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KR101651772B1 - 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템 - Google Patents

다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템 Download PDF

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KR101651772B1
KR101651772B1 KR1020150014366A KR20150014366A KR101651772B1 KR 101651772 B1 KR101651772 B1 KR 101651772B1 KR 1020150014366 A KR1020150014366 A KR 1020150014366A KR 20150014366 A KR20150014366 A KR 20150014366A KR 101651772 B1 KR101651772 B1 KR 101651772B1
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South Korea
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power
battery
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power control
battery rack
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KR1020150014366A
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권용효
김말수
이명준
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주식회사 포스코아이씨티
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Abstract

시스템 효율성을 향상시킬 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템은, 복수개의 제1 배터리 랙을 포함하는 제1 배터리 관리 장치 및 상기 제1 배터리 랙을 충방전시키는 제1 전력 조절 장치로 구성된 제1 에너지 관리 장치; 복수개의 제2 배터리 랙을 포함하는 제2 배터리 관리 장치 및 상기 제2 배터리 랙을 충방전시키는 제2 전력 조절 장치를 포함하는 제2 에너지 관리 장치; 및 전력계통에서 요구되는 전력량에 기초하여 상기 제1 및 제2 에너지 관리 장치의 충방전을 결정하고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치를 통해 출력되는 전력량의 제한값을 조절하는 전력 관리 장치를 포함하고, 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 배터리 랙은 공통으로 연결되고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치는 상기 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙 모두와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템{Power Controlling System Using ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다. 최근에는 일시적으로 부하가 몰리면서 피크 부하가 발생하거나 전력계통에 이상이 발생하는 경우에도 안정적으로 전력을 공급하는 다양한 기술들이 개발되고 있다.
이러한 기술 중 하나로서, 계통의 잉여 전력을 저장하거나 계통의 부족 전력을 부하에 공급해주는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)이 있다.
에너지 저장 시스템은 야간의 잉여 전력이나 풍력, 태양광 등의 신재생 에너지에서 발전된 잉여 전력을 저장하였다가 피크 부하 또는 계통 사고로 계통 전력의 공급이 일시적으로 중단될 때 저장된 전력을 계통 또는 부하에 공급한다. 이를 통해, 계통 전력을 안정화시키고, 계통에 이상이 발생하더라도 부하에 지속적으로 전력을 공급할 수 있다.
특히, 최근 다양한 신재생 에너지원의 출현으로 인해 부각되고 있는 마이크로 그리드(Micro-Grid)에도 이러한 에너지 저장 시스템이 이용될 수 있다.
이하에서는 도 1을 참조하여 종래의 에너지 저장 시스템에 대하여 개략적으로 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 에너지 저장 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 에너지 저장 시스템(100)은 배터리를 제어하는 배터리 관리 장치(Battery Management System, BMS, 110), 전력 변환을 담당하는 전력 조절 장치(Power Conditioning System, PCS, 120), 및 배터리 관리 장치(110)와 전력 조절 장치(120)의 동작을 제어하는 전력 관리 장치(Power Management System, PMS, 130)를 포함한다.
먼저, 배터리 관리 장치(110)는 하나 이상의 배터리 랙(Rack, 115)을 포함하고, 전력 관리 장치(130)의 제어에 의하여 하나 이상의 배터리 랙(115)에 전력을 충전하거나, 하나 이상의 배터리 랙(115)에 저장된 전력을 방전한다. 여기서, 배터리 랙(115)은 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)되어 있는 것에 상응한다.
다음, 전력 조절 장치(120)는 배터리 관리 장치(110)와 전력계통(140)을 연결하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 조절 장치(120)는 배터리 관리 장치(110)에 연결되어 계통의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리 관리 장치(110)로 출력하거나, 배터리 랙의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력계통(140)으로 출력한다.
상술한 배터리 관리 장치(110)와 전력 조절 장치(120)는 복수 개로 구성될 수 있다. 이때, 복수의 배터리 관리 장치들(110)과 복수의 전력 조절 장치들(120)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 1대1로 대응되어 연결된다.
즉, 제1 배터리 랙(115a)을 포함하는 제1 배터리 관리 장치(110a)는 제1 전력 조절 장치(120a)와 연결되고, 제2 배터리 랙(115b)을 포함하는 제2 배터리 관리 장치(110b)는 제2 전력 조절 장치(120b)와 연결된다.
이에 따라, 제1 배터리 랙(115a)에 저장된 전력은 제1 배터리 관리 장치(110a)에 대응되는 제1 전력 조절 장치(120a)를 통해 전력계통(140)으로 공급되고, 제2 배터리 랙(115b)에 저장된 전력은 제2 배터리 관리 장치(110b)에 대응되는 제2 전력 조절 장치(120b)를 통해 전력계통(140)으로 공급된다.
상술한 바와 같은 종래의 에너지 저장 시스템은 공개특허공보 제10-2012-0088064호에도 개시되어 있다. 이러한 종래의 에너지 저장 시스템은 상술한 바와 같이 배터리 관리 장치(110)와 전력 조절 장치(120)가 1대1 구조로 되어 있기 때문에 복수의 전력 조절 장치들(120) 중 일부에 고장이 발생하거나 복수의 배터리 랙들(115) 중 일부에 고장이 발생하면 시스템 운전을 정지하고, 고장난 전력 조절 장치를 수리한 후 재가동 해야 한다.
한편, 전력 관리 장치(130)는 배터리 관리 장치(110)로부터 하나 이상의 배터리 랙(115)의 SOC(State Of Charge, SOC)을 수신하고, 하나 이상의 배터리 랙(115) 간의 SOC이 크게 차이가 나면 시스템 운전을 정지한다. 그리고, 전력 관리 장치(130)는 관리자 모드에서 하나 이상의 배터리 랙(115)에 전력을 충전 또는 방전하고, 이를 통해 SOC 차이가 일정값 이하가 되면 시스템을 재가동한다.
상술한 바와 같이, 종래의 에너지 저장 시스템은 고장이 발생하지 않은 전력 조절 장치 및 배터리 랙을 이용할 수 있음에도 고장 처리를 위하여 시스템 전체에 대하여 운전을 정지해야 한다. 또한, 종래의 에너지 저장 시스템은 배터리 랙(115) 간의 SOC 불평형을 해소하기 위하여 시스템 전체에 대하여 운전을 정지해야 한다.
이로 인하여, 종래의 에너지 저장 시스템은 시스템의 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 에너지 저장 시스템은 시스템 운전이 정지될 때 계통 전력이 불안정해지고, 비상시 중요부하에 전력을 안정적으로 공급할 수 없다는 다른 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 전력 조절 장치들 및 복수의 배터리 랙들을 최대한 효율적으로 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 배터리 랙들 간에 SOC 불평형이 발생하는 것을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 시스템 운전을 정지하지 않고 부분별 고장처리가 가능한 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템은, 복수개의 제1 배터리 랙을 포함하는 제1 배터리 관리 장치 및 상기 제1 배터리 랙을 충방전시키는 제1 전력 조절 장치로 구성된 제1 에너지 관리 장치; 복수개의 제2 배터리 랙을 포함하는 제2 배터리 관리 장치 및 상기 제2 배터리 랙을 충방전시키는 제2 전력 조절 장치를 포함하는 제2 에너지 관리 장치; 및 전력계통에서 요구되는 전력량에 기초하여 상기 제1 및 제2 에너지 관리 장치의 충방전을 결정하고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치를 통해 출력되는 전력량의 제한값을 조절하는 전력 관리 장치를 포함하고, 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 배터리 랙은 공통으로 연결되고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치는 상기 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙 모두와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템은, 복수개의 제1 배터리 랙을 포함하는 제1 배터리 관리 장치 및 상기 제1 배터리 랙을 충방전시키는 제1 전력 조절 장치로 구성된 제1 에너지 관리 장치; 복수개의 제2 배터리 랙을 포함하는 제2 배터리 관리 장치 및 상기 제2 배터리 랙을 충방전시키는 제2 전력 조절 장치를 포함하는 제2 에너지 관리 장치; 상기 복수개의 제1 배터리 랙을 상기 제1 전력 조절 장치에 전기적으로 연결시키는 복수개의 제1 스위칭 장치; 상기 복수개의 제2 배터리 랙을 상기 제2 전력 조절 장치에 전기적으로 연결시키는 제2 스위칭 장치; 및 전력계통에서 요구되는 전력량에 기초하여 상기 제1 및 제2 에너지 관리 장치의 충방전을 결정하고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치를 통해 출력되는 전력량의 제한값을 조절하는 전력 관리 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 장치는, 상기 복수개의 제1 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙 중 어느 하나에 고장이 발생하거나 SOC의 편차가 일정값을 초과하는 불균형 배터리 랙이 존재하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 배터리 랙 또는 상기 불균형 배터리 랙에 연결된 스위칭 장치를 오프시켜 상기 고장이 발생된 배터리 랙 또는 상기 불균형 배터리 랙을 상기 제1 또는 제2 전력 조절 장치로부터 분리시키고, 상기 전력량의 제한값을 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수의 배터리 랙들을 모두 공통단자로 묶어서 복수의 전력 조절 장치들과 연결시킴으로써 복수의 전력 조절 장치들 및 복수의 배터리 랙들 중 일부가 고장이 나더라도 나머지 장치들을 사용하여 전력을 충전 또는 방전시키는 것이 가능하므로, 시스템에 운전 가능한 자원을 최대한 효율적으로 사용할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 배터리 랙들 앞단에 스위치를 설치함으로써 특정 배터리 랙에 고장이 발생하는 경우 스위치를 오프시키고 해당 배터리 랙만 분리하여 보수가 가능하고, 시스템은 계속 운영할 수 있으므로, 시스템의 연속성 및 안정성을 보장할 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 배터리 랙들을 모두 공통단자로 묶음으로써 배터리 관리 장치 내부에서 복수의 배터리 랙들 간의 SOC 밸런싱(balancing) 제어가 가능하므로, 복수의 배터리 랙들 간에 SOC 불균형이 발생하는 것을 방지할 수 있다는 다른 효과가 있다.
도 1은 종래의 에너지 저장 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 전력 관리 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 전력 관리 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 고장처리 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 SOC 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 전력 제어 시스템(이하, '전력 제어 시스템'이라 함)을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)은 배터리 관리 장치(Battery Conditioning System: BCS, 210) 및 전력 조절 장치(Power Conditioning System: PCS, 220)를 포함하는 다수의 에너지 저장 장치(205)와, 다수의 에너지 저장 장치(Energy Storage System, 205)의 동작을 제어하는 전력 관리 장치(Power Management System: PMS, 230)를 포함한다.
도 2에서는 설명의 편의를 위해 하나의 에너지 저장 장치(205)가 하나의 전력 조절 장치(220)만을 포함하는 것으로 도시하였지만, 하나의 에너지 저장 장치(250)가 복수개의 전력 조절 장치(220)를 포함할 수도 있을 것이다.
먼저, 다수의 에너지 저장 장치(205)들은 전력 관리 장치(230)의 제어에 의하여 전력계통(240)으로부터 공급되는 전력을 배터리 랙(215)에 충전하거나, 배터리 랙(215)에 저장된 전력을 전력계통(240)에 공급한다.
이하, 배터리 관리 장치(210) 및 전력 조절 장치(220)를 포함하는 다수의 에너지 저장 장치(205)의 구성을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 에너지 저장 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
먼저, 각 에너지 저장 장치(205)에 포함된 배터리 관리 장치(210)들은 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)된 배터리 랙(215) 및 각 배터리 관리 장치(210)의 동작을 제어하기 위한 BCS 제어기(217)를 포함한다.
여기서, 배터리 랙(215)은 복수개이며, 도 2에서는 하나의 배터리 관리 장치(210)가 3개의 배터리 랙을 포함하는 것으로 가정하여 설명한다. 일 실시예에 있어서, 본 발명은 각 에너지 저장 장치(205)의 배터리 관리 장치(210)에 포함되어 있는 모든 배터리 랙(215)들을 공통단자로 묶는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 경우 제1 에너지 저장 장치(205a)의 제1 배터리 관리 장치(210a)에 포함된 제1 배터리 랙(215a)과 제2 에너지 저장 장치(205b)의 제2 배터리 관리 장치(210b)에 포함된 제2 배터리 랙(215b) 모두는 공통단자로 묶여 있다.
이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)의 경우 에너지 저장 장치(505) 단위 별로 배터리 랙의 SOC(State of Charge)간의 불평형이 발생하더라도 각 에너지 저장 장치(505)들의 배터리 랙(515)들이 모두 서로 공통단자로 묶여 있기 때문에 에너지 저장 장치(505) 단위 별로 SOC 균형이 이루어지게 된다.
각 배터리 관리 장치(210)에 포함된 BCS 제어기(217)는 해당 배터리 관리 장치(210)에 포함된 배터리 랙(215)들의 상태를 모니터링하여 배터리 랙 상태 정보를 생성하고, 생성된 배터리 랙 상태 정보를 전력 관리 장치(230)로 제공한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 랙 상태 정보는 각 배터리 랙에 충전되어 있는 전력량, 상기 각 배터리 랙의 전류값, 상기 각 배터리 랙 의 SOC 정보, 상기 각 배터리 랙의 성능 상태값(State Of Health, SOH) 정보, 상기 각 배터리 랙의 정격용량, 및 상기 각 배터리 랙의 고장상태 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음, 각 에너지 저장 장치(205)에 포함된 각 전력 조절 장치(220)는 배터리 관리 장치(210)와 전력계통(240)을 연결하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 조절 장치(220)는 배터리 관리 장치(210)에 포함된 배터리 랙(215)에 전력계통(240)의 잉여 전력을 충전시키거나, 배터리 랙(215)에 저장된 전력을 전력계통(240)에 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조절 장치(220)는 스위치 기어(310), 변압기(320), 전력 변환부(330), 및 PCS 제어기(340)를 포함한다.
스위치 기어(310)는 전력계통(240)과 전력 조절 장치(220)를 연결시킨다. 이러한 스위치 기어(310)는 전력 관리 장치(230)에 의해 생성된 제어 명령에 따라 PCS 제어기(340)에 의해 온오프 될 수 있다. 구체적으로, 스위치 기어(310)는 PCS 제어기(340)에 의해 전력 변환부(330)에 오류, 예컨대, 과전류 또는 고장이 발생된 것으로 판단되면 PCS 제어기(340)에 의해 오프되어 전력 조절 장치(220)와 전력계통(240)과의 연결을 차단시키게 된다.
변압기(320)는 전력계통(240)으로부터 전력 변환부(330)로 입력되는 교류 전압을 전력 변환부(330)에서 운용 가능한 교류 전압으로 감압하거나, 전력 변환부(330)로부터 출력되는 교류 전압을 전력계통(240)에서 운용 가능한 교류 전압으로 승압하는 역할을 수행한다.
전력 변환부(330)는 전력계통(240)으로부터 제공되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하거나, 배터리 관리 장치(210)로부터 제공되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력한다.
PCS 제어기(340)는 전력 관리 장치(230)로부터 출력 지령치를 전달 받고, 전력 변환부(330)가 출력 지령치에 해당하는 전력을 출력하도록 전력 변환부(330)를 제어한다.
또한, PCS 제어기(340)는 전력 조절 장치(220)의 상태를 모니터링하여 전력 조절 장치 상태 정보를 생성하고, 생성된 전력 조절 장치 상태 정보를 전력 관리 장치(230)로 전달한다. 일 실시예에 있어서, 전력 조절 장치(220)의 상태 정보는 전력 조절 장치의 고장 정보, 전력 조절 장치(220)의 출력 지령치, 및 전력 조절 장치(220)의 실제 출력 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, PCS 제어기(340)는 전력 관리 장치(230)로부터 스위치 기어(310)의 차단 명령이 수신되면, 스위치 기어(310)를 차단하여 전력 조절 장치(220)와 전력 계통(240)간의 연결을 차단시킨다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 모든 전력 조절 장치(220)들은 서로 공통단자로 묶여 있는 모든 배터리 랙(215)들과 전기적으로 연결된다.
즉, 본 발명의 경우 모든 배터리 랙(215)들이 공통단자로 묶여 있기 때문에 제1 에너지 저장 장치(205a)에 포함된 제1 전력 조절 장치(220a)는 제1 에너지 저장 장치(205a)의 제1 배터리 랙(215a) 뿐만 아니라 제2 에너지 저장 장치(205b)의 제2 배터리 랙(215b)과도 전기적으로 연결되고, 제2 에너지 저장 장치(205b)에 포함된 제2 전력 조절 장치(220b)는 제2 에너지 저장 장치(205b)의 제2 배터리 랙(215b) 뿐만 아니라 제1 에너지 저장 장치(205a)의 제1 배터리 랙(215a)과도 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 제1 에너지 저장 장치(205a)에 포함된 제1 전력 조절 장치(220a)는 전력계통(240)으로부터 제공되는 전력을 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(215a, 215b)에 모두 충전시키거나, 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(215a, 215b)에 저장된 전력을 전력계통(240)으로 제공할 수 있다. 제2 에너지 저장 장치(205b)에 포함된 제2 전력 조절 장치(220b) 또한 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(215a, 215b)과 연결되어, 전력계통(240)으로부터 제공되는 전력을 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(215a, 215b)에 모두 충전시키거나, 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(215a, 215b)에 저장된 전력을 전력계통(240)에 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)은, 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 각 에너지 저장 장치(205)에 포함된 모든 전력 조절 장치(220)들이 각 에너지 저장 장치(205)에 포함된 모든 배터리 랙(215)들과 연결 가능하므로, 전력 조절 장치들 중 어느 하나가 고장 나더라도 다른 전력 조절 장치들을 통해 서로 공통단자로 묶여 있는 배터리 랙들(215)에 전력을 충전시키거나, 서로 공통단자로 묶여 있는 배터리 랙(215)들에 저장된 전력을 전력계통(240)으로 제공할 수 있게 된다.
즉, 종래의 에너지 저장 시스템(100)은 고장난 전력 조절 장치와 연결된 배터리 랙을 사용하지 못하였지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)은 각 에너지 저장 장치(205)에 포함된 전력 조절 장치들(220) 중 일부에 고장이 나더라도 고장이 발생된 전력 조절 장치가 포함된 에너지 저장 장치의 배터리 랙(215)의 동작에는 영향을 주지 않게 된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)은 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 비교해서 시스템 효율성이 크게 향상된다.
다시 도 2를 참조하면, 전력 관리 장치(230)는 다수의 에너지 저장 장치(205)의 충방전 여부를 결정하고, 상기 충방전 여부에 다수의 에너지 저장 장치(205)의 동작을 제어한다.
또한, 전력 관리 장치(230)는 각 에너지 저장 장치(205)들의 PCS 제어기(340)로부터 전력 조절 장치 상태 정보를 수신하여 각 전력 조절 장치(220)의 고장 상태상태를 모니터링하고, 고장여부에 따라 각 에너지 저장 장치(205)들의 스위치 기어(310) 차단 명령을 PCS 제어기(340)로 전달한다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 관리 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 도 2의 전력 관리 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 관리 장치(230)는 충방전 결정부(410), 설정부(420), 고장상태 판단부(430), 제한값 변경부(440), 스위치 제어부(450), 및 시스템 정지부(460)를 포함한다.
먼저, 충방전 결정부(410)는 각 에너지 저장 장치(205)들의 BCS 제어기(217)들로부터 전송되는 배터리 랙 상태 정보 및 전력계통(240)에서 요구되는 전력량을 이용하여 에너지 저장 장치(205)의 충방전 여부를 결정한다.
보다 구체적으로, 충방전 결정부(410)는 전력계통(240)에 잉여 전력이 발생하면 하나 이상의 배터리 랙에 대한 충전을 결정하고, 상기 잉여 전력에 상응하는 전력량을 충전 전력량으로 결정하며, 결정된 충전 전력량에 따라 출력 지령치를 생성한다.
또한, 충방전 결정부(410)는 전력계통(240)에 부족 전력이 발생하면 하나 이상의 배터리 랙에 대한 방전을 결정하고, 상기 부족 전력에 상응하는 전력량을 방전 전력량으로 결정하며, 결정된 방전 전력량에 따라 출력 지령치를 생성한다.
이때, 충방전 결정부(410)는 충전 전력량 또는 방전 전력량이 전력량 제한값을 초과하지 않도록 제한한다. 여기서, 전력량 제한값은 전력 제어 시스템(200)에서 입출력이 가능한 전력량의 최대값에 상응하며, 배터리 랙들(215)과 전력 조절 장치들(220)의 용량 및 고장수량에 따라 결정된다.
예컨대, 충방전 결정부(410)가 충전을 결정하고, 충전 전력량을 400KW으로 결정하더라도, 전력량 제한값이 200KW라면, 충전 전력량은 200KW로 제한된다.
다음, 설정부(420)는 전력 조절 장치(220)에 대한 운영 제한 수량을 설정한다. 여기서, 운영 제한 수량은 전력 제어 시스템(200)을 운영하기 위하여 필요한 최소 수량을 의미하며, 관리자에 의하여 설정된다.
예컨대, 전력 제어 시스템(200)이 3개의 에너지 저장 장치(205)들을 포함하고, 각 에너지 저장 장치(205)들이 1개의 전력 조절 장치(220)를 포함함으로써 전력 제어 시스템(200)이 3개의 전력 조절 장치(220)를 포함하게 되는 경우, 설정부(420)는 전력 조절 장치(220)에 대한 운영 제한 수량을 1개로 설정할 수 있다.
다음, 고장상태 판단부(430)는 복수의 전력 조절 장치들(220)의 상태를 모니터링하고, 복수의 전력 조절 장치들(220)에 대한 고장여부 및 시스템 운영여부를 판단한다.
보다 구체적으로, 고장상태 판단부(430)는 복수의 전력 조절 장치들(220)로부터 고장상태 정보를 수신하여 고장여부를 판단한다.
그리고, 고장상태 판단부(430)는 복수의 전력 조절 장치들(220) 중 일부 또는 전부에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 고장이 발생한 전력 조절 장치(220)를 제외한 정상상태인 전력 조절 장치(220)의 개수와 설정부(420)에 의하여 설정된 운영 제한 수량을 비교하여 시스템 운영여부를 판단한다.
고장상태 판단부(430)는 정상상태인 전력 조절 장치(220)의 개수가 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템 정지를 결정한다. 반면, 고장상태 판단부(430)는 정상상태인 전력 조절 장치(220)의 개수가 운영 제한 수량 보다 크거나 같으면, 시스템 운영을 결정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(200)은, 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 복수의 전력 조절 장치들(220) 중 일부에 고장이 발생하더라도 정상상태인 나머지 전력 조절 장치(220)를 이용하여 시스템을 계속 운영할 수 있다.
다음, 제한값 변경부(440)는 고장상태 판단부(430)에 의하여 복수의 전력 조절 장치들(220) 중 일부에 고장이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 복수의 전력 조절 장치들(220)의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 변경한다.
제한값 변경부(440)는 정상상태인 전력 조절 장치(220)를 통해 입출력이 가능한 전력량의 최대값을 전력량 제한값으로 결정한다. 보다 구체적으로, 제한값 변경부(440)는 정상상태인 전력 조절 장치(220)의 개수에 용량을 곱한 값을 전력량 제한값으로 산출할 수 있다. 이때, 정상상태인 전력 조절 장치(220)의 개수는 전력 조절 장치(220)의 총 수량에서 고장수량을 뺀 값에 상응한다.
예컨대, 전력 제어 시스템(200)이 3개의 에너지 저장 장치(205)들을 포함하고, 각 에너지 저장 장치(205)들은 용량이 500KW인 전력 조절 장치(220)를 1개 포함하며, 따라서 전력 제어 시스템(200)은 용량이 500KW인 전력 조절 장치(220)를 3개 포함하게 되는 경우를 가정한다. 3개의 전력 조절 장치들(220) 중 1개에 고장이 나면, 제한값 변경부(440)는 전력량 제한값을 1000KW로 변경할 수 있다. 또한, 3개의 전력 조절 장치들(220) 중 2개에 고장이 나면, 제한값 변경부(440)는 전력량 제한값을 500KW로 변경할 수 있다.
다음, 스위치 제어부(450)는 고장상태 판단부(430)에 의하여 복수의 전력 조절 장치들(220) 중 일부에 고장이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 고장난 전력 조절 장치(220)에 포함된 스위치 기어(310)를 오프시키기 위한 차단명령을 생성하여 고장이 발생된 전력 조절 장치(220)의 PCS 제어기(340)로 전달한다.
다음, 시스템 정지부(460)는 고장상태 판단부(430)에 의하여 시스템 정지가 결정되면, 시스템을 정지시킨다.
제2 실시예
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)은 배터리 관리 장치(510) 및 전력 조절 장치(530)를 포함하는 다수의 에너지 저장 장치(505), 복수의 스위칭 장치들(520), 및 전력 관리 장치(540)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)은 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)과 비교하여 각 에너지 저장 장치(505)가 복수의 스위칭 장치(520)를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 나머지 구성들은 동일하므로 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에서는 설명의 편의를 위해 전력 조절 장치(530)의 하부 구성의 도시를 생략하였을 뿐, 전력 조절 장치(530)의 하부 구성은 도 2에 도시된 것과 동일하다.
이하에서는 제1 실시예에 따른 전력 제어 시스템(200)과의 차이점을 중점적으로 설명하고 있지만, 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)은 제1 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(200)의 특징을 모두 포함한다.
먼저, 다수의 에너지 저장 장치(505)들은 전력 관리 장치(540)의 제어에 의하여 전력계통(550)으로부터 공급되는 전력을 배터리 랙(515)에 충전하거나, 배터리 랙(315)에 저장된 전력을 전력계통(550)에 공급한다.
이를 위해, 다수의 에너지 저장 장치(505)들은 배터리 관리 장치(510) 및 전력 조절 장치(520)를 포함한다.
이러한 배터리 관리 장치(510)는 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)된 배터리 랙(515) 및 각 배터리 관리 장치(210)의 동작을 제어하기 위한 BCS 제어기(517)를 포함한다. 여기서, 배터리 랙(515)은 복수 개이며, 도 5에서는 하나의 배터리 관리 장치(210)가 3개의 배터리 랙을 포함하는 것으로 가정하여 설명하였다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 각 에너지 저장 장치(505)의 배터리 관리 장치(510)에 포함되어 있는 모든 배터리 랙(515)들을 공통단자로 묶는 것을 특징으로 한다.
즉, 제2 실시예의 경우 제1 실시예와 동일하게, 제1 에너지 저장 장치(505a)의 제1 배터리 관리 장치(510a)에 포함된 제1 배터리 랙(515a)과 제2 에너지 저장 장치(505b)의 제2 배터리 관리 장치(510b)에 포함된 제2 배터리 랙(515b) 모두는 공통단자로 묶여 있다.
이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500) 또한 배터리 랙간의 SOC(State of Charge) 불평형이 발생하거나 일부 배터리 랙에 고장이 발생하더라도 서로 공통단자로 묶여 있는 나머지 배터리 랙(515)들을 이용하여 효율적으로 전력을 제공할 수 있게 된다.
각 배터리 관리 장치(210)에 포함된 BCS 제어기(217)는 해당 배터리 관리 장치(210)에 포함된 배터리 랙(515)의 상태를 모니터링하여 배터리 랙 상태 정보를 생성하고, 생성된 배터리 랙 상태 정보를 전력 관리 장치(540)로 제공한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 랙 상태 정보는 각 배터리 랙에 충전되어 있는 전력량, 상기 각 배터리 랙의 전류값, 상기 각 배터리 랙의 SOC 정보, 상기 각 배터리 랙의 성능상태값(State Of Health, SOH) 정보, 상기 각 배터리 랙의 정격용량, 및 상기 각 배터리 랙의 고장상태 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음, 스위칭 장치(520)는 각 배터리 랙(515)과 전력 조절 장치(515) 사이에 설치되어, 각 배터리 랙(515)과 전력 조절 장치(530)를 연결시킨다.
보다 구체적으로, 제1 스위칭 장치(520a)는 배터리 관리 장치(510)에 포함된 제1 배터리 랙(515a)의 앞단에 연결되어 제1 배터리 랙(515a)과 각 전력 조절 장치들(530)을 연결시킨다. 또한, 제2 스위칭 장치(520b)는 제1 배터리 랙(515a)과 공통단자로 묶인 제2 배터리 랙(515b)의 앞단에 연결되어 제2 배터리 랙(515b)과 각 전력 조절 장치들(530)을 연결시킨다.
이러한 복수의 스위칭 장치들(520)은 전력 관리 장치(540)에 의하여 오프될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위칭 장치(520a)는 제1 배터리 랙(515a)에 고장이 나거나 공통단자로 묶여 있는 타 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 일정값을 초과하면, 전력 관리 장치(540)에 의하여 오프되어 제1 배터리 랙(515a)과 각 전력 조절 장치(530)와의 연결을 차단시키게 된다.
또한, 제2 스위칭 장치(520b)는 제2 배터리 랙(515b)에 고장이 나거나 공통 단자로 묶여 있는 타 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 일정값을 초과하면, 전력 관리 장치(540)에 의하여 오프되어 제2 배터리 랙(515b)과 각 전력 조절 장치들(530)과의 연결을 차단시키게 된다.
한편, 각 스위칭 장치들(520)은 전력 관리 장치(540)에 의하여 온될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위칭 장치(520a)는 제1 배터리 랙(515a)에 대한 고장처리가 완료되거나 공통 단자로 묶여 있는 타 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 상기 일정값 이하이면, 전력 관리 장치(540)에 의하여 온되어 제1 배터리 랙(515a)과 각 전력 조절 장치들(530)을 연결시키게 된다.
또한, 제2 스위칭 장치(520b)는 제2 배터리 랙(515b)에 대한 고장처리가 완료되거나 공통단자로 묶여 있는 타 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 일정값 이하이면, 전력 관리 장치(540)에 의하여 온되어 제2 배터리 랙(515b)과 각 전력 조절 장치들(530)을 연결시키게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(500)은 배터리 랙(515)에 고장이 발생하는 경우 스위칭 장치(520)를 오프시킴으로써 해당 배터리 랙(515)을 분리시키고, 해당 배터리 랙(515)에 대한 고장처리가 완료되면 스위칭 장치(520)를 다시 온시킴으로써 해당 배터리 랙(515)을 연결시킨다.
즉, 전력 제어 시스템(500)은, 배터리 랙(515)에 고장이 나면 시스템을 정지시키는 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 일부 배터리 랙(515)에 고장이 나더라도 시스템을 정지시키지 않고 정상상태의 배터리 랙(515)을 이용하여 전력을 충전 또는 방전시킬 수 있으며, 시스템이 계속적으로 운영되는 동안 고장난 배터리 랙(515)에 대한 고장처리가 가능하다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(500)은 복수의 배터리 랙들(515) 간에 SOC 불균형이 발생하더라도 SOC가 상이한 특정 배터리 랙에 연결된 스위칭 장치(520)를 오프시킴으로써 타 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 큰 배터리 랙(515)을 분리시킨다. 그리고, 에너지 저장 시스템(500)은 해당 배터리 랙(515)과 타 배터리 랙(515)의 SOC 차이가 일정값 이하가 되면 스위칭 장치(520)를 다시 온시킴으로써 해당 배터리 랙(515)을 다시 연결시킨다.
즉, 전력 제어 시스템(500)은, SOC 불균형이 발생하면 시스템을 정지시키고 배터리 랙에 전력을 충전 또는 방전시켜서 SOC 밸런싱(balancing)을 이루는 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 복수의 배터리 랙들(515) 간에 SOC 불균형이 발생하더라도 타 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 큰 배터리 랙(515)만 분리시키고, 시스템을 계속적으로 운영하는 것이 가능하다.
다음, 각 전력 조절 장치(530)는 배터리 관리 장치(510)와 전력계통(550)을 연결하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 조절 장치(530)는 공통 단자로 묶여 있는 복수의 배터리 랙들(515)에 전력계통(550)의 잉여 전력을 충전시키거나, 복수의 배터리 랙들(515)에 저장된 전력을 전력계통(550)에 제공한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)의 모든 전력 조절 장치(530)들은 서로 공통단자로 묶여 있는 모든 배터리 랙(515)들과 전기적으로 연결된다.
즉, 본 발명의 경우 모든 배터리 랙(515)들이 공통단자로 묶여 있기 때문에 제1 에너지 저장 장치(505a)에 포함된 제1 전력 조절 장치(530a)는 제1 에너지 저장 장치(505a)의 제1 배터리 랙(215a) 뿐만 아니라 제2 에너지 저장 장치(505b)의 제2 배터리 랙(515b)과도 전기적으로 연결되고, 제2 에너지 저장 장치(505b)에 포함된 제2 전력 조절 장치(530b)는 제2 에너지 저장 장치(505b)의 제2 배터리 랙(515b) 뿐만 아니라 제1 에너지 저장 장치(505a)의 제1 배터리 랙(515a)과도 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 제1 에너지 저장 장치(505a)에 포함된 제1 전력 조절 장치(530a)는 전력계통(540)으로부터 제공되는 전력을 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(515a, 515b)에 모두 충전시키거나, 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(515a, 515b)에 저장된 전력을 전력계통(540)으로 제공할 수 있다. 제2 에너지 저장 장치(505b)에 포함된 제2 전력 조절 장치(530b) 또한 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(515a, 515b)과 연결되어, 전력계통(540)으로부터 제공되는 전력을 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(515a, 515b)에 모두 충전시키거나, 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙(515a, 515b)에 저장된 전력을 전력계통(540)에 제공할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 조절 장치의 구성은 상술한 제1 실시예에 따른 전력 조절 장치의 구성과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 전력 관리 장치(540)는 다수의 에너지 저장 장치(505)의 충방전 여부를 결정하고, 상기 충방전 여부에 따라 다수의 에너지 저장 장치(505)의 동작을 제어한다.
또한, 전력 관리 장치(540)는 각 에너지 저장 장치(505)들의 PCS 제어기(미도시)로부터 각 전력 조절 장치 상태 정보를 수신하여 각 전력 조절 장치(530)의 고장 상태상태를 모니터링하고, 고장여부에 따라 각 에너지 저장 장치(505)들의 스위치 기어(미도시) 차단 명령을 PCS 제어기로 전달한다.
또한, 전력 관리 장치(540)는 각 에너지 저장 장치(505)들의 BCS 제어기(517)로부터 배터리 랙 상태 정보를 수신하여 배터리 랙(515)의 SOC 또는 고장상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 스위칭 장치(520)를 제어한다.
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 관리 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은 도 5의 전력 관리 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 관리 장치(540)는 충방전 결정부(610), 설정부(620), 고장상태 판단부(630), SOC 판단부(640), 제한값 변경부(650), 스위치 제어부(660), 및 시스템 정지부(670)를 포함한다.
먼저, 충방전 결정부(610)는 각 에너지 저장 장치(505)들의 BCS 제어기(517)들로부터 전송되는 배터리 상태 정보 및 전력계통(550)에서 요구되는 전력량을 이용하여 에너지 저장 장치(205)의 충방전 여부를 결정한다.
보다 구체적으로, 충방전 결정부(610)는 전력계통(550)에 잉여 전력이 발생하면 하나 이상의 배터리에 대한 충전을 결정하고, 상기 잉여 전력에 상응하는 전력량을 충전 전력량으로 결정하며, 결정된 충전 전력량에 따라 출력 지령치를 생성한다.
또한, 충방전 결정부(610)는 전력계통(550)에 부족 전력이 발생하면 하나 이상의 배터리에 대한 방전을 결정하고, 상기 부족 전력에 상응하는 전력량을 방전 전력량으로 결정하며, 결정된 방전 전력량에 따라 출력 지령치를 생성한다.
이때, 충방전 결정부(610)는 충전 전력량 또는 방전 전력량이 전력량 제한값을 초과하지 않도록 제한한다. 여기서, 전력량 제한값은 에너지 저장 시스템(500)에서 입출력이 가능한 전력량의 최대값에 상응하며, 복수의 배터리 랙들(515)과 복수의 전력 조절 장치들(530)의 용량 및 고장수량에 따라 결정된다.
예컨대, 충방전 결정부(610)가 하나 이상의 배터리에 대한 충전을 결정하고, 충전 전력량을 400KW으로 결정하더라도, 전력량 제한값이 200KW라면, 충전 전력량은 200KW로 제한된다.
다음, 설정부(620)는 배터리 랙(515) 및 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량을 설정한다. 여기서, 운영 제한 수량은 전력 제어 시스템(500)을 운영하기 위하여 필요한 최소 수량을 의미하며, 관리자에 의하여 설정된다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 전력 제어 시스템(500)이, 3개의 에너지 저장 장치(505)들을 포함하고 각 에너지 저장 장치(505)들이 3개의 배터리 랙(515)을 포함하여, 전력 제어 시스템(500)이 9개의 배터리 랙(515)을을 포함하게 되는 경우, 설정부(620)는 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량을 3개로 설정할 수 있다.
또한, 전력 제어 시스템(500)이 3개의 에너지 저장 장치(505)들을 포함하고, 각 에너지 저장 장치(505)들이 1개의 전력 조절 장치(530)를 포함하여 전력 제어 시스템(500)이 3개의 전력 조절 장치(530)를 포함하게 되는 경우, 설정부(420)는 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량을 1개로 설정할 수 있다.
다음, 고장상태 판단부(630)는 전력 조절 장치 상태정보 및 배터리 랙 상태정보를 기초로 복수의 배터리 랙들(515) 및 복수의 전력 조절 장치들(530)의 상태를 모니터링하고, 복수의 배터리 랙들(515)과 복수의 전력 조절 장치들(530)에 대한 고장여부, 및 시스템 운영여부를 판단한다.
보다 구체적으로, 고장상태 판단부(630)는 각 배터리 관리 장치(510)의 BCS 제어기(517)로부터 수신되는 배터리 랙 상태정보를 기초로 각 배터리 랙(515)에 대한 고장여부를 판단한다.
그리고, 고장상태 판단부(630)는 복수의 배터리 랙들(515) 중 일부 또는 전부에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 고장이 발생한 배터리 랙(515)을 제외한 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수와 설정부(620)에 의하여 설정된 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량을 비교하여 시스템 운영여부를 판단한다.
고장상태 판단부(630)는 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수가 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템 정지를 결정하는 반면, 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수가 운영 제한 수량 보다 크거나 같으면, 시스템 운영을 결정한다.
또한, 고장상태 판단부(630)는 각 전력 조절 장치들(530)로부터 수신되는 전력 조절 장치 상태정보를 기초로 각 전력 조절 장치(530)들의 고장여부를 판단한다.
그리고, 고장상태 판단부(630)는 복수의 전력 조절 장치들(530) 중 일부 또는 전부에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 고장이 발생한 전력 조절 장치(530)를 제외한 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수와 설정부(620)에 의하여 설정된 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량을 비교하여 시스템 운영여부를 판단한다.
고장상태 판단부(630)는 정상상태인 전력 조절 장치(530)의 개수가 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템 정지를 결정하는 반면, 정상상태인 전력 조절 장치(220)의 개수가 운영 제한 수량 보다 크거나 같으면, 시스템 운영을 결정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)은, 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 복수의 배터리 랙들(515) 및 복수의 전력 조절 장치들(220) 중 일부에 고장이 발생하더라도 정상상태인 나머지 장치들을 이용하여 시스템을 계속 운영할 수 있다. 즉, 전력 제어 시스템(500)은 자원을 최대한 효율적으로 사용하는 것이 가능하다.
다음, SOC 판단부(640)는 각 에너지 저장 장치(505)의 BCS 제어기(517)로부터 수신되는 배터리 랙 상태정보를 기초로 각 배터리 랙들(515)의 SOC를 모니터링하고, 복수의 배터리 랙들(515) 간의 SOC 균형여부 및 시스템 운영여부를 판단한다.
보다 구체적으로, SOC 판단부(640)는 각 에너지 저장 장치(505)의 BCS 제어기(517)로부터 각 배터리 랙들(515)에 대한 SOC 정보를 포함하는 배터리 랙 상태정보를 수신한다. SOC 판단부(640)는 각 배터리 랙들(515) 간의 SOC 차이가 미리 설정한 일정값을 초과하면 SOC 불균형이 발생한 것으로 판단한다.
SOC 판단부(640)는 SOC 불균형이 발생한 것으로 판단되면, 복수의 배터리 랙들(515) 중 다른 배터리 랙(515)과의 SOC 차이가 일정값을 초과하는 배터리 랙(515, 이하 '불균형상태 배터리 랙'이라 함)을 결정한다.
그리고, SOC 판단부(640)는 상기 불균형 상태 배터리 랙(515)을 제외한 나머지 배터리 랙(515, 이하 '균형상태 배터리 랙'이라 함)의 개수와 설정부(620)에 의하여 설정된 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량을 비교하여 시스템 운영여부를 판단한다.
SOC 판단부(640)는 균형상태 배터리 랙(515)의 개수가 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템 정지를 결정하는 반면, 운영 제한 수량 보다 크거나 같으면, 시스템 운영을 결정한다.
다음, 제한값 변경부(650)는 고장상태 판단부(630)에 의하여 복수의 전력 조절 장치들(530) 중 일부에 고장이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 복수의 전력 조절 장치들(530)의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 변경한다.
제한값 변경부(650)는 정상상태인 전력 조절 장치(530)를 통해 입출력이 가능한 전력량의 최대값을 전력량 제한값으로 결정한다. 보다 구체적으로, 제한값 변경부(650)는 정상상태인 전력 조절 장치(530)의 개수에 용량을 곱한 값을 전력량 제한값으로 산출할 수 있다. 이때, 정상상태인 전력 조절 장치(530)의 개수는 전력 조절 장치(530)의 총 수량에서 고장수량을 뺀 값에 상응한다.
예컨대, 전력 제어 시스템(500)은 용량이 500KW인 전력 조절 장치(530)를 3개 포함한다고 가정한다. 3개의 전력 조절 장치들(530) 중 1개에 고장이 나면, 제한값 변경부(650)는 전력량 제한값을 1000KW로 변경할 수 있다. 또한, 3개의 전력 조절 장치들(530) 중 2개에 고장이 나면, 제한값 변경부(650)는 전력량 제한값을 500KW로 변경할 수 있다.
한편, 제한값 변경부(650)는 고장상태 판단부(630)에 의하여 복수의 배터리 랙들(515) 중 일부에 고장이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 복수의 배터리 랙들(515)과 복수의 전력 조절 장치들(530) 각각의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 변경한다.
제한값 변경부(650)는 정상상태의 배터리 랙(515)에 입출력이 가능한 전력량의 제1 최대값과 정상상태인 전력 조절 장치(530)를 통해 입출력이 가능한 전력량의 제2 최대값 중 작은 값을 전력량 제한값으로 결정한다.
보다 구체적으로, 제한값 변경부(650)는 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수에 배터리 랙(515)의 용량을 곱하여 제1 최대값을 산출하고, 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수에 전력 조절 장치(530)의 용량을 곱하여 제2 최대값을 산출한다. 그리고, 제한값 변경부(650)는 상기 제1 최대값과 상기 제2 최대값을 비교하여 작은 값을 전력량 제한값으로 결정한다.
예컨대, 전력 제어 시스템(500)은 용량이 500KW인 전력 조절 장치(530) 1개와 용량이 200KW인 배터리 랙(515) 3개를 포함하는 에너지 저장 장치(505)를 3개 포함한다고 가정하면, 전력 제어 시스템(500)은 9개의 배터리 랙(515)을 이용할 수 있게 된다.
이때, 9개의 배터리 랙들(515) 중 1개에 고장이 나면, 제한값 변경부(650)는 전력량 제한값을 1500KW로 결정할 수 있다. 8개의 배터리 랙들(515)은 1600KW 출력이 가능하나, 3개의 전력 조절 장치들(530)은 1500KW 밖에 출력할 수 없기 때문이다.
또한, 9개의 배터리 랙들(515) 중 3개에 고장이 나면, 제한값 변경부(650)는 전력량 제한값을 1200KW로 변경할 수 있다. 3개의 전력 조절 장치들(530)은 1500KW 출력이 가능하나, 6개의 배터리 랙(515)은 1200KW 밖에 출력할 수 없기 때문이다.
또한, 9개의 배터리 랙들(515) 중 3개에 고장이 나고, 3개의 전력 조절 장치들(530) 중 1개에 고장이 나면, 제한값 변경부(650)는 전력량 제한값을 1000KW로 결정할 수 있다. 6개의 배터리 랙들(515)은 1200KW 출력이 가능하나, 2개의 전력 조절 장치들(530)은 1000KW 밖에 출력할 수 없기 때문이다.
한편, 제한값 변경부(650)는 SOC 판단부(640)에 의하여 SOC 불균형이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 복수의 배터리 랙들(515)과 복수의 전력 조절 장치들(530) 각각의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 변경한다.
제한값 변경부(650)는 균형상태 배터리 랙(515)에 입출력이 가능한 전력량의 제1 최대값과 정상상태인 전력 조절 장치(530)를 통해 입출력이 가능한 전력량의 제2 최대값 중 작은 값을 전력량 제한값으로 결정한다.
보다 구체적으로, 제한값 변경부(650)는 균형상태 배터리 랙(515)의 개수에 배터리 랙(515)의 용량을 곱하여 제1 최대값을 산출하고, 정상상태 전력 조절 장치(530)의 개수에 전력 조절 장치(530)의 용량을 곱하여 제2 최대값을 산출한다. 그리고, 제한값 변경부(650)는 상기 제1 최대값과 상기 제2 최대값을 비교하여 작은 값을 전력량 제한값으로 결정한다.
이때, 균형상태 배터리 랙(515)의 개수는 배터리 랙(515)의 총 수량에서 불균형상태 배터리 랙(515)의 수량을 뺀 값에 상응한다.
다음, 스위치 제어부(660)는 고장상태 판단부(630)에 의하여 복수의 전력 조절 장치들(220) 중 일부에 고장이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 고장난 전력 조절 장치(530)에 포함된 스위치 기어를 오프시키기 위한 스위치 기어 차단명령을 생성하고, 생성된 차단 명령을 고장이 발생된 전력 조절 장치(530)의 PCS 제어기로 전달한다.
또한, 스위치 제어부(660)는 고장상태 판단부(630)에 의하여 복수의 배터리 랙들(515) 중 일부에 고장이 발생한 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 고장난 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520)를 오프시킨다.
또한, 스위치 제어부(660)는 SOC 판단부(640)에 의하여 복수의 배터리 랙들(515) 간에 SOC 불균형이 발생된 것으로 판단되고 시스템 운영이 결정되면, 불균형상태 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520)를 오프시킨다.
한편, 스위치 제어부(660)는 SOC 판단부(640)에 의하여 복수의 배터리 랙들(515) 간에 SOC 균형이 이루어진 것으로 판단되면, 불균형상태에서 균형상태로 된 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520)를 온시킨다.
이와 같이, 본 발명은 배터리 랙들(515) 중 고장이 발생된 배터리 랙이 존재하거나 타 배터리 랙들과 SOC 균형이 맞지 않는 불균형 배터리 랙이 존재하는 경우 전력 관리 장치(540)가 고장이 발생된 배터리 랙 또는 불균형 배터리 랙과 연결된 스위칭 장치(520)만을 오프시킴으로써 전력 관리 장치(540)가 나머지 배터리 랙들을 이용하여 운전을 수행하도록 하고, 이후 배터리 랙의 고장이 수리되거나 해당 배터리 랙의 SOC가 타 배터리 랙의 SOC간의 균형이 이루어지면, 고장이 발생된 배터리 랙 또는 불균형 배터리 랙과 연결된 스위칭 장치(520)를 온시킴으로써 해당 배터리 랙을 전력 조절 장치(530)에 다시 연결시킨다.
이를 통해, 별도의 관리자 모드를 통해 시스템을 정지시키지 않고도 전력 제어 시스템(500)에 포함된 모든 배터리 랙들(515) 간의 SOC(State Of Charge) 균형을 이룰 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)은 관리자 모드의 수행 업이도 복수의 배터리 랙들(515) 간에 SOC 불균형이 발생하는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
다음, 시스템 정지부(670)는 고장상태 판단부(630) 또는 SOC 판단부(640)에 의하여 시스템 정지가 결정되면, 시스템을 정지시킨다.
제3 실시예
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 제어 시스템(700)은 배터리 관리 장치(710) 및 전력 조절 장치(730)를 포함하는 다수의 에너지 저장 장치(705), 복수의 스위칭 장치(720), 및 전력 관리 장치(740)를 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 제어 시스템(700)은 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)과 비교하여 하나의 에너지 저장 장치(705)에 포함된 복수개의 배터리 랙(715)들 만이 공통단자로 묶여 있고, 이에 따라 전력 조절 장치(730)는 자신이 속한 에너지 저장 장치(705)의 배터리 랙(715)들과만 전기적으로 연결된다는 점에서 차이가 있고, 나머지 구성들은 동일하므로 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 7에서는 설명의 편의를 위해 전력 조절 장치(730)의 하부 구성의 도시를 생략하였을 뿐, 전력 조절 장치(730)의 하부 구성은 도 2에 도시된 것과 동일하다.
이하에서는 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)과의 차이점을 중점적으로 설명하고 있지만, 제3 실시예에 따른 전력 제어 시스템(700)은 제2 실시예에 따른 전력 제어 시스템(500)의 특징을 모두 포함한다.
먼저, 다수의 에너지 저장 장치(705)들은 전력 관리 장치(740)의 제어에 의하여 전력계통(750)으로부터 공급되는 전력을 배터리 랙(715)에 충전하거나, 배터리 랙(715)에 저장된 전력을 전력계통(750)에 공급한다.
이를 위해, 다수의 에너지 저장 장치(705)들은 배터리 관리 장치(710) 및 전력 조절 장치(730)를 포함한다.
이러한 배터리 관리 장치(710)는 하나 이상의 배터리가 패킹(Packing)된 배터리 랙(715) 및 각 배터리 관리 장치(710)의 동작을 제어하기 위한 BCS 제어기(717)를 포함한다. 여기서, 배터리 랙(715)은 복수 개이며, 도 7에서는 하나의 배터리 관리 장치(710)가 3개의 배터리 랙을 포함하는 것으로 가정하여 설명하였다.
각 배터리 관리 장치(710)에 포함된 BCS 제어기(717)는 해당 배터리 관리 장치(710)에 포함된 배터리 랙(715)의 상태를 모니터링하여 배터리 랙 상태 정보를 생성하고, 생성된 배터리 랙 상태 정보를 전력 관리 장치(740)로 제공한다.
일 실시예에 있어서, 배터리 랙 상태 정보는 각 배터리 랙에 충전되어 있는 전력량, 상기 각 배터리 랙의 전류값, 상기 각 배터리 랙의 SOC 정보, 상기 각 배터리 랙의 성능상태값(State Of Health, SOH) 정보, 상기 각 배터리 랙의 정격용량, 및 상기 각 배터리 랙의 고장상태 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음, 스위칭 장치(720)는 각 배터리 랙(715)과 전력 조절 장치(730) 사이에 설치되어, 각 배터리 랙(715)과 전력 조절 장치(730)를 연결시킨다.
보다 구체적으로, 제1 스위칭 장치(720a)는 제1 배터리 관리 장치(710a)에 포함된 제1 배터리 랙(715a)의 앞단에 연결되어 제1 배터리 랙(715a)과 제1 전력 조절 장치(730a)를 연결시킨다. 또한, 제2 스위칭 장치(720b)는 제2 배터리 관리 장치(710b)에 포함된 제2 배터리 랙(715b)의 앞단에 연결되어 제2 배터리 랙(715b)과 제2 전력 조절 장치(730b)를 연결시킨다.
이러한 복수의 스위칭 장치들(720)은 전력 관리 장치(740)에 의하여 오프될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위칭 장치(720a)는 제1 배터리 랙(715a)에 고장이 나거나 제1 배터리 관리 장치(710a)에 포함된 다른 배터리 랙과의 SOC 차이가 일정값을 초과하면, 전력 관리 장치(740)에 의하여 오프되어 제1 배터리 랙(715a)과 제1 전력 조절 장치들(730)과의 연결을 차단시키게 된다.
또한, 제2 스위칭 장치(720b)는 제2 배터리 랙(715b)에 고장이 나거나 제2 배터리 관리 장치(710b)에 포함된 다른 배터리 랙과의 SOC 차이가 일정값을 초과하면, 전력 관리 장치(740)에 의하여 오프되어 제2 배터리 랙(715b)과 제2 전력 조절 장치들(730)과의 연결을 차단시키게 된다.
한편, 복수의 스위칭 장치들(720)은 전력 관리 장치(740)에 의하여 온될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위칭 장치(720a)는 제1 배터리 랙(715a)에 대한 고장처리가 완료되거나 제1 배터리 관리 장치(710a)에 포함된 다른 배터리 랙과의 SOC 차이가 상기 일정값 이하가 되면, 전력 관리 장치(740)에 의하여 온되어 제1 배터리 랙(715a)과 제1 전력 조절 장치(730a)를 연결시키게 된다.
또한, 제2 스위칭 장치(720b)는 제2 배터리 랙(715b)에 대한 고장처리가 완료되거나 제2 배터리 관리 장치(710b)에 포함된 다른 배터리 랙과의 SOC 차이가 일정값 이하가 되면, 전력 관리 장치(540)에 의하여 온되어 제2 배터리 랙(715b)과 제2 전력 조절 장치(730b)를 연결시키게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 제어 시스템(700)은, 배터리 랙(715)에 고장이 발생되면 시스템을 정지시키는 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 일부 배터리 랙(715)에 고장이 나더라도 시스템을 정지시키지 않고 정상상태의 배터리 랙(715)을 이용하여 전력을 충전 또는 방전시킬 수 있으며, 시스템이 계속적으로 운영되는 동안 고장난 배터리 랙(715)에 대한 고장처리가 가능하다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 제어 시스템(700)은, SOC 불균형이 발생하면 시스템을 정지시키고 배터리 랙에 전력을 충전 또는 방전시켜서 SOC 밸런싱(balancing)을 이루는 종래의 에너지 저장 시스템(100)과 달리, 동일한 배터리 관리 장치(710)에 포함된 복수의 배터리 랙들(715) 간에 SOC 불균형이 발생하더라도 다른 배터리 랙(715)과의 SOC 차이가 큰 배터리 랙(715)만을 분리시키고, 시스템을 계속적으로 운영하는 것이 가능하다.
다음, 각 전력 조절 장치(730)는 배터리 관리 장치(710)와 전력계통(750)을 연결하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 조절 장치(730)는 해당 전력 조절 장치(730)가 포함된 에너지 관리 장치(705)의 복수의 배터리 랙들(715)에 전력계통(750)의 잉여 전력을 충전시키거나, 복수의 배터리 랙들(715)에 저장된 전력을 전력계통(750)에 제공한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 제어 시스템(700)은 제1 에너지 저장 장치(705a)에 포함된 제1 전력 조절 장치(730a)는 제1 배터리 관리 장치(710a)에 포함된 복수개의 제1 배터리 랙(715a)과 연결되어, 전력계통(750)으로부터 제공되는 전력을 제1 배터리 랙(715a)에 충전시키거나, 제1 배터리 랙(715a)에 저장된 전력을 전력계통(750)에 제공한다.
제2 에너지 저장 장치(705b)에 포함된 제2 전력 조절 장치(730b)는 제2 배터리 관리 장치(710b)에 포함된 복수개의 제2 배터리 랙(715b)과 연결되어, 전력계통(750)으로부터 제공되는 전력을 제2 배터리 랙(715b)에 충전시키거나, 제2 배터리 랙(715b)에 저장된 전력을 전력계통(750)에 제공한다.
전력 관리 장치(740)는 각 에너지 저장장치(705)의 BCS 제어기(717)로부터 수신되는 배터리 랙 상태 정보 및 전력계통(750)에서 요구되는 전력량을 이용하여 각 배터리 관리 장치들(710)에 포함된 복수의 배터리들의 충방전 여부 및 복수의 배터리 관리 장치들(710) 각각에 대한 충전 전력량 또는 방전 전력량을 결정하고, 충전 전력량 또는 방전전력량에 따라 출력 지령치를 생성한다.
이때, 전력 관리 장치(740)는 각 배터리 관리 장치들(710)에 대하여 충전 전력량 또는 방전 전력량이 전력량 제한값을 초과하지 않도록 제한한다. 여기서, 전력량 제한값은 각 배터리 관리 장치(710)에서 입출력이 가능한 전력량의 최대값에 상응할 수 있으며, 하나의 배터리 관리 장치(710)에 포함된 하나 이상의 배터리 랙(715)의 용량 및 고장수량, 그리고 전력 조절 장치(730)의 고장여부에 따라 결정된다.
예컨대, 전력 제어 시스템(700)이, 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 에너지 저장 장치(705)들을 포함하고 각 에너지 저장 장치(705)들은 용량이 500KW인 전력조절 장치(730) 1개와 용량이 200KW인 배터리 랙(715)을 3개 포함한다고 가정한다.
전력 관리 장치(740)는 3개의 전력 조절 장치(730)에 대하여 전력량 제한값을 결정할 수 있다. 제1 배터리 관리 장치(710a)에 포함된 3개의 배터리 랙(715a) 중 2개가 고장이 난 경우, 전력 관리 장치(740)는 제1 배터리 관리 장치(710a)에 대한 전력량 제한값을 200KW로 결정할 수 있다. 그리고, 제2 배터리 관리 장치(710b)가 고장이 난 경우, 전력 관리 장치(740)는 제2 배터리 관리 장치(710b)에 대한 전력량 제한값을 0KW로 결정할 수 있다.
한편, 전력 관리 장치(740)는 각 에너지 저장 장치(705)들의 PCS 제어기(미도시)로부터 전력 조절 장치 상태 정보를 수신하여 각 전력 조절 장치(730)의 고장 상태상태를 모니터링하고, 고장여부에 따라 각 에너지 저장 장치(705)들의 스위치 기어(미도시) 차단 명령을 PCS 제어기로 전달한다. 그리고, 전력 관리 장치(740)는 복수의 전력 조절 장치들(730) 전부에 고장이 나면, 시스템을 정지시킨다.
또한, 전력 관리 장치(740)는 각 에너지 저장 장치(705)들의 BCS 제어기(717)로부터 배터리 랙 상태 정보를 수신하여 배터리 랙(715)의 SOC 또는 고장상태를 모니터링한다. 전력 관리 장치(740)는 복수의 배터리 랙들(715) 중 일부에 고장이 나면, 해당 배터리 랙(715) 앞단에 연결된 스위칭 장치(720)를 오프시킨다. 그리고, 전력 관리 장치(740)는 하나의 배터리 관리 장치(710)에 포함된 배터리 랙(715) 전부에 고장이 나면, 해당 배터리 관리 장치(710)와 대응되는 전력 조절 장치(730)에 포함된 스위치 기어를 오프시키기 위한 차단 명령을 생성하고, 생성된 차단 명령을 해당 전력 조절 장치의 PCS 제어기로 전송한다.
전력 관리 장치(740)는 SCO 모니터링 결과에 따라, 동일한 배터리 관리 장치(710)에 포함된 복수의 배터리 랙들(715) 간에 충전상태가 균형을 이루도록 제어한다.
보다 구체적으로, 전력 관리 장치(740)는 SOC 정보를 이용하여 동일한 배터리 관리 장치(710)에 포함된 복수의 배터리 랙들(715) 간의 SOC 균형여부를 판단한다.
전력 관리 장치(740)는 동일한 배터리 관리 장치(710)에 포함된 복수의 배터리 랙들(715) 간의 SOC 차이가 일정값을 초과하면, 해당 배터리 랙(715)의 앞단에 연결된 스위치 장치(720)를 오프시킴으로써 해당 배터리 랙(715)을 전력 조절 장치(730)와 분리시킨다.
이후, 전력 관리 장치(740)는 상기 해당 배터리 랙이 동일한 배터리 관리 장치(710)에 포함된 다른 배터리 랙과의 SOC 차이가 일정값 이하가 되면, 해당 배터리 랙(715)의 앞단에 연결된 스위칭 장치(720)를 온시킴으로써 해당 배터리 랙(715)을 전력 조절 장치(730)와 연결시킨다.
도 2, 도 5 및 도 7에서는 전력 제어 시스템(200, 500, 700)에 전력계통(240, 550, 750)만 연결되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2, 도 5 및 도 7에 도시하고 있지 않지만, 다른 일 실시예에 따른 전력 제어 시스템 (200, 500, 700)은 전력생산장치(미도시) 및 부하(미도시) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
이와 같은 경우, 전력 제어 시스템(200, 500, 700)은 전력생산장치(미도시)에 의하여 생산된 전력 중 전력계통(240, 550, 750) 또는 부하(미도시)에 공급하고 남은 전력을 배터리 랙(215, 515, 715)에 저장할 수 있다. 또한, 전력 제어 시스템(200, 500, 700)은 배터리 랙(215, 515, 715)에 저장된 전력을 전력계통(240, 550, 750) 또는 부하(미도시)로 공급할 수도 있다.
여기서, 전력생산장치(미도시)는 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 장치로서, 예컨대, 풍력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 풍력 발전장치, 태양광 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 태양광 발전장치, 수력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 수력 발전장치, 조력 에너지를 이용하여 전력을 발전하는 조력 발전장치 등이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 고장처리 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 8에 도시된 전력 제어 시스템의 고장처리 방법은 도 5에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 전력 제어 시스템에 적용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 전력 제어 시스템(500)은 배터리 랙(515) 및 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량을 설정한다(S801). 여기서, 운영 제한 수량은 전력 제어 시스템(500)을 운영하기 위하여 필요한 최소 수량을 의미하며, 관리자에 의하여 설정된다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 배터리 랙들(515) 및 복수의 전력 조절 장치들(530)의 상태를 모니터링하고, 복수의 배터리 랙들(515) 및 복수의 전력 조절 장치들(530)에 대한 고장여부를 판단한다(S802).
전력 제어 시스템(500)은 배터리 관리 장치(510)로부터 복수의 배터리 랙들(515)에 대한 고장상태 정보를 수신하여 복수의 배터리 랙들(515)에 대한 고장여부를 판단한다.
그리고, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 전력 조절 장치들(530)로부터 고장상태 정보를 수신하여 복수의 전력 조절 장치들(530)에 대한 고장여부를 판단한다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 배터리 랙들(515) 중 일부에 고장이 나면, 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수와 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량을 비교한다. 또한, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 전력 조절 장치들(530) 중 일부에 고장이 나면, 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수와 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량을 비교한다(S803).
다음, 전력 제어 시스템(500)은 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수가 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량 보다 작거나, 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수가 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템을 정지시킨다(S804).
한편, 전력 제어 시스템(500)은 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수가 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량 보다 크거나 같고, 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수가 전력 조절 장치(530)에 대한 운영 제한 수량 보다 크거나 같으면, 전력량 제한값을 변경한다(S805).
보다 구체적으로, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 배터리 랙들(515) 중 일부에 고장이 난 경우, 복수의 배터리 랙들(515) 및 복수의 전력 조절 장치들(530) 각각의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 산출 및 결정한다.
전력 제어 시스템(500)은 정상상태의 배터리 랙(515)의 개수에 배터리 랙(515)의 용량을 곱하여 제1 최대값을 산출하고, 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수에 전력 조절 장치(530)의 용량을 곱하여 제2 최대값을 산출한다. 그리고, 전력 제어 시스템(500)은 상기 제1 최대값과 상기 제2 최대값을 비교하여 작은 값을 전력량 제한값으로 결정한다.
한편, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 전력 조절 장치들(530) 중 일부에 고장이 난 경우, 복수의 전력 조절 장치들(530) 각각의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 산출 및 결정한다.
전력 제어 시스템(500)은 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수에 전력 조절 장치(530)의 용량을 곱하여 전력량 제한값을 산출한다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 고장난 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520) 또는 고장난 전력 조절 장치(530)에 포함된 스위치 기어가 오프되도록 제어한다(S806).
다음, 전력 제어 시스템(500)은 고장난 배터리 랙(515) 또는 고장난 전력 조절 장치(530)에 대한 고장처리가 완료되면, 전력량 제한값을 변경한다(S807 및 S808). 전력 제어 시스템(500)은 고장처리가 완료된 배터리 랙(515) 또는 전력 조절 장치(530)를 정상상태로 변경하고, 전력량 제한값을 산출 및 결정한다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 고장처리가 완료된 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520) 또는 고장처리가 완료된 전력 조절 장치(530)에 포함된 스위치 기어가 온되도록 제어한다(S809).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 SOC 제어 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 9에 도시된 전력 제어 시스템의 SOC 제어 방법은 도 5에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 전력 제어 시스템에 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 전력 제어 시스템(500)은 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량을 설정한다(S901). 여기서, 운영 제한 수량은 전력 제어 시스템(500)을 운영하기 위하여 필요한 최소 수량을 의미하며, 관리자에 의하여 설정된다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 배터리 랙들(515)의 상태를 모니터링하고, 복수의 배터리 랙들(515) 간의 SOC 균형여부 판단한다(S902).
전력 제어 시스템(500)은 배터리 관리 장치(510)로부터 복수의 배터리 랙들(515)에 대한 SOC 정보를 수신하고, 복수의 배터리 랙들(515) 간의 SOC 차이가 미리 설정한 일정값을 초과하면 SOC 불균형이 발생한 것으로 판단한다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 SOC 불균형이 발생한 것으로 판단되면, 복수의 배터리 랙들(515) 중 적어도 하나의 불균형상태 배터리 랙(515)을 결정하고, 균형상태 배터리 랙(515)의 개수와 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량을 비교한다(S903).
다음, 전력 제어 시스템(500)은 균형상태 배터리 랙(515)의 개수가 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템을 정지시킨다(S904).
한편, 전력 제어 시스템(500)은 균형상태 배터리 랙(515)의 개수가 배터리 랙(515)에 대한 운영 제한 수량 보다 크거나 같으면, 전력량 제한값을 변경한다(S905).
보다 구체적으로, 전력 제어 시스템(500)은 복수의 배터리 랙들(515)과 복수의 전력 조절 장치들(530) 각각의 용량 및 고장수량을 이용하여 전력량 제한값을 산출 및 결정한다.
전력 제어 시스템(500)은 균형상태 배터리 랙(515)의 개수에 배터리 랙(515)의 용량을 곱하여 제1 최대값을 산출하고, 정상상태의 전력 조절 장치(530)의 개수에 전력 조절 장치(530)의 용량을 곱하여 제2 최대값을 산출한다. 그리고, 전력 제어 시스템(500)은 상기 제1 최대값과 상기 제2 최대값을 비교하여 작은 값을 전력량 제한값으로 결정한다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 불균형상태 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520)가 오프되도록 제어한다(S906).
다음, 전력 제어 시스템(500)은 불균형상태 배터리 랙(515)이 다른 배터리 랙과의 SOC 차이가 일정값 이하가 되면, 전력량 제한값을 변경한다(S907 및 S908). 이때, 전력 제어 시스템(500)은 불균형상태 배터리 랙(515)을 균형상태로 변경하고, 전력량 제한값을 산출 및 결정한다.
다음, 전력 제어 시스템(500)은 균형상태가 된 배터리 랙(515)과 연결된 스위칭 장치(520)가 온되도록 제어한다(S909).
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 복수개의 제1 배터리 랙을 포함하는 제1 배터리 관리 장치 및 상기 제1 배터리 랙을 충방전시키는 제1 전력 조절 장치로 구성된 제1 에너지 관리 장치;
    복수개의 제2 배터리 랙을 포함하는 제2 배터리 관리 장치 및 상기 제2 배터리 랙을 충방전시키는 제2 전력 조절 장치를 포함하는 제2 에너지 관리 장치; 및
    전력계통에서 요구되는 전력량에 기초하여 상기 제1 및 제2 에너지 관리 장치의 충방전을 결정하고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치를 통해 출력되는 전력량의 제한값을 조절하는 전력 관리 장치를 포함하고,
    상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙은 공통으로 연결되고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치는 상기 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙 모두와 전기적으로 연결되고,
    상기 전력 관리 장치는, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치 중 어느 하나가 고장이 나면, 전력 조절 장치의 용량 및 고장이 발생된 전력 조절 장치의 수량을 이용하여 상기 전력량의 제한값을 산출하거나 변경하고, 상기 고장이 발생된 전력 조절 장치와 상기 전력계통과의 연결이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1 및 제2 전력 조절 장치의 총수량에서 고장이 발생된 전력 조절 장치의 수량을 차감한 값에 상기 전력 조절 장치의 용량을 승산하여 상기 전력량의 제한값을 산출하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는,
    상기 고장이 발생된 전력 조절 장치에 대한 고장 처리가 완료되면, 상기 고장 처리가 완료된 전력 조절 장치와 상기 전력계통이 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는,
    상기 복수개의 제1 및 제2 배터리 랙에 대한 충방전 여부를 결정하고, 충전이 결정되면 상기 전력량의 제한값을 초과하지 않도록 충전 전력량을 결정하고, 방전이 결정되면 상기 전력량의 제한값을 초과하지 않도록 방전 전력량을 결정하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1 및 제2 전력 조절 장치에 대한 운영 제한 수량을 설정하는 설정부; 및
    상기 제1 및 제2 전력 조절 장치의 총 수량에서 고장이 발생된 전력 조절 장치들의 수량을 차감한 값이 상기 설정된 운영 제한 수량 보다 작으면, 시스템을 정지시키는 시스템 정지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 배터리 랙과 상기 복수개의 제2 배터리 랙은 서로 병렬로 연결되고,
    상기 제1 전력 조절 장치 및 상기 제2 조절 장치는 병렬로 연결된 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 관리 장치는,
    상기 배터리 관리 장치의 동작을 제어하고, 상기 복수개의 제1 배터리 랙 또는 상기 복수개의 제2 배터리 랙의 SCO(State of Charge) 정보 및 고장정보 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 랙 상태정보를 생성하여 상기 전력 관리 장치로 전송하는 BCS(Battery Conditioning System) 제어기를 포함하고,
    상기 전력 관리 장치는, 상기 배터리 랙 상태정보를 기초로 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙 중 어느 하나에 고장이 발생된 것으로 판단되면, 고장이 발생된 배터리 랙을 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치로부터 분리시키고, 상기 전력량의 제한값을 변경하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치에 의하여 온되어 각 배터리 랙을 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치에 전기적으로 연결시키는 스위칭 장치를 더 포함하고,
    상기 전력 관리 장치는,
    전체 배터리 랙의 총 수량에서 상기 고장이 발생된 배터리 랙의 수량을 차감한 값에서 배터리 랙의 용량을 승산한 제1 최대값과, 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치의 총수량에서 고장이 발생된 전력 조절 장치의 수량을 차감한 값에 전력 조절 장치의 용량을 승산한 제2 최대값 중 작은 값을 상기 전력량의 제한값으로 산출 또는 변경하는 제한값 변경부; 및
    상기 고장이 발생된 배터리 랙에 연결된 스위칭 장치를 오프시키는 스위치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 제1 배터리 관리 장치 및 제2 배터리 관리 장치로부터 전송되는 배터리 랙 상태정보를 기초로 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙 중 SOC의 편차가 일정값을 초과하는 불균형 배터리 랙의 존재여부를 판단하고, 존재하는 경우 상기 불균형 배터리 랙을 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치로부터 분리시키고,
    상기 불균형 배터리 랙을 제외한 나머지 배터리 랙인 균형 배터리 랙을 동작시켜 상기 균형 배터리 랙의 SOC와 상기 불균형 배터리 랙의 SOC의 편차가 상기 일정값 이하가 되면 상기 불균형 배터리 랙을 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치에 다시 연결시켜 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙의 SOC 평형을 유지시키는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙의 총 수량에서 상기 불균형 배터리 랙의 수량을 차감한 값에 각 배터리 랙의 용량을 승산한 제1 최대값과, 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치의 총수량에서 고장이 발생된 전력 조절 장치의 수량을 차감한 값에 전력 조절 장치의 용량을 승산한 제2 최대값 중 작은 값을 상기 전력량의 제한값으로 산출 하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  13. 복수개의 제1 배터리 랙을 포함하는 제1 배터리 관리 장치 및 상기 제1 배터리 랙을 충방전시키는 제1 전력 조절 장치로 구성된 제1 에너지 관리 장치;
    복수개의 제2 배터리 랙을 포함하는 제2 배터리 관리 장치 및 상기 제2 배터리 랙을 충방전시키는 제2 전력 조절 장치를 포함하는 제2 에너지 관리 장치;
    상기 복수개의 제1 배터리 랙을 상기 제1 전력 조절 장치에 전기적으로 연결시키는 복수개의 제1 스위칭 장치;
    상기 복수개의 제2 배터리 랙을 상기 제2 전력 조절 장치에 전기적으로 연결시키는 제2 스위칭 장치; 및
    전력계통에서 요구되는 전력량에 기초하여 상기 제1 및 제2 에너지 관리 장치의 충방전을 결정하고, 상기 제1 전력 조절 장치 및 제2 전력 조절 장치를 통해 출력되는 전력량의 제한값을 조절하는 전력 관리 장치를 포함하고,
    상기 전력 관리 장치는, 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙 중 어느 하나에 SOC의 편차가 일정값을 초과하는 불균형 배터리 랙이 존재하는 것으로 판단되면, 상기 불균형 배터리 랙에 연결된 스위칭 장치를 오프시켜 상기 불균형 배터리 랙을 상기 제1 또는 제2 전력 조절 장치로부터 분리시키고, 상기 전력량의 제한값을 변경하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는,
    상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙 중 어느 하나에 고장이 발생하면, 고장이 발생된 배터리 랙에 연결된 스위칭 장치를 오프시켜 상기 고장이 발생된 배터리 랙을 상기 제1 또는 제2 전력 조절 장치로부터 분리시키고,
    전체 배터리 랙의 총 수량에서 상기 고장이 발생된 배터리 랙의 수량을 차감한 값에서 배터리 랙의 용량을 승산한 제1 최대값과, 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치의 총수량에서 고장이 발생된 전력 조절 장치의 수량을 차감한 값에 전력 조절 장치의 용량을 승산한 제2 최대값 중 작은 값을 상기 전력량의 제한값으로 산출 또는 변경하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 불균형 배터리 랙에 연결된 스위칭 장치를 오프시켜 상기 불균형 배터리 랙을 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치로부터 분리시키고, 상기 불균형 배터리 랙을 제외한 나머지 배터리 랙인 균형 배터리 랙을 동작시켜 상기 균형 배터리 랙의 SOC와 상기 불균형 배터리 랙의 SOC의 편차가 상기 일정값 이하가 되면 상기 불균형 배터리 랙에 연결된 스위치 장치를 온시켜 상기 불균형 배터리 랙을 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치에 다시 연결시킴으로써 상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙의 SOC 평형을 유지시키는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 복수개의 제1 배터리 랙 및 상기 복수개의 제2 배터리 랙의 총 수량에서 상기 불균형 배터리 랙의 수량을 차감한 값에 각 배터리 랙의 용량을 승산한 제1 최대값과, 상기 제1 및 제2 전력 조절 장치의 총수량에서 고장이 발생된 전력 조절 장치의 수량을 차감한 값에 전력 조절 장치의 용량을 승산한 제2 최대값 중 작은 값을 상기 전력량의 제한값으로 산출 하는 것을 특징으로 하는 다수의 에너지 저장의 전력 제어 시스템.
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