누설 및 순환전류에 따른 ESS의 안전성 평가방안에 관한 연구

김지명; 최성문; 김경화; 이나경; 노대석

doi:10.5762/KAIS.2023.24.9.40

주제분류

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저널정보

한국산학기술학회
한국산학기술학회 논문지 학술저널
한국산학기술학회논문지 제24권 제9호
2023.9 40 - 51 (12page)
DOI : 10.5762/KAIS.2023.24.9.40

저자정보

김지명 (한국기술교육대학교)
최성문 (한국기술교육대학교)
김경화 (한국기술교육대학교)
이나경 (한국기술교육대학교)
노대석 (한국기술교육대학교)

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최근, 에너지저장장치(ESS, energy storage system)에서 빈번하게 발생하고 있는 화재사고로 인하여, ESS의 안전기준을 고려한 위험요소 평가 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이 중에서 누설 및 순환전류는 화재사고의 주요 원인 중 하나로 평가되며, ESS 배터리 안전성에 영향을 줄 가능성이 있다. 따라서, 본 논문에서는 IGBT의 기생 커패시턴스, 배터리 기생 커패시턴스, 선로의 절연성능, 계통 긍장 및 불평형부하에 의한 누설 및 순환전류 발생 메커니즘을 제시하고, 심각도, 발생도, 검출도로 구성된 위험우선순위(RPN, risk priority number) 평가방안을 제안하여, 다양한 누설 및 순환전류의 발생원인에 의한 ESS의 안전성 평가를 수행한다. 여기서, 심각도는 누설 및 순환전류의 크기에 따라 가중치를 다양하게 적용하며, 발생도는 누설 및 순환전류의 발생빈도를 고려하고, 검출도는 발생된 누설 및 순환전류를 검출 가능성을 바탕으로 평가한다. 또한, 전력계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 배전계통부, PCS부, 배터리부, 불평형 부하부 등으로 구성된 누설 및 순환전류 안전성 평가 모델링을 수행하며, 이를 바탕으로 4가지의 메커니즘에 의한 누설 및 순환전류의 특성을 분석한다. 상기에서 제시한 메커니즘에 의한 누설 및 순환전류 특성과 RPN에 의한 ESS의 안전성을 종합적으로 평가한 결과, 계통 긍장 및 불평형부하에 의한 순환전류가 ESS의 안전성에 영향을 줄 가능성이 가장 높으며, 계통 조건에 대한 면밀한 설계 검토 및 모니터링이 요구됨을 알 수 있다.

Recently, due to the frequent occurrence of fires in energy storage systems (ESSs), related research is actively conducted on risk factor evaluations considering safety standards in ESSs. In particular, leakage and unbalanced current are evaluated as major causes of fires and have the potential to affect the safety of batteries in ESSs. Therefore, this paper proposes a risk priority number (RPN) evaluation method that is composed of severity, occurrence, and detection degree in order to assess the safety level in ESSs. The severity degree is weighted differently depending on the magnitude of the leakage current, the occurrence degree is considered as the frequency of leakage current, and the detection degree is evaluated based on the possibility of detecting leakage current. We also modeled the leakage current based on the distribution system, PCS, battery system, unbalanced load system, etc. We analyzed the characteristics of the leakage current as well. From simulation results based on the proposed model and safety evaluation method, it was confirmed that leakage currents caused by the distribution length and unbalanced load were evaluated as having priority rank in affecting the safety level in ESSs. Therefore, detailed design and monitoring of the distribution system conditions are necessary to ensure the safety in ESSs.

#Safety Evaluation Method #ESS #Battery #Leakage and Unbalanced Current #Safety Ratings #RPN