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에너지 저장장치의 계통 연계형 양방향 PCS 기술
The grid-connected bidirectional PCS technology of the ESS 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.4, 2019년, pp.1280 - 1287  

고봉운 (Dept .of Electrical Engineering, Jeju International University)

초록
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계통 연계 형 양방향 PCS 기술은 분산 형 신재생 에너지 스마트 그리드를 구현하기 위한 기술이며, 방대한 스마트 그리드 시스템 중 태양광 모듈로부터 수집된 전력 및 상용 계통전원을 이용하여 상시 전력을 충전하였다가 필요시 저장된 전력을 저압 계통 측으로 방출할 수 있도록 하는 하이브리드형 에너지 저장 장치이다. 이를 위해 MPPT 기능이 포함된 PV입력 전력변환기와 배터리 충·방전을 위한 양방향 전력변환기 및 DC Link 전압을 3상 380V AC 계통으로 출력하고 필요할 경우 계통전력을 AC/DC변환하여 양방향 DC/DC컨버터를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 인버터로 구성된 3개의 전력변환기 구조를 갖는 PCS를 설계 및 개발하였다. 현재 이 시스템을 정전 및 화재사고에 취약한 제주의 사이트에 적용하여 실증 및 운영하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Grid-connected bidirectional PCS(Power Conditioning System) technology is a technology for implementing distributed renewable energy smart grid. And it is always charged by using power collected from solar modules and commercial grid power among vast smart grid systems, and stored when needed.It is ...

주제어

#grid-connected   #PCS   #inverter   #converter   #MPPT  

표/그림 (16)

AI 본문요약
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문제 정의

  • PCS는 크게 분류하면 그림 3과 같이 3개의 전력변환기로 구성되어 있으며 첫 번째는 MPPT 기능이 포함된 PV 입력 전력변환기(DC/DC Converter 1) 두 번째는 배터리 충, 방전 양방향 전력변환기(DC/DC Converter 2) 세 번째는 DC Link 전압을 3상 380VAC 계통으로 출력하고, 필요할 경우 계통전력을 AC/DC변환하여 DC/DC converter2를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 인버터(양방향 인버터) 등이다. 본 논문에서는 이를 모두 설계하고 개발하였으며 PCS의 개발 내용을 중심으로 다루고자 한다.
  • 전체 시스템을 통합하고 관장 할 PMS(Power Management System)와 배터리 장치를 구성할 적절한 배터리 셀을 선정하여 배터리 모듈과 BMS(Battery Management System)를 설계하고 아울러 배터리 모듈을 12개 적층하여 배터리 시스템을 제작하고 그림 2와 같이 이를 관리하는 마스터 BMS(BCU)를 개발 및 제작하였다. 특히 태양광 발전을 통한 충전과 계통을 통한 충전이 가능한 양방향 인버터를 포함한 PCS의 설계 및 개발을 목표로 하였다[2,3].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
계통 연계 형 양방향 PCS 기술은 무엇인가? 계통 연계 형 양방향 PCS 기술은 분산 형 신재생 에너지 스마트 그리드를 구현하기 위한 기술이며, 방대한 스마트 그리드 시스템 중 태양광 모듈로부터 수집된 전력 및 상용 계통전원을 이용하여 상시 전력을 충전하였다가 필요시 저장된 전력을 저압 계통 측으로 방출할 수 있도록 하는 하이브리드형 에너지 저장 장치이다. 이를 위해 MPPT 기능이 포함된 PV입력 전력변환기와 배터리 충·방전을 위한 양방향 전력변환기 및 DC Link 전압을 3상 380V AC 계통으로 출력하고 필요할 경우 계통전력을 AC/DC변환하여 양방향 DC/DC컨버터를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 인버터로 구성된 3개의 전력변환기 구조를 갖는 PCS를 설계 및 개발하였다.
계통 연계형 전력변환 시스템의 설계 방향은 무엇인가? 이러한 배터리 팩을 채용한 ESS에 MPPT기능이 포함된 PV 입력 전력변환기(DC/DC Converter 1), 배터리 충, 방전 양방향 전력변환기( DC/DC Converter 2), DC Link 전압을 3상 380VAC 계통으로 출력하고, 필요할 경우 계통 전력을 AC/DC변환하여 DC/DC converter2를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 양방향 인버터 등의 3가지 전력변환기를 탑재한 PCS개발을 통하여 ESS의 용량 확장성은 물론 배터리로부터 저장된 에너지를 380V 3상 교류로 변환하여 전력 계통에 연계하는 계통 연계형 전력변환 시스템의 기능도 갖추게 되었다. 태양광 발전을 통해 낮 시간 부하 측에 안정적인 전력을 공급하고 남는 전력은 배터리에 저장할 수 있으며, 일사량이 없는 저녁시간에도 배터리를 통해 부하 측에 안정적인 전력을 공급하거나, 전력요금이 저렴한 심야전력을 활용하여 배터리를 충전할 수 있도록 충ㆍ방전 일정을 조정 가능하도록 설계하였다. 추후 제주의 사이트에 일정 시간 실증과 운영을 통하여 취득한 데이터를 활용하여 배터리의 안정성과 시스템의 경제적 효과를 검증하고자 한다.
리튬인산철 배터리 장점은 무엇인가? 본 시스템에서는 에너지 저장 매체로 2차 전지 중에서 에너지 밀도가 상대적으로 높으면서도, 다른 리튬이온전지(폴리머 포함) 등과 비교 시 발열성이 없어 가연성 또는 폭발 등을 일으키지 않음으로써 안전성이 탁월한 리튬인산철(LiFePO4) 배터리를 채택하여 에너지 저장 시스템을 구성하였다. 또한 리튬인산철 배터리는 직류 측 입력전압 변동이 작아서 PCS 설계가 용이하고 ESS 절연전압도 낮출 수 있는 효과가 있으며 온도특성이 매우 좋아 자체 발열이 거의 없어서 주위 온도에 영향을 주지 않는 장점이 있다. 이러한 배터리 팩을 채용한 ESS에 MPPT기능이 포함된 PV 입력 전력변환기(DC/DC Converter 1), 배터리 충, 방전 양방향 전력변환기( DC/DC Converter 2), DC Link 전압을 3상 380VAC 계통으로 출력하고, 필요할 경우 계통 전력을 AC/DC변환하여 DC/DC converter2를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 양방향 인버터 등의 3가지 전력변환기를 탑재한 PCS개발을 통하여 ESS의 용량 확장성은 물론 배터리로부터 저장된 에너지를 380V 3상 교류로 변환하여 전력 계통에 연계하는 계통 연계형 전력변환 시스템의 기능도 갖추게 되었다.
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참고문헌 (6)

  1. B. W. Ko, H. Y. Choi, "A study on applying research and development results of university industry academia cooperation to social enterprise and its economic feasibility," ASIA LIFE SCIENCES, Supplement, Vol.20, No.1, pp.85-94, 2019. 

  2. C. H. Park, M. S. Cho, J. U. Park, H. C. Noh, J. U. Lee, and S. H. Park, "Electric load forecasting based on short-and long-term modeling of time series data," in Proc. of the KCC 2019, pp.409- 411, 2019. DOI: 10.7471/ikeee.2019.23.3.852 

  3. H. K. Choi, B. H. Chang, and K. H. Kim, "Comparative study of short-term load forecasting with deep learning algorithm," The 50th KIEE Summer Conference, pp.664-665, 2019. 

  4. B.-W. Ko, H.-Y. Choi, H-S, Kim, "Using of small scail Pv lighting system for emergency power supply styil ESS construct and design of monitoring system," The 50th KIEE Summer Conference, pp166-167, 2019. 

  5. L-H, Hwang, "A study on the characteristics of PCS Using a Solar Cells Generation of Optimal Integrated" IKEEE, Vol.23, no.3, pp.1003-1014, 2019. DOI: 10.7471/ikeee.2019.23.3.1003 

  6. H-G, Jang, J-Y, Lim, "A study on the charge controller for Solar Street Lamp by Direct Duty Ratio Control," IKEEE, vol.19, no.1, pp.118-123 2015. DOI: 10.7471/ikeee.2015.19.1.118 

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