Product Review
전력 에너지 저장장치(ESS)에 적용되는 지멘스 전력변환장치(PCS)

지멘스의 ESS용 전력변환장치(Power Conversion Systems)

전력 에너지 저장장치(ESS)란?

풍력, 태양광발전과 같은 신재생에너지 발전 규모가 지속적으로 증가하면서, 안정적으로 지속 가능한 전력 계통 운영이 당면 과제로 부상하고 있다. 신재생에너지의 특성 상, 기후의 영향을 받아 전력생산량이 일정하지 않고 소비자가 직접 전기를 생산해서 사용하는 소규모 분산전원으로 계통에 연계되는 문제점이 있다. 이에 대한 해결책으로 전력에너지저장장치 (ESS)가 주목을 받고 있으며, 주요 용도는 다음과 같다.

① 첨두 부하 관리 및 주파수 조정

② 오프셋 디젤 발전기

③ 신재생에너지 전력 생산 관리 및 활용

④ 순동 예비력

배터리를 포함한 ESS는 다음과 같은 장치와 소프트웨어로 구성된다.

ESS용 전력변환 장치(PCS)는 배터리로부터 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력계통에 전력을 공급하거나 직접 교류부하에 전력을 공급하는 기능과 전력계통으로부터 교류전력을 직류로 변환하여 배터리에 전력을 저장하는 기능이 모두 가능한 장치이다.  지멘스 PCS는 뛰어난 제품 디자인과 다수의 검증된 실적으로 이미 세계 시장에 잘 알려진 SINAMICS S120 Cabinet Modules 시리즈를 기반으로 한다.

SINAMICS S120 Cabinet Modules 는 System Integrator의 솔루션에따라 추가 구성 장치 및 소프트웨어를 연계할 수 있도록 다양하고 특별한 기능을 지원한다.

1. 주요 특징

① 다양한 용량별 캐비닛 모듈

② 높은 유연성

③ 표준화된 인터페이스

④ 극대화된 안전성과 신뢰성

⑤ 다양한 옵션 기능

2. ESS용 S120 Cabinet Modules의 용량 범위: 최대 3.5MW (440V 기준)

3. 기타 특징

① 아크 저항 외함

② 검증된 실적

③ 출력 전압 범위 380V ~ 690V

④ 50 또는 60Hz 주파수 적용 가능

⑤ 고객 요구에 따른 맞춤형 외함 적용 가능

⑥ SCADA(Smart network control) 연동 가능

⑦ IEC 61850, Profibus, DNP 3.0, Modbus 및 기타 프로토콜 호환 가능

⑧ ANSI, IEC, IEEE519 및 기타 관련 규격 준수

⑨ UL 인증

지멘스 PCS의 주요 구성

ALM

ALM(Active Line Module)은 에너지를 저장하고, 공급하기 위한 자가 정류 IGBT 인버터이다. ALM의 폐쇄 루프 제어 기능은 전압, 주파수 제어 및 상위 제어 장치와의 연계를 통한 무효전력 보상을 가능하게 한다.

AIM

AIM(Active Interfact Module)은 ALM 연동에 최적화된 선로 필터이다. 이 필터에 의해 전력계통 고조파가 억제된다.

CU

CU320-2는 ALM의 제어 장치이자, 인버터와 상위 제어 장치 간 데이터 교환을 위한 I/O를 제공하는 장치이다. PROFIBUS 또는 PROFINET이 표준으로 제공된다.

VSM

VSM(Voltage Sensor Module)은 계통 전압을 측정하여 인버터가 전력계통과 동기화될 수 있도록 한다.

지멘스 ESS-PCS의 장점

- Dynamic grid support 기능: 저전압 보상 기능(LVRT, Low Voltage Ride Through) 및 FRT 기능 지원(Fault Ride Through, 발전설비가 계통사고로 인한 순시전압강하 (Instantaneous Voltage Drop) 시 전력망 운영주체가 결정한 조건에 맞게 연계 운전을 유지하는 것)

- Grid droop control 기능: 계통 전압/주파수 제어 기능 및 자력 기동(Black Start) 기능 지원

- 다수의 검증된 실적

- 높은 신뢰성, 효율성, 낮은 유지 보수 비용

- 2MW 단위용량 PCS로써, 5권선 특수변압기 대신 일반변압기를 적용하여 Compact한 컨테이너 구성 및 충분한 유지보수 공간 확보 가능

- 점검용 창을 통한 PCS 내부 육안 검사 가능