[논문]태양광 연계형 무정전 전원 공급장치(UPS) / 에너지 저장 시스템(ESS) 하이브리드 시스템의 전력전자 기술

정윤이; 이재영; 이홍기; 이주광

태양광 연계형 무정전 전원 공급장치(UPS) / 에너지 저장 시스템(ESS) 하이브리드 시스템의 전력전자 기술 원문보기

전력전자학회지 = The journal of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.5, 2014년, pp.47 - 52

정윤이 (루비) , 이재영 (우석대 수소연료전지 지역혁신센터) , 이홍기 (우석대 수소연료전지 지역혁신센터) , 이주광 (한국기술교육대 전기전자통신공학과)

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문제 정의

본 고는 신개념의 CC/CV 셀 밸런싱 기능을 갖는 ESS 및 태양광 에너지원을 결합한 신개념 UPS/ESS 하이브리드 시스템을 소개하였다. 소개된 신개념 UPS/ESS 시스템은 전력 피크 타임을 관리하는 것은 물론 UPS 기능까지 동시에 수행할 수 있어서 기존의 ESS와 UPS를 별개로 설치하는 것보다 설치 비용 뿐만 아니라 공간적 측면에서도 유리하며, 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지와 연계시켜서 확장할 경우 비용 측면에서 많은 장점이 있다.
본 원고는 25 kWh급 ESS 제품에 무정전 전원 공급장치 (UPS) 기능을 부여하고, 10 kW급 태양광을 연계한 복합 시스템에 대해 소개하고자 한다.
이 세 가지 분야의 공통적인 주요 개념은 전력전자 부품의 에너지 효율 향상 및 신재생에너지원과 연계 기술을 실현하는 것이다. 본 원고는 ㈜루비의 태양광 연계 무정전 전원 공급장치 (UPS)/ESS 하이브리드 시스템과 관련된 전력전자 기술들을 소개한다.

성능/효과

기존의 셀 벨런싱 방법은 그림 5에서와 같이 과충전 방식 (제 1세대), 패시브 방식 (제 2세대), 그리고 액티브 방식 (제 3세대)으로 발전해 왔으며, 본 고에서 ㈜루비가 제안한 방식은 새로운 제 4세대 개념으로 CC/CV 방식이 될 수 있다. 과충전 방식은 낮은 전압의 셀 전압을 필요한 전압까지 상승시키는 충전하는 방식이다.
개회로 방식으로 뱅크 간에도 밸런싱이 되며, 불량 셀만을 교환 할 수 있고, 교환 즉시 시스템을 정상적으로 운영할 수 있다. 다만, 타 방식에 비해 비용이 10~15% 정도 높은 단점이 있지만, 다른 방식에서는 하나의 셀이 불량일 때 배터리 팩 전체를 교체해야 되지만 제안된 방식에서는 불량 셀만을 교체하면 되므로 유지보수 비용이 초기 제조비용을 상쇄하고도 경제적으로 유리하다.

후속연구

즉, ESS가 전력을 배터리에 저장해 두었다가 필요한 시간에 전력을 공급하듯이, UPS도 배터리에 전력을 저장해 두었다가 정전 사태 등과 같은 긴급 상황에서 컴퓨터나 전자장비들과 같이 전원환경에 민감한 부하들에게 품질이 우수하고 안정적인 전원을 공급하는 역할을 한다는 점이다^[5]. 따라서 ESS의 기능과 UPS의 기능을 동시에 발휘할 수 있는 하이브리드 시스템을 적용함으로써 현대 산업체계에서 요구하는 친환경적이면서 안정적인 전력 공급이라는 두 가지 측면을 모두 충족시킬 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 그리드 기술이란?	따라서 에너지 수입 의존도가 매우 높은 경제구조를 개선하기 위한 많은 노력들이 경주되고 있으며, 그 중에서도 다양한 신재생 에너지원을 활용하기 위한 스마트 그리드 기술이 각광받고 있다. 스마트 그리드 기술이란 기존의 전력망에 정보기술 (IT)를 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하고 가장 필요한 시기에 전기 에너지를 공급하여 에너지 효율을 향상시키고 경부하시 (야간)에 유휴전력을 저장하였다가 피부하시 (주간)에 사용하는 부하 평준화 (load leveling)를 통해 전력 운영의 최적화에 기여할 수 있는 시스템을 구축하는 기술이다. 이와 같이 과잉 생산된 전력을 저장했다가 전력이 필요한 시점에 필요한 곳으로 공급해주는 시스템을 구현하기 위해서는 에너지 저장시스템 (Energy Storage System, ESS)이 반드시 필요하다[1-3].
	ESS와 UPS의 공통점은?	그런데, 이것의 구조 및 작동원리는 UPS의 것과 상당히 유사하다. 즉, ESS가 전력을 배터리에 저장해 두었다가 필요한 시간에 전력을 공급하듯이, UPS도 배터리에 전력을 저장해 두었다가 정전 사태 등과 같은 긴급 상황에서 컴퓨터나 전자장비들과 같이 전원환경에 민감한 부하들에게 품질이 우수하고 안정적인 전원을 공급하는 역할을 한다는 점이다[5]. 따라서 ESS의 기능과 UPS의 기능을 동시에 발휘할 수 있는 하이브리드 시스템을 적용함으로써 현대 산업체계에서 요구하는 친환경적이면서 안정적인 전력 공급이 라는 두 가지 측면을 모두 충족시킬 수 있을 것이다.
	UPS/ESS 하이브리드 시스템을 사용하면 어떤 장점이 있는가?	UPS는 정전시에 중요 부하에 무중단으로 전력을 공급하는 장치로서, 비상시를 염두에 두고 설치된 설비이기 때문에 정상적인 상황에서는 설치 비용 및 공간적 활용 측면에서 지속적인 낭비 용인으로 작용하고 있다. 따라서 UPS와 태양광이 연계된 ESS 하이브리드 시스템을 구축함으로써 일상적인 조건에서는 심야 전력을 ESS에 충전한 후 주간에 사용하거나 피크 전력을 관리하는데 사용하고, 비상시에는 UPS 기능이 발현되도록 할 수 있다. 태양광은 주간에 생산된 전력를 직접 사용하거나 또는 잉여 전력은 ESS에 충전하여 적절한 시간에 사용하도록 구성할 수 있다.

참고문헌 (13)

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