ESS의 전력 변환 장치(PCS)와 ESS의 운영 및 점검 방법

 

앞에서는 에너지 저장 장치(ESS)의 기본적인 개념과 필요성, 그리고 구성 요소에 대해서 알아보았다. 이번에는 ESS를 운용하는 주요 시스템인 전력 변환 장치(PCS)에 대해서 알아보고 ESS를 운영하는 방법과 ESS를 운용하는데 가장 필요한 점검 및 유지 보수 방법에 대해서 알아보고자 한다. 두 번의 포스팅을 통해 ESS를 이해하는 시간이 되었으면 한다.

전력 변환 장치(PCS)란 무엇인가

전력 변환 시스템(PCS)은 에너지 저장 시스템(ESS)의 중요한 구성 요소이다. PCS는 배터리 또는 기타 에너지 저장 장치에 저장된 DC(직류) 에너지를 가정, 건물 또는 전력망에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 AC(교류) 에너지로 변환하는 역할을 한다. 뿐만 아니라 AC에서 DC로의 변환도 가능한 양방향성 전력 변환 장치이다. PCS는 ESS의 충방전을 관리하고, 배터리의 직류 전압을 전력망에 필요한 교류 전압으로 변환하는 전력 전자 장치 및 제어 시스템을 포함하고 있다. PCS는 ESS의 특정 요구 사항을 충족하도록 설계되어야 하며, 에너지 저장 및 변환에 관련된 대전류 및 고전압을 처리할 수 있어야 한다. PCS는 ESS의 전반적인 효율성과 신뢰성을 결정하는 핵심 요소이다. 잘 설계된 PCS는 ESS의 효율성을 향상시키고 운영 비용을 절감하며 수명을 늘릴 수 있다. 반대로, 설계가 부실하거나 오작동하는 PCS는 ESS의 효율성을 떨어뜨리고 운영 비용을 증가시키며 수명을 단축시킬 수 있다. PCS는 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 함께 관리하고 직류 전압을 전력망에서 요구하는 교류 전압으로 변환하기 위해 작동하는 여러 구성 요소를 포함한다. PCS의 주요 구성 요소와 각 기능은 다음과 같다. 먼저 인버터는 에너지 저장 장치의 DC 전압을 전력망에서 사용되는 AC 전압으로 변환하는 역할을 한다. 인버터는 에너지 저장 및 변환과 관련된 대전류 및 고전압을 처리할 수 있어야 하며, 에너지 저장 장치 및 전력망의 특정 요구 사항을 충족하도록 설계되어야 한다. 다음은 DC/DC 컨버터로 이는 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 관리한다. ESS가 적절한 전압과 전류로 충전되도록 하고 전지의 출력 전압이 안전한 작동 범위 내로 유지되도록 한다. DC/DC 컨버터는 또한 전압 변환으로 인한 손실을 줄임으로써 PCS의 전반적인 효율을 개선하는 데 도움이 된다. 또한 배터리 관리 시스템(BMS)이 있는데 이는 에너지 저장 장치의 상태를 모니터링하고 충전 및 방전을 관리한다. BMS는 에너지 저장 장치의 전압, 전류, 온도 및 기타 파라미터를 정확하게 측정할 수 있어야 하며, 이 정보를 이용하여 충, 방전 과정을 제어할 수 있어야 한다. BMS는 또한 과충전, 과방전 및 기타 형태의 손상을 방지함으로써 에너지 저장 장치의 성능과 수명을 최적화하는 데 도움이 된다. 마지막으로 PCS를 제어하는 제어 시스템이다. 이는 PCS의 작동을 관리하고 성능을 최적화하는 역할을 한다. 제어 시스템은 ESS가 최대 용량으로 작동하도록 보장하기 위해 에너지 수요 및 공급의 변화에 신속하게 대응할 수 있어야 한다. 제어 시스템은 또한 전압 변환 및 기타 요인으로 인한 손실을 줄임으로써 PCS의 효율성과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 된다.

 

 

ESS의 운영과 제어 프로세스

ESS에는 전반적인 작동을 관리하는 전력 관리 시스템(PMS)이라는 것이 있다. PMS는 일반적으로 전력망과 ESS를 모니터링하고, 현재의 에너지 수요와 공급에 기초하여 ESS의 충전 및 방전 시기를 결정하는 소프트웨어 기반 시스템이다. PMS는 ESS가 효율적이고 효과적으로 작동하도록 설계되었으며, 에너지 수요와 공급의 변화에 신속하게 대응할 수 있다. PMS는 다음과 같은 몇 가지 중요한 기능을 수행한다. 먼저 PMS는 현재 에너지 수요 및 공급에 따라 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 시기를 결정한다. 두 번째로 ESS가 최대 용량으로 작동하도록 ESS와 전력망 사이의 에너지 흐름을 관리한다. 그리고 PMS는 ESS 및 PCS의 작동을 모니터링하여 안전한 작동 범위 내에서 작동하는지 확인한다. 또한 에너지 용량, 충전 수준 및 기타 성능 매개 변수를 포함하여 ESS의 상태에 대한 실시간 정보를 제공하는 역할을 한다. 세 번째로 PMS는 구성 요소의 고장 또는 전압 변동과 같은 ESS의 고장을 감지하고 분리되도록 설계되었다. 또한 ESS의 전반적인 작동에 대한 이러한 결함의 영향을 완화하기 위한 시정 조치를 취할 수도 있다. 그렇다면 ESS는 어떤 제어 프로세스를 통해 운영이 되는지 알아보자. ESS 제어 프로세스는 PMS를 통한 ESS의 동작과 관련이 있다. 제어 과정은 PCS 및 ESS의 다른 구성 요소의 작동을 모니터링하고 여기서 수집된 데이터를 토대로 ESS의 작동을 최적화하기 위한 다양한 알고리즘과 모델을 사용한다. 예를 들어, PMS는 실시간 기상 데이터 및 과거 에너지 사용 패턴을 사용하여 주어진 시간 동안의 에너지 수요를 예측한 다음, 이 정보를 사용하여 에너지 저장 장치의 충방전을 최적화하는 것이다.

 

 

ESS의 점검 및 유지 보수 방법

ESS의 여러 구성 요소는 정기적인 점검 및 유지 관리를 통해 시스템이 효율적이고 안전하게 작동하도록 해야 한다. 다음은 ESS의 각 구성 요소에 대한 몇 가지 일반적인 검사 및 유지 관리 방법에 대해서 알아보고자 한다. 첫째로 ESS의 가장 중요한 배터리 시스템의 점검 및 유지 관리 방법은 다음과 같다. 배터리 케이스와 셀 사이의 연결부에 손상 또는 마모의 징후가 있는지 점검해야 한다. 그리고 셀이 올바르게 충전 및 방전되고 성능이 허용 가능한 매개 변수 내에 있는지 확인하기 위한 테스트를 수행한다. 또한 배터리가 과열되지 않도록 배터리 온도 모니터링이 필요하다. 두 번째로 전력 변환 시스템(PCS)의 점검 및 유지보수는 다음을 포함한다. PCS와 배터리 시스템 사이의 전기 연결을 점검하여 단단히 고정되었는지 확인한다. 전원 출력 및 입력 전압을 포함하여 PCS가 ESS 애플리케이션에 대해 올바르게 구성되었는지 확인해야 한다. 또한 정기적인 소프트웨어 업데이트를 수행하여 PCS가 최신 펌웨어로 작동할 수 있도록 관리해주어야 한다. 세 번째로 전력 관리 시스템(PMS)의 점검 및 유지보수 방법은 시스템 설정 및 구성이 ESS 애플리케이션에 적합한지 확인해야 한다. 또한 PMS를 테스트하여 배터리와 PCS를 제대로 모니터링하고 적절한 충전 및 방전 결정을 내리는지를 확인한다. 그리고 PCS와 마찬가지로 PMS가 최신 펌웨어로 작동하는지 확인한다. 그 외에도 배터리와 PCS 및 PMS 사이의 케이블 연결 상태를 정기적으로 검사하고 유지관리해야 하는 중요한 점검 항목 중 하나이다. 연결부에 손상이나 부식 또는 마모의 징후가 있는지 점검하고 애플리케이션에 적합한 크기 및 정격인지 확인한다. 시스템이 효율적이고 안전하게 작동하도록 하기 위해서는 ESS의 각 구성요소에 대한 정기적인 점검과 유지보수가 필요하다. 검사 및 유지관리 방법에는 테스트, 마모 또는 손상의 징후 확인, 적절한 설정 및 구성 확인뿐만 아니라 정기적인 소프트웨어 업데이트도 포함됨을 기억하여야 한다.

 

ESS를 효율적으로 관리하기 위해서는 각 구성 요소에 대한 정기적인 점검과 유지보수가 필수적이다. 여기에는 배터리 시스템, 전력 변환 시스템, 전력 관리 시스템, 케이블 연결 점검 등이 포함된다. PCS 및 PMS를 적절하게 구성하고 정기적으로 업데이트하며, 최적의 작동을 위해 배터리 시스템 및 환경 제어를 모니터링하는 것도 중요하다. 이러한 조치를 취함으로써 ESS가 안전하고 효율적으로 작동하도록 보장하여 재생 가능한 에너지원으로 더 지속 가능한 미래에 기여할 수 있을 것이다.