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하이브리드 에너지 저장장치의 계통연계 제어
Grid-Connected Control of Hybrid Energy Storage 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.18 no.4 = no.89, 2015년, pp.325 - 334  

이언석 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Gyeongsang National University) ,  강병극 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Gyeongsang National University) ,  최용오 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Gyeongsang National University) ,  정세교 (Department of Control and Instrumentation Engineering, Gyeongsang National University) ,  오세승 (Korea Institue of Energy Research) ,  채수용 (Korea Institue of Energy Research) ,  송유진 (Korea Institue of Energy Research)

초록
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본 논문에서는 하이브리드 에너지 저장장치의 계통연계 제어에 대하여 기술 하였다. 배터리는 큰 에너지 밀도를 가지지만 순간 전력밀도는 낮아 급격한 전류변동이 일어날 경우 수명이 저하된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 수퍼커패시터를 함께 사용하는 하이브리드 에너지 저장장치를 구성하였고 이에 대한 제어방법을 제안하였다. 배터리와 수퍼커패시터의 제어를 위해서는 예측형 전류제어기를 가지는 p-q 제어방법을 적용하였다. 제안된 제어기의 효용성을 검증하기 위해 실제 계통모델에 대한 PSIM과 RTDS를 이용한 시뮬레이션을 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with a control method for a hybrid energy storage system (ESS) with a battery and super capacitor for grid-connected operation. To improve the grid regulation and to minimize the depth of discharge of the battery, control algorithms for the hybrid ESS are proposed. A p-q control wit...

주제어

#계통전압제어   #능동형필터   #배터리   #수퍼커패시터   #전력품질  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하는 새로운 하이브리드 에너지 저장장치의 제어 방법을 제안하였다. 제안된 제어방법에서는 기본적으로 p-q 제어기를 사용하였고, 빠른 동특성을 가지는 전력계통의 변동에 대해서는 수퍼커패시터를, 느린 변동에 대해서는 배터리를 이용하여 보상하는 제어기를 구성하였다.
  • 본 논문에서는 전력계통에서 무효전력 및 고조파 전력의 보상을 위해서 사용되는 능동전력필터의 에너지원으로 배터리와 수퍼커 패시터를 사용하는 하이브리드 에너지 저장장치의 제어기법에 대하여 기술하였다. 배터리의 급격한 충방전을 방지하기 위하여 과도상태와 고조파전력 보상에는 수퍼커패시터가 동작하도록 하였으며 정상상태의 무효전력 보상에만 배터리가 동작하도록 제어기를 구성하였다.

가설 설정

  • 본 논문에서는 리튬이온 배터리를 가정하여 시뮬레이션 하였으며, 배터리의 단위 시간 당 방전전류의 크기에 따른 배터리의 수명과의 관계는 참고문헌[2]에 제시되어 있다. 따라서 제안된 제어방법에서는 수퍼커패시터를 이용하여 배터리 충방전 전류의 급격한 변화를 방지하게 되므로 배터리의 수명연장이 기대된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에너지 저장장치인 배터리의 장단점은 무엇인가? 특히 철도차량 등에 사용되는 전기추진장치의 경우 가감속 시 첨두전력 공급 및 에너지 회생을 위해 에너지 저장장치가 사용된다[1]. 에너지 저장장치로는 배터리가 가장 일반적이나, 배터리는 에너지 밀도가 높아 작은 사이즈에 큰 에너지를 저장할 수 있는 장점이 있지만 전력밀도가 낮아 충·방전 전류의 기울기(Current rate)와 방전률(Depth of discharge)이 클 경우 수명이 크게 짧아지는 단점이 있다[2-3]. 반면에 수퍼커패시터는 높은 전력밀도와 낮은 에너지 밀도를 가져 짧은 시간에 큰 전류를 공급하는데 유리하다.
에너지 저장장치의 사용목적은 무엇인가? 최근 들어 전력계통에서 전력 수요의 불균형에 따른 보상 또는 전력품질의 개선 등의 목적으로 에너지 저장장치(Energy storage system; ESS)가 많이 사용되고 있다. 특히 철도차량 등에 사용되는 전기추진장치의 경우 가감속 시 첨두전력 공급 및 에너지 회생을 위해 에너지 저장장치가 사용된다[1].
수퍼커패시터를 함께 사용하는 하이브리드 에너지 저장장치는 배터리가 가지고 있는 어떤 단점을 보완할 수 있는가? 본 논문에서는 하이브리드 에너지 저장장치의 계통연계 제어에 대하여 기술 하였다. 배터리는 큰 에너지 밀도를 가지지만 순간 전력밀도는 낮아 급격한 전류변동이 일어날 경우 수명이 저하된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 수퍼커패시터를 함께 사용하는 하이브리드 에너지 저장장치를 구성하였고 이에 대한 제어방법을 제안하였다.
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참고문헌 (9)

  1. M. Shimada, R. Oishi, D. Araki, Y. Nakamura (2010) Energy storage system for effective use of regenerative energy in electrified railways, Hitach Review, 59(1), pp. 33-38. 

  2. G. Ning, B. Haran, B. N. Popov (2003) Capacity fade study of lithium-ion batteries cycled at high discharge rates, Journal of Power Sources, 117, pp. 160-169. 

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  3. W. Li, G. Joos (2008) A power electronic interface for a battery supercapacitor hybrid energy storage system for wind applications, IEEE Power Electronics Specialists Conference, Island of Rhodes, Greece, pp.1762-1768. 

  4. M.E. Glavin, P.K.W. Chan, S. Armstrong, W. G. Hurley (2008) A stand-alone photovoltaic supercapacitor battery hybrid energy storage system, EPE-PEMC Power Electronics and Motion Control Conference, Poznan, Poland, pp.1688-1695. 

  5. Y. Zhang, Z. Jiang, X. Yu (2008) Control strategies for nattery/supercapacitor hybrid energy storage systems, IEEE Energy 2030 Conference, Atlanta, USA, pp. 1-6. 

  6. X. Hu, K. J. Tseng, M. Srinivasan (2011) Optimization of battery energy storage system with super-capacitor for renewable energy applications, Proceeding of 8th Int. Conference on Power Electronics, Jeju, Korea, pp. 1552-1557. 

  7. S.K. Chung (2000) A phase tracking system for three phase utility interface inverters, IEEE Trans. on Power Electronics, 15(3), pp. 431-438. 

    상세보기 crossref

  8. H. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae (1984) Instantaneous reactive power conpensators comprising switching devices without energy storage components, IEEE Trans. Ind. Applications, 20(3), pp. 625-630. 

  9. J. Rodriguez, J. Pontt, C.A. Silva, P. Correa (2007) Predictive current control of a voltage source inverter, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 54(1), pp. 495-503. 

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