전기저장장치 계통 구성

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1. 전기저장장치(ESS) 계통 구성

전기저장장치(ESS : Energy Storage System)는 전력계통 또는 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지원으로부터 전기를 공급 받아 저장하고 필요 시 전력계통 또는 부하에 전기를 공급하는 시스템입니다. 시스템 구성에는 PCS(전력변환장치), BMS(Battery Management System), 배터리시스템 등이 포함됩니다.
2. BMS(Battery Management System)의 필요성

리튬2차전지는 높은 에너지밀도, 고출력, 장수명 등 많은 장점을 가지고 있지만 안전사고 위험성도 가지고 있습니다. BMS는 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하고 배터리를 보호하는 역할을 합니다.
3. ESS 직류계통의 과전류 보호

ESS 직류계통의 과전류 보호를 위해 PCS 내부전로와 배터리 전로에 퓨즈, ACB 등의 보호장치를 설치합니다. 퓨즈는 단락전류 보호에 주로 사용되며, ACB는 단로기 또는 과부하 보호에 사용됩니다.
4. ESS 직류계통의 지락고장 보호

ESS 직류계통에서 지락고장이 발생하면 지락전류가 흐르게 됩니다. 이를 방지하기 위해 충 방전 정지 시 지락전류 흐름을 차단하고, 절연감시장치를 설치하여 지락고장을 감지하고 대책을 수립합니다.
5. 과도과전압(Surge)에 대한 보호

ESS에서 발생하는 과도과전압은 낙뢰, 계통의 개폐 시 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 서지보호장치(SPD)를 설치하여 보호합니다. SPD의 종류에는 전압스위치형, 전압제한형, 조합형 등이 있습니다.
6. 충전 및 방전 기능

전기저장장치는 배터리의 SOC(충전상태)에 따라 제조사가 제시한 정격으로 충전 및 방전할 수 있어야 하며, 충전상태 또는 배터리 상태를 시각화하여 정보를 제공해야 합니다.
7. 제어 및 보호장치

전기저장장치를 계통에 연계할 때는 KEC 규정에 따라 시설해야 하며, 비상용 예비전원으로 사용하는 경우 상용전원 정전 시 비상용 부하에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 시설을 갖추어야 합니다. 또한 과전압, 과전류, 온도상승 등 긴급상황 발생 시 자동 및 수동으로 정지시킬 수 있는 비상정지장치를 설치해야 합니다.
8. 계측장치

전기저장장치를 시설하는 곳에는 축전지 출력단자의 전압, 전류, 전력 및 충 방전 상태와 주요 변압기의 전압, 전류 및 전력을 계측하는 장치를 설치해야 합니다.
9. 기타 사항

전기저장장치의 제어장치를 포함한 주요 설비 사이의 통신장애를 방지하기 위한 보호대책을 고려하여 설치해야 하며, 정격 이내의 최대 충전 범위를 초과하여 충전하지 않도록 해야 합니다.

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1. 전기저장장치(ESS) 계통 구성

전기저장장치(ESS)는 전력계통에서 중요한 역할을 하는 핵심 구성요소입니다. ESS 계통은 배터리 뱅크, 전력변환장치, 제어 및 보호장치, 계측장치 등으로 구성됩니다. 이러한 구성요소들은 유기적으로 연계되어 ESS의 안정적이고 효율적인 운영을 보장합니다. 배터리 뱅크는 전력 저장 기능을 담당하며, 전력변환장치는 교류와 직류 간 변환을 수행합니다. 제어 및 보호장치는 ESS의 운전 상태를 모니터링하고 이상 상황 발생 시 신속한 대응이 가능하도록 합니다. 계측장치는 전압, 전류, 온도 등 주요 운전 데이터를 실시간으로 측정하여 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보합니다. 이와 같이 ESS 계통의 각 구성요소는 상호 보완적인 역할을 수행하여 ESS의 최적화된 운영을 가능하게 합니다.
2. BMS(Battery Management System)의 필요성

BMS(Battery Management System)는 ESS의 안전성과 효율성을 보장하는 핵심 구성요소입니다. BMS는 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등 주요 운전 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석합니다. 이를 통해 배터리 셀의 상태를 정확하게 파악하여 과충전, 과방전, 과열 등의 이상 상황을 사전에 방지할 수 있습니다. 또한 BMS는 배터리 셀의 균형을 유지하고 최적의 충전/방전 프로파일을 제공함으로써 배터리 수명을 연장시킬 수 있습니다. 특히 대용량 ESS의 경우 배터리 셀 간 특성 편차가 크기 때문에 BMS의 역할이 더욱 중요합니다. 따라서 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 BMS의 적절한 설계와 구현이 필수적입니다.
3. ESS 직류계통의 과전류 보호

ESS 직류계통의 과전류 보호는 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요한 요소입니다. 과전류 사고 발생 시 배터리 셀, 전력변환장치, 배선 등 ESS의 주요 구성요소가 손상될 수 있기 때문입니다. 따라서 ESS 직류계통에는 과전류 보호 기능이 필수적으로 포함되어야 합니다. 이를 위해 퓨즈, 차단기, 서지 보호기 등의 보호 장치를 적절히 배치하여 과전류 사고를 신속하게 차단할 수 있어야 합니다. 또한 BMS와 연계하여 배터리 셀 단위의 과전류 모니터링 및 제어 기능을 구현함으로써 보다 정밀한 과전류 보호가 가능합니다. 이와 같은 다층적인 과전류 보호 체계를 통해 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
4. ESS 직류계통의 지락고장 보호

ESS 직류계통의 지락고장 보호는 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요한 요소입니다. 지락고장 사고 발생 시 배터리 셀, 전력변환장치, 배선 등 ESS의 주요 구성요소가 손상될 수 있기 때문입니다. 따라서 ESS 직류계통에는 지락고장 보호 기능이 필수적으로 포함되어야 합니다. 이를 위해 접지 시스템, 누설전류 감지기, 차단기 등의 보호 장치를 적절히 배치하여 지락고장 사고를 신속하게 차단할 수 있어야 합니다. 또한 BMS와 연계하여 배터리 셀 단위의 누설전류 모니터링 및 제어 기능을 구현함으로써 보다 정밀한 지락고장 보호가 가능합니다. 이와 같은 다층적인 지락고장 보호 체계를 통해 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
5. 과도과전압(Surge)에 대한 보호

ESS 직류계통에서 과도과전압(Surge)은 배터리 셀, 전력변환장치, 배선 등 주요 구성요소에 심각한 손상을 줄 수 있는 중요한 위험 요인입니다. 따라서 ESS 직류계통에는 과도과전압 보호 기능이 필수적으로 포함되어야 합니다. 이를 위해 서지 보호기, 피뢰기, 접지 시스템 등의 보호 장치를 적절히 배치하여 과도과전압 사고를 신속하게 차단할 수 있어야 합니다. 또한 BMS와 연계하여 배터리 셀 단위의 과전압 모니터링 및 제어 기능을 구현함으로써 보다 정밀한 과도과전압 보호가 가능합니다. 이와 같은 다층적인 과도과전압 보호 체계를 통해 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
6. 충전 및 방전 기능

ESS의 충전 및 방전 기능은 전력계통의 안정성과 효율성을 높이는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 충전 기능을 통해 ESS는 잉여 전력을 저장할 수 있으며, 방전 기능을 통해 전력 수요 피크 시 전력을 공급할 수 있습니다. 이를 위해 ESS에는 고효율의 양방향 전력변환장치가 필요하며, BMS와 연계하여 배터리 셀의 상태를 고려한 최적의 충전/방전 프로파일을 제공해야 합니다. 또한 계통 운영 상황에 따라 충전/방전 기능을 능동적으로 제어할 수 있는 지능형 제어 알고리즘이 필요합니다. 이와 같은 충전 및 방전 기능의 최적화를 통해 ESS는 전력계통의 안정성과 효율성 향상에 기여할 수 있습니다.
7. 제어 및 보호장치

ESS의 제어 및 보호장치는 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 제어장치는 ESS의 운전 상태를 실시간으로 모니터링하고 최적의 운전 조건을 유지할 수 있도록 배터리 충방전, 전력변환, 냉각 등을 종합적으로 제어합니다. 보호장치는 과전류, 과전압, 지락고장 등의 이상 상황을 신속하게 감지하고 차단함으로써 ESS의 주요 구성요소를 보호합니다. 이를 위해 제어 및 보호장치에는 고성능의 마이크로프로세서, 센서, 통신 모듈 등이 포함되며, BMS와 연계하여 보다 정밀한 제어와 보호가 가능합니다. 또한 제어 및 보호장치는 ESS의 운전 이력을 기록하고 분석할 수 있는 기능을 제공하여 ESS의 유지보수와 성능 향상에 기여할 수 있습니다.
8. 계측장치

ESS의 계측장치는 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 필수적인 요소입니다. 계측장치는 ESS의 주요 운전 데이터, 즉 전압, 전류, 온도, 상태 등을 실시간으로 측정하고 모니터링합니다. 이를 통해 ESS의 운전 상태를 정확하게 파악할 수 있으며, 이상 상황 발생 시 신속한 대응이 가능합니다. 또한 계측 데이터는 BMS와 제어 및 보호장치에 제공되어 ESS의 최적 운전을 위한 입력 정보로 활용됩니다. 계측장치에는 고정밀 센서, 데이터 처리 및 통신 모듈 등이 포함되며, 계측 데이터의 정확성과 신뢰성을 확보하기 위해 주기적인 교정과 점검이 필요합니다. 이와 같은 계측장치의 역할을 통해 ESS의 안전성과 효율성을 높일 수 있습니다.
9. 기타 사항

ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 앞서 언급한 주요 구성요소 외에도 다양한 기타 사항들이 고려되어야 합니다. 예를 들어 ESS의 설치 환경, 유지보수 체계, 운영 절차, 안전 교육 등이 중요한 요소가 될 수 있습니다. 설치 환경의 경우 화재, 침수, 지진 등 자연재해에 대한 대응책이 필요하며, 유지보수 체계는 ESS의 수명 연장과 성능 향상을 위해 필수적입니다. 또한 ESS 운영 인력에 대한 안전 교육과 비상 대응 훈련은 사고 예방과 신속한 대응을 위해 중요합니다. 이와 같이 ESS의 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 다양한 요소들을 종합적으로 고려하고 관리해야 합니다.

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