배터리 연계형 전력 관리 시스템

3.2.1절의 전력 관리 시스템의 발전기 제어 시스템은 같은 용량을 갖는 다수의 발전 기만 운용하여 선내 전력을 공급한다. 그러나 배터리 연계형 전력 관리 시스템의 경우 발전기 외에 배터리가 추가되어 선내 전력 공급을 담당하게 된다. 배터리 연계형 전력 관리 시스템은 기존의 전력 관리 시스템과 달리 아래와 같은 특징을 가진다.

• 원동기-발전기로만 구성된 발전 시스템에 비하여 갑작스러운 전력 부하 중가에 따 른 응답 속도가 빨라 강인한 대응이 가능하다.

• 배터리의 빠른 응답 속도로 인하여 발전기의 운전/정지의 부하율을 비교적 높게 적 용하여 기존 전력 관리 시스템보다 에너지 효율을 높일 수 있다.

• 배터리 적용 및 관리를 위하여 추가적인 전력 변환 장치 및 제어기가 필요하다.

• 펌프와 같이 대부분의 전력 부하가 인덕턴스 성분으로 이루어진 전력체계에 배터 리를 적용하면 전력품질 및 역률을 개선할 수 있다.

배터리 연계형 전력 관리 시스템을 적용할 경우 탑재되는 배터리의 용량(kWh)에 따 라 에너지 효율 및 투자회수기간(payback period)은 많은 차이를 가진다. 본 논문에 적 용하는 배터리 연계형 전력 관리 시스템의 배터리 용량(kWh)은 선박에 탑재되는 발전 기 출력용량과 비슷한 용량으로 선정한다. 배터리의 종류는 리튬이온 배터리로 하며, 과-충전 및 과-방전으로 인한 배터리의 수명 감소를 줄이기 위하여 배터리의 충전상 태(State Of Charging, SOC)가 20%~95% 사이에서 동작할 수 있도록 하며, 배터리의 용 량은 발전기의 최대출력보다 다소 높도록 적용한다. 배터리의 출력은 배터리의 용량 및 C-rate에 따라 차이가 발생하므로, 본 논문에서 배터리의 최대 충전 C-rate는 0.5C 로 설정하며, 방전 C-rate는 최대 1C로 제한한다. 본 논문에 적용하는 배터리 연계형 전력 관리 시스템의 배터리 사양 및 운용 알고리즘은 아래와 같이 나타낼 수 있다.

⚫ 배터리의 사용범위에 따른 용량(kWh)은 발전기의 최대 출력(kVA)을 크게 넘지 않 도록 한다.

⚫ 배터리의 충전 C-rate와 방전 C-rate는 각각 최대 0.5C, 1C로 하며, 충전 최소 C-rate는 0.1C 이상으로 한다.

⚫ 배터리에서 공급하는 전력은 화학적 반응의 결과이므로 원동기-발전기로 이루어 진 기계식 발전 시스템보다 전력 부하 변동에 따른 전력 공급을 빠르게 할 수 있

다. 따라서 모든 발전기의 부하분담 운전/정지 부하율은 발전기의 최대효율점인 85%의 부하율로 설정한다.

⚫ 모든 운항 모드에서 최소 1대의 발전기를 구동하여 선내 전력을 공급하도록 한다.

즉, 배터리 단독으로 선내 전력을 공급하지 않는다. 이는 배터리만으로 선내 전력 을 공급하며 배터리의 잦은 충-방전을 방지하기 위함이다.

⚫ 배터리를 적용하는 전력 시스템의 배전반 전원은 직류전력으로 가정하여 시뮬레 이션을 진행할 수 있도록 한다.

⚫ 경우에 따라 배터리의 잦은 충-방전으로 인한 수명 단축을 줄이기 위하여 충-방 전은 히스테리시스 기반으로 제어를 수행할 수 있다.

Fig. 3.8 Flowchart of battery linked PMS(with hysteresis control)

Fig. 3.9 Block diagram of battery linked PMS(with hysteresis control)

Fig. 3.10 Flowchart of battery linked PMS(without hysteresis control)

Fig. 3.11 Block diagram of battery linked PMS(without hysteresis control)

Fig. 3.12 Block diagram of hysteresis control