[논문]DC 마이크로그리드에서 배터리 에너지 저장장치의 State-of-Charge 기반 계층 제어 기법

김진욱; 정원상; 이재형; 원충연

DC 마이크로그리드에서 배터리 에너지 저장장치의 State-of-Charge 기반 계층 제어 기법
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김진욱 (성균관대학교) , 정원상 (성균관대학교) , 이재형 (성균관대학교) , 원충연 (성균관대학교)

본 논문은 DC 마이크로그리드에서 배터리 에너지 저장 장치의 SoC(State-of-Charge)를 기반으로 한 계층 제어 기법을 제안한다. DC 마이크로그리드의 안정적인 운영을 위해 계층 구조의 제어방식이 필요하다. 제안하는 계층 제어 기법은 2 레벨로 구성된다. 1차 제어에서는 SoC에 의해 드룹 계수가 조정되고 충·방전 전류가 제어되어 SoC 밸런싱이 이루어진다. 2차 제어는 1차 제어에 의해 발생하는 배전망 전압강하를 보상한다. 제안하는 SoC 기반 계층 제어를 적용한 에너지 저장 장치는 일정 SoC 운용범위에서 동작하고 배전망 전압을 일정하게 유지하여 DC 마이크로그리드의 안정적인 전력관리가 가능해진다. 본 논문에서는 PSIM 시뮬레이션을 통해 제안하는 기법의 유효성을 검증하였다.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 DC 마이크로그리드에서 배터리 에너지 저장장치의 SoC 기반 계층 제어를 제안하였다. 제안된 계층제어의 1차 제어에 의해 배터리 에너지 저장장치가 SoC 운용범위 내에서 동작하며 SoC 밸런싱 동작이 수행된다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 SoC 기반 계층제어 기법은 2단계의 계층구조를 가진다. 1차 제어는 SoC에 따라 드룹 계수를 조정하여 출력전류를 제어하기 때문에 충·방전 동작에서 BESS가 SoC 운용 범위 내에서 동작하여 과충전 및 과방전을 방지한다.
제안하는 기법을 증명하기 위해 그림 1의 구성을 기반으로 DC 마이크로그리드의 공칭전압을 380V로 선정 후 PSIM을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 그림 4 (a)는 부하에 요구되는 전력보다 태양광발전으로 생산되는 전력이 낮은 경우로 BESS는 방전동작을 하게 된다.

성능/효과

그림 5는 태양광 발전 전력의 변화로 BESS의 동작 모드가 바뀌는 경우이다. 0.75초에서 BESS의 동작모드가 바뀌어도 드룹 계수의 변화에 의한 SoC 밸런싱 동작과 2차 제어에 의해 일정하게 유지되는 배전망 전압을 확인할 수 있다.
또한 1차 제어에 의한 배전망 전압강하 문제를 2차 제어에 의해 배전망 전압을 안정적으로 유지한다. PSIM을 이용한 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 기법을 증명하였다.
기존 SoC 기반 계층 제어 기법은 배터리의 방전 동작만을 고려하였다.[2] 기존 기법을 충전 동작에 적용 시 높은 SoC 상태에서 많은 충전 전류가 유입되어 과충전 문제가 나타난다.
그림 4 (a)는 부하에 요구되는 전력보다 태양광발전으로 생산되는 전력이 낮은 경우로 BESS는 방전동작을 하게 된다. 제안된 기법에 의해 BESS는 SoC 운용범위인 SoC_max(80%)와 SoC_min(40%) 내에서 SoC 밸런싱을 이루며 과방전을 방지하는 것을 확인할 수 있다. 그림 4 (b)는 태양광 발전 전력이 부하에 요구되는 전력보다 높아 BESS가 충전동작을 하는 경우를 나타내며 SoC에 따라 드룹 계수가 변화하여 SoC 밸런싱이 이루어지는 것을 시뮬레이션 결과 파형을 통해 확인할 수 있다.

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