KR20190104657A

KR20190104657A - Energy storage system for dc micorogrid system

Info

Publication number: KR20190104657A
Application number: KR1020180025000A
Authority: KR
Inventors: 전진홍; 김경훈; 변길성; 황철상
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-11

Abstract

The present invention relates to an energy storage system which is used for a direct current (DC) micro-grid system. The energy storage system comprises: a storage battery charging and discharging energy; a DC/DC converter arranged between the storage battery and a system line of a DC micro-grid and converting output voltage of the storage battery; and a storage battery connection switch arranged between the storage battery and the system line of the DC micro-grid and directly connecting the storage battery to the system line.

Description

Energy storage device for direct current microgrid {ENERGY STORAGE SYSTEM FOR DC MICOROGRID SYSTEM}

본 발명은 직류 마이크로그리드용 에너지저장장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 직류 마이크로그리드 시스템의 복원력(Resiliency) 및 생존 가능성(Survivability)을 향상시키기 위한 에너지저장장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage device for a direct current microgrid, and more particularly, to an energy storage device for improving the resiliency and survivability of a direct current microgrid system.

중앙 집중 방식의 대규모 화석연료 발전을 줄이고 신 재생 에너지의 확대를 위하여 지능형 전력망(Smart-grid)이 대두됨에 따라 신 재생 에너지를 기반으로 하는 분산발전시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 도서·산간 지역의 분산발전시스템은 신 재생 에너지의 사용을 촉진시킬 뿐만 아니라 발전 설비의 비용 부담을 크게 줄여준다.As smart-grids emerge to reduce centralized large-scale fossil fuel generation and expand renewable energy, research on distributed generation systems based on renewable energy is being actively conducted. In particular, distributed generation systems in islands and mountains not only promote the use of renewable energy, but also greatly reduce the cost burden of power generation facilities.

이러한 분산발전시스템에서 불규칙적으로 발전되는 신 재생 에너지를 전력 수요에 따라 효율적으로 운용하고 정전 또는 계통사고에 대비하여 독립적으로 전력망을 운용하기 위해서 에너지저장장치(Energy storage system, ESS)의 필요성이 증가하고 있는 추세이다.In this distributed generation system, the necessity of energy storage system (ESS) is increased to efficiently operate irregularly generated renewable energy according to electric power demand and to operate electric power grid independently in case of power failure or system accident. There is a trend.

한편, 소규모 전력망 중에서는 교류전원을 기준으로 연계되는 교류 마이크로그리드(AC micro-grid) 시스템과 직류전원을 기준으로 연계되는 직류 마이크로그리드(DC micro-grid) 시스템으로 분류할 수 있다. 직류 마이크로그리드 시스템은, 교류 마이크로그리드 시스템과 달리, 전력 안정도, 주파수 동기화 및 무효전력 문제가 없을 뿐만 아니라 태양광, 풍력, 연료전지 등과 같은 직류 발전 시스템을 2차 전력변환 없이 직류 부하에 공급이 가능한 장점이 있다.On the other hand, among small power grids, it can be classified into an AC micro-grid system connected based on an AC power source and a DC micro-grid system connected based on a DC power source. The DC microgrid system, unlike the AC microgrid system, has no power stability, frequency synchronization and reactive power problems, and can supply a DC load such as solar, wind, and fuel cells to a DC load without secondary power conversion. There is an advantage.

직류 마이크로그리드는, 전자기기의 증가에 따라 직류부하가 점점 증가하고 있고 대부분의 신 재생 전원이 직류출력을 가지고 있어 이를 효율적이고 안정적으로 운전하기 위한 기술수단으로 많은 연구가 진행되고 있는 전력 시스템이다. 또한, 직류 마이크로그리드는, 교류전원에 비해 직류전원이 제어가 용이하여, 자연재해와 재난 등으로 인해 정전이 발생할 경우에 많은 피해가 발생함에 따라 빠른 복원력을 가지며 지속적인 전력공급에 적합한 전력 시스템이다.The DC microgrid is a power system in which a lot of research is being conducted as a technical means to operate efficiently and stably because DC load is increasing with the increase of electronic devices and most renewable power sources have a DC output. In addition, since the DC microgrid is easier to control than the AC power, the DC microgrid is a power system suitable for continuous power supply with fast resilience as many damages occur when a power failure occurs due to natural disasters and disasters.

도 1은 일반적인 직류 마이크로그리드 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 직류 마이크로그리드(100)는 태양광, 풍력, 조력 등의 신 재생 전원(110), DC 전력 부하(120), 에너지저장장치(130, ESS)가 계통 선로(140)에 연결되어 운영되는 소규모 전력망이다. 이러한 직류 마이크로그리드(100)는 AC/DC 전력변환장치(미도시)를 통해 상위 교류 전력계통(10)에 연결된다. 에너지저장장치(130)는 축전지(131)와 DC/DC 변환기(133)를 포함한다.1 is a view showing the configuration of a general direct current microgrid system. As shown in FIG. 1, the DC microgrid 100 includes a renewable power source 110 such as solar light, wind power, tidal power, a DC power load 120, and an energy storage device 130 (ESS). It is a small grid that is connected and operated. The DC microgrid 100 is connected to the upper AC power system 10 through an AC / DC power converter (not shown). The energy storage device 130 includes a storage battery 131 and a DC / DC converter 133.

상위 교류 전력계통이 정상적으로 운전하고 있는 경우에는, 상위 교류 전력계통에 연계된 AC/DC 전력변환장치가 직류 마이크로그리드의 운전을 위한 직류 전압을 제어한다. 하지만, 자연재해나 재난 등으로 인해 상위 교류 전력계통에 정전이 발생한 경우에는, 임의 출력 제어가 가능한 에너지저장장치(즉, 전력저장장치)를 이용하여 직류 마이크로그리드의 운전을 위한 직류 전압을 제어한다.When the upper AC power system is operating normally, the AC / DC power converter connected to the upper AC power system controls the DC voltage for the operation of the DC microgrid. However, if a power failure occurs in the upper AC power system due to a natural disaster or disaster, the DC voltage for the operation of the DC microgrid is controlled by using an energy storage device (that is, a power storage device) capable of arbitrary output control. .

그런데, 직류 마이크로그리드가 에너지저장장치를 이용하여 직류 전압을 제어하고 있는 상태에서 에너지저장장치의 DC/DC 변환기에 고장이 발생하여 정상적인 운전을 할 수 없다면, 직류 마이크로그리드의 다른 신 재생 전원의 발전량이 충분하여 부하에 지속적인 전력을 공급할 수 있다 하더라도 해당 시스템이 정상적으로 운전할 수 있는 직류전압을 유지할 수 없기 때문에 직류 마이크로그리드에 정전이 발생한다. 이러한 상황에서는 상위 교류 전력계통이 정상적으로 복구되거나 혹은 에너지저장장치의 DC/DC 변환기를 수리하기 전까지는 직류 마이크로그리드의 부하에 전력을 공급할 수 없는 문제가 발생한다.However, if the DC / DC converter of the energy storage device malfunctions while the DC microgrid is controlling the DC voltage using the energy storage device, the normal operation cannot be performed. Even if this power is sufficient to provide continuous power to the load, a power outage occurs in the DC microgrid because the system cannot maintain the DC voltage for normal operation. In this situation, a problem arises in that the load of the DC microgrid cannot be supplied until the upper AC power system is normally restored or the DC / DC converter of the energy storage device is repaired.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 DC/DC 변환기 고장 시, 직류 마이크로그리드의 전압을 적정하게 유지하도록 축전지를 직류 마이크로그리드의 계통 선로에 직접 연결하기 위한 축전지 연계 스위치를 구비하는 에너지저장장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to solve the above and other problems. Still another object is to provide an energy storage device having a battery-linked switch for directly connecting a battery to a system line of a DC microgrid so that the DC microgrid voltage is properly maintained in case of a DC / DC converter failure.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지를 충/방전하는 축전지; 상기 축전지와 직류 마이크로그리드의 계통 선로 사이에 배치되어, 상기 축전지의 출력 전압을 변압하는 DC/DC 변환기; 및 상기 축전지와 직류 마이크로그리드의 계통 선로 사이에 배치되어, 상기 축전지를 상기 계통 선로에 직접 연결하는 축전지 연계 스위치를 포함하는 직류 마이크로그리드용 에너지저장장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or another object, the storage battery for charging / discharging energy; A DC / DC converter disposed between the storage line of the storage battery and the direct current microgrid and transforming an output voltage of the storage battery; And disposed between the grid line of the battery and the direct current micro grid, provides an energy storage device for a direct current micro grid including a battery connection switch for directly connecting the storage battery to the grid line.

좀 더 바람직하게는, 상기 DC/DC 변환기는 직류 전압을 변압하기 위한 컨버터와 상기 컨버터의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the DC / DC converter is characterized in that it comprises a converter for transforming the DC voltage and a controller for controlling the operation of the converter.

좀 더 바람직하게는, 상기 제어기는 DC/DC 변환기의 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어기는, DC/DC 변환기의 상태에 따라 축전지 연계 스위치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the controller is characterized in that for monitoring the state of the DC / DC converter. In addition, the controller is characterized in that for controlling the operation of the battery-linked switch in accordance with the state of the DC / DC converter.

좀 더 바람직하게는, 상기 축전지 연계 스위치는 단일 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 축전지 연계 스위치는 제1 스위치, 제2 스위치 및 저항으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 스위치는 저항과 직렬로 연결되고, 제2 스위치와 병렬로 연결될 수 있다.More preferably, the battery-related switch is characterized in that composed of a single switch. In addition, the battery-related switch is characterized in that consisting of a first switch, a second switch and a resistor. Here, the first switch may be connected in series with a resistor and may be connected in parallel with the second switch.

좀 더 바람직하게는, 상기 제어기는, DC/DC 변환기의 상태가 정상인 경우, 제1 및 제2 스위치를 오프(off)시키기 위한 제1 제어신호를 축전기 연계 스위치로 전송하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the controller is characterized in that when the state of the DC / DC converter is normal, the first control signal for turning off the first and second switches to the capacitor-linked switch.

좀 더 바람직하게는, 상기 제어기는, DC/DC 변환기의 고장 감지 시, 제1 스위치를 온(on)시키기 위한 제2 제어신호를 전송하고, 상기 제1 스위치의 온(on) 동작 후 제1 시간 경과 시, 제2 스위치를 온(on)시키기 위한 제3 제어신호를 전송하며, 상기 제2 스위치의 온(on) 동작 후 제2 시간 경과 시, 상기 제1 스위치를 오프(off)시키기 위한 제4 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the controller, when detecting a failure of the DC / DC converter, transmits a second control signal for turning on the first switch, and after the on operation of the first switch, the first switch. When the time elapses, a third control signal for turning on the second switch is transmitted, and when the second time elapses after the on operation of the second switch, the first switch is turned off. The fourth control signal is characterized in that for transmitting.

본 발명에 따른 직류 마이크로그리드용 에너지저장장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the effect of the energy storage device for a direct current microgrid according to the present invention.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상위 교류 전력계통에 정전이 발생하여 직류 마이크로그리드가 에너지저장장치를 이용하여 직류 전압을 제어하고 있는 상태에서 에너지저장장치의 DC/DC변환기에 고장이 발생한 경우, 축전지 연계 스위치의 동작을 제어하여 에너지저장장치의 축전지를 직류 마이크로그리드의 계통 선로에 직접 연결함으로써 직류 마이크로그리드의 전압을 적정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, a failure occurs in the DC / DC converter of the energy storage device in a state where a power failure occurs in the upper AC power system and the DC microgrid controls the DC voltage using the energy storage device. In this case, there is an advantage in that the voltage of the DC microgrid can be properly maintained by controlling the operation of the battery-linked switch to directly connect the battery of the energy storage device to the system line of the DC microgrid.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 축전지 연계 스위치를 갖는 에너지저장장치를 직류 마이크로그리드에 적용함으로써, DC/DC 변환기의 고장이나 이상 시 직류 마이크로그리드의 동작을 가능하도록 하여 전체 전력시스템의 복원력과 생존 가능성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by applying an energy storage device having a battery-linked switch to the direct current micro grid, the resilience of the entire power system by enabling the operation of the direct current micro grid in case of failure or abnormality of the DC / DC converter And it has the advantage of improving the chances of survival.

본 발명을 통해 이뤄지는 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical effects achieved through the present invention are not limited to the above-mentioned technical effects, and other technical effects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

도 1은 일반적인 직류 마이크로그리드 시스템의 구성을 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류 마이크로그리드 시스템의 구성을 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지저장장치의 구성을 도시하는 도면;
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축전지 연계 스위치의 구성을 도시하는 도면;
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축전지 연계 스위치의 구성을 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어기의 제어 동작을 설명하는 순서도;
도 6은 제어기의 제어 명령에 따른 축전지 연계 스위치의 동작 시퀀스를 설명하는 도면.1 is a diagram showing the configuration of a general direct current microgrid system;
2 is a diagram showing the configuration of a direct-current microgrid system according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating a configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention;
4A is a diagram illustrating a configuration of a battery interlock switch according to an embodiment of the present invention;
4B is a view showing the configuration of a battery-operated switch according to an embodiment of the present invention;
5 is a flowchart illustrating a control operation of a controller according to an embodiment of the present invention;
6 is a view for explaining an operation sequence of a battery interlock switch according to a control command of a controller.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles from each other.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.

본 발명은, 상위 교류 전력계통에 정전이 발생하여 직류 마이크로그리드가 에너지저장장치를 이용하여 직류 전압을 제어하고 있는 상태에서 에너지저장장치의 DC/DC변환기에 고장이 발생한 경우, 직류 마이크로그리드의 전압을 적정하게 유지하도록 축전지를 직류 마이크로그리드의 계통 선로에 직접 연결하기 위한 축전지 연계 스위치를 구비하는 에너지저장장치를 제안한다.According to the present invention, when a DC power failure occurs in a DC / DC converter of an energy storage device in a state in which a power failure occurs in the upper AC power system and the DC microgrid controls the DC voltage using the energy storage device, the voltage of the DC microgrid is reduced. The present invention proposes an energy storage device having a battery-operated switch for directly connecting a battery to a system line of a direct current microgrid.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류 마이크로그리드 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of a DC microgrid system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류 마이크로그리드 시스템(200)은 DC 전력을 출력하는 분산 전원(210)과, DC 전력을 소비하는 부하(220)와, DC 전력을 충/방전하는 에너지저장장치(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the DC microgrid system 200 according to an embodiment of the present invention may provide a distributed power supply 210 that outputs DC power, a load 220 that consumes DC power, and DC power. It may include an energy storage device 230 for discharging.

직류 마이크로그리드 시스템(200)은 분산 전원(210), 부하(220) 및 에너지저장장치(230)가 계통 선로(240)에 연결되어 운영되는 소규모 전력망으로서, AC/DC 전력변환장치(미도시)를 통해 상위 교류 전력계통(10)에 연결될 수 있다.The DC microgrid system 200 is a small power grid in which the distributed power source 210, the load 220, and the energy storage device 230 are connected to the grid line 240 to operate. An AC / DC power converter (not shown) It may be connected to the upper AC power system 10 through.

분산 전원(210)은 태양광 발전, 풍력 발전, 조력 발전 등과 같은 신 재생 전원을 포함할 수 있다. 각각의 분산 전원(210)에는 DC/DC 전력 변환을 위해 PCS(Power Conditioning System)로 이루어진 전력변환장치(미도시)가 연결될 수 있다.The distributed power supply 210 may include renewable power such as solar power, wind power, tidal power, and the like. Each distributed power supply 210 may be connected to a power converter (not shown) consisting of a power conditioning system (PCS) for DC / DC power conversion.

부하(220)는 분산 전원(210)에서 출력하는 DC 전력 혹은 에너지저장장치(230)에서 방전하는 DC 전력을 소비하는 모든 전자기기일 수 있다.The load 220 may be any electronic device that consumes DC power output from the distributed power supply 210 or DC power discharged from the energy storage device 230.

에너지저장장치(230)는 축전지(231), DC/DC 변환기(233) 및 축전지 연계 스위치(235)를 포함할 수 있다. 상기 축전지(231)로는 납축전지(Lead Acid Battery), 리튬이온전지, NaS 전지, 레독스플로(Redox-Flow) 전지 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The energy storage device 230 may include a storage battery 231, a DC / DC converter 233, and a storage switch 235. As the storage battery 231, a lead acid battery, a lithium ion battery, a NaS battery, a redox-flow battery, or the like may be used, but is not limited thereto.

에너지저장장치(230)는 분산 전원(210)의 발전량이 많은 경우에는 여유분의 DC 전력을 축전지(131)에 충전하게 되고, 분산 전원의 발전량이 적은 경우에는 축전지(131)에 저장된 DC 전력을 방전하게 된다.When the amount of generation of the distributed power supply 210 is large, the energy storage device 230 charges the spare DC power to the storage battery 131. When the amount of generation of the distributed power supply is small, the energy storage device 230 discharges the DC power stored in the storage battery 131. Done.

이러한 직류 마이크로그리드 시스템(200)에서, 자연재해나 재난 등으로 인해 상위 교류 전력계통(10)에 정전이 발생한 경우에는, DC/DC 변환기(233)를 통해 출력 제어가 가능한 에너지저장장치(230)를 이용하여 직류 마이크로그리드의 전압을 제어할 수 있다.In the DC microgrid system 200, when a power failure occurs in the upper AC power system 10 due to a natural disaster or a disaster, the energy storage device 230 capable of output control through the DC / DC converter 233 is possible. You can control the voltage of the direct current microgrid by using.

또한, 직류 마이크로그리드(200)가 에너지저장장치(230)를 이용하여 직류 전압을 제어하고 있는 상태에서 DC/DC 변환기(233)에 고장이 발생한 경우에는, 축전지 연계 스위치(235)의 동작을 제어하여 에너지저장장치(230)의 축전지(231)를 직류 마이크로그리드(200)의 계통 선로에 직접 연결함으로써 직류 마이크로그리드의 전압을 적정하게 유지할 수 있다.In addition, when a failure occurs in the DC / DC converter 233 while the DC microgrid 200 is controlling the DC voltage using the energy storage device 230, the operation of the storage battery connection switch 235 is controlled. By directly connecting the storage battery 231 of the energy storage device 230 to the grid of the direct current micro grid 200, the voltage of the direct current micro grid can be properly maintained.

이러한 전력 시스템 구조를 통해 직류 마이크로그리드의 전압을 적정하게 유지하여 분산 전원(210)이 부하(220)에 DC 전력을 공급할 수 있도록 한다. 또한, 연계된 축전지(231)가 분산 전원의 발전과 부하 전력의 편차에 충분한 버퍼 역할을 하여 안정적인 시스템 운영을 지원할 수 있다.Through such a power system structure, the voltage of the DC microgrid is properly maintained so that the distributed power supply 210 can supply DC power to the load 220. In addition, the associated storage battery 231 may support a stable system operation by acting as a buffer sufficient for the generation of the distributed power supply and the deviation of the load power.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지저장장치의 구성을 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지저장장치(130, 300)는 에너지를 충/방전하기 위한 축전지(310), 직류 전압을 변압하기 위한 DC/DC 변환기(320) 및 축전지(310)를 계통 선로에 직접 연결하기 위한 축전지 연계 스위치(330)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the energy storage devices 130 and 300 according to an embodiment of the present invention may include a storage battery 310 for charging / discharging energy, a DC / DC converter 320 for transforming a DC voltage, and a storage battery. A battery connection switch 330 for directly connecting the 310 to the grid line may be included.

축전지(310)는 DC/DC 변환기(320)와 축전지 연계 스위치(330)에 연결되도록 구성될 수 있다. 에너지저장장치(300)의 DC/DC 변환기(320)가 정상적으로 동작하는 경우, 축전지 연계 스위치(330)가 개방됨에 따라 축전지(310)는 DC/DC 변환기(320)와 연결된다. 한편, DC/DC 변환기(320)에 고장이 발생한 경우, 축전지 연계 스위치(330)가 닫힘에 따라 축전지(310)는 직류 마이크로그리드의 계통 선로에 직접 연결된다.The battery 310 may be configured to be connected to the DC / DC converter 320 and the battery connection switch 330. When the DC / DC converter 320 of the energy storage device 300 normally operates, the battery 310 is connected to the DC / DC converter 320 as the battery link switch 330 is opened. On the other hand, when a failure occurs in the DC / DC converter 320, as the battery connection switch 330 is closed, the battery 310 is directly connected to the grid line of the DC microgrid.

DC/DC 변환기(320)는 축전지(310)와 직류 마이크로그리드의 계통 선로 사이에 배치되어, 축전지(310)의 출력 전압을 변압하여 계통 선로로 출력할 수 있다. 또한, DC/DC 변환기(320)는 계통 선로의 전압을 변압하여 축전지(310)로 출력할 수 있다.The DC / DC converter 320 may be disposed between the battery line 310 and the system line of the direct current microgrid, and may transform the output voltage of the battery 310 to output the system line. In addition, the DC / DC converter 320 may transform the voltage of the system line and output the voltage to the storage battery 310.

DC/DC 변환기(320)는 직류 전압을 변압하기 위한 컨버터(321)와 상기 컨버터(321)의 동작을 제어하기 위한 제어기(323)를 포함할 수 있다.The DC / DC converter 320 may include a converter 321 for transforming a DC voltage and a controller 323 for controlling the operation of the converter 321.

컨버터(321)는 직류를 교류로 변환한 다음 변압기로 승압 또는 감압하여 정류함으로써 직류 전압을 변압할 수 있다.The converter 321 converts the direct current into alternating current and then converts the direct current voltage by rectifying the voltage by increasing or reducing the voltage with a transformer.

제어기(323)는 DC/DC 변환기(320)의 동작을 제어할 수 있고, 상기 DC/DC 변환기(320)의 고장 또는 이상을 감지할 수 있다. 또한, 제어기(323)는, DC/DC 변환기(320)의 고장 또는 이상 감지 시, 축전지 연계 스위치(330)의 동작을 제어할 수 있다.The controller 323 may control the operation of the DC / DC converter 320 and may detect a failure or abnormality of the DC / DC converter 320. In addition, the controller 323 may control the operation of the battery interlock switch 330 upon detecting a failure or abnormality of the DC / DC converter 320.

축전지 연계 스위치(330)는 축전지(310)와 직류 마이크로그리드의 계통 선로 사이에 배치되어, 축전지(310)를 계통 선로에 직접 연결하거나 혹은 그 연결을 차단할 수 있다.The battery connection switch 330 may be disposed between the battery line 310 and the grid line of the direct current microgrid, and directly connect the storage battery 310 to the grid line or block the connection thereof.

일 실시 예로, 상기 축전지 연계 스위치(330)는 하나의 스위치(즉, 단일 스위치)로 구성될 수 있다. 가령, 도 4a에 도시된 바와 같이, 축전지 연계 스위치(330)는 축전지(310)와 계통 선로 사이를 개폐하는 제1 스위치(331)를 포함할 수 있다. 이러한 스위치 구조는 계통 선로 전압과 축전지 전압 사이의 전압 차가 크지 않는 때 사용하는 것이 바람직하다. In one embodiment, the battery-related switch 330 may be composed of one switch (that is, a single switch). For example, as illustrated in FIG. 4A, the battery link switch 330 may include a first switch 331 that opens and closes the battery 310 and a grid line. Such a switch structure is preferably used when the voltage difference between the grid line voltage and the battery voltage is not large.

한편, 다른 실시 예로, 상기 축전지 연계 스위치(330)는 두 개의 스위치와 하나의 저항으로 구성될 수 있다. 가령, 도 4b에 도시된 바와 같이, 축전지 연계 스위치(330)는 제1 스위치(333), 제2 스위치(335) 및 저항(337)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 스위치(333)와 저항(337)은 직렬로 연결되고, 상기 제1 스위치(333) 및 저항(337)과 제2 스위치(335)는 병렬로 연결된다. 이러한 스위치 구조는 계통 선로 전압과 축전지 전압 사이의 전압 차로 인해 과도한 충/방전 전류가 흐를 수 있는 경우에 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, in another embodiment, the battery connection switch 330 may be composed of two switches and one resistor. For example, as illustrated in FIG. 4B, the battery interlock switch 330 may include a first switch 333, a second switch 335, and a resistor 337. Here, the first switch 333 and the resistor 337 are connected in series, the first switch 333 and the resistor 337 and the second switch 335 is connected in parallel. Such a switch structure is preferably used when excessive charge / discharge current can flow due to the voltage difference between the grid line voltage and the battery voltage.

축전지 연계 스위치(330)에 사용되는 스위치들(331, 333, 335)은 전력 스위치로서, 게이트(G), 드레인(D), 소스(S)로 이루어진 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자를 포함할 수 있다. 상기 스위치로 N형 트랜지스터(NMOS)를 이용하는 경우, 해당 스위치는 하이 레벨(high level)을 갖는 게이트 전압(V_G)에 의해 턴 온(turn on)되고, 로우 레벨(low level)을 갖는 게이트 전압(V_G)에 의해 턴 오프(turn off)된다. 한편, 상기 스위치로 P형 트랜지스터(PMOS)를 이용하는 경우, 해당 스위치는 하이 레벨(high level)을 갖는 게이트 전압(V_G)에 의해 턴 오프(turn off)되고, 로우 레벨(low level)을 갖는 게이트 전압(V_G)에 의해 턴 온(turn on)된다.The switches 331, 333, and 335 used in the battery-operated switch 330 are power switches, and include a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) device including a gate (G), a drain (D), and a source (S). It may include. When the N-type transistor (NMOS) is used as the switch, the switch is turned on by the gate voltage V _G having a high level, and the gate voltage having a low level. It is turned off by (V _G ). On the other hand, when the P-type transistor (PMOS) is used as the switch, the switch is turned off by the gate voltage V _G having a high level and has a low level. It is turned on by the gate voltage V _G.

한편, 다른 실시 예로, 상기 스위치들(331, 333, 335)은 베이스(B), 콜렉터(C), 이미터(E)로 이루어진 BJT(Bipolar JunctionTransistor) 소자를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시 예로, 상기 스위치들(331, 333, 335)은 반도체 스위치가 아닌 기계식 스위치로 구성될 수도 있다.In another embodiment, the switches 331, 333, and 335 may include a Bipolar Junction Transistor (BJT) device including a base (B), a collector (C), and an emitter (E). In another embodiment, the switches 331, 333, and 335 may be configured as mechanical switches instead of semiconductor switches.

이하, 본 실시 예에서는 2개의 스위치와 하나의 저항으로 구성된 축전기 연계 스위치가 직류 마이크로그리드용 에너지저장장치에 사용되는 것을 예시하여 설명하도록 한다.Hereinafter, in the present embodiment, a capacitor-linked switch composed of two switches and one resistor will be described by way of example for use in an energy storage device for direct current microgrid.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어기의 제어 동작을 설명하는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a control operation of a controller according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, DC/DC 변환기(320)의 상태가 정상인 경우, 제어기(323)는 제1 및 제2 스위치(333, 335)를 오프(off)시키기 위한 제어신호를 축전기 연계 스위치(330)로 전송할 수 있다(S510)). 상기 제어신호에 따라 제1 및 제2 스위치(333, 335)가 오프(off) 상태로 되면, 에너지저장장치(300)의 축전지(310)는 DC/DC 변환기(320)와 연결된다.Referring to FIG. 5, when the state of the DC / DC converter 320 is normal, the controller 323 may provide a control signal for turning off the first and second switches 333 and 335 to the capacitor-linked switch 330. (S510). When the first and second switches 333 and 335 are turned off according to the control signal, the storage battery 310 of the energy storage device 300 is connected to the DC / DC converter 320.

제어기(323)는 DC/DC 변환기(320)의 상태를 모니터링할 수 있다(S520). 상기 모니터링 결과, DC/DC 변환기(320)의 고장 또는 이상이 감지된 경우, 제어기(323)는 제1 스위치(333)만을 온(on)시키기 위한 제1 제어신호를 축전기 연계 스위치(330)로 전송할 수 있다(S530)). 상기 제1 제어신호에 따라 제1 스위치(333)가 온(on) 상태로 전환되고 제2 스위치(335)의 오프(off) 상태가 유지되면, 축전지(310)와 직류 마이크로그리드의 계통 선로 사이에는 저항(337)이 위치한다. 상기 저항(337)을 통해, 축전지(310)와 계통 선로 사이에 흐르는 충/방전 전류는 점점 작아진다.The controller 323 may monitor the state of the DC / DC converter 320 (S520). As a result of the monitoring, when a failure or abnormality of the DC / DC converter 320 is detected, the controller 323 transmits a first control signal for turning on only the first switch 333 to the capacitor-linked switch 330. It may be transmitted (S530). When the first switch 333 is turned on according to the first control signal and the off state of the second switch 335 is maintained, between the battery 310 and the grid line of the direct current microgrid. In the resistor 337 is located. Through the resistor 337, the charge / discharge current flowing between the battery 310 and the grid line becomes smaller.

제어기(323)는, 제1 스위치(333)의 온(on) 동작 후 일정 시간 경과 시, 제2 스위치(335)를 온(on)시키기 위한 제2 제어신호를 축전기 연계 스위치(330)로 전송할 수 있다(S540)). 한편, 다른 실시 예로, 제어기(323)는, 충/방전 전류가 임계치 이하인 경우, 제2 스위치(335)를 온(on)시키기 위한 제2 제어신호를 축전기 연계 스위치(330)로 전송할 수 있다. 상기 제2 제어신호에 따라 제2 스위치(335)가 온(on) 상태로 전환되고, 제1 스위치(333)는 온(on) 상태가 유지된다.The controller 323 transmits a second control signal for turning on the second switch 335 to the capacitor-linked switch 330 when a predetermined time elapses after the on operation of the first switch 333. It may be (S540). In another embodiment, when the charge / discharge current is less than or equal to the threshold, the controller 323 may transmit a second control signal for turning on the second switch 335 to the capacitor-linked switch 330. According to the second control signal, the second switch 335 is turned on, and the first switch 333 is maintained in an on state.

제어기(323)는, 제2 스위치(335)의 온(on) 동작 후 일정 시간 경과 시, 제1 스위치(333)만을 오프(off)시키기 위한 제3 제어신호를 축전기 연계 스위치(330)로 전송할 수 있다(S550)). 상기 제3 제어신호에 따라 제1 스위치(333)가 오프 상태로 전환되고 제2 스위치(335)의 온(on) 상태가 유지되면, 축전지(310)는 직류 마이크로그리드의 계통 선로에 직접 연결된다.The controller 323 transmits a third control signal to the capacitor-linked switch 330 to turn off only the first switch 333 when a predetermined time elapses after the on operation of the second switch 335. It may be (S550). When the first switch 333 is turned off according to the third control signal and the on state of the second switch 335 is maintained, the battery 310 is directly connected to the grid line of the direct current microgrid. .

가령, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어기(323)는, DC/DC 변환기(320)의 고장 감지 시, 축전지 연계 스위치(330)의 스위칭 동작을 순차적으로 제어할 수 있다. 즉, 제어기(323)는 제1 제어신호를 축전지 연계 스위치(330)로 전송하여 제1 스위치(333)를 온(on)시키고, 그로부터 일정 시간이 경과하면, 제2 제어신호를 축전지 연계 스위치(330)로 전송하여 제2 스위치(335)를 온(on)시키며, 그로부터 다시 일정 시간이 경과하면, 제3 제어신호를 축전지 연계 스위치(330)로 전송하여 제1 스위치(333)를 오프(off)시킨다.For example, as illustrated in FIG. 6, the controller 323 may sequentially control the switching operation of the battery interlock switch 330 when a failure of the DC / DC converter 320 is detected. That is, the controller 323 transmits the first control signal to the battery interlock switch 330 to turn on the first switch 333, and when a predetermined time elapses therefrom, the controller 323 transmits the second control signal to the battery interlock switch ( 330 transmits the second switch 335 on, and when a predetermined time elapses thereafter, transmits a third control signal to the battery connection switch 330 to turn off the first switch 333. )

한편, 다른 실시 예로, 제어기(323)는, 제1 스위치(333)의 온(on) 동작 후 일정 시간 경과 시, 제2 스위치(335)를 온(on)시킴과 동시에 제1 스위치(333)를 오프(off)시키기 위한 제어신호를 축전지 연계 스위치(330)로 전송할 수도 있다. 상기 제어신호에 따라 제1 스위치(333)가 오프 상태로 전환되고 제2 스위치(335)가 온(on) 상태로 전환되면, 축전지(310)는 직류 마이크로그리드의 계통 선로에 직접 연결된다.Meanwhile, in another embodiment, the controller 323 turns on the second switch 335 and at the same time the first switch 333 when a predetermined time elapses after the on operation of the first switch 333. The control signal for turning off (off) may be transmitted to the storage battery connection switch 330. When the first switch 333 is turned off and the second switch 335 is turned on according to the control signal, the battery 310 is directly connected to the grid line of the direct current microgrid.

이러한 순차적인 스위칭 동작을 통해, 직류 마이크로그리드의 계통 선로 전압과 축전지 전압 사이의 전압 차로 인해 과도한 충/방전 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.Through this sequential switching operation, excessive charge / discharge currents can be prevented from flowing due to the voltage difference between the system line voltage of the DC microgrid and the battery voltage.

이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although various embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

200: 직류 마이크로그리드 시스템 210: 분산 전원
220: 부하 230/300: 에너지저장장치
240: 계통 선로 310: 축전지
320: DC/DC 변환기 330: 축전지 연계 스위치200: direct current microgrid system 210: distributed power supply
220: load 230/300: energy storage device
240: system track 310: storage battery
320: DC / DC converter 330: battery interlock switch

Claims

A battery for charging and discharging energy;
A DC / DC converter disposed between the storage line of the storage battery and the direct current microgrid and transforming an output voltage of the storage battery; And
An energy storage device for a direct current microgrid, the storage device comprising: a battery-connected switch disposed between the storage line of the storage battery and the direct current microgrid and directly connecting the storage battery to the system line.

The method of claim 1,
The DC / DC converter includes a converter for transforming a DC voltage and a controller for controlling the operation of the converter DC energy storage device for the microgrid.

The method of claim 2,
And the controller monitors the state of the DC / DC converter.

The method of claim 3,
And the controller controls the operation of the battery-linked switch according to the state of the DC / DC converter.

The method of claim 4, wherein
The battery-related switch is a direct current microgrid energy storage device, characterized in that consisting of a single switch.

The method of claim 4, wherein
The battery-linked switch is a storage device for a direct current micro grid, characterized in that consisting of a first switch, a second switch and a resistor.

The method of claim 6,
The first switch is connected in series with the resistor, the energy storage device for DC microgrid, characterized in that connected in parallel with the second switch.

The method of claim 6,
When the state of the DC / DC converter is normal, the controller transmits a first control signal for turning off the first and second switches to the capacitor-linked switch, the energy for the DC microgrid. Storage.

The method of claim 8,
The controller, when detecting a failure of the DC / DC converter, transmits a second control signal for turning on the first switch,
When a first time elapses after the on operation of the first switch, a third control signal for turning on the second switch is transmitted.
And a fourth control signal for turning off the first switch when a second time elapses after the on operation of the second switch.