KR20200103949A - Smart energy storage system suitable for solar power generation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템은 태양광 발전소 구조물의 하부에 설치되는 패키지 구조물로 구비된다. 스마트 에너지 저장 시스템은 외부 환경의 영향을 받지 않는 우레탄 패널로 제작되는 패키지 구조물의 내부에 소내 전력 소모를 최소화하는 공조 장치를 구비한다. 스마트 에너지 저장 시스템은 사전 위험 감지 기능, 배터리 및 에너지 저장 시스템의 효율을 극대화하기 위하여 배터리 충전 상태를 가변 제어할 수 있다. 본 발명에 의하면, 저용량의 태양광 발전소에 적합하게 구현되어, 기존의 태양광 발전소에 적용 가능하고, 효율적인 에너지 관리와 안정적인 사업성을 통한 태양광 발전소의 운영자에게 안정적인 발전 수입을 보장할 수 있다.The present invention relates to a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant. The smart energy storage system of the present invention is provided as a package structure installed under the structure of a solar power plant. The smart energy storage system includes an air conditioning device that minimizes power consumption in the site inside a package structure made of a urethane panel that is not affected by the external environment. The smart energy storage system may variably control the state of charge of the battery to maximize the efficiency of the battery and energy storage system, as well as a pre-risk detection function. According to the present invention, it is appropriately implemented for a low-capacity solar power plant, can be applied to an existing solar power plant, and guarantees a stable power generation income to an operator of a solar power plant through efficient energy management and stable business feasibility.
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 태양광 발전소 구조물의 하부에 설치되어 소내 전력 소모를 최소화하는 공조 시스템을 구비하고, 외부 환경 영향에 무관한 단열 구조물로 효율적인 공조 및 배터리 운영이 가능하고, 화재 등의 사전 위험 감지가 가능하고, 배터리의 효율을 극대화하기 위한 배터리의 충전 상태(SOC)를 가변 조절이 가능하고, 전력 거래소의 SMP 가격을 고려하여 EMS 알고리즘을 구현하며, 클라우드 기반으로 통합 관리가 가능한 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage system, and more specifically, provided with an air conditioning system that is installed under the structure of a solar power plant to minimize power consumption in the site, and is an insulating structure that is independent of external environmental influences for efficient air conditioning and battery operation. It is possible, and it is possible to detect risk in advance such as fire, it is possible to variably adjust the state of charge (SOC) of the battery to maximize the efficiency of the battery, implement the EMS algorithm in consideration of the SMP price of the power exchange, and cloud-based It relates to a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant that can be managed in an integrated manner.
일반적으로 기존의 전력 시스템에 정보 통신 기술을 접목하여 전력망을 실시간으로 관찰, 통제하면서 공급자와 수요자 간의 양방향 통신을 통해 전력망의 운영 효율을 최적화하는 미래형 전력망으로 스마트 그리드(Smart Grid)가 있다. 이는 최근 증가하고 있는 신재생 에너지 발전이나 전기 자동차용 충전 시스템 등과 같은 새로운 전력 기기들과의 연계가 가능하며, 소비자의 전력 사용 정보가 실시간으로 제공됨으로써 전력 이용 효율을 높일 수 있어 불필요한 발전 설비 투자를 줄이고 온실가스 배출도 줄이는 효과를 기대할 수 있다.In general, there is a smart grid as a future power grid that optimizes the operational efficiency of the power grid through two-way communication between suppliers and consumers while observing and controlling the power grid in real time by grafting information and communication technology to the existing power system. This enables connection with new power devices such as new and renewable energy generation and charging systems for electric vehicles, which are increasing in recent years, and increases power use efficiency by providing power usage information of consumers in real time. It can be expected to reduce greenhouse gas emissions.
산업의 발달과 더불어 전력 수요가 점차 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다. 최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크 부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있는데, 이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)이다.With the development of the industry, power demand is gradually increasing, and the gap in power usage between day and night, seasons, and daily is gradually widening. Recently, for this reason, many technologies to reduce the peak load by utilizing the excess power of the system are being developed rapidly, and a representative of these technologies is energy that stores the excess power of the system in the battery or supplies the insufficient power of the system from the battery. It is an Energy Storage System (ESS).
에너지 저장 시스템(ESS)은 야간의 잉여 전력이나 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지원에서 발전된 전력을 저장하였다가 피크 부하 또는 계통 사고시 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급한다. 이를 통해 신재생 에너지원에 의해 불안정하게 변동되는 계통 전력을 안정화시키고 최대 부하 삭감과 부하 평준화를 달성할 수 있게 된다.The energy storage system (ESS) stores surplus power at night or power generated from renewable energy sources such as solar and wind power, and supplies the power stored in the battery to the system in case of a peak load or a system accident. Through this, it is possible to stabilize system power that fluctuates unstable by renewable energy sources, and achieve maximum load reduction and load leveling.
이러한 에너지 저장 시스템은 예를 들어, 에너지 저장 밀도가 높은 리튬 이온 배터리로 구성된 배터리 모듈이 포함되며, 이 배터리 모듈은 다단으로 형성된 배터리 랙에 일정 개수가 서로 전기적으로 연결되어 적재된다. 이러한 배터리 랙은 배터리 모듈을 보관함에 있어서, 일정한 온도와 습도를 유지하여야 하고, 통풍이 잘 되어야 하며, 적재된 배터리 모듈의 유지 보수가 용이하여야 한다.Such an energy storage system includes, for example, a battery module composed of a lithium-ion battery having a high energy storage density, and the battery modules are electrically connected to each other in a predetermined number to be stacked in a multi-stage battery rack. When storing the battery modules, such a battery rack must maintain a constant temperature and humidity, be well ventilated, and facilitate maintenance of the loaded battery modules.
그러나, 배터리 모듈의 에너지 충전 상태(State of Charge : SOC)가 서로 상이한 경우, 배터리 랙의 충전이나 방전시, 배터리 모듈의 에너지 상태에 따라 일부 배터리 모듈이 먼저 충전되거나 먼저 방전될 수 있어 모든 배터리 모듈들을 완전 충전이나 완전 방전할 수 없다는 문제점이 있다.However, when the state of charge (SOC) of the battery modules is different from each other, when charging or discharging the battery rack, some battery modules may be charged or discharged first depending on the energy state of the battery module. There is a problem that they cannot be fully charged or completely discharged.
특히, 국내의 약 90 %를 차지하는 100 Kw 급 이하의 저용량의 태양광 발전소에는 ESS 설치가 어려운 상황이다. 예를 들어, 약 1,800 mm 높이의 규격화된 컨테이너 및 배터리 렉을 사용하므로 현재 운영 중인 소용량 태양광 발전소에는 에너지 저장 시스템을 설치할 수 있는 공간이 부족한 실정이다. 또한 에너지 저장 시스템에는 상용의 공조 시스템을 사용함에 따라 공조 효율이 매우 낮으며 전력 소모가 높다. 또한 에너지 저장 시스템은 컨테이너 또는 샌드위치 패널 방식으로 제작되어 낮은 단열에 의한 소내 전력 사용이 증가하며 ESS 효율이 감소된다. 뿐만 아니라, EMS에서의 모니터링 만 가능하기 때문에 화재 발생 등 사전 이상 징후 발견이 어렵다.In particular, it is difficult to install ESS in low-capacity solar power plants of less than 100 Kw, which accounts for about 90% of the country. For example, since standardized containers and battery racks with a height of about 1,800 mm are used, there is not enough space for installing energy storage systems in small-capacity solar power plants currently in operation. In addition, as a commercial air conditioning system is used for the energy storage system, air conditioning efficiency is very low and power consumption is high. In addition, since the energy storage system is manufactured in a container or sandwich panel method, power consumption in the site increases due to low insulation, and ESS efficiency decreases. In addition, since only EMS monitoring is possible, it is difficult to detect abnormal signs such as fire in advance.
본 발명의 목적은 패키지 구조물로 구비되어 기존의 태양광 발전소에 설치 가능한 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant that is provided as a package structure and can be installed in an existing solar power plant.
본 발명의 다른 목적은 외부 환경 영향에 무관한 단열 구조물로 구비되어 효율적인 공조 및 배터리 운영이 가능하고 소내 전력 소모를 최소화하는 공조 시스템을 구비하는 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant having an air conditioning system that enables efficient air conditioning and battery operation and minimizes power consumption in a site by being provided with an insulating structure irrelevant to external environmental influences. .
본 발명의 또 다른 목적은 화재 등의 사전 위험 발생을 감지하는 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant that detects the occurrence of a risk in advance such as a fire.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리 효율을 극대화하기 위한 배터리 충전 상태를 가변 조절하는 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant that variably adjusts a battery charge state to maximize battery efficiency.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템은 일정 두께의 우레탄 패널로 형성되어 태양광 발전소 구조물의 하부에 설치되는 패키지 구조물로 구비하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 스마트 에너지 저장 시스템은 패키지 구조물에 독립적인 모듈 형태로 구비된 적어도 하나의 배터리 랙, 접속반 및 적어도 하나의 인버터들을 내부에 수용하여 저용량 태양광 발전소에 적합하게 설치 가능하다.In order to achieve the above objects, the smart energy storage system suitable for the low-capacity solar power plant of the present invention is formed of a urethane panel of a certain thickness and provided as a package structure installed under the structure of the solar power plant. Such a smart energy storage system may be suitably installed in a low-capacity solar power plant by accommodating at least one battery rack, a connection panel, and at least one inverter provided in the form of a module independent of the package structure.
이 특징에 따른 본 발명의 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템은, 복수 개의 태양광 모듈로부터 태양광으로부터 전기 에너지로 변환하여 생산된 전력을 저장하는 복수 개의 배터리 모듈들을 구비하는 배터리 랙; 상기 태양광 모듈로부터 생산된 직류 전력을 수집하는 접속반; 상기 접속반으로부터 수집된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 배터리 모듈을 충전하도록 송전하는 인버터; 및 상기 태양광 모듈에서 생산된 전력을 제공받아 상기 배터리 모듈을 충전하거나, 피크 부하 또는 전력망 계통의 비상 상황 발생 시, 상기 배터리 모듈에 충전된 전력을 전력망 또는 부하로 송전하여 계통으로 전력을 공급하도록 하고, 상기 태양광 모듈에 의해 생산된 전력이나 상기 배터리 모듈로부터 충방전되는 전력을 실시간 모니터링하는 에너지 관리 장치를 포함하되; 상기 스마트 에너지 저장 시스템은 태양광 발전소 구조물의 하부에 설치되는 패키지 하우징에 각각이 독립적인 모듈 형태로 구비된 적어도 하나의 상기 배터리 랙, 상기 접속반 및 적어도 하나의 상기 인버터가 상호 전기적으로 연결되도록 내부에 수용되고, 상기 패키지 하우징의 내부 상단에 공조 장치가 구비된다.The smart energy storage system suitable for the low-capacity solar power plant of the present invention according to this feature includes: a battery rack having a plurality of battery modules for storing electric power generated by converting from solar light to electric energy from a plurality of solar modules; A connection panel for collecting DC power produced from the solar module; An inverter converting DC power collected from the connection panel into AC power and transmitting power to charge the battery module; And charging the battery module by receiving the power produced by the solar module, or transmitting the power charged in the battery module to the power grid or load when a peak load or an emergency situation occurs in the power grid system to supply power to the system. And an energy management device for real-time monitoring of power produced by the solar module or power charged and discharged from the battery module; The smart energy storage system includes at least one battery rack, the connection panel, and at least one inverter provided in the form of independent modules in a package housing installed under the solar power plant structure so that they are electrically connected to each other. It is accommodated in, and the air conditioning device is provided on the inner upper end of the package housing.
이 특징에 있어서, 상기 패키지 하우징은 일정 두께의 알루미늄 재질의 우레탄 패널로 구비되고; 상기 패키지 하우징의 하부는 H 빔으로 형성되어 상기 스마트 에너지 저장 시스템을 지지하고, 상부는 2 중 단열 구조로 구비된다.In this feature, the package housing is provided with a urethane panel made of aluminum having a predetermined thickness; The lower part of the package housing is formed of an H beam to support the smart energy storage system, and the upper part is provided with a double insulation structure.
이 특징에 있어서, 상기 패키지 하우징은 패키지 내부 온도를 실시간 모니터링할 수 있도록 내부의 서로 다른 위치에 온도를 측정하는 복수 개의 온도 센서가 설치된다.In this aspect, the package housing is provided with a plurality of temperature sensors for measuring temperatures at different locations inside the package housing so as to monitor the temperature inside the package in real time.
이 특징에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는; 상기 배터리 모듈의 충방전에 따른 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 전압, 전류 및 온도에 따른 배터리 용량을 추정하여 상기 배터리 모듈의 배터리 충전 상태를 가변 조절한다.In this aspect, the energy management device; The voltage, current, and temperature according to the charging and discharging of the battery module are measured, and the battery charge state of the battery module is variably adjusted by estimating the battery capacity according to the measured voltage, current, and temperature.
이 특징에 있어서, 상기 에너지 관리 장치는; 상기 태양광 모듈과, 상기 스마트 에너지 저장 시스템의 동작 상태에 따른 전압, 전류, 온도를 실시간 모니터링하고, 상기 태양광 모듈과 상기 스마트 에너지 저장 장치의 기기별 정상 및 오류 상태를 실시간 모니터링하고, 이상 발생 시, 해당 기기의 이상 유무를 외부로 알려준다.In this aspect, the energy management device; The solar module and the voltage, current, and temperature according to the operating state of the smart energy storage system are monitored in real time, and the normal and error states of each device of the solar module and the smart energy storage device are monitored in real time, and an abnormality occurs. At the time, it notifies to the outside whether or not the device is abnormal.
상술한 바와 같이, 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템은 패키지 구조물로 구비되어 기존의 설치 공간이 부족한 태양광 발전소 구조물의 하부에 설치되어, 저용량 태양광 발전소에 적합한 에너지 저장 시스템의 구현이 가능하다.As described above, the smart energy storage system of the present invention is provided as a package structure and is installed under the structure of a solar power plant that lacks existing installation space, so that an energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant can be implemented.
또 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템은 저용량 태양광 발전소에 적합하도록 패키지 구조물로 구비하여, 외부 환경 영향에 의한 시스템 효율을 극대화하는 단열 구조물의 개발, 소내 전력 소모를 최소화하기 위한 공조 시스템 개발, 사전 위험 감지 기능 개발, 최적의 배터리 충전 상태(SOC) 구현 및 SMP를 고려한 EMS 알고리즘 구현 등을 제공하여 태양광 발전소 및 에너지 저장 시스템의 수익성 모델을 구현할 수 있다.In addition, the smart energy storage system of the present invention is provided as a package structure suitable for low-capacity solar power plants, so as to develop an insulating structure that maximizes system efficiency due to external environmental influences, develop an air conditioning system to minimize power consumption in the site, and risk Profitability models of solar power plants and energy storage systems can be implemented by providing detection function development, optimal battery state of charge (SOC) implementation, and EMS algorithm implementation considering SMP.
또 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템은 각 기기의 이상 유무 뿐만 아니라 발생하는 전압, 전류, 온도, 계통의 상태, 기상 상태 등을 종합 고려하여 이상 유무 전송 및 원격 클리어 기능을 제공함으로써, 사전에 화재 등의 비상 상황 발생을 예방할 수 있다.In addition, the smart energy storage system of the present invention provides a remote clear function and transmission of abnormalities by comprehensively considering the occurrence of voltage, current, temperature, system status, and weather conditions as well as the presence or absence of each device. Can prevent the occurrence of emergency situations.
또한 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템은 비상 시, 마이크로 그리드 개념의 독립 전원 사용이 가능하고, 낮 시간 대에만 발전이 가능한 태양광 발전의 단점을 보완하여 계통 안정화를 확보하고, 신재생 에너지 공급 인증서 예컨대, REC(Renewable Energy Certificates) 5.0 적용에 따른 추가 이윤이 창출되는 시스템의 구현이 가능하므로, 에너지 저장 시스템(100)의 시장성 확대를 얻을 수 있다.In addition, the smart energy storage system of the present invention enables the use of an independent power source of the micro grid concept in case of an emergency, secures system stabilization by supplementing the disadvantages of solar power generation that can generate electricity only during the day, and secures a new renewable energy supply certificate. , Since it is possible to implement a system that generates additional profits according to the application of Renewable Energy Certificates (REC) 5.0, it is possible to obtain an expansion of the marketability of the
도 1은 본 발명에 따른 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템의 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 스마트 에너지 저장 시스템의 설치 상태를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 스마트 에너지 저장 시스템의 구성을 나타내는 도면, 그리고
도 4는 본 발명에 따른 스마트 에너지 저장 시스템의 SOC 가변 조절을 위한 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant according to the present invention,
2 is a view showing the installation state of the smart energy storage system shown in FIG. 1;
3 is a diagram showing the configuration of the smart energy storage system shown in FIG. 2, and
4 is a flowchart showing a processing procedure for variable SOC adjustment of the smart energy storage system according to the present invention.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Therefore, the shape of the constituent elements in the drawings is exaggerated in order to emphasize a more clear description.
이하 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
도 1은 본 발명에 따른 저용량 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템(100)은 예컨대, 100 Kw 이하의 저용량 태양광 발전소에 적합하도록 하기 위하여, 외부 환경 영향에 의한 시스템 효율을 극대화하는 단열 구조물의 개발, 소내 전력 소모를 최소화하기 위한 공조 시스템 개발, 사전 위험 감지 기능 개발, 최적의 배터리 충전 상태(SOC) 구현 및 SMP(System Marginal Price)를 고려한 EMS 알고리즘 구현 등을 제공하여 태양광 발전소 및 에너지 저장 시스템의 수익성 모델을 구현한다.Referring to Figure 1, the smart
이러한 스마트 에너지 저장 시스템(100)은 비상 시, 마이크로 그리드 개념의 독립 전원 사용이 가능하고, 낮 시간 대에만 발전이 가능한 태양광 발전의 단점을 보완하여 계통 안정화를 확보하고, 신재생 에너지 공급 인증서 예컨대, REC(Renewable Energy Certificates) 5.0 적용에 따른 추가 이윤이 창출되는 시스템의 구현이 가능하므로, 에너지 저장 시스템(100)의 시장성 확대를 얻을 수 있다.In the case of an emergency, the smart
또 스마트 에너지 저장 시스템(100)은 각 기기의 이상 유무 뿐만 아니라 발생하는 전압, 전류, 온도, 계통의 상태, 기상 상태 등을 종합 고려하여 이상 유무 전송 및 원격 클리어 기능을 제공한다.In addition, the smart
이를 위해 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템(100)은 태양광 발전기(200)로부터 태양광 발전에 따른 전력을 효율적으로 저장, 관리하기 위하여, 배터리, PCS, 공조 장치, 소방 장치 및 EMS 등을 포함하는 ESS 패키지(도 3의 100)를 설계, 제작한다.To this end, the smart
즉, 본 발명 태양광 발전 시스템(2)은 스마트 에너지 저장 시스템(100), 태양광 발전기(200), 수배전반(300) 및 관제 서버(400)를 포함한다. 또 태양광 발전 시스템(2)은 통신망(4)을 통하여 복수 개의 에너지 저장 시스템(100)과 관제 서버(400)가 연결된다.That is, the solar
태양광 발전기(200)는 복수 개의 태양광 모듈(210)과, 접속반(220) 및 인버터(230)를 포함한다. 태양광 발전기(200)는 태양광 발전소 구조물(도 2의 240)에 고정 설치된다.The photovoltaic generator 200 includes a plurality of
태양광 모듈(210)은 태양광 발전(PotoVltaics : PV) 모듈로서, 복수 개가 구비되어 태양광으로부터 전기적인 에너지로 변환하여 전력을 생산한다. 태양광 모듈(210)은 생산된 전력을 배터리 모듈(110)에 저장하거나 부하로 전력을 공급한다.The
접속반(220)은 태양광 모듈(210)과 인버터(230) 사이에 위치하고, 태양광 모듈(210)이 생산하는 직류 전력을 직병렬로 연결해 필요한 전력을 집합시킨다. 접속반(220)은 태양광 모듈(210)에 의해 생산된 직류 전력을 인버터(230)로 공급한다.The
접속반(220)은 인버터(230)의 고장을 방지하기 위해 태양광 모듈(210)에서 생산된 직류 전력을 수집하여 인버터(230)로 전달한다. 이는 태양광 모듈(210)의 전력량에 따라 발생할 수 있는 태양광 모듈(210)들 간의 충돌을 막아주고, 태양광 모듈(210)과 인버터(230) 사이의 전기 역류를 방지하고 합선이나 과전류 등을 차단하도록 한다. 이를 위해 접속반(220)에는 역전류 방지 모듈, 전압 전류 검출 모듈, 통신 모듈, SPD 방열 패드, 차단기 등을 구비하여, 직류 전압, 전류, 온도, 역전류 등을 감지하여 모니터링하고, 과전류, 역류를 방지하고, 낙뢰 보호 장치(SPD)를 이용하여 전력 스파이크로부터 보호하는 기능 등을 구비한다. 또한 접속반(220)에는 연기 센서, 화재 감지 센서를 구비하여 비상 상황 발생을 감지하고, 방수 방진 기능을 구비한다.The
인버터(230)는 접속반(220)으로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수배전반(300)을 통해 배터리(110)를 충전하도록 송전하거나 전력망을 통해 부하로 송전한다.The
이러한 태양광 발전기(200)는 태양광 발전소 구조물(도 2의 210, 240)의 하부 일측에 에너지 저장 시스템(100)이 배치된다.In the solar generator 200, an
수배전반(300)은 에너지 저장 시스템(100)의 배터리(110)를 충전하는데 필요한 전력 외의 전력은 전력망으로 송전시킨다. 수배전반(300)은 트랜스포머, 계량기 등이 구비되어 태양광 모듈로부터 생산된 전력을 전력망을 통해 계통 송전하거나, 배터리(110)를 충전시킨다. 수배전반(300)은 배터리로부터 충전된 전력을 전력망을 통해 계통 송전한다.The
관제 서버(400)는 예컨대, 에너지 통합 관제 센터 등에 구비되고, 통신망(4)을 통해 에너지 관리 장치(150)와 연결되어 클라우드 기반으로 복수 개의 에너지 저장 시스템(100)을 통합 관리한다. 관제 서버(400)는 태양광 발전소에서 이벤트가 발생되면, 에너지 관리 장치(150)로부터 이벤트 관련 정보를 전송받아서 이벤트 상황을 모니터링하고, 원격으로 이벤트를 해결 가능한 경우에는 에너지 관리 장치(150)로 원격 제어 신호를 전송하고, 현장에서 해결 가능한 경우에는 태양광 발전소의 운영자(또는 사업주)나 관리자에게 문자 메시지 등을 이용하여 알림 정보를 전송한다.The
에너지 저장 시스템(100)은 태양광 모듈(210)에서 생산된 전력을 제공받아 배터리 모듈(110)을 충전하거나, 피크 부하 또는 전력망 계통의 비상 상황 발생 시, 배터리 모듈(110)에 충전된 전력을 전력망 또는 부하로 송전하여 계통에 전력을 공급하는 기능을 수행한다.The
이를 위해 에너지 저장 시스템(100)은 현재 운영 중인 대부분의 태양광 발전소에 설치 가능한 크기를 갖는 패키지 구조로 설계되어, 소내 전력 감소 및 효율 증가를 위한 최적화된 공조 장치를 구비하여 패키지 내부의 온도를 일정하게 유지하고, ESS 동작 효율 극대화 및 경제성 고려를 위한 단열 구조물로 설계하고, 그리고 사전 위험을 감지하여 화재 발생 등의 비상 상황 발생을 최소화하기 위하여, 열 흐름 즉, 공기 흐름을 해석하여 공기 순환이 전체적으로 균일하게 이루어지도록 예를 들어, 최소의 열 전도율과 부식 방지를 위한 100t의 알루미늄 재질의 우레탄 패널을 이용하여 2 중의 구조의 지붕(도 2의 A)을 구비하고, 내부 상단에 공조 장치(미도시됨)를 설치한다. 이러한 ESS 패키지는 열 전도율이 기존 스티로폼 또는 글라스 파이버 등보다 약 50 %로 낮고, 열 흐름 분석에 따른 고효율의 공조 장치를 구비함으로써, 기존 대비 약 30 % 절감할 수 있어 공조 장치에 의한 전력 소모를 최소화할 수 있다. 또한 에너지 저장 시스템(100)은 패키지 내부의 배터리 모듈(110), PCS(120), BMS(130) 등의 이상 유무를 사전에 감지 기능과 EMS 최적화 로직에 따른 SOC 관리 및 사업적 이익을 고려한 스마트 ESS(100)와 EMS(150)를 제공한다.To this end, the
구체적으로 에너지 저장 시스템(100)은 복수 개의 배터리 모듈(110)들을 구비하는 배터리 랙, 전력 변환 장치(120), 배터리 관리 장치(130), 전력 관리 장치(140) 및 에너지 관리 장치(150)를 포함한다. 에너지 관리 장치(150)는 통신망(4)을 통해 에너지 통합 관제 센터의 관제 서버(400)와 연결된다.Specifically, the
배터리 모듈(110)은 태양광 모듈(210)로부터 생산된 전력을 저장한다. 배터리 모듈(110)은 복수 개가 전기적으로 연결되도록 적층되어 배터리 랙에 수용된다. 배터리 랙은 에너지 저장 시스템(100)의 패키지 모듈(도 3의 102)과 전기적으로 연결되고 독립적으로 구비된다.The
전력 변환 장치(Power Conditioning System : PCS)(120)는 배터리 모듈(110)로 전력을 저장하거나 사용할 때, 전기의 특성을 교류에서 직류 또는 직류에서 교류로 변환한다.When power is stored or used by the
배터리 관리 장치(Battery Management System : BMS)(130)는 태양광 모듈(210)로부터 공급되는 전력을 하나 이상의 배터리 랙에 저장하고, 피크 부하 또는 정전 등의 계통 사고 발생 시 하나 이상의 배터리 랙에 저장되어 있는 전력을 전력망으로 공급하도록 한다.The battery management system (BMS) 130 stores the power supplied from the
전력 관리 장치(Power Management System : PMS)(140)는 배터리 관리 장치(130)와 전력 변환 장치(120)을 연계하여 전력망으로 전력을 송전하도록 한다. 즉, 전력 관리 장치(140)는 배터리 관리 장치(130)에 의해 하나 이상의 배터리 랙에 전력을 충전시키거나 하나 이상의 배터리 랙에 저장된 전력을 방전시킨다.The power management system (PMS) 140 connects the
그리고 에너지 관리 장치(Energy Management Sytem : EMS)(150)는 에너지 저장 시스템(100)의 제반 동작을 제어 및 모니터링한다. 에너지 관리 장치(150)는 태양광 모듈(210)에 의해 생산된 전력이나 배터리 모듈(110)로부터 충방전되는 전력 등 시스템 전력의 충방전 내역을 실시간 모니터링한다. 에너지 관리 장치(150)는배터리 충방전 효율, 발전 시간, 태양광 발전 정보 등을 실시간 모니터링한다. 에너지 관리 장치(150)는 태양광 모듈(210), PCS(120), BMS(130) 등의 동작 상태에 따른 전압, 전류, 온도 등을 실시간 모니터링하고, 기기별 정상 및 오류 상태 등을 실시간 모니터링하고, 이상 발생 시, 해당 기기의 이상 유무를 표시하여 외부로 알려준다. In addition, the energy management system (EMS) 150 controls and monitors all operations of the
또 에너지 관리 장치(150)는 전력 관리 장치(140)와 수배전반(300)에 연결되어 태양광 모듈(210)로부터 생산된 전력 중 전력망으로 송전되는 전력을 실시간 계측 및 모니터링하거나, 배터리 모듈(110)로부터 저장된 전력 중 전력망으로 송전되는 전력을 실시간 계측 및 모니터링한다.In addition, the
또 에너지 관리 장치(150)는 에너지 저장 시스템(100)과 연동되어 사전 위험 발생 여부를 감지하여 에너지 저장 시스템(100)에서의 화재 발생 등의 비상 상황 발생을 예방하고, 배터리 모듈(110)의 BMS(130)에 의해서 확인되는 전압 및 전류값에 대한 이상 유무, 인버터(230)의 전력 생산량에 따른 이상 유무, 배터리 랙의 온도 상승 여부, 배터리 모듈(110)의 충방전 온도 및 전류값 등의 이상 유무 등의 이벤트를 정의하여 오류 발생 시, 원격 제어를 통해 센서에 의한 작동을 중지시키고, EMS 경고 및 자동 메세지 전송 기능을 제공한다.In addition, the
또 에너지 관리 장치(150)는 에너지 저장 시스템(100)의 운전 스케쥴 제어, 에너지 저장 시스템(100)의 각종 데이터들의 리포팅, 에너지 저장 시스템(100)들의 전력 관리, 계통 수요나 발전량 예측 등과 같은 기능을 수행한다. 또 에너지 관리 장치(150)는 전력 거래 이력 관리, 최적 발전 계획 수립 등의 기능을 수행한다.In addition, the
또한 에너지 관리 장치(150)는 PCS, BMS 및 인버터와 상호 데이터 분석에 기반한 최적화된 배터리 충전 상태(State Of Charge : SOC)를 산출하여 전력 저장 및 공급을 관리한다.In addition, the
구체적으로 도 2 내지 도 4를 이용하여 본 발명에 따른 스마트 에너지 저장 시스템의 구성 및 기능에 대한 설명을 상세히 설명한다.Specifically, a description of the configuration and function of the smart energy storage system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.
도 2는 도 1에 도시된 스마트 에너지 저장 시스템의 설치 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 스마트 에너지 저장 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an installation state of the smart energy storage system illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the smart energy storage system illustrated in FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템(100)은 태양광 발전소 구조물(240)의 상부에 태양광 모듈(210)이 고정 설치되고, 태양광 발전소 구조물(240)의 하부 일측에 에너지 저장 시스템(100) 즉, ESS 패키지가 설치된다.2 and 3, in the smart
에너지 저장 시스템(100)는 최소의 열 전도율과 부식 방지를 위한 100t 두께의 알루미늄 재질의 우레탄 패널을 이용하여 2 중의 구조의 지붕(A)을 구비하고, 내부 상단에 공조 장치(미도시됨)를 설치되는 패키지 하우징(102)을 구비한다.The
이 실시예에서 패키지 하우징(102)은 최대 2m 높이를 갖도록 설계되어 현재 운영 중인 대부분의 태양광 발전소 구조물에 설치 가능하게 구비된다. 또 패키지 하우징(102)은 하부에 H 빔을 이용하여 패키지 구조물을 지지하여 배터리 모듈(110) 및 배터리 랙의 무게를 견딜 수 있도록 구비된다. 또 패키지 하우징(102)의 내부 상단에 설치된 공조 장치는 상단에서 더운 공기를 흡입하고, 중앙부와 덕트에서 찬 공기를 방출시켜서 공기를 회전하도록 설계되어, 배터리 충방전 최적 온도 예컨대, 25℃±5℃를 유지할 수 있는 공조 시스템을 구현 가능하다. 또 패키지 하우징(102)의 내부에는 하단, 상단 등 서로 다른 위치의 온도를 측정하는 복수 개의 온도 센서가 설치되어 패키지 내부 온도를 실시간 모니터링할 수 있도록 구현 가능하다.In this embodiment, the
또 에너지 저장 시스템(100)은 패키지 구조물로 형성되어, 적어도 하나의 인버터 모듈(230), 접속반 모듈(220) 및 적어도 하나의 배터리 모듈(110)들 각각이 분리, 결합되는 모듈 형태로 구비되어, 태양광 발전소의 발전 용량 및 배터리 저장 용량 등에 따라 확장 가능하게 구비된다. 이 실시예에서 에너지 저장 시스템(100)은 2 개의 인버터 모듈(230), 하나의 접속반 모듈(220) 및 2 개의 배터리 모듈(110)로 구성된 것을 보여준다. 이는 현재 운영되고 있는 태양광 발전소의 약 90 % 이상이 100 Kw 급 이하로 에너지 저장 시스템(100)의 설치를 위한 공간이 부족하거나 없는 실정이므로, 본 발명에 의해 태양광 발전소 구조물의 하부에 최적화된 크기로 설치 가능하도록 패키지 구조로 제공된다.In addition, the
이러한 에너지 저장 시스템(100)은 100t 두께의 낮은 열 전달율을 가지는 우레탄 패널을 적용하여 기존의 컨테이너 방식의 에너지 저장 시스템에서 단열 부족으로 인한 공조 장치의 가동 시간이 증가됨에 따른 소내 전력 소모의 증가를 방지한다. 예를 들어, W/mk@20℃ 하에서 그라스 울의 열 전달율은 0.037이고, 우레탄의 열 전달율은 0.024이다. 또한 패키지 하우징(102)의 상단부는 2 중 구조의 우레탄 또는 공기층을 포함한 3 중 구조(우레탄, 공기층, 우레탄)로 구비되어 단열 효율을 더욱 향상시킨다.This
그리고 도 4는 본 발명에 따른 스마트 에너지 저장 시스템의 SOC 가변 조절을 위한 처리 수순을 나타내는 흐름도이다. 이 수순은 에너지 저장 시스템(100)의 에너지 관리 장치(EMS)(150)에 의해 처리된다.And Figure 4 is a flow chart showing a processing procedure for variable SOC adjustment of the smart energy storage system according to the present invention. This procedure is handled by the energy management device (EMS) 150 of the
도 4를 참조하면, 본 발명의 스마트 에너지 저장 시스템(100)은 단계 S500에서 배터리 모듈(110)들 각각의 충방전에 따른 전압, 전류 및 온도를 측정한다.Referring to FIG. 4, the smart
단계 S502에서 배터리 모듈(110)들 각각의 측정된 전압, 전류 및 온도에 따라 각 배터리 모듈(110)의 배터리 용량(C)을 추정한다.In step S502, the battery capacity C of each
단계 S504에서 특정 배터리 모듈(110)의 부하 상태인지를 판별한다. 판별 결과, 특정 배터리 모듈(110)이 부하 상태이면, 단계 S506으로 진행하여 이전 배터리 모듈(110)의 배터리 충전 상태(SOC) 값에 배터리 용량(C)에 따른 보정값을 부가하여 특정 배터리 모듈(110)의 배터리 충전 상태(SOC) 값을 산출한다. 그러나 판별 결과, 특정 배터리 모듈(110)이 부하 상태가 아니면, 단계 S508로 진행하여 SOC-OCV(Open Circuit Voltage) 곡선 함수에 대응하는 현재의 특정 배터리 모듈(110)의 배터리 충전 상태(SOC) 값을 산출한다.In step S504, it is determined whether the
일반적으로 배터리 충전 상태(SOC)를 위한 제어는 PMS에 지정된 SOC에 따라 충전되거나 방전된다. 일반적으로 SOC 범위는 약 3 % ~ 95 % 이하이고, SOC 관리는 배터리 수명 및 배터리 효율에 영향을 끼치게 된다. 예를 들어, PMS에 따라 SOC가 1% 까지 떨어지는 경우, SOC 1% 충전도 배터리 1 사이클에 해당되기 때문에 배터리효율이 저하되므로, 배터리 수명에 치명적이다.In general, control for the battery state of charge (SOC) is charged or discharged according to the SOC specified in the PMS. Generally, the SOC range is about 3% to 95% or less, and SOC management affects battery life and battery efficiency. For example, if the SOC falls to 1% according to the PMS, since the
이에 반해, 본 발명에서는 SOC를 가변 제어하여 발전 예측에 따른 SOC를 조절할 수 있으므로, 충방전 시, 정확한 전압 제어가 가능하다. On the other hand, in the present invention, since the SOC can be variably controlled to adjust the SOC according to the generation prediction, accurate voltage control is possible during charging and discharging.
따라서 에너지 저장 시스템(100)은 배터리 충전 상태(SOC)를 가변 제어하여 단순히 비례 충방전 알고리즘이 아닌, 예컨대, 날씨, 예상 충전량, 선로 상태 등에 따라 충방전 시 정확한 전압 제어로 적정 범위에서 이루어질 수 있도록 배터리 모듈(110)의 SOC 값을 가변 조절함으로써, 배터리 충방전 효율이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.Therefore, the
이상에서, 본 발명에 따른 저용량의 태양광 발전소에 적합한 스마트 에너지 저장 시스템의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.In the above, the configuration and operation of a smart energy storage system suitable for a low-capacity solar power plant according to the present invention has been illustrated according to the detailed description and drawings, but this is only described by way of example, and does not depart from the technical idea of the present invention. Various changes and changes are possible within the range.
100 : 스마트 에너지 저장 시스템
102 : 패키지 하우징
110 : 배터리 모듈
120 : 전력 변환 장치(PCS)
130 : 배터리 관리 장치(BMS)
140 : 전력 관리 장치(PMS)
150 : 에너지 관리 장치(EMS)
200 : 태양광 발전기
210 : 태양광 모듈
220 : 접속반
230 : 인버터
240 : 태양광 발전소 구조물
300 : 수배전반
400 : 관제 서버100: smart energy storage system
102: package housing
110: battery module
120: power conversion device (PCS)
130: battery management device (BMS)
140: power management device (PMS)
150: energy management device (EMS)
200: solar generator
210: solar module
220: connection panel
230: inverter
240: solar power plant structure
300: switchboard
400: control server
Claims (5)
복수 개의 태양광 모듈로부터 태양광으로부터 전기 에너지로 변환하여 생산된 전력을 저장하는 복수 개의 배터리 모듈들을 구비하는 배터리 랙;
상기 태양광 모듈로부터 생산된 직류 전력을 수집하는 접속반;
상기 접속반으로부터 수집된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 배터리 모듈을 충전하도록 송전하는 인버터; 및
상기 태양광 모듈에서 생산된 전력을 제공받아 상기 배터리 모듈을 충전하거나, 피크 부하 또는 전력망 계통의 비상 상황 발생 시, 상기 배터리 모듈에 충전된 전력을 전력망 또는 부하로 송전하여 계통으로 전력을 공급하도록 하고, 상기 태양광 모듈에 의해 생산된 전력이나 상기 배터리 모듈로부터 충방전되는 전력을 실시간 모니터링하는 에너지 관리 장치를 포함하되;
상기 스마트 에너지 저장 시스템은 태양광 발전소 구조물의 하부에 설치되는 패키지 하우징에 각각이 독립적인 모듈 형태로 구비된 적어도 하나의 상기 배터리 랙, 상기 접속반 및 적어도 하나의 상기 인버터가 상호 전기적으로 연결되도록 내부에 수용되고, 상기 패키지 하우징의 내부 상단에 공조 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 에너지 저장 시스템.
In the smart energy storage system:
A battery rack including a plurality of battery modules for storing power generated by converting sunlight into electric energy from a plurality of solar modules;
A connection panel for collecting DC power produced from the solar module;
An inverter converting DC power collected from the connection panel into AC power and transmitting power to charge the battery module; And
The battery module is charged by receiving the power produced by the solar module, or when a peak load or an emergency situation occurs in the power grid system, the power charged in the battery module is transmitted to the power grid or load to supply power to the system. And an energy management device for real-time monitoring of power produced by the solar module or power charged and discharged from the battery module;
The smart energy storage system is provided in the package housing installed under the structure of the solar power plant in the form of an independent module, so that the at least one battery rack, the connection panel, and at least one inverter are electrically connected to each other. Smart energy storage system, characterized in that the air conditioning device is accommodated in the package housing is provided on the top inside.
상기 패키지 하우징은 일정 두께의 알루미늄 재질의 우레탄 패널로 구비되고;
상기 패키지 하우징의 하부는 H 빔으로 형성되어 상기 스마트 에너지 저장 시스템을 지지하고, 상부는 2 중 단열 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 1,
The package housing is provided with a urethane panel made of aluminum having a predetermined thickness;
A lower portion of the package housing is formed of an H beam to support the smart energy storage system, the upper portion of the smart energy storage system, characterized in that provided with a double insulation structure.
상기 패키지 하우징은 패키지 내부 온도를 실시간 모니터링할 수 있도록 내부의 서로 다른 위치에 온도를 측정하는 복수 개의 온도 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 스마트 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 2,
The package housing is a smart energy storage system, characterized in that a plurality of temperature sensors are installed to measure the temperature at different locations inside the package so as to monitor the internal temperature in real time.
상기 에너지 관리 장치는;
상기 배터리 모듈의 충방전에 따른 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 측정된 전압, 전류 및 온도에 따른 배터리 용량을 추정하여 상기 배터리 모듈의 배터리 충전 상태(State Of Charge : SOC)를 가변 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 1,
The energy management device;
To variably adjust the state of charge (SOC) of the battery module by measuring the voltage, current, and temperature according to the charging and discharging of the battery module, and estimating the battery capacity according to the measured voltage, current, and temperature. Smart energy storage system characterized by.
상기 에너지 관리 장치는;
상기 태양광 모듈과, 상기 스마트 에너지 저장 시스템의 동작 상태에 따른 전압, 전류, 온도를 실시간 모니터링하고, 상기 태양광 모듈과 상기 스마트 에너지 저장 장치의 기기별 정상 및 오류 상태를 실시간 모니터링하고, 이상 발생 시, 해당 기기의 이상 유무를 외부로 알려주는 것을 특징으로 하는 스마트 에너지 저장 시스템.The method of claim 4,
The energy management device;
The solar module and the voltage, current, and temperature according to the operation state of the smart energy storage system are monitored in real time, the normal and error states of each device of the solar module and the smart energy storage device are monitored in real time, and an abnormality occurs. City, smart energy storage system, characterized in that notifying to the outside the presence or absence of abnormalities in the device.
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