 정전 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 전력을 에너지 저장 장치에 충전하는 단계는 상기 정전 모드인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 에너지 저장 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 에너지 저장 장치를 충전할 수 있다.
이 때, 상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계는 상기 계통이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 상기 발전 장치와 상기 에너지 저장 장치의 연계를 절체하여 상기 발전 장치를 상기 계통에 연계하는 복전 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계는 상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 DC 전압을 상기 발전 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 발전 장치에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 상기 계통에 송전할 수 있다.
이 때, 상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계는 상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 될 때까지 상기 에너지 저장 장치를 방전시킬 수 있다.
본 발명은 계통의 정전 상태에도 발전기가 생산한 전력을 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 계통의 정전 상태 복구에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 정상 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 정전 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 복전 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치의 직렬 연결 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치의 병렬 연결 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계통 연계형 발전 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 계통 연계형 발전 시스템은 발전 장치(10), 에너지 저장 장치(20) 및 전력 변환 장치(100)를 포함하고, 전력 변환 장치(100)는 계통(30)에 연계되는 것을 알 수 있다.
발전 장치(10)는 전력 변환 장치(100)를 통해서 계통(30)에 전력을 송전할 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 다양한 신재생 에너지를 이용하는 발전기에 상응할 수 있다.
예를 들어, 발전 장치(10)는 태양광 발전기, 풍력 발전기 및 태양열 발전기 등에 상응할 수 있다.
에너지 저장 장치(20)는 계통(30)이 정전 상태 일 경우, 전력 변환 장치(100)를 통해서 발전 장치(10)의 전력을 충전하고, 계통이 정전에서 복구되는 상태일 경우, 전력 변환 장치(100)를 통해서 계통에 충전된 전력을 방전할 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치(20)는 다양한 저장 방식을 이용할 수 있다.
예를 들어, 에너지 저장 장치(20)는 화학적 에너지 저장 방식 배터리 형식의 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)에 상응할 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치(20)는 배터리 또는 슈퍼 커패시터에 상응할 수 있고, 충전된 에너지가 거의 없는 상태에서도 충전 동작이 가능할 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치(20)는 리튬이온 베터리, 납축 전지, 나트륨황 전지 및 레독스 흐름 전지 등에 상응할 수 있다.
전력 변환 장치(100)는 발전 장치(10)가 생산한 DC 전압의 전력을 계통(30)에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 계통(30)으로 송전할 수 있다.
이 때, 전력 변환 장치(100)는 계통(30)이 정전 상태인 경우, 발전 장치(10)가 생산한 전력을 에너지 저장 장치(20)에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 에너지 저장 장치(20)에 전력을 충전시킬 수 있다.
이 때, 전력 변환 장치(100)는 계통(30)이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 에너지 저장 장치(20)의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 될 때까지, 발전 장치(10)가 생산한 전력과 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 전력을 함께 계통(30)에 송전할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 정상 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 정전 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 복전 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 제1 전력 변환부(110), 제2 전력 변환부(120) 및 스위치 제어부(130)를 포함한다.
제1 전력 변환부(110)는 발전 장치(10)와 연계되어 생산된 전력을 변환하여 계통(30) 및 에너지 저장 장치(20) 중 어느 하나에 송전할 수 있다.
제2 전력 변환부(120)는 에너지 저장 장치(20)와 연계되어 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 전력을 변환하여 제1 전력 변환부(110)에 송전할 수 있다.
스위치 제어부(130)는 계통(30)의 상태에 따라 제1 전력 변환부(110)를 계통(30) 및 에너지 저장 장치(20) 중 어느 하나로 절체하여 제1 전력 변환부(110)의 전력을 송전할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 정상 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 것을 알 수 있다.
스위치 제어부(130)는 계통(30)이 정상 상태인 경우, 제1 전력 변환부(110)를 계통(30)과 연계하는 정상 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 정상 모드 및 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 발전 장치(10)의 DC 전압을 계통(30)에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 계통에 송전할 수 있다.
또한, 제1 전력 변환부(110)는 DC-DC-AC의 2중 변환 형태를 이용하여 DC-DC 변환을 수행한 후, DC-AC 변환을 수행할 수도 있다.
이 때, 발전 장치(10)가 생성한 전력을 제1 전력 변환부(110)를 통해 계통에 송전되기 때문에, 제2 전력 변환부(120)와 에너지 저장 장치(20)는 사용되지 않을 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치(20)와 제2 전력 변환부(120)는 저전력 모드를 통해, 전력 소비가 거의 없을 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 정상 모드인 경우, 고전압으로 전력을 생산하여 계통(30)에 송전할 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 고전압 동작 및 저전압 동작이 가능한 발전기에 상응할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 정전 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 것을 알 수 있다.
스위치 제어부(130)는 계통(30)이 정전 상태인 경우, 제1 전력 변환부(110)와 계통(30)의 연계를 절체하여 제1 전력 변환부(110)를 에너지 저장 장치(20)에 연계하는 정전 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 정전 모드인 경우, 발전 장치(10)의 DC 전압을 에너지 저장 장치(20)에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 에너지 저장 장치(20)를 충전할 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)가 생성한 전력을 제1 전력 변환부(110)를 통해 에너지 저장 장치(20)에 충전되기 때문에, 제2 전력 변환부(120)는 사용되지 않을 수 있다.
즉, 제1 전력 변환부(110)는 DC-AC 변환 모드와 DC-DC 변환 모드로 변환 모드를 변경할 수 있다. 이 때, 제1 전력 변환부(110)는 계통(30)의 정전에 의한 외부 지령 또는 내부 감지를 통해서 변환 모드를 변경할 수 있다. 제1 전력 변환부(110)는 계통(30)이 정전이 아닌 경우 DC-AC 변환 모드를 수행하다가 계통(30)이 정전되면 DC-DC 변환을 수행할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 에너지 저장 장치(20)의 전압이 기설정된 임계값 이상 도달하게 되는 경우, 충전을 중지할 수 있다. 에너지 저장 장치(20)의 전압은 충전 상태에 따라 변화하므로 제1 전력 변환부(110)의 동작 전압 범위 이내가 되도록 동작을 스스로 멈춤으로써 제1 전력 변환부(110)와 에너지 저장 장치(20)를 보호할 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 정전 모드인 경우, 저전압으로 전력을 생산하여 에너지 저장 장치(20)를 충전시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 장치가 복전 모드로 동작 중인 상태를 나타낸 것을 알 수 있다.
스위치 제어부(130)는 계통(30)이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 제1 전력 변환부(110)와 에너지 저장 장치(20)의 연계를 절체하여 제1 전력 변환부(110)를 계통(30)에 연계하는 복전 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 복전 모드 인 경우, 발전 장치(10)의 DC 전압을 계통(30)에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 계통에 송전할 수 있다.
이 때, 제2 전력 변환부(120)는 복전 모드인 경우, 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 DC 전압을 발전 장치(10)에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 제1 전력 변환부(110)에 송전할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 발전 장치(10)가 생산한 전력과 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 전력을 함께 계통(30)에 송전할 수 있다.
이 때, 제2 전력 변환부(120)는 복전 모드인 경우, 에너지 저장 장치(20)의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 되면 제2 전력 변환부(120)와 에너지 저장 장치(20)는 동작을 중지하고 도 3에 도시된 바와 같이 전력 변환 장치(100)의 동작 모드를 정상 모드로 변경할 수 있다.
또한, 제2 전력 변환부(120)는 제1 전력 변환부(110)의 전력 변환 용량 보다 작을 수 있다. 이 때, 제2 전력 변환부(110)는 계통(30)의 복전 이후, 작은 변환 용량으로 장시간 에너지 저장 장치(20)를 방전시켜 제1 전력 변환부(110)에 전력을 송전할 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 복전 모드인 경우, 고전압으로 전력을 생산하여 계통(30)에 송전할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치(10)는 복수개의 발전 모듈들(11, 12, 13)과 복수개의 스위치들 포함하고, 계통(30)의 상태에 따라 복수개의 스위치들을 이용하여 복수개의 발전 모듈들(11, 12, 13)을 직렬 연결 구성 및 병렬 연결 구성 중 어느 하나로 절체할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 태양광 발전기는 PV+와 PV- 두 터미널을 통해 전압을 출력할 수 있다. 직렬로 구성된 경우 상대적으로 높은 전압을 생성하며 병렬로 구성된 경우 상대적으로 낮은 전압을 생성할 수 있다.
도 6에서는 3개의 태양광 모듈을 나타내었으나, 그 이상 다수의 태양광 모듈에도 적용이 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치의 직렬 연결 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치(10)는 복수개의 스위치들을 이용하여 복수개의 모듈들(11, 12, 13)을 직렬 연결 구성으로 절체하는 것을 알 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 정상 모드 및 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 복수개의 스위치들을 이용하여 복수개의 발전 모듈들(11, 12, 13)을 직렬 연결 구성으로 절체하여 전력을 생산할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 고전압을 생성된 발전 장치(10)의 전력을 DC-AC 변환하여 계통(30)에 송전할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치의 병렬 연결 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치(10)는 복수개의 스위치들을 이용하여 복수개의 모듈들(11, 12, 13)을 병렬 연결 구성으로 절체하는 것을 알 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 정전 모드인 경우, 복수개의 스위치들을 이용하여 복수개의 발전 모듈들(11, 12, 13)을 병렬 연결 구성으로 절체하여 전력을 생산할 수 있다.
이 때, 제1 전력 변환부(110)는 저전압을 생성된 발전 장치(10)의 전력을 DC-DC 변환하여 에너지 저장 장치(20)를 충전 시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 DC-AC 변환된 전력을 계통에 송전할 수 있다(S210).
즉, 단계(S210)는 발전 장치(10)에서 생산된 전력을 변환하여 계통(30)에 송전할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 정전 발생 여부를 확인할 수 있다(S211).
즉, 단계(S211)는 계통(30)이 정상 상태인 경우, 제1 전력 변환부(110)를 계통(30)과 연계하는 정상 모드를 수행할 수 있다.
이 때, 단계(S211)는 계통(30)이 정전 상태인 경우, 제1 전력 변환부(110)와 계통(30)의 연계를 절체하여 제1 전력 변환부(110)를 에너지 저장 장치(20)에 연계하는 정전 모드를 수행할 수 있다(S220).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 에너지 저장 장치(20)를 충전할 수 있다(221).
이 때, 단계(S221)는 정전 모드인 경우, 발전 장치(10)의 DC 전압을 에너지 저장 장치(20)에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 에너지 저장 장치(20)를 충전할 수 있다.
이 때, 단계(S221)는 발전 장치(10)가 생성한 전력을 제1 전력 변환부(110)를 통해 에너지 저장 장치(20)에 충전되기 때문에, 제2 전력 변환부(120)는 사용되지 않을 수 있다.
이 때, 단계(S221)는 에너지 저장 장치(20)의 전압이 기설정된 임계값 이상 도달하게 되는 경우, 충전을 중지할 수 있다. 에너지 저장 장치(20)의 전압은 충전 상태에 따라 변화하므로 제1 전력 변환부(110)의 동작 전압 범위 이내가 되도록 동작을 스스로 멈춤으로써 제1 전력 변환부(110)와 에너지 저장 장치(20)를 보호할 수 있다.
이 때, 발전 장치(10)는 정전 모드인 경우, 저전압으로 전력을 생산하여 에너지 저장 장치(20)를 충전시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 정전 복구 여부를 확인할 수 있다(S222).
즉, 단계(S222)는 계통(30)이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 제1 전력 변환부(110)와 에너지 저장 장치(20)의 연계를 절체하여 제1 전력 변환부(110)를 계통(30)에 연계하는 복전 모드를 수행할 수 있다(S230).
이 때, 단계(S222)는 계통(30)의 정전이 복구되지 않고 에너지 저장 장치(20)의 전압도 기설정된 임계값 미만인 경우, 에너지 저장 장치(20)의 충전을 수행할 수 있다(S221)
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 에너지 저장 장치(20)를 방전할 수 있다(S231).
즉, 단계(S231)는 복전 모드인 경우, 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 DC 전압을 발전 장치(10)에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 제1 전력 변환부(110)에 송전할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 발전 장치(10)와 에너지 저장 장치(20)가 함께 계통에 송전할 수 있다(S232).
즉, 단계(S232)는 복전 모드 인 경우, 발전 장치(10)의 DC 전압을 계통(30)에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 계통에 송전할 수 있다.
이 때, 단계(S232)는 발전 장치(10)가 생산한 전력과 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 전력을 함께 계통(30)에 송전할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치(20)의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 되었는지 확인할 수 있다(S233).
즉, 단계(S233)는 에너지 저장 장치(20)의 충전 전압이 기설정된 임계값 이이하가 되지 않은 경우, 에너지 저장 장치(20)를 방전시켜(S231), 발전 장치(10)가 생산한 전력과 에너지 저장 장치(20)가 방전하는 전력을 함께 계통(30)에 송전할 수 있다(S232).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 변환 방법은 에너지 저장 장치(20)의 방전을 중지할 수 있다(S234).
즉, 단계(S234)는 에너지 저장 장치(20)의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 되면 제2 전력 변환부(120)와 에너지 저장 장치(20)는 동작을 중지하고 도 3에 도시된 바와 같이 전력 변환 장치(100)의 동작 모드를 정상 모드로 변경할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 전력 변환 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10: 발전 장치 11, 12, 13: 발전 모듈
20: 에너지 저장 장치 30: 계통
100: 전력 변환 장치 110: 제1 전력 변환부
120: 제2 전력 변환부 130: 스위치 제어부

Claims (20)

  1. 발전 장치와 연계되어 생산된 전력을 변환하여 계통 및 에너지 저장 장치 중 어느 하나에 송전하는 제1 전력 변환부;
    상기 에너지 저장 장치와 연계되어 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 전력을 변환하여 상기 제1 전력 변환부에 송전하는 제2 전력 변환부; 및
    상기 계통의 상태에 따라 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통 및 상기 에너지 저장 장치 중 어느 하나로 절체하여 상기 제1 전력 변환부의 전력을 송전하는 스위치 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치 제어부는
    상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통과 연계하는 정상 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위치 제어부는
    상기 계통이 정전 상태인 경우, 상기 제1 전력 변환부와 상기 계통의 연계를 절체하여 상기 제1 전력 변환부를 상기 에너지 저장 장치에 연계하는 정전 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스위치 제어부는
    상기 계통이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 상기 제1 전력 변환부와 상기 에너지 저장 장치의 연계를 절체하여 상기 제1 전력 변환부를 상기 계통에 연계하는 복전 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 전력 변환부는
    상기 정전 모드인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 에너지 저장 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 에너지 저장 장치를 충전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 전력 변환부는
    상기 정상 모드 및 상기 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 계통에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 상기 계통에 송전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 전력 변환부는
    상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 DC 전압을 상기 발전 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 제1 전력 변환부에 송전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 전력 변환부는
    상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 될 때까지 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 발전 장치는
    상기 정상 모드 및 상기 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 고전압으로 전력을 생산하여 상기 계통에 송전하고, 상기 정전 모드인 경우, 저전압으로 전력을 생산하여 상기 에너지 저장 장치를 충전시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    복수개의 발전 모듈들과 복수개의 스위치들 포함하고,
    상기 계통의 상태에 따라 상기 복수개의 스위치들을 이용하여 상기 복수개의 발전 모듈들을 직렬 연결 구성 및 병렬 연결 구성 중 어느 하나로 절체하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 발전 장치는
    상기 정상 모드 및 상기 복전 모드 중 어느 하나인 경우, 상기 복수개의 스위치들을 이용하여 상기 복수개의 발전 모듈들을 상기 직렬 연결 구성으로 절체하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 발전 장치는
    상기 정전 모드인 경우, 상기 복수개의 스위치들을 이용하여 상기 복수개의 발전 모듈들을 상기 병렬 연결 구성으로 절체하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  13. 전력 변환 장치를 이용하는 방법에 있어서,
    상기 전력 변환 장치와 연계된 계통이 정상 상태인 경우, 발전 장치에서 생산된 전력을 변환하여 상기 계통에 송전하는 단계;
    상기 계통이 정전 상태인 경우, 상기 발전 장치에서 생산된 전력을 에너지 저장 장치에 충전하는 단계; 및
    상기 계통이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전력을 변환하여 상기 계통에 송전하는 단계는
    상기 계통이 정상 상태인 경우, 상기 발전 장치를 상기 계통과 연계하는 정상 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전력을 변환하여 상기 계통에 송전하는 단계는
    상기 정상 모드인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 계통에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 상기 계통에 송전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전력을 에너지 저장 장치에 충전하는 단계는
    상기 계통이 정전 상태인 경우, 상기 발전 장치와 상기 계통의 연계를 절체하여 상기 발전 장치를 상기 에너지 저장 장치에 연계하는 정전 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전력을 에너지 저장 장치에 충전하는 단계는
    상기 정전 모드인 경우, 상기 발전 장치의 DC 전압을 상기 에너지 저장 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 에너지 저장 장치를 충전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계는
    상기 계통이 정전에서 복구되는 상태인 경우, 상기 발전 장치와 상기 에너지 저장 장치의 연계를 절체하여 상기 발전 장치를 상기 계통에 연계하는 복전 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계는
    상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치가 방전하는 DC 전압을 상기 발전 장치에 상응하는 DC 전압으로 변환하여 상기 발전 장치에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 상응하는 AC 전압으로 변환하여 상기 계통에 송전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치를 방전시켜, 상기 발전기에서 생산된 전력과 함께 상기 계통에 송전하는 단계는
    상기 복전 모드인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 충전 전압이 기설정된 임계값 이하가 될 때까지 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
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