KR101337576B1

KR101337576B1 - Method and system for state of charge management

Info

Publication number: KR101337576B1
Application number: KR1020120063731A
Authority: KR
Inventors: 김형준; 이성수; 이태식
Original assignee: 이엔테크놀로지 주식회사
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-06
Anticipated expiration: 2032-06-14

Abstract

본 발명은 SOC 관리를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, PCS(Power condition system)가 배터리의 SOC(state of charge)를 관리하는 방법에 있어서, 배터리의 현재 SOC를 검출하는 단계, 상기 검출된 현재 SOC를 기 설정된 목표 SOC와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 스무딩 레이트를 조절하는 단계, 상기 조절된 스무딩 레이트를 근거로 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a method and system for SOC management, comprising: detecting a current SOC of a battery by a power condition system (PCS) managing a state of charge (SOC) of the battery, the detected current SOC Comparing with a predetermined target SOC, and adjusting the smoothing rate according to the comparison result, and controlling the charging and discharging of the battery based on the adjusted smoothing rate.

Description

Method and System for state of charge management

본 발명은 SOC(state of charge) 관리를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전 시스템에서 발전한 전력을 스무딩 제어(smoothing control)하여 배터리의 충전량(SOC)이 기 설정된 목표 SOC를 유지하도록 제어하는 SOC 관리를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and a system for state of charge (SOC) management, and more particularly, to smoothing control of power generated in a power generation system to maintain a predetermined target SOC. It relates to a method and system for controlling SOC.

환경 파괴, 자원고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 태양광 발전 등 신재생 에너지의 중요성이 증대되고 있다. 특히 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 조력 등 무한히 공급되는 천연 자원을 이용하고, 발전 과정에서 공해를 유발하지 않아 그 활용 방안에 대한 연구가 활발히 진행중이다. Environmental degradation, resource depletion, etc., there is a growing interest in a system capable of storing electric power and efficiently utilizing stored electric power. In addition, the importance of renewable energy such as solar power generation is increasing. In particular, new and renewable energy uses natural resources that are infinitely supplied, such as solar power, wind power, and tidal power, and does not cause pollution in the development process.

신재생 에너지는 자연 상태의 무공해 에너지원이며, 대기오염, 방사능 누출의 문제가 없어 환경 친화적인 장점을 지닌다. Renewable energy is a source of pollution-free energy in its natural state, and has the advantages of being environmentally friendly since there is no problem of air pollution and radiation leakage.

그러나, 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 신재생 에너지 전원은 본질적으로 그 발전의 근본이 자연환경에 의존적이므로 발전량이 간헐적인 특성을 가진다. 이러한 간헐성은 발전 출력의 급격한 변동을 가져오며 그 결과로서 전력 품질이 떨어지는 결과를 초래한다. However, renewable energy power sources such as wind power generation and solar power generation have an intermittent characteristic because the basis of the power generation is essentially dependent on the natural environment. This intermittence leads to rapid fluctuations in power generation output, resulting in poor power quality.

또한, 발전 시스템의 불균일한 발전량은 상용 전원의 불안정을 일으키는 문제가 있다. In addition, the nonuniform amount of power generation of the power generation system has a problem that causes instability of the commercial power supply.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 배터리를 이용한 스무딩 제어(smoothing control)를 하고 있다. 그러나 스무딩 제어를 지속할 경우 배터리 특성으로 인해 배터리 SOC가 감소하는 문제가 발생하고, SOC 감소는 배터리를 이용한 에너지 쉬프트(신재생 에너지원을 이용한 전력 거래) 동작이 불가능한 상황을 초래하는 문제가 있다. In order to solve the above problem, a smoothing control using a battery is performed. However, if the smoothing control is continued, there is a problem in that the battery SOC decreases due to the battery characteristics, and the SOC reduction causes a situation in which an energy shift using a battery (power trading using a renewable energy source) is impossible.

또한, 효과적인 신재생 에너지원을 이용한 전력 거래를 하기 위해서는 스무딩 제어시 배터리 SOC에 대한 관리가 필요하다.환경 파괴, 자원고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 태양광 발전 등 신재생 에너지의 중요성이 증대되고 있다. 특히 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 조력 등 무한히 공급되는 천연 자원을 이용하고, 발전 과정에서 공해를 유발하지 않아 그 활용 방안에 대한 연구가 활발히 진행중이다. In addition, in order to trade power using an efficient renewable energy source, it is necessary to manage the battery SOC during smoothing control.A system that stores power and efficiently utilizes the stored power due to environmental degradation and resource depletion. There is a growing interest in. In addition, the importance of renewable energy such as solar power generation is increasing. In particular, new and renewable energy uses natural resources that are infinitely supplied, such as solar power, wind power, and tidal power, and does not cause pollution in the development process.

그러나, 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 신재생 에너지 전원은 본질적으로 자연환경에 의존하므로 발전량이 간헐적인 특성을 가진다. 이러한 간헐성은 발전 출력의 급격한 변동을 가져오고, 그 결과로서 전력 품질이 떨어지는 결과를 초래한다. However, renewable energy power sources such as wind power and solar power are inherently dependent on the natural environment, and thus the amount of power generated is intermittent. This intermittence results in a sharp fluctuation in power generation output, resulting in poor power quality.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 배터리를 이용한 스무딩 제어(smoothing control)를 하고 있다. 그러나 스무딩 제어를 지속할 경우 배터리 특성으로 인해 배터리 SOC가 감소하는 문제가 발생하고, SOC 감소는 배터리를 이용한 에너지 쉬프트(신재생 에너지원을 이용한 전력 거래) 동작을 불가능하게 하는 상황을 초래하는 문제가 있다. 그러므로, 신재생 에너지원을 이용한 전력 거래를 위해서는 스무딩 제어 시 배터리 SOC에 대한 관리가 필요하다.
In order to solve the above problem, a smoothing control using a battery is performed. However, if the smoothing control is continued, the battery characteristics cause a decrease in the battery SOC, and the reduction of the SOC causes a situation that makes it impossible to operate a battery-based energy shift (power trading using a renewable energy source). have. Therefore, in order to trade power using renewable energy sources, it is necessary to manage the battery SOC during smoothing control.

공개특허공보 제 10-2011-0132122호 : 전력 저장 시스템 및 그 제어방법(2011.12.07)Korean Patent Publication No. 10-2011-0132122: A power storage system and its control method (2011.12.07)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 발전 시스템에서 발전한 전력을 스무딩 제어(smoothing control)할 경우 배터리 SOC를 관리하여, 신재생 에너지원을 이용한 전력 거래를 효과적으로 할 수 있도록 하는 SOC 관리를 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the SOC management to manage the battery SOC when the smoothing control (smoothing control) of the power generated in the power generation system, so that the power transaction using a renewable energy source can be effectively To provide a method and system for the purpose.

본 발명의 다른 목적은 배터리의 SOC가 기 설정된 목표 SOC를 유지하도록 할 수 있는 SOC 관리를 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method and system for SOC management that enables the SOC of a battery to maintain a predetermined target SOC.

본 발명의 또 다른 목적은 발전 시스템의 간헐적인 출력으로 인하여 발생하는 전력품질 악화 문제를 개선할 수 있는 SOC 관리를 위한 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method and system for SOC management that can improve the power quality deterioration problem caused by the intermittent output of the power generation system.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, PCS(Power condition system)가 배터리의 SOC(state of charge)를 관리하는 방법에 있어서, 배터리의 현재 SOC를 검출하는 단계, 상기 검출된 현재 SOC를 기 설정된 목표 SOC와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 스무딩 레이트를 조절하는 단계, 상기 조절된 스무딩 레이트를 근거로 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계를 포함하는 SOC 관리를 위한 방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention to achieve the above object, in a method for managing a state of charge (SOC) of a battery by a power condition system (PCS), detecting the current SOC of the battery, the detected current SOC Is compared with a predetermined target SOC, and adjusting a smoothing rate according to the comparison result, and controlling charging and discharging of the battery based on the adjusted smoothing rate.

상기 검출된 현재 SOC를 기 설정된 목표 SOC와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 스무딩 레이트를 조절하는 단계는, 상기 현재 SOC가 상기 목표 SOC와 동일한지의 여부를 판단하는 단계, 상기 현재 SOC가 목표 SOC와 동일한 경우, 스무딩 레이트를 기 설정된 기준값으로 설정하고, 현재 SOC가 목표 SOC와 동일하지 않은 경우 현재 SOC의 목표 SOC 초과 여부에 따라 스무딩 레이트를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. Comparing the detected current SOC with a predetermined target SOC, and adjusting the smoothing rate according to the comparison result, determining whether the current SOC is the same as the target SOC, the current SOC and the target SOC If the same, the smoothing rate may be set to a preset reference value, and if the current SOC is not the same as the target SOC, adjusting the smoothing rate according to whether the current SOC exceeds the target SOC.

상기 현재 SOC가 목표 SOC를 초과하는 경우, 하기의 수학식을 이용하여 스무딩 레이트를 구할 수 있다. When the current SOC exceeds the target SOC, the smoothing rate may be obtained using the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Smoothing rate = (SOC_ref + (abs(목표 SOC- 현재 SOC)/100)Smoothing rate = (SOC_ref + (abs (target SOC- current SOC) / 100)

또한, 상기 현재 SOC가 목표 SOC 미만인 경우, 하기의 수학식을 이용하여 스무딩 레이트를 구할 수 있다. In addition, when the current SOC is less than the target SOC, the smoothing rate may be obtained using the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Smoothing rate = (SOC_ref -(abs(목표 SOC - 현재 SOC)/100)Smoothing rate = (SOC_ref-(abs (target SOC-current SOC) / 100)

상기 조절된 스무딩 레이트를 근거로 상기 배터리의 충방전을 제어하는 단계는, 발전 시스템으로부터의 전력에서 노이즈 제거를 통해 스무딩 레벨이 조절된 스무딩 전력(Psmoothing)을 생성하는 단계, 상기 스무딩 전력에 상기 스무딩 레이트를 적용 및 연산하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 구하는 단계, 상기 발전 시스템으로부터의 전력을 상기 인버터 출력 지령값을 비교하는 단계, 상기 비교결과, 인버터 출력 지령값이 발전 시스템에서 발전한 전력을 초과하는 경우, 상기 인버터 출력 지령값과 발전 시스템에서 발전한 전력의 차이에 해당하는 전력을 배터리에서 방전시키고, 상기 인버터 출력 지령값이 발전 시스템이 발전한 전력 미만인 경우, 상기 발전 시스템에서 발전한 전력과 인버터 출력 지령값의 차이에 해당하는 전력을 상기 배터리에 충전시키는 단계를 포함할 수 있다. Controlling charging and discharging of the battery based on the adjusted smoothing rate may include generating smoothing power Psmoothing having a smoothing level adjusted by removing noise from power from a power generation system, and smoothing the smoothing power. Applying and calculating a rate to obtain an inverter output command value Pinv, comparing the power from the power generation system to the inverter output command value, and as a result of the comparison, the inverter output command value exceeds the power generated in the power generation system. In the case where the power corresponding to the difference between the inverter output command value and the power generated in the power generation system is discharged from the battery, and the inverter output command value is less than the power generated by the power generation system, the power generated by the power generation system and the inverter output command When charging the battery with power corresponding to the difference in value It may include the step.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 PCS에 있어서, 상기 발전 시스템에서 출력되는 전력을 직류 링크 전력으로 변환하는 전력 변환부, 상기 배터리의 현재 SOC와 기 설정된 목표 SOC의 비교 결과에 따라 스무딩 레이트를 조절하고, 상기 전력 변환부에서 출력되는 전력의 스무딩 레벨을 조절하여 스무딩 전력(Psmoothing)을 생성하며, 그 스무딩 전력에 상기 스무딩 레이트를 연산하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 생성한 후, 상기 인버터 출력 지령값을 근거로 양방향 컨버터 및 양방향 인버터를 제어하여 상기 배터리의 SOC가 상기 목표 SOC가 되도록 상기 배터리를 충전 또는 방전시키는 제어부, 상기 인버터 출력 지령값에 해당하는 전력을 상기 계통의 교류 전력으로 변환하는 제2 방전 모드와 상기 계통의 교류 전력을 상기 직류 링크 전력으로 변환하는 제2 충전 모드를 포함하는 양방향 인버터, 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 배터리의 출력 전력을 상기 직류 링크 전력으로 변환하는 제1 방전 모드와 상기 직류 링크 전력을 상기 배터리의 충전 전력으로 변환하는 제1 충전 모드를 포함하는 양방향 컨버터를 포함하는 SOC 관리를 위한 PCS가 제공된다. According to another aspect of the present invention, in the PCS for supplying power to the load by connecting the power generation system, the battery and the system, a power conversion unit for converting the power output from the power generation system into a direct current link power, the current SOC of the battery And adjusts the smoothing rate according to the comparison result of the predetermined target SOC, generates a smoothing power Psmoothing by adjusting the smoothing level of the power output from the power converter, and calculates the smoothing rate based on the smoothing power. A controller configured to control the bidirectional converter and the bidirectional inverter based on the inverter output command value to charge or discharge the battery so that the SOC of the battery becomes the target SOC after generating an output command value Pinv, the inverter output command The second discharge mode and the system for converting the power corresponding to the value into AC power of the system A bidirectional inverter including a second charging mode for converting AC power of a tube into the DC link power, and a first discharge mode for converting output power of the battery into the DC link power and the DC link under control of the controller. A PCS for SOC management is provided that includes a bi-directional converter that includes a first charging mode that converts power to charging power of the battery.

상기 제어부는 현재 SOC가 상기 목표 SOC와 동일한지의 여부를 판단하고, 상기 판단결과 현재 SOC가 목표 SOC와 동일한 경우, 스무딩 레이트를 기 설정된 기준값으로 설정하고, 현재 SOC가 목표 SOC와 동일하지 않은 경우 현재 SOC의 목표 SOC 초과 여부에 따라 스무딩 레이트를 조절할 수 있다. The controller determines whether the current SOC is equal to the target SOC, and if the current SOC is the same as the target SOC, sets the smoothing rate to a preset reference value, and if the current SOC is not the same as the target SOC, The smoothing rate can be adjusted according to whether the SOC exceeds the target SOC.

또한, 상기 제어부는 상기 전력 변환부에서 출력되는 전력을 상기 인버터 출력 지령값과 비교하고, 상기 비교결과, 상기 전력이 인버터 출력 지령값을 초과한 경우 상기 전력과 인버터 출력 지령값의 차이에 해당하는 전력이 상기 배터리에 충전되도록 상기 양방향 컨버터 및 양방향 인버터를 제어하고, 상기 전력이 인버터 출력 지령값 미만인 경우 상기 배터리에서 인버터 출력 지령값과 상기 전력의 차이에 해당하는 전력을 방전시키도록 상기 양방향 컨버터 및 양방향 인버터를 제어할 수 있다.
The controller compares the power output from the power converter with the inverter output command value, and when the power exceeds the inverter output command value, the controller corresponds to a difference between the power and the inverter output command value. And controlling the bidirectional converter and the bidirectional inverter to charge power in the battery, and discharging the power corresponding to the difference between the inverter output command value and the power in the battery when the power is less than the inverter output command value. The bidirectional inverter can be controlled.

본 발명에 따르면, 발전 시스템에서 발전한 전력을 스무딩 제어(smoothing control)할 경우 배터리 SOC를 관리하여, 신재생 에너지원을 이용한 전력 거래를 효과적으로 할 수 있다. According to the present invention, when smoothing control of power generated in a power generation system, battery SOC may be managed to effectively perform power transactions using renewable energy sources.

또한, 배터리의 SOC가 기 설정된 목표 SOC를 유지하도록 할 수 있다. In addition, the SOC of the battery may maintain the predetermined target SOC.

또한, 발전 시스템의 간헐적인 출력으로 인하여 발생하는 전력품질 악화 문제를 개선할 수 있다.
In addition, it is possible to improve the power quality deterioration problem caused by the intermittent output of the power generation system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 관리를 위한 전력 관리 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOC 관리를 위한 전력 관리 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬연결 일 경우 SOC 관리를 위한 전력 관리 시스템을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 PCS가 배터리의 SOC를 관리하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 스무딩 제어를 설명하기 위한 화면 예시도.1 is a view showing a power management system for SOC management according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a power management system for SOC management according to another embodiment of the present invention.
3 is a view showing a power management system for SOC management in the case of a parallel connection according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for managing a SOC of a battery by a PCS according to the present invention.
5 is an exemplary screen illustrating a smoothing control according to the present invention.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
The foregoing and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 관리를 위한 전력 관리 시스템을 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating a power management system for SOC management according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, SOC(state of charge) 관리를 위한 전력 관리 시스템은 발전 시스템(200), 배터리/BMS(300), 계통(400)과 연계하여 부하(500)에 전력을 공급하는 전력변환장치(이하 PCS(Power condition system)라 칭함)(100)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a power management system for managing a state of charge (SOC) is a power conversion system that supplies power to a load 500 in connection with a power generation system 200, a battery / BMS 300, and a system 400. Device (hereinafter referred to as a power condition system (PCS)) 100.

발전 시스템(200)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(200)은 생산한 전력을 PCS(100)에 공급한다. 발전 시스템(200)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있으며, 그 밖에 태양열이나 지열 등을 이용하는 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하다. 발전 시스템(200)은 다수의 발전모듈을 병렬로 구비하여 발전 모듈별로 전력을 생산함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다.The power generation system 200 is a system for producing electric power using an energy source. The power generation system 200 supplies the generated power to the PCS 100. The power generation system 200 may include a solar power generation system, a wind power generation system, a tidal power generation system, and the like. In addition, the power generation system 200 may include a power generation system that generates power using renewable energy using solar heat or geothermal power. In particular, solar cells that produce electrical energy using sunlight are easy to install in each home or factory. The power generation system 200 may include a plurality of power generation modules in parallel to generate power for each power generation module to configure a large capacity energy system.

계통(400)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(400)은 정상 상태인 경우, PCS(100) 또는 부하(500)로 전력을 공급하고, PCS(100)로부터 공급된 전력을 입력받는다. 계통(400)이 비정상 상태인 경우, 계통(400)으로부터 PCS(100) 또는 부하(500)로의 전력 공급은 중단되고, PCS(100)로부터 계통(400)으로의 전력 공급 또한 중단된다.The system 400 includes a power plant, a substation, a transmission line, and the like. The system 400 supplies power to the PCS 100 or the load 500 and receives power supplied from the PCS 100 when the system 400 is in a normal state. When the system 400 is in an abnormal state, the power supply from the system 400 to the PCS 100 or the load 500 is stopped and the power supply from the PCS 100 to the system 400 is also stopped.

부하(500)는 발전 시스템(200)으로부터 생산된 전력, 배터리(300)에 저장된 전력, 또는 계통(400)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로서, 예를 들면 가정, 공장 등일 수 있다.The load 500 consumes power generated from the power generation system 200, power stored in the battery 300, or power supplied from the system 400, and may be, for example, a home, a factory, or the like.

PCS(100)는 발전 시스템(200)에서 발전한 전력을 배터리(300)에 저장하거나 계통(400) 또는 부하(500)로 보낼 수 있다. 또한 PCS(100)는 배터리(300)에 저장된 전력을 계통(400) 또는 부하(500)로 전달하거나, 계통(400)에서 공급된 전력을 배터리(300)에 저장할 수도 있다. The PCS 100 may store the power generated by the power generation system 200 in the battery 300 or send it to the system 400 or the load 500. In addition, the PCS 100 may transfer the power stored in the battery 300 to the system 400 or the load 500, or may store the power supplied from the system 400 in the battery 300.

또한, PCS(100)는 스무딩 제어(smoothing control)를 수행하여 배터리(300)의 충전량(SOC)이 기 설정된 목표 SOC를 유지하도록 제어한다. In addition, the PCS 100 performs a smoothing control to control the amount of charge SOC of the battery 300 to maintain a predetermined target SOC.

상기와 같은 역할을 수행하는 PCS(100)는 전력 변환부(110), 제어부(160), 양방향 인버터(130), 양방향 컨버터(140), 제1 스위치(150), 제2 스위치(170)를 포함한다.The PCS 100, which performs the above role, uses the power converter 110, the controller 160, the bidirectional inverter 130, the bidirectional converter 140, the first switch 150, and the second switch 170. Include.

전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)과 제1 노드(N1) 사이에 연결된다. 전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)에서 생산한 전력을 제1 노드(N1)로 전달하며, 이때 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환한다. 즉, 전력 변환부(110)가 동작함으로 인하여 발전 시스템(200)에서 생산된 전력이 배터리(300), 계통(400), 부하(500) 등에 공급될 수 있다.The power conversion unit 110 is connected between the power generation system 200 and the first node N1. The power conversion unit 110 transfers the power generated by the power generation system 200 to the first node N1, and converts the output voltage to a DC link voltage at this time. That is, the power generated by the power generation system 200 can be supplied to the battery 300, the system 400, the load 500, and the like due to the operation of the power conversion unit 110.

전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)의 종류에 따라서 컨버터 또는 정류회로로 구성될 수 있다. 즉, 발전 시스템(200)이 직류의 전력을 발생시키는 경우, 전력 변환부(110)는 직류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 컨버터일 수 있다. The power conversion unit 110 may be constituted by a converter or a rectifying circuit depending on the type of the power generation system 200. That is, when the power generation system 200 generates the DC power, the power converter 110 may be a converter for converting the DC power into the DC power.

반대로 발전 시스템(200)이 교류의 전력을 발생시키는 경우, 전력 변환부(110)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. Conversely, when the power generation system 200 generates AC power, the power conversion unit 110 may be a rectification circuit for converting AC power into DC power.

또한, 전력 변환부(110)는 일사량, 온도, 풍속 등의 변화에 따라서 발전 시스템(200)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking, 이하 'MPPT'라 한다) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다.In addition, the power conversion unit 110 is referred to as the maximum power point tracking (MPPT) to obtain the maximum power produced by the power generation system 200 according to changes in solar radiation, temperature, wind speed, and the like. MPPT converter to perform the control.

전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 동작을 중지하여 컨버터 등에서 소비되는 전력을 최소화시킬 수도 있다.The power conversion unit 110 may stop operation when there is no power generated by the power generation system 200, thereby minimizing power consumed in the converter or the like.

제어부(160)는 배터리(300)의 현재 SOC와 기 설정된 목표 SOC의 비교 결과에 따라 스무딩 레이트를 조절하고, 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력의 스무딩 레벨을 조절하여 스무딩 전력(Psmoothing)을 생성하며, 그 스무딩 전력에 상기 스무딩 레이트를 연산하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 생성한 후, 생성한 인버터 출력 지령값을 근거로 양방향 컨버터(140) 및 양방향 인버터(130)를 제어하여 배터리(300)의 SOC가 목표 SOC가 되도록 배터리(300)를 충전 또는 방전시킨다. The controller 160 adjusts the smoothing rate according to a comparison result between the current SOC of the battery 300 and the preset target SOC, and adjusts the smoothing level of the power output from the power converter 110 to adjust the smoothing power Psmoothing. After generating the inverter output command value Pinv by calculating the smoothing rate based on the smoothing power, and controlling the bidirectional converter 140 and the bidirectional inverter 130 based on the generated inverter output command value, the battery ( The battery 300 is charged or discharged so that the SOC of 300 becomes the target SOC.

즉, 제어부(160)는 전력 변환부(110)로부터의 전력을 필터링하여 변동성을 줄인 스무딩 전력(Psmoothing)을 생성한다. 이때, 제어부(160)는 LPF(Low Pass Filter)를 이용하여 전력 변환부(110)로부터의 전력을 필터링한다. 여기서, LPF(Low Pass Filter)는 전력 변환부(110)로부터의 전력에 대한 스무딩 레벨을 정하기 위한 필터로 동작할 수 있다. 따라서, 제어부(160)은 전력 변환부(110)로부터의 전력에서 노이즈를 제거하여 스무딩 전력(Psmoothing)을 생성한다. 스무딩 전력은 프로그램상에 존재하는 기준 값으로, 실제적인 전력은 양방향 인버터(130)에서 지령받은 값을 이용하여 생성된다.That is, the controller 160 filters the power from the power converter 110 to generate smoothing power Psmoothing with reduced variability. In this case, the controller 160 filters the power from the power converter 110 using a low pass filter (LPF). Here, the low pass filter (LPF) may operate as a filter for determining the smoothing level of the power from the power converter 110. Accordingly, the controller 160 removes noise from the power from the power converter 110 to generate smoothing power Psmoothing. The smoothing power is a reference value existing in the program, and the actual power is generated using the value commanded by the bidirectional inverter 130.

또한, 제어부(160)는 스무딩 전력(Psmoothing)에 스무딩 레이트를 적용 및 연산하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 생성하고, 그 인버터 출력 지령값(Pinv)을 양방향 인버터(130)로 전송한다. 스무딩 레이트는 배터리(300)의 SOC를 보상하기 위한 값으로서, 출력 에너지 레벨의 상승과 하강을 통한 배터리 충전과 방전을 임의로 조절하기 위한 값일 수 있다. 또한, 스무딩 레이트는 배터리 충방전 효율에 따른 값으로서, 배터리 상태에 따라 변동될 수 있다.In addition, the controller 160 generates and outputs an inverter output command value Pinv by applying and calculating a smoothing rate to the smoothing power Psmoothing, and transmits the inverter output command value Pinv to the bidirectional inverter 130. The smoothing rate is a value for compensating the SOC of the battery 300 and may be a value for arbitrarily adjusting the charging and discharging of the battery by increasing and decreasing the output energy level. In addition, the smoothing rate is a value according to battery charge / discharge efficiency and may vary depending on the battery condition.

또한, 제어부(160)는 배터리(300)의 현재 SOC(SOC_curr)를 검출하고, 현재 SOC(SOC_curr)가 기 설정된 목표 SOC(SOC_target)를 유지하도록 스무딩 제어를 수행한다. 이를 위해, 제어부(160)은 배터리(300)의 현재 SOC(SOC_curr)를 기 설정된 목표 SOC(SOC_target)와 비교하고, 그 비교 결과를 근거로 스무딩 레이트를 조절한다. 목표 SOC는 배터리 상태에 따라 변동될 수 있는 값으로서, 예를 들면 80%일 수 있다. In addition, the controller 160 detects a current SOC (SOC_curr) of the battery 300 and performs smoothing control so that the current SOC (SOC_curr) maintains a preset target SOC (SOC_target). To this end, the controller 160 compares the current SOC (SOC_curr) of the battery 300 with a preset target SOC (SOC_target), and adjusts the smoothing rate based on the comparison result. The target SOC is a value that can vary depending on the battery condition, for example 80%.

제어부(160)가 배터리(300)의 SOC를 관리하는 방법에 대해 좀더 상세히 설명하면, 제어부(160)는 배터리(300)의 현재 SOC가 기 설정된 목표 SOC와 동일한지를 판단한다. 상기 판단결과 배터리(300)의 현재 SOC가 목표 SOC와 동일하면, 제어부(160)는 스무딩 레이트를 기 설정된 기준 값(SOC_ref)으로 설정한다. 여기서, 스무딩 레이트의 기준 값(SOC_ref)은 예를 들면, 0.9일 수 있다. 배터리(300)는 충전 효율이 방전효율보다 낮기 때문에, 스무딩 레이트가 '1'인 경우, 시간이 지남에 따라 SOC는 무조건 방전된다. 그러므로, 스무딩 레이트의 기준 값을 0.9로 설정할 수 있다.When the controller 160 describes the method of managing the SOC of the battery 300 in more detail, the controller 160 determines whether the current SOC of the battery 300 is the same as the preset target SOC. As a result of the determination, if the current SOC of the battery 300 is the same as the target SOC, the controller 160 sets the smoothing rate to a preset reference value SOC_ref. Here, the reference value SOC_ref of the smoothing rate may be 0.9, for example. Since the charging efficiency of the battery 300 is lower than the discharge efficiency, when the smoothing rate is '1', the SOC is discharged unconditionally with time. Therefore, the reference value of the smoothing rate can be set to 0.9.

만약, 배터리(300)의 현재 SOC가 목표 SOC와 동일하지 않으면, 제어부(160)는 현재 SOC가 목표 SOC를 초과하는지의 여부를 판단한다. 상기 판단결과 배터리 충전량이 목표 SOC를 초과하면, 제어부(160)는 수학식 1을 이용하여 스무딩 레이트를 구한다. If the current SOC of the battery 300 is not the same as the target SOC, the controller 160 determines whether the current SOC exceeds the target SOC. As a result of the determination, when the battery charge exceeds the target SOC, the controller 160 calculates a smoothing rate by using Equation 1.

만약, 배터리 현재 SOC가 목표 SOC 미만이면, 제어부(160)는 수학식 2를 이용하여 스무딩 레이트를 구한다.If the battery current SOC is less than the target SOC, the controller 160 calculates a smoothing rate using Equation 2.

상기와 같이 배터리(300)의 현재 SOC에 따라 스무딩 레이트가 구해지면, 제어부(160)는 수학식 3과 같이 스무딩 전력(Psmoothing)에 상기 구해진 스무딩 레이트(Smoothing rate)를 곱하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 구하고, 구해진 인버터 출력 지령값을 양방향 인버터(130)로 전송한다. When the smoothing rate is obtained according to the current SOC of the battery 300 as described above, the controller 160 multiplies the smoothing power Psmoothing by the obtained smoothing rate as shown in Equation 3 to output the inverter output command value Pinv. ) Is obtained, and the obtained inverter output command value is transmitted to the bidirectional inverter 130.

또한, 제어부(160)는 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력을 인버터 출력 지령값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 양방향 컨버터(140) 및 양방향 인버터(130)을 제어한다. In addition, the controller 160 compares the power output from the power converter 110 with the inverter output command value, and controls the bidirectional converter 140 and the bidirectional inverter 130 according to the comparison result.

먼저, 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력이 인버터 출력 지령값을 초과하는 경우, 제어부(160)는 상기 전력과 인버터 출력 지령값의 차이에 해당하는 전력이 배터리(300)에 충전되도록 양방향 컨버터(140) 및 양방향 인버터(130)를 제어한다. 이때, 양방향 컨버터(140)는 충전 모드로 동작하고, 양방향 인버터(130)는 인버터 출력 지령값에 해당하는 전력을 부하(500) 또는 계통(400)에 공급한다. First, when the power output from the power converter 110 exceeds the inverter output command value, the controller 160 is a bi-directional converter so that the power corresponding to the difference between the power and the inverter output command value is charged in the battery 300 140 and the bi-directional inverter 130 is controlled. In this case, the bidirectional converter 140 operates in the charging mode, and the bidirectional inverter 130 supplies power corresponding to the inverter output command value to the load 500 or the system 400.

이 경우, 인버터 출력 지령값은 발전 시스템(200)에서 발전한 전력보다 낮은 값이므로, 제어부(160)는 인버터 출력 지령값을 제외한 나머지 전력이 배터리(300)에 충전되도록 양방향 컨버터(140)를 제어한다. 그러면, 배터리(300)의 SOC는 목표 SOC가 될 수 있다. In this case, since the inverter output command value is lower than the power generated by the power generation system 200, the controller 160 controls the bidirectional converter 140 so that the remaining power except for the inverter output command value is charged in the battery 300. . Then, the SOC of the battery 300 may be the target SOC.

다음으로, 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력이 인버터 출력 지령값 미만인 경우, 제어부(160)는 배터리(300)에서 인버터 출력 지령값과 상기 전력의 차이에 해당하는 전력을 방전시키도록 양방향 컨버터(140) 및 양방향 인버터(130)를 제어한다. 이때, 양방향 컨버터(140)는 방전 모드로 동작하고, 양방향 인버터(130)는 인버터 출력 지령값에 해당하는 전력을 부하(500) 또는 계통(400)에 공급한다.Next, when the power output from the power converter 110 is less than the inverter output command value, the controller 160 to discharge the power corresponding to the difference between the inverter output command value and the power in the battery 300 bi-directional converter 140 and the bi-directional inverter 130 is controlled. In this case, the bidirectional converter 140 operates in the discharge mode, and the bidirectional inverter 130 supplies power corresponding to the inverter output command value to the load 500 or the system 400.

이 경우, 인버터 출력 지령값은 발전 시스템(200)에서 발전한 전력보다 높은 값이므로, 제어부(160)는 인버터 출력 지령값을 맞추기 위해 배터리(300)를 방전시킨다. 그러면, 배터리(300)의 SOC는 목표 SOC가 될 수 있다. In this case, since the inverter output command value is higher than the power generated by the power generation system 200, the controller 160 discharges the battery 300 to match the inverter output command value. Then, the SOC of the battery 300 may be the target SOC.

또한, 제어부(160)는 PCS(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 시스템의 동작 모드 예를 들면 발전된 전력을 계통(400)에 공급할 것인지, 부하(500)에 공급할 것인지, 배터리(300)에 저장할 것인지, 계통(400)으로부터의 전력을 배터리(300)에 저장할 것인지의 여부 등을 결정한다.In addition, the controller 160 controls the overall operation of the PCS 100 and stores the operation mode of the system, for example, the generated power to the system 400, the load 500, or the battery 300. Whether or not to store power from the system 400 in the battery 300.

또한, 제어부(160)는 전력 변환부(110), 양방향 인버터(130), 양방향 컨버터(140), 제1 스위치(150) 및 제2 스위치(160) 각각의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 전송한다. 여기서, 제어 신호는 각각의 컨버터 또는 인버터의 입력 전압에 따른 듀티 비 최적 제어를 통해 컨버터 또는 인버터의 전력 변환에 따른 손실을 최소화한다. 이를 위해 제어부(160)는 전력 변환부(110), 양방향 인버터(130), 양방향 컨버터(140)의 각각의 입력단에서 전압, 전류, 온도를 감지한 신호를 제공받아, 이러한 감지신호들을 기초로 제어 신호를 전송한다. In addition, the controller 160 controls a control signal for controlling the switching operation of each of the power converter 110, the bidirectional inverter 130, the bidirectional converter 140, the first switch 150, and the second switch 160. send. Here, the control signal minimizes the loss due to the power conversion of the converter or inverter through the duty ratio optimum control according to the input voltage of each converter or inverter. To this end, the controller 160 receives a signal sensing voltage, current, and temperature from each input terminal of the power converter 110, the bidirectional inverter 130, and the bidirectional converter 140, and controls the detected signals based on the detected signals. Send a signal.

여기에서는 제어부(160)를 PCS(100)내에 구비되도록 설명하였으나, PCS(100)와는 별개의 장치로 구성할 수도 있다. Herein, the controller 160 is described to be provided in the PCS 100, but may be configured as a separate device from the PCS 100.

양방향 인버터(130)는 스무딩 제어 회로부(120)와 제1 스위치(150) 사이에 연결되는 전력 변환기이다. 양방향 인버터(130)는 방전 모드에서 발전 시스템(210) 또는 배터리(260)로부터 출력된 직류 링크 전압을 계통(280)의 교류 전압으로 변환하여 출력한다. The bidirectional inverter 130 is a power converter connected between the smoothing control circuit unit 120 and the first switch 150. The bidirectional inverter 130 converts the DC link voltage output from the power generation system 210 or the battery 260 into the AC voltage of the grid 280 in the discharge mode.

또한, 양방향 인버터(130)는 충전 모드에서 계통(400)의 전력을 배터리(300)에 저장하기 위하여, 계통(400)의 교류 전압을 정류하여 직류 링크 전압으로 변환하여 출력한다. 양방향 인버터(130)는 계통(400)으로 출력되는 교류 전압으로부터 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있으며, 무효 전력 발생을 억제하기 위하여 양방향 인버터(130)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(400)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL(Phase Locked Loop)) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 양방향 인버터(130)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. In addition, in order to store the power of the system 400 in the battery 300 in the charging mode, the bidirectional inverter 130 rectifies an AC voltage of the system 400 and converts the DC voltage into a DC link voltage. The bidirectional inverter 130 may include a filter for removing harmonics from the AC voltage output to the system 400, and the phase and system of the AC voltage output from the bidirectional inverter 130 to suppress generation of reactive power. A phase locked loop (PLL) circuit may be included to synchronize the phase of the AC voltage of the circuit 400. In addition, the bidirectional inverter 130 may perform functions such as limiting the voltage fluctuation range, improving the power factor, removing direct current components, and protecting transient phenomena.

양방향 인버터(130)는 발전 시스템(200)에서 생산된 전력이나 배터리(300)에 저장된 전력을 부하(500)나 계통(400)으로 공급할 필요가 없는 경우, 또는 배터리(300)를 충전할 때에 계통(400)의 전력을 필요로 하지 않는 경우 등에는 전력 소비를 최소화하기 위하여 양방향 인버터(130)의 동작을 중지시킬 수도 있다.Way inverter 130 does not need to supply the power generated by the power generation system 200 or the power stored in the battery 300 to the load 500 or the system 400 or when the battery 300 is charged, Directional inverter 130 may be stopped to minimize the power consumption when the power of the controller 400 is not needed.

양방향 컨버터(140)는 방전 모드에서 배터리(300)에 저장된 전력을 양방향 인버터(130)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력한다. 반면에, 양방향 컨버터(140)는 충전 모드에서 제1 노드(N1)를 통해서 유입되는 충전 전력을 배터리(300)에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환한다. 여기서, 충전 전력은 예를 들어 발전 시스템(200)에서 생산된 전력 또는 계통(400)으로부터 양방향 인버터(130)를 통하여 공급된 전력이다. 양방향 컨버터(140)는 배터리(300)의 충전 또는 방전이 필요없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화할 수도 있다.The bidirectional converter 140 DC-DC converts the power stored in the battery 300 in the discharge mode to a voltage level required by the bidirectional inverter 130, that is, a DC link voltage. On the other hand, the bidirectional converter 140 performs DC-DC conversion of the charging power flowing through the first node N1 in the charging mode to the voltage level required by the battery 300, that is, the charging voltage. Here, the charging power is, for example, the power generated from the power generation system 200 or the power supplied from the system 400 through the bidirectional inverter 130. The bidirectional converter 140 may stop operation when battery 300 is not required to be charged or discharged to minimize power consumption.

제1 스위치(150) 및 제2 스위치(170)는 양방향 인버터(130)와 제2 노드(N2) 사이에 직렬로 연결되며, 제어부(160)의 제어에 따라서 on/off 동작을 수행하여 발전 시스템(200)과 계통(400) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1스위치(150)와 제2 스위치(170)는 발전 시스템(200), 계통(400), 및 배터리(300)의 상태에 따라서 on/off가 결정될 수 있다. 예를 들어, 부하(500)에서 요구되는 전력량이 큰 경우, 제1 스위치(150) 및 제2 스위치(160)를 모두 on 상태로 하여 발전 시스템(200), 계통(400)의 전력이 모두 사용될 수 있도록 한다. 물론 발전 시스템(200) 및 계통(400)으로부터의 전력만으로는 부하(500)에서 요구하는 전력량을 충족시키지 못하는 경우에는 배터리(300)에 저장된 전력이 공급될 수도 있다. The first switch 150 and the second switch 170 are connected in series between the bidirectional inverter 130 and the second node N2, and perform an on / off operation under the control of the controller 160 to generate a power generation system. Control the flow of current between the 200 and the system 400. The first switch 150 and the second switch 170 may be turned on / off according to the states of the power generation system 200, the system 400, and the battery 300. For example, when the amount of power required in the load 500 is large, both the first switch 150 and the second switch 160 are turned on and the power of the power generation system 200 and the system 400 is all used . Of course, if the power from the power generation system 200 and the system 400 can not satisfy the amount of power required by the load 500, the power stored in the battery 300 may be supplied.

반면에, 계통(400)에서 정전이 발생한 경우, 제2 스위치(170)를 off 상태로 하고 제1 스위치(150)를 on 상태로 한다. 이로 인하여 발전 시스템(200) 또는 배터리(300)로부터의 전력을 부하(500)에 공급할 수 있으며, 부하(500)로 공급되는 전력이 계통(400) 측으로 흘러들어가 계통(400)의 전력선 등에서 작업하는 인부가 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.On the other hand, when a power failure occurs in the system 400, the second switch 170 is turned off and the first switch 150 is turned on. The power supplied from the power generation system 200 or the battery 300 can be supplied to the load 500 and the power supplied to the load 500 flows to the system 400 to work on the power line or the like of the system 400 It is possible to prevent accidents such as electric shock.

BMS는 배터리(300)에 연결되며, 배터리(300)보호 동작 및 배터리(300)의 상태를 제어부(160)에 전달한다.The BMS is connected to the battery 300 and transmits the protection operation of the battery 300 and the state of the battery 300 to the controller 160.

BMS는 배터리(300)를 보호하기 위하여, 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, BMS는 배터리(300)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등을 모니터링하고, 관련 정보를 제어부(160)에 전송할 수 있다. 본 실시 예에서는 BMS가 배터리(300)와 일체로 된 배터리 팩으로 구성하였으나, BMS와 배터리(300)가 분리된 구성으로 할 수도 있다. In order to protect the battery 300, the BMS can perform overcharge protection, over-discharge protection, over-current protection, over-voltage protection, over-temperature protection, and cell balancing. To this end, the BMS may monitor the voltage, current, temperature, remaining power amount, lifetime, state of charge, and the like of the battery 300, and transmit related information to the controller 160. In the present embodiment, the BMS is configured as a battery pack integrated with the battery 300, but the BMS and the battery 300 may be separated from each other.

배터리(300)는 발전 시스템(200)에서 생산된 전력 또는 계통(400)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(500) 또는 계통(400)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리(300)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어질 수 있으며, 각 배터리 셀은 복수의 베어셀을 포함할 수 있다. 이러한 배터리(300)는 다양한 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있으며, 예를 들어 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등일 수 있다. 배터리(300)는 SOC 제어 장치(100)에서 요구되는 전력 용량, 설계 조건 등에 따라서 그 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 부하(500)의 소비 전력이 큰 경우에는 복수의 배터리(300)를 구비할 수 있으며, 부하(500)의 소비 전력이 작은 경우에는 하나의 배터리(300)만을 구비할 수도 있을 것이다.
The battery 300 receives and stores the power produced by the power generation system 200 or the power of the system 400, and supplies the stored power to the load 500 or the system 400. The battery 300 may include at least one battery cell, and each battery cell may include a plurality of bare cells. The battery 300 may be implemented with various types of battery cells, for example, a nickel-cadmium battery, a lead storage battery, a nickel metal hydride battery (NiMH), or a lithium-ion battery. (lithium ion battery), a lithium polymer battery (lithium polymer battery) and the like. The number of batteries 300 may be determined according to power capacity, design conditions, and the like required by the SOC control apparatus 100. For example, when the power consumption of the load 500 is large, a plurality of batteries 300 may be provided. When the power consumption of the load 500 is small, only one battery 300 may be provided. .

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOC 관리를 위한 전력 관리 시스템을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating a power management system for SOC management according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, SOC(state of charge) 관리를 위한 전력 관리 시스템은 발전 시스템(200), 배터리/BMS(300), 계통(400)과 연계하여 부하(500)에 전력을 공급하는 전력변환장치(이하 PCS(Power condition system)라 칭함)(100)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a power management system for managing a state of charge (SOC) is a power conversion system that supplies power to a load 500 in connection with a power generation system 200, a battery / BMS 300, and a system 400. Device (hereinafter referred to as a power condition system (PCS)) 100.

전력 관리 시스템을 도 1에 도시된 전력 관리 시스템과 비교하면, 제어부(160), 배터리/BMS(300)와 연결된 양방향 컨버터(140)가 계통 앞단에 위치하여 시스템을 안정화시키고, SOC관리를 할 수 있다. Comparing the power management system with the power management system shown in FIG. 1, the control unit 160 and the bidirectional converter 140 connected to the battery / BMS 300 are located at the front of the system to stabilize the system and perform SOC management. have.

PCS(100)가 독립 운전 시스템이 아닐 경우, 제어부(160)는 PCS(100)와 계통 사이에 바로 설치 가능하다. 만약, PCS(100)가 독립 운전이 가능한 경우, 제어부(160)는 PCS(100)내에 설치 가능하다. When the PCS 100 is not an independent operation system, the controller 160 may be installed directly between the PCS 100 and the system. If the PCS 100 can operate independently, the controller 160 may be installed in the PCS 100.

그리고, 양방향 컨버터(140)와 배터리(300)는 용량에 따라 복수 설치가 가능하다.
The bidirectional converter 140 and the battery 300 may be installed in plural in accordance with their capacity.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬연결 일 경우 SOC 관리를 위한 전력 관리 시스템을 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating a power management system for SOC management in the case of a parallel connection according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, SOC(state of charge) 관리를 위한 전력 관리 시스템은 복수 개의 발전 시스템(200), 복수 개의 배터리(300), 계통(400)과 연계하여 부하(500)에 전력을 공급하는 전력변환장치(이하 PCS(Power condition system)라 칭함)(100)를 포함한다. Referring to FIG. 3, a power management system for managing a state of charge (SOC) may be configured to supply power to a load 500 in connection with a plurality of power generation systems 200, a plurality of batteries 300, and a system 400. A power conversion device (hereinafter referred to as a power condition system (PCS)) 100.

발전 시스템(200)은 다수의 발전모듈을 병렬로 구비하여 발전모듈별로 전력을 생산함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다. 발전 시스템(200)에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다. The power generation system 200 includes a plurality of power generation modules in parallel to generate power for each power generation module, thereby constituting a large-capacity energy system. A detailed description of the power generation system 200 will be made with reference to FIG. 1.

PCS(100)는 각 발전 시스템(200)에서 발전한 전력을 배터리(300)에 저장하고, 발전한 전력을 계통(400)으로 보낼 수 있다. 또한 PCS(100)는 배터리(300)에 저장된 전력을 계통(400)으로 전달하거나, 계통(400)에서 공급된 전력을 배터리(300)에 저장할 수 있다. The PCS 100 may store the power generated by each power generation system 200 in the battery 300, and send the generated power to the system 400. The PCS 100 may transmit the power stored in the battery 300 to the system 400 or may store the power supplied from the system 400 in the battery 300. [

또한, PCS(100)는 스무딩 제어를 수행하여 배터리(300)의 충전량이 목표 충전량을 유지하도록 제어한다. In addition, the PCS 100 performs smoothing control to control the amount of charge of the battery 300 to maintain the target amount of charge.

전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)에서 생산한 전력을 스무딩 제어 회로부(120) 또는 양방향 컨버터(140)로 전달하는 역할을 하는 것으로서, 발전 시스템(200)의 개수에 상응하는 개수가 존재한다. 전력 변환부(110)에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다. The power converter 110 serves to transfer the power produced by the power generation system 200 to the smoothing control circuit unit 120 or the bidirectional converter 140, and the number corresponding to the number of power generation systems 200 exists. do. A detailed description of the power converter 110 will be made with reference to FIG. 1.

제어부(160)는 각 전력 변환부(110)로부터의 전력을 합하고, 그 합쳐진 전력에 LPF를 이용하여 변동성을 줄인 스무딩 전력(Psmoothing)을 생성한다. 그런 다음 제어부(160)는 생성된 스무딩 전력에 스무딩 레이트를 적용하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 생성한 후, 그 인버터 출력 지령값을 양방향 인버터(130)로 전송한다. The controller 160 adds power from each power converter 110, and generates smoothing power Psmoothing having reduced variability by using LPF. Then, the controller 160 generates an inverter output command value Pinv by applying a smoothing rate to the generated smoothing power, and then transmits the inverter output command value to the bidirectional inverter 130.

복수 개의 배터리(300)가 병렬로 연결되어 있으므로, 제어부(160)는 각 배터리(300)과 통신하여 각 배터리(300)의 충전량을 확인하고, 상기 확인된 각 배터리(300)의 현재 충전량을 합한다. 그런 다음 제어부(160)는 합해진 현재 SOC(SOC_curr)를 기 설정된 목표 SOC(SOC_target)와 비교하고, 그 비교 결과를 근거로 스무딩 레이트를 조절한다. Since the plurality of batteries 300 are connected in parallel, the controller 160 communicates with each battery 300 to check the charging amount of each battery 300, and adds the current charging amounts of the identified batteries 300. . Then, the controller 160 compares the summed current SOC (SOC_curr) with a preset target SOC (SOC_target), and adjusts the smoothing rate based on the comparison result.

제어부(160)가 스무딩 레이트를 조절하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다. A detailed description of how the controller 160 adjusts the smoothing rate will be described with reference to FIG. 1.

배터리는 복수 개의 배터리를 병렬로 연결하여 축전 및 출력시킨다. The battery stores and outputs a plurality of batteries connected in parallel.

복수 개의 배터리(300)가 병렬로 연결되어 있고, 양방향 컨버터(140)는 배터리(300)와 연결되므로, 양방향 컨버터(140)는 배터리(300)의 수와 동일한 개수가 존재한다. 상기 양방향 컨버터(140)와 배터리(300)에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하기로 한다. Since the plurality of batteries 300 are connected in parallel and the bidirectional converter 140 is connected to the battery 300, the bidirectional converter 140 has the same number as the number of batteries 300. A detailed description of the bidirectional converter 140 and the battery 300 will be described with reference to FIG. 1.

여기에서는 제1 스위치(150), 제2 스위치(170), 부하(500)를 생략하였으나, 그 구성이 있음은 자명하다. Here, the first switch 150, the second switch 170, and the load 500 are omitted, but it is obvious that there is a configuration.

상기와 같이 발전 시스템과 배터리를 병렬로 확장하여, SOC를 유지할 수도 있다.
As described above, the power generation system and the battery may be extended in parallel to maintain the SOC.

도 4는 본 발명에 따른 PCS가 배터리의 SOC를 관리하는 방법을 나타낸 흐름도, 도 5는 본 발명에 따른 스무딩 제어를 설명하기 위한 화면 예시도이다. 4 is a flowchart illustrating a method in which a PCS manages an SOC of a battery according to the present invention, and FIG. 5 is an exemplary view illustrating a smoothing control according to the present invention.

도 4를 참조하면, PCS는 배터리의 현재 SOC를 검출하고(S402), 검출된 배터리 현재 SOC가 목표 SOC와 동일한지의 여부를 판단한다(S404).Referring to FIG. 4, the PCS detects the current SOC of the battery (S402), and determines whether the detected battery current SOC is the same as the target SOC (S404).

단계 S404의 판단결과 현재 SOC가 목표 SOC와 동일하면, PCS는 스무딩 레이트를 기 설정된 기준값으로 설정한다(S406). If the current SOC is equal to the target SOC as a result of the determination in step S404, the PCS sets the smoothing rate to a preset reference value (S406).

그런 다음 PCS는 스무딩 전력(Psmoothing)에 스무딩 레이트(Smoothing rate)를 곱하여 인버터 출력 지령값(Pinv)을 구한다(S408).The PCS then obtains the inverter output command value Pinv by multiplying the smoothing power Psmoothing by the smoothing rate (S408).

PCS는 인버터 출력 지령값을 양방향 인버터에 제공하여 계통 또는 부하에 전력을 공급하고, 스무딩 레이트에 따라 배터리의 충방전을 제어하여 배터리의 SOC가 기 설정된 목표 SOC를 유지하도록 제어한다. 이때, PCS는 기 설정된 기준값만 적용된 인버터 출력지령을 통해 배터리 충방전 동작을 수행하면서 스무딩된 출력값을 출력한다.The PCS supplies the inverter output command value to the bidirectional inverter to supply power to the grid or the load, and controls the charging and discharging of the battery according to the smoothing rate to control the SOC of the battery to maintain the predetermined target SOC. At this time, the PCS outputs the smoothed output value while performing the battery charge / discharge operation through the inverter output command to which only a predetermined reference value is applied.

만약, 단계 S404의 판단결과 배터리 현재 SOC가 목표 SOC와 동일하지 않으면, PCS는 배터리의 현재 SOC가 목표 SOC를 초과하는지의 여부를 판단한다(S410).If it is determined in step S404 that the battery current SOC is not the same as the target SOC, the PCS determines whether the current SOC of the battery exceeds the target SOC (S410).

단계 S410의 판단결과 배터리의 현재 SOC가 목표 SOC를 초과하면, PCS는 수학식 1을 이용하여 스무딩 레이트를 구한다(S412). 그런 다음 PCS는 단계 S408을 수행한다. 이 경우, PCS는 배터리의 SOC가 목표 SOC가 되도록, 기 설정된 기준값에 스무딩 레이트를 적용한 인버터 출력 지령값을 통해 출력 레벨을 입력 대비 높힌 값을 내보내게 된다. 결국 출력 레벨을 맞추기 위해 배터리는 방전되고 SOC는 떨어지게 된다. 즉, 인버터 출력 지령값은 발전 시스템에서 발전한 전력보다 더 높은 값이므로, PCS는 발전 시스템에서 발전한 전력보다 더 높은 전력을 출력하기 위해, 배터리를 방전시키는 것이다.If the current SOC of the battery exceeds the target SOC as a result of the determination in step S410, the PCS calculates a smoothing rate using Equation 1 (S412). The PCS then performs step S408. In this case, the PCS outputs the output level higher than the input level through the inverter output command value in which the smoothing rate is applied to the preset reference value so that the SOC of the battery becomes the target SOC. Eventually, the battery will be discharged and the SOC will fall to meet the output level. That is, since the inverter output command value is higher than the power generated in the power generation system, the PCS discharges the battery to output higher power than the power generated in the power generation system.

만약, 단계 S410의 판단결과 배터리 현재 SOC가 목표 SOC를 초과하지 않고 목표 SOC미만이면, PCS는 수학식 2를 이용하여 스무딩 레이트를 구한다(S414). 그런 다음 PCS는 단계 S408을 수행한다. 이 경우, PCS는 배터리의 SOC가 목표 SOC가 되도록, 기 설정된 기준값에 스무팅 레이트를 적용한 인버터 출력 지령값을 통해 출력 레벨을 입력 대비 낮춘 값을 내보내게 된다. 결국 출력 레벨을 맞추기 위해 배터리는 충전되고 SOC는 올라가게 된다. 즉, 인버터 출력 지령값은 발전 시스템에서 발전한 전력보다 더 낮은 값이므로, PCS는 발전 시스템에서 발전한 전력보다 더 낮은 전력을 출력하기 위해, 배터리를 충전시키는 것이다.If the determination result of step S410 indicates that the battery current SOC does not exceed the target SOC but is less than the target SOC, the PCS calculates a smoothing rate using Equation 2 (S414). The PCS then performs step S408. In this case, the PCS outputs a value in which the output level is lower than the input value through an inverter output command value in which a smoothing rate is applied to a preset reference value so that the SOC of the battery becomes the target SOC. Eventually, the battery is charged and the SOC is raised to match the output level. That is, since the inverter output command value is lower than the power generated by the power generation system, the PCS charges the battery to output power lower than the power generated by the power generation system.

스무딩 레이트에 따라 배터리의 충반전을 제어하지 않은 경우, 도 5의 (a)와 같이 배터리 SOC는 목표 SOC을 유지하지 않게 된다.If the charging and charging of the battery is not controlled according to the smoothing rate, the battery SOC does not maintain the target SOC as shown in FIG.

즉, 배터리의 SOC를 관리하지 않은 경우에 대해 도 5의 (a)를 참조하면, 입력이 일정한 경우, 출력이 일정 비율로 나온다. 이 경우 배터리 충전 효율이 방전 효율보다 낮기 때문에 SOC는 낮아진다. That is, referring to FIG. 5A for the case where the SOC of the battery is not managed, when the input is constant, the output comes out at a constant ratio. In this case, the SOC is lowered because the battery charging efficiency is lower than the discharge efficiency.

그러나, PCS가 배터리의 현재 충전량이 목표 충전량이 되도록 관리하면 도 5의 (b)와 같은 그래프가 생성된다.However, when the PCS manages the current charge amount of the battery to be the target charge amount, a graph as shown in FIG. 5B is generated.

배터리의 SOC를 관리하는 경우에 대해 도 5의 (b)를 참조하면, 입력이 일정한 경우, 현재 SOC와 목표 SOC를 비교하여 출력레벨이 변한다. Referring to FIG. 5B for the case of managing the SOC of the battery, when the input is constant, the output level is changed by comparing the current SOC with the target SOC.

즉, 현재 SOC가 목표 SOC보다 낮은 경우에는 입력 전력을 배터리 충전에 이용하므로 출력 레벨이 낮게 나오고, 현재 SOC가 목표 SOC에 도달한 경우에는 배터리의 충방전 동작을 하지 않으므로 출력이 일정 비율로 나오며, 현재 SOC가 목표 SOC보다 높아지는 경우에는 입력 전력을 배터리 방전에 이용하므로 출력 레벨이 높게 나오게 된다.
That is, when the current SOC is lower than the target SOC, the output level is low because the input power is used to charge the battery. When the current SOC reaches the target SOC, the output is output at a constant rate because the battery is not charged or discharged. If the current SOC is higher than the target SOC, the input power is used to discharge the battery, resulting in a high output level.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 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 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100 : PCS 200 : 발전 시스템
300 : 배터리/BMS 400 : 계통
500 : 부하 100: PCS 200: Power generation system
300: Battery / BMS 400: System
500: load

Claims

In the method that the power condition system (PCS) manages the state of charge (SOC) of the battery,
Detecting a current SOC of the battery;
Comparing the detected current SOC with a predetermined target SOC and adjusting a smoothing rate according to the comparison result; And
Controlling charging and discharging of the battery based on the adjusted smoothing rate;
Lt; / RTI >
Comparing the detected current SOC with a predetermined target SOC, and adjusting the smoothing rate according to the comparison result,
Determining whether the current SOC is equal to a target SOC; And
Setting a smoothing rate to a preset reference value when the current SOC is equal to a target SOC, and adjusting a smoothing rate according to whether or not the current SOC exceeds a target SOC;
Including;
If the current SOC exceeds the target SOC, the smoothing rate is calculated using the following equation.
[Mathematical Expression]
Smoothing rate = (SOC_ref + (abs (target SOC- current SOC) / 100)
Herein, the SOC_ref is a reference value of a preset smoother.

In the method that the power condition system (PCS) manages the state of charge (SOC) of the battery,
Detecting a current SOC of the battery;
Comparing the detected current SOC with a predetermined target SOC and adjusting a smoothing rate according to the comparison result; And
Controlling charging and discharging of the battery based on the adjusted smoothing rate;
Lt; / RTI >
Comparing the detected current SOC with a predetermined target SOC, and adjusting the smoothing rate according to the comparison result,
Determining whether the current SOC is equal to a target SOC; And
Setting a smoothing rate to a preset reference value when the current SOC is equal to a target SOC, and adjusting a smoothing rate according to whether or not the current SOC exceeds a target SOC;
Including;
When the current SOC is less than a target SOC, a smoothing rate is calculated using the following equation.
[Mathematical Expression]
Smoothing rate = (SOC_ref-(abs (target SOC-current SOC) / 100)
Herein, the SOC_ref is a reference value of a preset smoother.

delete

3. The method according to claim 1 or 2,
Controlling the charge and discharge of the battery based on the adjusted smoothing rate,
Generating smoothing power Psmoothing by adjusting a smoothing level of power generated in the power generation system;
Obtaining an inverter output command value Pinv by applying and calculating the smoothing rate to the smoothing power;
Comparing the inverter output command value with power generated in the power generation system; And
As a result of the comparison, when the inverter output command value exceeds the power generated in the power generation system, the power corresponding to the difference between the inverter output command value and the power generated in the power generation system is discharged from the battery, and the inverter output command value is generated in the power generation system. If less than the generated power, charging the battery with power corresponding to the difference between the power generated in the power generation system and the inverter output command value.

The method of claim 5,
And the battery maintains the target SOC by charging or discharging the battery.

In a PCS that connects a power generation system, a battery and a system to power a load,
A power converter converting power output from the power generation system into DC link power;
According to a comparison result of the current SOC of the battery and a predetermined target SOC, the smoothing rate is adjusted, the smoothing level of the power output from the power converter is adjusted to generate smoothing power, and the smoothing power is applied to the smoothing power. A controller configured to generate an inverter output command value Pinv by calculating a rate, and then control the bidirectional converter and the bidirectional inverter based on the inverter output command value to charge or discharge the battery so that the SOC of the battery becomes the target SOC. ;
A bidirectional inverter including a second discharge mode for converting power corresponding to the inverter output command value into AC power of the system and a second charging mode for converting AC power of the system to the DC link power; And
A bidirectional converter including a first discharge mode for converting the output power of the battery to the DC link power and a first charging mode for converting the DC link power to the charging power of the battery under control of the controller;
Lt; / RTI >
The controller determines whether the current SOC of the battery is the same as the target SOC, sets the smoothing rate to a preset reference value if the current SOC is equal, and when the current SOC exceeds the target SOC, by using the following equation: PCS for SOC management, characterized by obtaining a smoothing rate.
[Mathematical Expression]
Smoothing rate = (SOC_ref + (abs (target SOC- current SOC) / 100)
Herein, the SOC_ref is a reference value of a preset smoother.

In a PCS that connects a power generation system, a battery and a system to power a load,
A power converter converting power output from the power generation system into DC link power;
According to a comparison result of the current SOC of the battery and a predetermined target SOC, the smoothing rate is adjusted, the smoothing level of the power output from the power converter is adjusted to generate smoothing power, and the smoothing power is applied to the smoothing power. A controller configured to generate an inverter output command value Pinv by calculating a rate, and then control the bidirectional converter and the bidirectional inverter based on the inverter output command value to charge or discharge the battery so that the SOC of the battery becomes the target SOC. ;
A bidirectional inverter including a second discharge mode for converting power corresponding to the inverter output command value into AC power of the system and a second charging mode for converting AC power of the system to the DC link power; And
A bidirectional converter including a first discharge mode for converting the output power of the battery to the DC link power and a first charging mode for converting the DC link power to the charging power of the battery under control of the controller;
Lt; / RTI >
The controller determines whether the current SOC of the battery is the same as the target SOC, sets the smoothing rate to a preset reference value if the current SOC is equal, and if the current SOC is less than the target SOC, using the following equation: PCS for SOC management, characterized in that obtaining the.
[Mathematical Expression]
Smoothing rate = (SOC_ref-(abs (target SOC-current SOC) / 100)
Herein, the SOC_ref is a reference value of a preset smoother.

delete

9. The method according to claim 7 or 8,
The controller compares the power output from the power converter with the inverter output command value. When the power exceeds the inverter output command value, the power corresponding to the difference between the power and the inverter output command value is determined. The bidirectional converter and the bidirectional inverter are controlled to be charged in the battery, and when the power is less than the inverter output command value, the bidirectional converter and the bidirectional device are configured to discharge power corresponding to the difference between the inverter output command value and the power in the battery. PCS for SOC management, characterized in that for controlling the inverter.