KR20190107794A - 하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 설계 조건을 만족하고, 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)과 기준 전력(PT)을 비교하는 운전 조건을 고려하여 해당 배터리에 전력이 단독 또는 동시에 충전되도록 제1과 제2 전력 변환 시스템 중 적어도 하나의 전력 변환을 제어하는 메카니즘을 제공한다.
이에, 본 발명의 다양한 실시예는 각 배터리의 충전 전력 범위(PCS 출력 범위)를 구분하여 해당 전력 변환 시스템의 충전 제어를 함으로써, PCS 효율을 높여 최대한으로 각 배터리에 전력을 충전시킬 수 있다.

Description

하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING POWER CONVERSION SYSTEM CONNECTED TO HYBRID BATTERY}
본 발명의 다양한 실시예는 전력 변환 시스템의 운전 효율을 향상시키기 위한 충전 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근에는 환경 오염 및 전력 부족 등의 이유로 인해, 신재생 에너지가 각광받고 있는 추세이다. 신재생 에너지는 기존의 화석 연료를 재활용하거나 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로서 태양 에너지, 지열 에너지, 해양 에너지, 바이오 에너지 등을 들 수 있다.
이러한 신재생 에너지를 효율적으로 관리하기 위해 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)이 필요하다. 에너지 저장 시스템은 전력이 남아돌 때 쌓아뒀다가 부족할 때 필요한 전력 계통에 보내 주어 전력 안정화를 꾀할 수 있고, 더 나아가, 정전 등 비상시에도 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 자동차 보급을 위한 핵심 인프라로도 사용될 수 있다.
예를 들면, 에너지 저장 시스템은 피크 부하 대응을 위해 전력 수요가 낮은 오전 및 저녁 시간 대에 발생하는 태양광 생산 전력을 배터리에 저장하여, 전력 수요가 높은 낮 시간에 방전시켜 해당 전력 계통으로 공급하거나, 전력 계통 수요 절감을 위해 위 시간대의 반대로 운전하여 배터리에 저장된 태양광 생산 전력을 해당 전력 계통으로 공급할 수 있다.
그러나, 위와 같은 경우에는 태양광 발전의 예측이 어려워 낮 시간대에 최대발전으로 생기는 전력 계통의 전력망 접속불가가 자주 발생하였고, 넓은 범위의 출력 변동으로 인한 전력 변환 시스템(Power Conversion System)의 운전 효율이 감소하였으며, 전력 계통의 전체 전력량에 대한 에너지 저장 시스템의 연계가 미비하여 전력 안정화가 이루어지지 못한 문제점이 있었다.
한국등록특허 : 제10-1795301호, 등록일자 : 2017년 11월 01일, 발명의 명칭 : PCS 효율을 고려한 마이크로그리드 운영장치 및 운영방법.
본 발명의 다양한 실시예는 설계 조건 및/또는 운전 조건을 고려하여 전력 변환 시스템의 출력 범위를 효율적으로 제어하기 위한 충전 제어 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 설계 조건 및/또는 운전 조건을 고려하여 하이브리드 배터리의 충전 범위를 제어하기 위한 충전 제어 방법 및 시스템을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템의 충전을 제어하기 위한 에너지 저장 시스템으로서, 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 해당 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리 저장 장치로 공급시키는 제1과 제2 전력 변환 시스템; 상기 제1 전력 변환 시스템에 연결된 장주기형 배터리와 상기 제2 전력 변환 시스템에 연결된 단주기형 배터리를 구비한 배터리 저장 장치; 및 상기 제1과 제2 전력 변환 시스템 중 적어도 하나의 전력 변환을 제어하는 에너지 관리 시스템을 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 크고, 상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)과 상기 제2 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P2)의 합이 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰 설계 조건과, 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)과 상기 기준 전력(PT)을 비교하는 운전 조건을 고려하여 상기 전력 변환과 관련한 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되도록 제1 충전 제어 명령을 상기 제1 전력 변환 시스템으로 전송하는 제1 PCS 충전 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 전력 변환 시스템은 상기 제1 충전 제어 명령에 따라 상기 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 장주기형 배터리로 공급할 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되고, 동시에 상기 단주기형 배터리에 제2 충전 전력(B2)이 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템으로 전송하는 제2 PCS 충전 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 전력 변환 시스템은 상기 제2 충전 제어 명령에 따라 상기 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 장주기형 배터리로 공급할 수 있고, 상기 제2 전력 변환 시스템은 상기 제2 충전 제어 명령에 따라 상기 제2 충전 전력(B2)에 해당하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 단주기형 배터리로 공급할 수 있다.
이때, 상기 제1 충전 전력(B1)과 상기 제2 충전 전력(B2)의 합은 상기 전력 출력(Ps)일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템의 충전을 제어하기 위한 에너지 관리 시스템으로서, 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 크고, 상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)과 상기 제2 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P2)의 합이 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰 설계 조건을 판단하는 설계 조건 판단부; 및 상기 설계 조건이 모두 만족하면, 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)과 상기 기준 전력(PT)을 비교하는 운전 조건을 고려하여 장주기형 배터리에 연결된 제1 전력 변환 시스템의 전력 변환과 단주기형 배터리에 연결된 제2 전력 변환 시스템의 전력 변환 중 적어도 하나를 제어하는 운전 조건 판단부를 포함하는 에너지 관리 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 운전 조건 판단부는 상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되도록 제1 충전 제어 명령을 상기 제1 전력 변환 시스템으로 전송하는 제1 PCS 충전 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 운전 조건 판단부는 상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되고, 동시에 상기 단주기형 배터리에 제2 충전 전력(B2)이 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템으로 전송하는 제2 PCS 충전 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 충전 전력(B1)과 상기 제2 충전 전력(B2)의 합은 상기 전력 출력(Ps)일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 에너지 관리 시스템의 충전 제어 방법에 있어서, 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력이 장주기형 배터리에 충전되도록 제1 전력 변환 시스템을 제어하는 단계; 및 상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 상기 전력이 장주기형 배터리 및 단주기형 배터리에 동시에 충전되도록 제1 전력 변환 시스템과 제2 전력 변환 시스템을 제어하는 단계를 포함하는 충전 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 충전 제어 방법은 상기 제1 전력 변환 시스템을 제어하는 단계 이전에, 상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)이 상기 기준 전력(PT)보다 같거나 큰지를 판단하는 단계; 및 상기 판단의 조건이 만족되면, 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)과 상기 제2 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P2)의 합이 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 장주기형 배터리에 충전되는 전력이 제1 충전 전력(B1)이고, 상기 단주기형 배터리에 충전되는 전력이 제2 충전 전력(B2)인 경우, 상기 제1 충전 전력(B1)과 상기 제2 충전 전력(B2)의 합이 상기 전력 출력(Ps)일 수 있고, 상기 제2 충전 전력(B2)은 상기 전력 출력(Ps) - 상기 제1 충전 전력(B1)의 크기를 가지고 상기 단주기형 배터리에 충전되고, 상기 제1 충전 전력(B1)은 전력 출력(Ps) - 상기 제2 충전 전력(B2)의 크기를 가지고 상기 장주기형 배터리에 충전될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 다양한 실시예는 단주기 배터리를 통해 순간적인 출력 변동을 스무싱하고, 장주기 배터리를 통해 신재생 에너지 발전량의 피크 타임과 수요 피크 타임간 타임 시프팅을 달성하여 해당 배터리의 충전 효율을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는 각 배터리의 충전 전력 범위(PCS 출력 범위)를 구분하여 해당 전력 변환 시스템의 충전 제어를 함으로써, PCS 효율을 높여 최대한으로 각 배터리에 전력을 충전시키는 효과가 있다.
이상의 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 도식화하여 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 운전 조건 판단부(420)를 보다 구체적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 3은 도 2의 에너지 관리 시스템의 운전 조건에 따른 해당 배터리 충전 상태를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 충전 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 도 3의 그래프와 비교되는 기존의 시간대를 고려한 태양광 발전 전력의 충전과 방전 상태를 나타낸 그래프이다.
이하의 실시예들 및 특허청구범위에서 개시되는 용어들은 단지 특정한 일례를 설명하기 위하여 사용된 것이지 이들로부터 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 이하의 실시예들 및 특허청구범위에서 개시되는 '포함하다' 또는 '구비하다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 실시예들 및 특허청구범위에서 개시되는 "제1"과 "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 이하의 설명과 특허청구범위에서 개시되는 구성 요소에 대한 접미사인 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니며, 해당 하드웨어 구성의 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록 또는 모듈을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이때, 해당 하드웨어 구성은 제어기를 모듈화한 구성일 수 있지만, 이에 반드시 한정되지는 않는다.
또한, 이하의 설명과 특허청구범위에서 개시되는 하이브리드 배터리는 여러 유형의 배터리가 선택적으로 충전 또는 방전되는 개념으로서 이해되어야 한다.
이하에서는, 다양한 하드웨어 및 방법의 관점에서 관련 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 도식화하여 나타낸 구성도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지 발전 설비(100), 전력 변환 시스템(200; PCS(Power Conversion System)), 배터리 저장 장치(300; BMS (Battery Management System)) 및 에너지 관리 시스템(400)을 포함할 수 있다.
이때, 전력 변환 시스템(200), 배터리 저장 장치(300) 및 에너지 관리 시스템(400)을 총칭하여 '에너지 저장 시스템'이라 지칭할 수 있다.
먼저, 신재생 에너지 발전 설비(100)는 통상적으로 널리 알려진 태양 에너지, 풍력 에너지, 해양 에너지 또는 바이오 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산한 후 출력시킬 수 있다.
예를 들면, 신재생 에너지 발전 설비가 태양광 에너지 설비인 경우 상기 태양광 에너지 설비는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 복수의 태양 전지 모듈(110) 및 상기 태양 전지 모듈(110)로부터 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전력 변환 시스템(200)은 이후에 설명할 에너지 관리 시스템(400)의 임의의 충전 제어 명령에 따라 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력을 직류 전력으로 변환하여 이후에 설명할 배터리 저장 장치(300)로 공급하여 충전시킬 수 있다.
게다가, 전력 변환 시스템(200)은 에너지 관리 시스템(400)의 임의의 방전 제어 명령에 따라 배터리 저장 장치(300)에 구비된 해당 배터리로부터 방사된 교류 전력을 공급받고, 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 해당 전력 계통 설비(500; 줄여 '전력 계통'이라 지칭하기도 함)로 공급시킬 수 있다.
이러한 전력 변환 시스템(200)은 제1 전력 변환 시스템(200A)과 제2 전력 변환 시스템(200B)을 구비할 수 있다. 그러나, 제1 전력 변환 시스템(200A)과 제2 전력 변환 시스템(200B)에 한정되지 않고 보다 많은 전력 변환 시스템으로 이루어질 수도 있다.
배터리 저장 장치(300)는 제1 전력 변환 시스템(200A)에 연결되는 장주기형 배터리(310)와 제2 전력 변환 시스템(200B)에 연결되는 단주기형 배터리(320)를 구비할 수 있다.
이때, 언급된 장주기형 배터리(310) 및 단주기형 배터리(320)는 각각 리튬 이온 계열일 수 있으며, 상기 장주기형 배터리(310)는 리튬 이온 계열 중 Na-ion 계열인 것이 바람직하고, 상기 단주기형 배터리(320)는 리튬 이온 계열 중 Li-ion 계열인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 장주기형 배터리(310) 및 단주기형 배터리(320)는 리튬 이온 계열의 배터리와 각 해당 리튬 이온 계열의 배터리에 한정되지는 않는다.
예를 들면, 장주기형 배터리(310) 및 단주기형 배터리(320)는 납 배터리 계열, 나트륨 황 계열 및 레독스 흐름 계열의 각기 다른 유형의 배터리일 수도 있음은 물론이다.
본 실시예에서, 에너지 관리 시스템(400)은 전술한 제1과 제2 전력 변환 시스템(200A,200B) 중 적어도 하나의 전력 변환을 제어하기 위하여 제어기(400A) 및 데이터 저장부(430)를 포함하고, 상기 제어기(400A)는 설계 조건 판단부(410) 및 운전 조건 판단부(420)를 포함할 수 있다.
여기서, 설계 조건 판단부(410)는 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 큰지의 설계 조건을 판단하고, 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 크면 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)과 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2)의 합이 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰지의 설계 조건을 판단할 수 있다.
이때, 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)과 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2) 및 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)은 기설정되어 데이터 저장부(430, 예: '메모리' 또는 '데이터베이스'를 포함함)에 각각 저장된 값인 것이 바람직하지만, 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)은 제1 전력 변환 시스템(200A)으로부터 획득된 값일 수 있고, 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2)은 제2 전력 변환 시스템(200B)으로부터 획득되는 값일 수도 있다.
언급된 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)은 제1 전력 변환 시스템(200A)이 수용 가능한 전력의 최대 크기를 가리키고, 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2)은 제2 전력 변환 시스템(200B)이 수용 가능한 전력의 최대 크기를 가리키며, 신재생 에너지 발전 설비(100)의 최대 전력 출력(Pmax)은 해당 에너지 설비를 통해 생산해낸 전력의 최대 크기를 가리킨다.
일 실시예에서, 운전 조건 판단부(420)는 전술한 설계 조건이 모두 만족하면, 제1과 제2 전력 변환 시스템(200A, 200B) 중 적어도 하나의 전력 변환을 실질적으로 제어하기 위하여 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps)과 데이터 저장부(430)에 기 저장된 기준 전력(PT)을 비교하는 운전 조건을 고려하여 전력 변환과 관련한 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템(200A, 200B)으로 전송할 수 있다.
이러한 운전 조건 판단부(420)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 운전 조건 판단부(420)를 보다 구체적으로 나타낸 블럭 구성도이고, 도 3은 도 2의 에너지 관리 시스템의 운전 조건에 따른 해당 배터리 충전 상태를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 운전 조건 판단부(420)는 제1과 제2 전력 변환 시스템(200A, 200B) 중 적어도 하나의 전력 변환을 실질적으로 제어하는 운전 조건을 판단하기 위하여, 제1 PCS 충전 제어부(421) 및 제2 PCS 충전 제어부(422)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 PCS 충전 제어부(421)는 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps)이 데이터 저장부(430)에 기 저장된 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 제1 전력 변환 시스템(200A)에 연결된 장주기형 배터리(310)에 제1 충전 전력(B1)이 충전되도록 제1 충전 제어 명령을 제1 전력 변환 시스템(200A)으로 전송할 수 있다.
이러면, 제1 전력 변환 시스템(200A)은 전술한 제1 PCS 충전 제어부(421)의 제1 충전 제어 명령에 따라 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 제공받고, 제공받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 장주기형 배터리(310)로 공급함으로써, 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 전력을 장주기형 배터리(310)에서 충전시킬 수 있을 것이다.
본 실시예에서, 제2 PCS 충전 제어부(422)는 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps)이 데이터 저장부(430)에 기 저장된 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 제1 전력 변환 시스템(200A)에 연결된 장주기형 배터리(310)에 제1 충전 전력(B1)이 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 제1 전력 변환 시스템(200A)으로 전송하고, 동시에 제2 전력 변환 시스템(200B)에 연결된 단주기형 배터리(320)에 제2 충전 전력(B2)이 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 제2 전력 변환 시스템(200B)으로 전송할 수 있다.
이러면, 제1 전력 변환 시스템(200A)은 전술한 제2 PCS 충전 제어부(422)의 제2 충전 제어 명령에 따라 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 제공받고, 제공받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 장주기형 배터리(310)로 공급함으로써, 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 전력을 장주기형 배터리(310)에서 충전시킬 수 있을 것이다.
이와 동시에, 제2 전력 변환 시스템(200B)은 전술한 제2 PCS 충전 제어부(422)의 제2 충전 제어 명령에 따라 제2 충전 전력(B2)에 해당하는 교류 전력을 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 제공받고, 제공받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 단주기형 배터리(320)로 공급함으로써, 제2 충전 전력(B2)에 해당하는 전력을 단주기형 배터리(320)에서 충전시킬 수 있을 것이다.
여기서, 전술한 장주기형 배터리(310)에 충전되는 전력이 제1 충전 전력(B1)이고, 단주기형 배터리(320)에 충전되는 전력이 제2 충전 전력(B2)인 경우, 제1 충전 전력(B1)과 제2 충전 전력(B2)의 합이 신재생 에너지 발전 설비(100)에서 출력되는 전력 출력(Ps)일 수 있다.
이런 경우, 단주기형 배터리(320)에 충전되는 제2 충전 전력(B2)은 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps) - 장주기형 배터리(310)에 충전되는 제1 충전 전력(B1)의 크기만큼 단주기형 배터리(320)에 충전될 것이고, 장주기형 배터리(310)에 충전되는 제1 충전 전력(B1)은 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps) - 단주기형 배터리(320)에 충전되는 제2 충전 전력(B2)의 크기만큼 장주기형 배터리(310)에 충전될 것이다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 관리 시스템의 충전 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 이때, 전술한 도 3은 도 4의 630 단계 및 640 단계를 설명할 때 보조적으로 인용하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충전 제어 방법은 610 단계 내지 640 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 610 단계에서, 에너지 관리 시스템(400)은 메모리에 기 저장되거나 제1 전력 변환 시스템(200A)으로부터 획득한 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)이 메모리에 기 저장된 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 큰지의 설계 조건을 판단할 수 있다.
예를 들면, 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)이 기준 전력(PT)보다 같거나 크면, 1차적으로 복수의 전력 변환 시스템(200A, 200B)이 정상적인 설계 조건을 갖춘 것으로 간주하고, 최대 수용 전력(P1)이 기준 전력(PT)보다 같거나 크지 않으면, 1차적으로 복수의 전력 변환 시스템(200A, 200B)이 비정상적인 설계 조건을 갖는 것으로 간주할 수 있다.
620 단계에서, 에너지 관리 시스템(400)은 전술한 1차적인 설계 조건이 정상이면, 메모리에 기 저장되거나 제1 전력 변환 시스템(200A)으로부터 획득한 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)과 메모리에 기 저장되거나 제2 전력 변환 시스템(200B)으로부터 획득한 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2)의 합이 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰지의 설계 조건을 판단할 수 있다.
예를 들면, 에너지 관리 시스템(400)은 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)과 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2)의 합이 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 크면, 2차적으로 복수의 전력 변환 시스템(200A, 200B)이 정상적인 설계 조건을 갖춘 것으로 간주하고, 제1 전력 변환 시스템(200A)의 최대 수용 전력(P1)과 제2 전력 변환 시스템(200B)의 최대 수용 전력(P2)의 합이 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 크지 않으면, 2차적으로 복수의 전력 변환 시스템(200A, 200B)이 비정상적인 설계 조건을 갖는 것으로 간주할 수 있다.
630 단계에서, 에너지 관리 시스템(400)은 도 4 및 도 3에서와 같이, 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 전송받은 전력 출력(Ps)이 메모리에 기 저장된 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력이 장주기형 배터리(310)에 충전되도록 제1 충전 제어 명령을 통해 제1 전력 변환 시스템(200A)을 제어할 수 있다.
이러면, 제1 전력 변환 시스템(200A)은 에너지 관리 시스템(400)으로부터 전송된 제1 충전 제어 명령에 따라 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 제공받고, 제공받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 장주기형 배터리(310)로 공급함으로써, 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 전력을 장주기형 배터리(310)에서 충전시킬 수 있을 것이다.
640 단계에서, 에너지 관리 시스템(400)은 도 4 및 도 3에서와 같이, 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 전송받은 전력 출력(Ps)이 메모리에 기 저장된 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력(Ps)이 장주기형 배터리(310) 및 단주기형 배터리(320)에 동시에 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 통해 제1 전력 변환 시스템(200A)과 제2 전력 변환 시스템(200B)을 제어할 수 있다.
이러면, 제1 전력 변환 시스템(200A)은 전술한 제2 충전 제어 명령에 따라 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 제공받고, 제공받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 장주기형 배터리(310)로 공급함으로써, 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 전력을 장주기형 배터리(310)에서 충전시킬 수 있을 것이다.
이와 동시에, 제2 전력 변환 시스템(200B)은 전술한 제2 충전 제어 명령에 따라 제2 충전 전력(B2)에 해당하는 교류 전력을 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 제공받고, 제공받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 단주기형 배터리(320)로 공급함으로써, 제2 충전 전력(B2)에 해당하는 전력을 단주기형 배터리(320)에서 충전시킬 수 있을 것이다.
여기서, 전술한 장주기형 배터리(310)에 충전되는 전력이 제1 충전 전력(B1)이고, 단주기형 배터리(320)에 충전되는 전력이 제2 충전 전력(B2)인 경우, 제1 충전 전력(B1)과 제2 충전 전력(B2)의 합이 신재생 에너지 발전 설비(100)에서 출력되는 전력 출력(Ps)일 수 있다.
이런 경우, 단주기형 배터리(320)에 충전되는 제2 충전 전력(B2)은 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps) - 장주기형 배터리(310)에 충전되는 제1 충전 전력(B1)의 크기만큼 단주기형 배터리(320)에 충전될 것이고, 장주기형 배터리(310)에 충전되는 제1 충전 전력(B1)은 신재생 에너지 발전 설비(100)로부터 출력된 전력 출력(Ps) - 단주기형 배터리(320)에 충전되는 제2 충전 전력(B2)의 크기만큼 장주기형 배터리(310)에 충전될 것이다.
<비교 실시예>
도 5는 본 실시예들에 따른 도 3의 그래프와 비교되는 기존의 시간대를 고려한 태양광 발전 전력의 충전과 방전 상태를 나타낸 그래프이다.
도 3 및 도 5를 비교해 보면, 도 3에 도시된 본 실시예들의 전력 출력(Ps)이 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 본 실시예들은 장주기형 배터리(310)에 제1 충전 전력(B1)을 충전시킬 수 있고, 전력 출력(Ps)이 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 장주기형 배터리(310)에 제1 충전 전력(B1)을 충전시킬 수 있고, 동시에 단주기형 배터리(320)에 제2 충전 전력(B2)을 충전시킬 수 있었다.
이처럼, 본 실시예서는 각 배터리의 충 전력값 범위(PCS 출력 범위)를 구분함으로써, 각 배터리의 충전 효율과 PCS(전력 변환 시스템) 효율을 높일 수 있었다.
반면, 도 5에 도시된 그래프에서는 시간대, 예컨대 10시 내지 16시의 시간대 범위면 방전이 일어나고, 나머지 시간대에 충전이 일어나도록 하는 시간대만을 고려하여 해당 배터리에 전력을 충전시킴으로써, 최대의 배터리 충전이 이루어지지 않아, 각 배터리의 충전 효율과 PCS(전력 변환 시스템) 효율이 떨어질 수 밖에 없었다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상과 필수적 특징을 유지한 채로 다른 형태로도 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
따라서 이상에서 기술한 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 앞의 실시예들로만 제한하고자 하는 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 얻기 위해 예시적으로 도시한 순서에 불과하며, 다른 단계들이 더 추가되거나 일부 단계들이 삭제될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 범위는 특허청구범위에 의하여 규정되어질 것이지만, 특허청구범위 기재사항으로부터 직접적으로 도출되는 구성은 물론 그와 등가인 구성으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 신재생 에너지 발전 설비
200 : 전력 변환 시스템
300 : 배터리 저장 장치
310 : 장주기형 배터리
320 : 단주기형 배터리
200A : 제1 전력 변환 시스템
200B : 제2 전력 변환 시스템
400 : 에너지 관리 시스템
400A: 제어기
410 : 설계 조건 판단부
420 : 운전 조건 판단부
421 : 제1 PCS 충전 제어부
422 : 제2 PCS 충전 제어부
430 : 데이터 저장부
500 : 전력 계통 설비

Claims (14)

  1. 하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템의 충전을 제어하기 위한 에너지 저장 시스템으로서,
    신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 해당 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리 저장 장치로 공급시키는 제1과 제2 전력 변환 시스템;
    상기 제1 전력 변환 시스템에 연결된 장주기형 배터리와 상기 제2 전력 변환 시스템에 연결된 단주기형 배터리를 구비한 배터리 저장 장치; 및
    상기 제1과 제2 전력 변환 시스템 중 적어도 하나의 전력 변환을 제어하는 에너지 관리 시스템;을 포함하고,
    상기 에너지 관리 시스템은,
    상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 크고, 상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)과 상기 제2 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P2)의 합이 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰 설계 조건과, 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)과 상기 기준 전력(PT)을 비교하는 운전 조건을 고려하여 상기 전력 변환과 관련한 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템으로 전송하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은,
    상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되도록 제1 충전 제어 명령을 상기 제1 전력 변환 시스템으로 전송하는 제1 PCS 충전 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전력 변환 시스템은,
    상기 제1 충전 제어 명령에 따라 상기 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 장주기형 배터리로 공급하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은,
    상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되고, 동시에 상기 단주기형 배터리에 제2 충전 전력(B2)이 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템으로 전송하는 제2 PCS 충전 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전력 변환 시스템은,
    상기 제2 충전 제어 명령에 따라 상기 제1 충전 전력(B1)에 해당하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 장주기형 배터리로 공급하고,
    상기 제2 전력 변환 시스템은,
    상기 제2 충전 제어 명령에 따라 상기 제2 충전 전력(B2)에 해당하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 단주기형 배터리로 공급하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 충전 전력(B1)과 상기 제2 충전 전력(B2)의 합은 상기 전력 출력(Ps)인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템의 충전을 제어하기 위한 에너지 관리 시스템으로서,
    제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 같거나 크고, 상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)과 상기 제2 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P2)의 합이 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰 설계 조건을 판단하는 설계 조건 판단부; 및
    상기 설계 조건이 모두 만족하면, 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)과 상기 기준 전력(PT)을 비교하는 운전 조건을 고려하여 장주기형 배터리에 연결된 제1 전력 변환 시스템의 전력 변환과 단주기형 배터리에 연결된 제2 전력 변환 시스템의 전력 변환 중 적어도 하나를 제어하는 운전 조건 판단부;
    를 포함하는 에너지 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 운전 조건 판단부는,
    상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되도록 제1 충전 제어 명령을 상기 제1 전력 변환 시스템으로 전송하는 제1 PCS 충전 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 운전 조건 판단부는,
    상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 상기 장주기형 배터리에 제1 충전 전력(B1)이 충전되고, 동시에 상기 단주기형 배터리에 제2 충전 전력(B2)이 충전되도록 제2 충전 제어 명령을 해당 전력 변환 시스템으로 전송하는 제2 PCS 충전 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 충전 전력(B1)과 상기 제2 충전 전력(B2)의 합은 상기 전력 출력(Ps)인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 시스템.
  11. 에너지 관리 시스템의 충전 제어 방법에 있어서,
    신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력 출력(Ps)이 충전 판단의 기준이 되는 기준 전력(PT)보다 작은 제1 영역과 제3 영역의 운전 조건이면, 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 전력이 장주기형 배터리에 충전되도록 제1 전력 변환 시스템을 제어하는 단계; 및
    상기 전력 출력(Ps)이 상기 기준 전력(PT)보다 큰 제2 영역의 운전 조건이면, 상기 전력이 장주기형 배터리 및 단주기형 배터리에 동시에 충전되도록 제1 전력 변환 시스템과 제2 전력 변환 시스템을 제어하는 단계;
    를 포함하는, 충전 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전력 변환 시스템을 제어하는 단계 이전에,
    상기 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)이 상기 기준 전력(PT)보다 같거나 큰지를 판단하는 단계; 및
    상기 판단의 조건이 만족되면, 제1 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P1)과 상기 제2 전력 변환 시스템의 최대 수용 전력(P2)의 합이 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 출력된 최대 전력 출력(Pmax)보다 같거나 큰지를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 장주기형 배터리에 충전되는 전력이 제1 충전 전력(B1)이고, 상기 단주기형 배터리에 충전되는 전력이 제2 충전 전력(B2)인 경우, 상기 제1 충전 전력(B1)과 상기 제2 충전 전력(B2)의 합이 상기 전력 출력(Ps)인 것을 특징으로 하는 충전 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 충전 전력(B2)은 상기 전력 출력(Ps) - 상기 제1 충전 전력(B1)의 크기를 가지고 상기 단주기형 배터리에 충전되고, 상기 제1 충전 전력(B1)은 전력 출력(Ps) - 상기 제2 충전 전력(B2)의 크기를 가지고 상기 장주기형 배터리에 충전되는 것을 특징으로 하는 충전 제어 방법.
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