KR100993224B1 - Charging equipment of hybrid generating system - Google Patents

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KR100993224B1
KR100993224B1 KR1020100061878A KR20100061878A KR100993224B1 KR 100993224 B1 KR100993224 B1 KR 100993224B1 KR 1020100061878 A KR1020100061878 A KR 1020100061878A KR 20100061878 A KR20100061878 A KR 20100061878A KR 100993224 B1 KR100993224 B1 KR 100993224B1
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김범수
이상락
권상우
김중기
황혜린
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주식회사 미지에너텍
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Abstract

PURPOSE: An energy charging device is provided to optimize the generation quantity of a wind power generator by applying MPPT(Maximum Power Point Tracking) algorithm. CONSTITUTION: A temperature detector(203) detects the temperature rise of a wind power generator(213) and a battery(215). A voltage detecting unit(205) detects the output voltage of a solar power generator(211) and the output voltage of a rectifier. A switching unit(207) controls power supplied from the wind power generator and the solar power generator and the power applied to the battery. A boosting circuit unit(209) selectively boosts the generated voltage of the wind power generator and the solar power generator. A controller(201) controls the switching unit to control the charging of the battery.

Description

하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치{CHARGING EQUIPMENT OF HYBRID GENERATING SYSTEM}CHARGING EQUIPMENT OF HYBRID GENERATING SYSTEM

본 발명은 하이브리드 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열 또는 태양광 에너지와 풍력 에너지를 생산하는 하이브리드 발전 시스템에서 생산 에너지의 용량과 충전 에너지 효율을 고려하여, 생산 에너지를 선별적 및 융합적으로 충전 제어할 수 있는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hybrid power generation system, and more particularly, in the hybrid power generation system that produces solar or solar energy and wind energy, in consideration of the capacity and charging energy efficiency of the production energy, selectively and fusion production energy. An energy charging device of a hybrid power generation system capable of charge control.

일반적으로, 천연자원의 고갈과 원자력 발전에 대한 환경 및 안정성 문제가 대두되면서, 대표적인 환경친화적 그린 에너지인 태양광 및 풍력에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 특히, 태양광 발전은 무한하고 청정 에너지라는 점에서 각광을 받으며 차량, 장난감, 주거용 발전기 및 가로등뿐만 아니라, 계통선과 원거리에 떨어져 있는 무인 등대, 시계탑, 통신 장비 등 매우 다양하게 활용되고 있다.In general, as the depletion of natural resources and environmental and stability issues for nuclear power generation have emerged, research on solar and wind power, which are representative environmentally friendly green energy, is being actively conducted. In particular, photovoltaic power generation has been spotlighted in terms of infinite and clean energy, and is widely used in vehicles, toys, residential generators and street lamps, as well as unmanned lighthouses, clock towers, and communication equipment that are far from grid lines.

이러한 태양광 발전(Solar Photovoltaic, 太陽光發電)은 발전기의 도움없이 태양전지를 이용하여 빛을 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전방식으로서, 태양전지, 축전지, 전력변환장치로 구성된다. 즉, 빛이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 쪼여지면, 빛이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(Hole)과 전자(Electron)가 발생하며, 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다.Such photovoltaic power generation (Solar Photovoltaic) is a power generation method that converts light directly into electrical energy using a solar cell without the help of a generator, and consists of a solar cell, a storage battery, and a power converter. That is, when light is directed to a solar cell in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are bonded together, holes and electrons are generated in the solar cell by the energy of the light, and the holes are directed toward the P-type semiconductor. The electrons are collected toward the N-type semiconductor so that a current flows when a potential difference occurs.

여기서, 태양전지(Solar Battery)는 빛 에너지를 전기 에너지를 바꾸는 것으로, 이를 이루는 셀은 전기를 일으키는 최소 단위이며, 셀이 조립되어 전기를 출력해내는 최소 단위인 모듈이 되고, 직, 병렬로 연결된 모듈은 어레이(Array)가 된다. 이러한 태양전지는 일반적인 전기 에너지원(대표적으로 전기-화학 배터리, 발전기)과는 다른 전기적인 특성을 지니고 있다.Here, the solar battery (Solar Battery) is to change the light energy to electrical energy, the cell that forms this is the smallest unit for generating electricity, the module is the smallest unit for outputting electricity by assembling the cells, connected directly and in parallel The module becomes an array. Such solar cells have different electrical characteristics from general electrical energy sources (typically electro-chemical batteries, generators).

여기서, 기존의 전기 에너지는 선형 전압원(Linear Volatage Source)의 특성을 가지고 있기 때문에, 부하단에 선형이나 비선형의 부하가 걸릴지라도 항상 일정한 전압을 유지하고 안정(Stable)하게 동작한다. 또한, 기존의 전기 에너지는 하나의 동작점만을 가지고 있기 때문에, 어떠한 입력/출력 조건에서도 항상 안정한(Stable) 시스템으로 동작한다. 즉, 선형 전압원을 가지는 전기 에너지원을 사용할 때에는 부하 조건에 관계없이 원하는 동작 조건을 얻어낼 수 있게 되는 것이다.Here, since the existing electrical energy has a characteristic of a linear voltage source, even if a load of a linear or nonlinear load is applied, it always maintains a constant voltage and operates stably. In addition, the existing electrical energy has only one operating point, so it always operates as a stable system under any input / output condition. That is, when using an electrical energy source having a linear voltage source, it is possible to obtain a desired operating condition regardless of the load conditions.

하지만, 태양전지는 기존의 전기 에너지와는 다른 전기적인 특성을 가지고 있는 대표적인 비선형 소스(Nonlinear Source)로 구분되며, 태양전지 어레이(PV Array)의 특성은 컨버터와 제어 시스템에 영향을 주게 되는 특성이 있다. 따라서, 근래에는 태양 에너지의 특성을 감안하여 풍력 발전과의 조화를 기반으로 생산 에너지의 효율을 높일 수 있는 연구가 진행되고 있다.
However, solar cells are categorized into representative nonlinear sources with electrical characteristics different from conventional electrical energy. The characteristics of PV arrays affect the converter and control system. have. Therefore, in recent years, research is being conducted to increase the efficiency of production energy based on harmony with wind power in consideration of the characteristics of solar energy.

그러면, 전술된 태양 에너지와 풍력 에너지를 생산할 수 있는 하이브리드 발전 시스템을 살펴 보면 다음과 같다.Then, look at the hybrid power generation system that can produce the above-described solar energy and wind energy as follows. 대한민국 특허등록번호; 10-0694485 호, 발명의 명칭; "태양광과 풍력을 이용한 하이브리드 발전 시스템"에서 가로등, 통신 기지국, 무인카메라 등과 같이 비상시 전원이 필요하거나 소비전력이 적은 전원으로 운전 가능한 부하에 대하여 무정전으로 전력을 공급하기 위한 장치를 개시하고 있다.Korean patent registration number; 10-0694485, title of the invention; In the "hybrid power generation system using solar and wind power," a device for supplying uninterrupted power to a load that can be operated with a low power consumption or an emergency power source such as a street light, a communication base station, an unmanned camera, and the like is disclosed. 즉 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력발전유닛(100)과, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양광 발전유닛(200), 및 상기 풍력발전유닛(100)과 태양광 발전유닛(200)에서 발생된 전력을 저장하였다가 각 부하로 공급하는 관리부(300)를 포함하여 이루어진다.That is, as shown in Figure 1, the wind power generation unit 100 for converting wind energy into electrical energy, the photovoltaic power generation unit 200 for converting solar energy into electrical energy, and the wind power generation unit 100 And a management unit 300 that stores the power generated by the solar power generation unit 200 and supplies the load to each load. 상기 풍력발전유닛(100)은 소형의 풍력발전기(110)와, 상기 풍력발전기(110)의 풍속을 감지하는 풍속센서(120), 및 상기 풍력발전기(110)에서 발생한 전력을 보관하였다가 관리부(300)로 전송하고 상기 풍속센서(120)를 통해 풍력발전기(110)의 발전량을 감지하여 두 종류의 단위유닛에서 관리부(300)로 전력이 동시에 투입되는 것을 방지하는 단위제어부(130)로 이루어진다.The wind power generation unit 100 stores a small wind power generator 110, a wind speed sensor 120 for detecting the wind speed of the wind power generator 110, and the power generated by the wind power generator 110, the management unit ( The unit control unit 130 transmits to the control unit 300 and detects the amount of power generated by the wind power generator 110 through the wind speed sensor 120 to prevent power from being simultaneously supplied to the management unit 300 from two types of unit units. 상기 풍력발전기(110)는 일반적으로 기동용 모터에 의해 전동기 구동이 가능하고 제어에 유리하며 유지 보수에 효율이 높은 동기발전기를 사용하며, 반영구적 형태인 직류, 영구자석/전자석 형 발전기를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 풍속센서(120)는 풍속을 실시간 감지하고 풍력발전기(110)의 초기기동 역할을 하는 것으로, 상기 감지된 풍속은 온라인으로 관리서버(210)에 전달됨으로써 하이브리드 발전시스템의 온라인 진단 및 모니터링을 가능하게 한다.The wind generator 110 generally uses a synchronous generator capable of driving the motor by a starting motor, advantageous in control, and efficient in maintenance, and using a semi-permanent direct current, permanent magnet / electromagnetic generator. desirable. In addition, the wind speed sensor 120 detects the wind speed in real time and serves as an initial start of the wind power generator 110, and the detected wind speed is transmitted to the management server 210 online so that online diagnosis and monitoring of the hybrid power generation system is performed. To make it possible. 그리고, 상기 단위제어부(130)는 풍력발전기(110)를 통해 전달된 교류 전력을 직류로 변환하여 저장하였다가 관리부(300)로 전송하고 상기 풍력발전기(110)의 발전량을 감지하여 적절하게 인터럽트회로(134, 234)를 제어함으로써 두 개의 발전기에서 관리부(300)로 성질이 다른 두 종류의 전력이 동시에 투입됨으로써 발생할 수 있는 역전류 현상 등을 방지하는 역할을 한다.In addition, the unit controller 130 converts and stores the AC power transferred through the wind power generator 110 into a direct current, transmits the stored power to the management unit 300, and detects the amount of power generated by the wind power generator 110 to properly interrupt the circuit. By controlling the control units 134 and 234, two kinds of powers having different properties from the two generators to the management unit 300 are simultaneously introduced to prevent the reverse current phenomenon. 또한, 상기 태양광 발전유닛(200)은 직병렬 연결된 태양 전지셀로 이루어진 태양광 발전기(210)와, 상기 태양광 발전기(210)에서 발생한 직류전력을 태양광발전 스토리지(230)에 맞게 바꿔주는 DC/DC컨버터(231)와, 상기 DC/DC컨버터(231)를 통과한 직류전력이 일시 저장되는 태양광발전 스토리지(232), 및 상기 단위제어부(130)와 연동하며 풍력발전기(110)의 발전량에 따라 관리부(300)로 유입되는 태양광발전 전력흐름을 일시 차단하는 인터럽트 회로(234)를 포함하여 이루어진다. 상기 태양광발전 스토리지(230)은 축전장치로써 배터리와 슈퍼 캐패시터가 병행 사용되나, 보다 바람직하게는 충방전 특성이 좋은 슈퍼 캐패시터를 사용한다.In addition, the photovoltaic power generation unit 200 changes the DC power generated by the photovoltaic generator 210 and the photovoltaic storage 230 with the photovoltaic generator 210 formed of a series-parallel connected solar cell. The DC / DC converter 231, the photovoltaic storage 232 temporarily storing the DC power passing through the DC / DC converter 231, and the unit controller 130, interworking with the wind turbine generator 110 of the wind power generator 110. It includes an interrupt circuit 234 for temporarily blocking the photovoltaic power flow flowing into the management unit 300 according to the amount of power generated. The photovoltaic storage 230 uses a battery and a super capacitor in parallel as a power storage device, but more preferably uses a super capacitor having good charge and discharge characteristics. 또한, 상기 관리부(300)는 풍력발전유닛(100)과 태양광 발전유닛(200)에서 발생한 전력을 수집하여 저장했다가 각 부하로 다시 전송하는 중앙제어부(330), 전력품질진단, 인버터진단 및 배터리진단을 실시간 수행하여 온라인으로 전송함으로써, 고품질의 전력을 수용가에 공급하고 발전 설비의 예방 보전을 수행하는 진단부(340), 및 게이트웨이를 사용하여 쌍방향 통신이 가능하며 상기 진단부(340)에서 측정한 데이터를 관리서버(310)로 전송하는 통신부(350)를 포함하여 구성된다.In addition, the management unit 300 collects and stores the power generated in the wind power generation unit 100 and the photovoltaic unit 200 and transmits back to each load, the central control unit 330, power quality diagnosis, inverter diagnosis and By performing the battery diagnosis in real time and transmitting online, the diagnostic unit 340 for supplying high-quality power to the customer and performing preventive maintenance of the power generation facility, and bidirectional communication is possible using the gateway. It comprises a communication unit 350 for transmitting the measured data to the management server 310. 상기 진단부(340)는 하이브리드 발전시스템의 모든 구성요소에 대하여 진단 및 모니터링을 하고, 상기 통신부(350)는 상기 단위제어부(130)와, 중앙제어부(330) 및 진단부(340)와 연동되며, 진단결과 및 풍속센서(120)에서 측정한 풍속과 같은 각종 데이터를 원거리의 관리서버(310)로 전송하도록 설계된다.The diagnosis unit 340 diagnoses and monitors all components of the hybrid power generation system, and the communication unit 350 is interlocked with the unit controller 130, the central control unit 330, and the diagnosis unit 340. It is designed to transmit various data such as the diagnosis result and the wind speed measured by the wind speed sensor 120 to the remote management server 310. 또한, 상기 풍력발전유닛(100) 또는 태양광 발전유닛(200)에서 발생한 전력은 관리부(200)를 통해 각 부하(300)로 공급되고, 각 발전유닛(100, 200)별로 차단기(136, 236)를 설치하여 고장 수리 시 등에도 상시전력공급의 목적을 달성할 수 있고, 각 발전유닛(100, 200)에서 발생하는 전력량의 변동 시 인터럽트회로(134, 234)가 실행됨으로써 역전류를 방지하고 무정전으로 전력 공급이 가능하다. 예를 들어, 우천시와 같이 태양광발전 전압이 낮고 풍력발전이 풍부한 경우 단위제어부(130)에서 태양광발전 인터럽트회로(234)를 실행시켜 태양광발전 전력은 관리부(300)로의 유입을 중단시키고, 풍력발전 전력을 관리부(300)로 공급하여 중앙제어부(330)의 대용량 스토리지(332)에 저장한다.In addition, the power generated in the wind power generation unit 100 or the photovoltaic unit 200 is supplied to each load 300 through the management unit 200, breakers 136 and 236 for each power generation unit (100, 200) ) To achieve the purpose of constant power supply even when troubleshooting, etc., and to prevent the reverse current by the interrupt circuit (134, 234) is executed when the amount of power generated in each power generation unit (100, 200) changes Uninterruptible power supply is possible. For example, when the photovoltaic voltage is low and the wind power is abundant as in rainy weather, the unit controller 130 executes the photovoltaic interrupt circuit 234 to stop the photovoltaic power from flowing into the manager 300. The wind power is supplied to the management unit 300 and stored in the mass storage 332 of the central controller 330. 또한, 바람이 없는 맑은 날과 같이 풍력발전 전압이 낮고 태양광발전이 풍부한 경우 단위제어부(130)에서 풍력발전 인터럽트회로(134)를 실행시켜 풍력발전 전력은 관리부(300)로의 유입을 중단시키고, 태양광발전 전력을 관리부(300)로 공급하여 중앙제어부(330)의 대용량 스토리지(332)에 저장한다. 따라서, 두 개의 발전기에서 동시에 발전이 가능하고 발전된 전력은 각각의 단위유닛(100, 200)의 스토리지에 저장되며, 상황에 따라 각각의 단위유닛(100, 200)에서 관리부(300)로 전력이 공급됨으로써, 풍력발전 스토리지(132) 또는 태양광발전 스토리지(232)는 각각 보조의 스토리지 역할을 함으로써 보다 안정적인 전력공급이 가능하다.In addition, when the wind power generation voltage is low and there is abundant photovoltaic power, such as a sunny day without wind, the unit controller 130 executes the wind power generation interrupt circuit 134 to stop the wind power generation from entering the management unit 300, The solar power is supplied to the management unit 300 and stored in the mass storage 332 of the central controller 330. Therefore, the two generators can be generated at the same time and the generated power is stored in the storage of each unit unit (100, 200), the power is supplied to the management unit 300 in each unit unit (100, 200) according to the situation As a result, the wind power storage 132 or the photovoltaic storage 232 may serve as a secondary storage, thereby providing more stable power supply. 그러나, 전술된 바와 같이, 종래 하이브리드 발전 시스템은 대용량 스토리지를 이용하여 풍력발전 에너지 및 태양광 발전 에너지를 축적하도록 함에 있어, 풍력발전과 태양광 발전을 개별적으로 운용하여 각각의 에너지를 저장토록 하게 된다. 따라서, 이는 발전 시스템의 효율과는 관계없이 운용되어 시스템의 완성도를 저하시키는 문제를 야기하고 있다.However, as described above, in the conventional hybrid power generation system to accumulate wind energy and photovoltaic power by using a large capacity storage, wind energy and photovoltaic power are individually operated to store each energy. . Therefore, this causes a problem of lowering the completeness of the system by operating regardless of the efficiency of the power generation system.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력 발전과 태양광 발전 시스템으로 구성되는 하이브리드 발전 시스템의 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide an energy charging device of a hybrid power generation system that can maximize the power generation efficiency of a hybrid power generation system consisting of wind power and photovoltaic power generation system. have.

본 발명의 다른 목적은, 하이브리드 발전 시스템에서 제공되는 발전 에너지를 배터리의 충전 전압으로 가공 출력함으로써, 자연 환경에 따라 가변 출력되는 발전 에너지의 충전 효율을 높일 수 있는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an energy charging device of a hybrid power generation system that can increase the charging efficiency of power generation energy that is variable output according to a natural environment by processing the output energy generated by the hybrid power generation system with the charging voltage of the battery. Is in.

본 발명의 또 다른 목적은, 하이브리드 발전 시스템의 개별 발전 용량을 각각으로 검출하고, 각 발전 에너지를 설정된 전압으로 승압 제어하되, 배터리의 과방전상태, 발전기의 발전 전압 및 전류 상태에 따라 이루어지도록 하여 배터리의 안정적인 충전을 도모할 수 있는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치를 제공함에 있다.
Still another object of the present invention is to detect the individual power generation capacity of the hybrid power generation system, and control each stepped-up energy to the set voltage, but to be made according to the over-discharge state of the battery, the generator voltage and current state of the generator An object of the present invention is to provide an energy charging device of a hybrid power generation system that can achieve stable charging of a battery.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치는, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환 출력하는 풍력 발전기, 태양광 에너지(또는 태양열 에너지)를 전기 에너지로 변환 출력하는 태양광 발전기, 상기 풍력 발전기에서 공급되는 전력을 직류전원으로 변환하는 정류기 및 두 발전기로부터 공급되는 전력을 충전하는 배터리를 포함하는 하이브리드 발전 시스템의 충전 제어장치에 있어서, 상기 풍력 발전기 및 배터리의 일측 면에 장착되어 풍력 발전기의 전력 과잉 발전에 따른 온도 상승상태를 검출하고, 상기 배터리의 과충전 또는 과방전에 따른 온도 상승상태를 검출하는 온도 검출부; 상기 정류기의 출력 전압과 상기 태양광 발전기의 출력 전압을 인지하는 전압 검출부; 상기 각 발전기에서 공급되는 전력과, 상기 배터리로 인가되는 전력을 단속 제어하는 스위칭부; 상기 각 발전기의 발전 전압을 선별적으로 승압하는 승압회로부; 및 상기 전압 검출부로부터 판단한 결과, 상기 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력되고, 상기 온도 검출부로부터 배터리의 과방전상태가 인지될 경우, 두 발전기의 발전 전압을 기준치 전압으로 레귤레이팅하여 충전하거나, 상기 배터리의 과방전 상태가 아닐 경우, 상기 두 발전기의 발전 전압 중 높은 출력 전압을 선택하여 충전하며, 상기 두 발전기의 출력 전압이 기준치 이하일 경우, 어느 하나의 높은 출력 전압을 승압하여 충전하되 상기 배터리의 충전률이 낮을 경우, 나머지 하나의 출력 전압을 승압하여 충전하도록 상기 스위칭부를 운용 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An energy charging device of a hybrid power generation system according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a wind generator for converting and outputting wind energy into electrical energy, solar power for converting and outputting solar energy (or solar energy) into electrical energy In the charging control device of a hybrid power generation system comprising a generator, a rectifier for converting the power supplied from the wind generator into a direct current power and a battery for charging the power supplied from two generators, mounted on one side of the wind generator and the battery A temperature detector configured to detect a temperature rise state caused by excessive power generation of the wind power generator, and detect a temperature rise state caused by the overcharge or overdischarge of the battery; A voltage detector configured to recognize an output voltage of the rectifier and an output voltage of the solar generator; A switching unit for controlling intermittently controlling the power supplied from each generator and the power applied to the battery; A booster circuit unit for selectively boosting the power generation voltage of each generator; And as a result of judging from the voltage detection unit, when one or more of the output voltages of the two generators output a voltage higher than a reference value, and when the over-discharge state of the battery is recognized from the temperature detector, the generated voltages of the two generators are regulated as reference voltages. When charging by charging or when the battery is not in an over-discharge state, the high output voltage of the two generators is selected and charged. When the output voltages of the two generators are less than or equal to a reference value, any one high output voltage is boosted. And charge the battery, but when the charging rate of the battery is low, a control unit for controlling the operation of the switching unit to boost the other output voltage to charge.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 적정 전압으로의 감압에 의해 충전 전류량을 증대시켜 배터리의 충전효율을 높이는 MPPT 회로부를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력될 때, 상기 MPPT 회로부를 운용하여 배터리의 충전 전력을 최적화하는 것을 특징으로 한다.
According to a preferred embodiment of the present invention, it further comprises an MPPT circuit unit for increasing the charging current amount by increasing the charging current by reducing the pressure to an appropriate voltage; The controller may be configured to optimize the charging power of the battery by operating the MPPT circuit when a voltage equal to or higher than a reference value is output from any one or more of the output voltages of the two generators.

본 발명에서 제시되는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치는, 풍력 발전 시스템과 태양광 발전 시스템에서 공급되는 전력의 차이로 인한 시스템의 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에서는 자연환경에 따라 전력량이 가변되는 발전 시스템에 대한 충전 효율을 높여 하이브리드 발전 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
The energy charging device of the hybrid power generation system according to the present invention has an effect of preventing durability degradation of the system due to the difference between the power supplied from the wind power generation system and the solar power generation system. In addition, the present invention has the effect of maximizing the hybrid power generation capacity by increasing the charging efficiency for the power generation system whose power amount is variable according to the natural environment.

도 1은 종래 하이브리드 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명에 따른 발전 전력에 대한 가공을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 MPPT 동작을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a block diagram showing a conventional hybrid power generation system.
2 is a block diagram illustrating the main functions of the present invention.
3 is a flowchart for explaining the main operation of the present invention.
4 is a graph for explaining the processing of the generated electric power according to the present invention.
5 is a graph illustrating an MPPT operation according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 발전 시스템을 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환 출력하는 풍력 발전기(213), 태양광 에너지(또는 태양열 에너지)를 전기 에너지로 변환 출력하는 태양광 발전기(211)를 포함하며, 상기 풍력 발전기(213)에서 공급되는 전력을 직류전원으로 변환하는 정류기 및 발전기로부터 공급되는 전력을 충전하는 배터리(215)를 포함한다.2 is a block diagram showing a hybrid power generation system according to the present invention. As shown in the drawing, a wind generator 213 for converting and outputting wind energy into electrical energy, and a solar generator 211 for converting and outputting solar energy (or solar energy) into electrical energy, the wind generator 213 It includes a rectifier for converting the power supplied from the DC power to the DC power and the battery 215 for charging the power supplied from the generator.

더불어, 상기 풍력 발전기(213) 및 배터리(215)의 일측 면에 장착되어 풍력 발전기(213)의 전력 과잉 발전에 따른 온도 상승상태를 검출하고, 상기 배터리(215)의 과충전 또는 과방전에 따른 온도 상승상태를 검출하는 온도 검출부(203)와, 상기 정류기의 출력 전압과 상기 태양광 발전기(211)의 출력 전압을 인지하는 전압 검출부(205)와, 상기 각 발전기에서 공급되는 전력과, 상기 배터리(215)로 인가되는 전력을 단속 제어하는 스위칭부(207)와, 상기 각 발전기의 발전 전압을 선별적으로 승압하는 승압회로부(209)와, 상기 전압 검출부(205)로부터 판단한 결과, 상기 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력되고, 상기 온도 검출부(203)로부터 배터리(215)의 과방전상태가 인지될 경우, 두 발전기의 발전 전압을 기준치 전압으로 레귤레이팅하여 충전하거나, 상기 배터리(215)의 과방전 상태가 아닐 경우, 상기 두 발전기의 발전 전압 중 높은 출력 전압을 선택하여 충전하며, 상기 두 발전기의 출력 전압이 기준치 이하일 경우, 어느 하나의 높은 출력 전압을 승압하여 충전하되 상기 배터리(215)의 충전률이 낮을 경우, 나머지 하나의 출력 전압을 승압하여 충전하도록 상기 스위칭부(207)를 운용 제어하는 제어부(201)로 구성된다.In addition, it is mounted on one side of the wind generator 213 and the battery 215 detects the temperature rise state due to the power over-generation of the wind generator 213, the temperature rise due to the overcharge or over-discharge of the battery 215 A temperature detector 203 for detecting a state, a voltage detector 205 for recognizing the output voltage of the rectifier and an output voltage of the solar generator 211, the power supplied from each generator, and the battery 215 The output of the two generators is determined by the switching unit 207 for intermittently controlling the power applied to the power generator, the booster circuit unit 209 for selectively boosting the generated voltage of each generator, and the voltage detector 205. When a voltage equal to or greater than a reference value is output from at least one of the voltages, and the overdischarge state of the battery 215 is recognized from the temperature detector 203, the generated voltages of the two generators are regulated as reference voltages. Charging or charging, or when the battery 215 is not in an over-discharge state, selects and charges a high output voltage among the generated voltages of the two generators, and when the output voltages of the two generators are lower than a reference value, any one of the high outputs The controller 201 is configured to operate and control the switching unit 207 to boost the voltage to charge the battery 215 when the charge rate of the battery 215 is low.

상기 충전 전류에 대한 기준치는 배터리에 대한 최적의 충전 전압을 나타내는 것으로, 배터리의 종류 또는 배터리의 충전 방식에 따라 기준치 전압의 범위는 달리 설정될 수 있을 것이다. 한편, 상기 풍력 발전기(213)는 풍속에 대응하는 발전 에너지를 생산하기 때문에, 발전 전압이 균일하지 못하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 풍력 발전기(213)에 대한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 적용하여 발전용량을 최적 상태로 유지토록 한다.The reference value for the charging current represents an optimal charging voltage for the battery, and the range of the reference voltage may be set differently according to the type of battery or the charging method of the battery. On the other hand, since the wind generator 213 produces power generation energy corresponding to the wind speed, the power generation voltage is not uniform. Therefore, in the present invention, the maximum power point tracking (MPPT) algorithm for the wind generator 213 is applied to maintain the power generation capacity in an optimal state.

이를 위해, 본 발명에서의 MPPT 알고리즘은 P&O(Perturb and Observe) 방식, IC(Increamental Conductance) 방식, CV(Constant Voltage Method) 방식, Short-Current Pulse 방식, Artificial Neural Network, Fuzzy Logic 등이 사용될 수 있으나, 본 발명의 실시 예에서는 P&O 방식을 적용함으로써 배터리의 충전 용량을 최대화하도록 한다. 예컨대, 배터리의 단위시간당 충전 전압이 DC 12V이고, 풍력 발전기의 공급 전압이 12V 이상일 경우, 풍력 발전기의 발전 전압을 12V로 고정하고 전류량을 높이도록 함으로써 배터리의 충전용량을 극대화하는 것이다. 또한, 풍력 발전기의 발전 전압이 12V 이하일 경우에는, 발전 전압을 승압하여 배터리로 공급함으로써 배터리의 충전 효율을 높이게 된다. 결국, 본 발명에 따른 MPPT 알고리즘은 배터리에 대한 충전 효율을 높이기 위한 풍력 발전기의 최대 전력점을 찾는 것이다.To this end, the MPPT algorithm in the present invention may be a P & O (Perturb and Observe) method, IC (Increamental Conductance) method, CV (Constant Voltage Method) method, Short-Current Pulse method, Artificial Neural Network, Fuzzy Logic, etc. In an embodiment of the present invention, the charging capacity of the battery is maximized by applying the P & O method. For example, when the charging voltage per unit time of the battery is DC 12V and the supply voltage of the wind generator is 12V or more, it is to maximize the charging capacity of the battery by fixing the power generation voltage of the wind generator to 12V and increasing the amount of current. In addition, when the power generation voltage of the wind generator is 12V or less, the charging efficiency of the battery is increased by boosting the power generation voltage and supplying it to the battery. After all, the MPPT algorithm according to the present invention is to find the maximum power point of the wind generator to increase the charging efficiency for the battery.

따라서, 상기 제어부(201)는 발전기의 출력 전압에 대한 효율성을 높이기 위한 MPPT 회로부(217)를 포함하여 출력전력에 대한 승압모드 또는 MPPT 운용을 선별하기 위한 절체 스위치(SW)와 연동하며, 상기 MPPT 회로부(217)는 제어부(201)의 운용 알고리즘에 따라 발전기의 출력 전력을 최적의 충전 전력으로 가공한다. 이는 배터리의 충전전압 이상의 발전기 전력을 배터리의 충전전압으로 감압하여 전류량을 높이는 것으로, 상기 제어부(201)는 펄스폭 변조(PWM) 제어를 기반으로 MPPT 알고리즘을 운용한다.Therefore, the control unit 201 includes an MPPT circuit unit 217 for increasing the efficiency of the output voltage of the generator, and interlocks with a switching switch (SW) for selecting a boost mode or an MPPT operation for output power. The circuit unit 217 processes the output power of the generator into the optimal charging power according to the operation algorithm of the control unit 201. This increases the amount of current by reducing the generator power of the battery above the charging voltage to the charging voltage of the battery, the control unit 201 operates the MPPT algorithm based on the pulse width modulation (PWM) control.

상기 승압회로부(209)는 두 발전기 중 어느 하나 이상의 출력 전압을 배터리(215)의 충전압으로 강압시키기 위한 회로로써, 제어부(201)의 PWM 제어에 기반하여 DC-DC 인버팅을 수행한다. 이는 제어부(201)에 의해 입력되는 전압을 펄스폭 변조를 토대로 스위칭을 수행한 후, 소정 용량의 트랜스를 통해 승압하여 이를 직류 전압으로 변환하는 것이다. 이러한 승압회로부(209)는 상기 풍력 발전기(213)의 출력 전압을 승압하기 위한 승압회로 1과, 상기 태양광 발전기(211)의 출력 전압을 승압하기 위한 승압회로 2를 구비하며, 제어부(201)에 의해 각각으로 인에이블 제어가 가능하도록 구현된다.The booster circuit unit 209 is a circuit for stepping down one or more output voltages of two generators to the charging pressure of the battery 215, and performs DC-DC inverting based on PWM control of the controller 201. This is performed by switching the voltage input by the control unit 201 based on the pulse width modulation, and then boosted through a transformer of a predetermined capacity to convert it to a DC voltage. The booster circuit unit 209 includes a booster circuit 1 for boosting the output voltage of the wind generator 213 and a booster circuit 2 for boosting the output voltage of the solar generator 211, and the controller 201. It is implemented to enable enable control by each.

상기 스위칭부(207)는 반도체 소자 및 무접점 릴레이 소자가 이용될 수 있으며, 일 예로 SSR(SOLID STATE RELAY) 소자가 적절할 것이다. 필요에 따라, 접점 릴레이 소자가 적용되어도 본 발명의 요지를 벗어나지는 않을 것이다.As the switching unit 207, a semiconductor device and a contactless relay device may be used. For example, an SSR (SOLID STATE RELAY) device may be appropriate. If necessary, the application of the contact relay element will not depart from the gist of the present invention.

상기 온도 검출부(203)는 풍력 발전기(213)의 동작 상태에 따른 온도 변화를 인지하고, 또한 상기 배터리(215)의 과충전으로 인해 발생되는 온도의 변화를 인지하도록 온도검출 회로1 및 온도검출 회로2가 구현된다. 각각의 온도를 측정하기 위한 온도센서는 먼저, 풍력 발전기(213)의 회전자에 근접한 고정 바디(Body) 일측면에 장착되어 과풍속에 의한 블레이드의 과속 회전 시 온도 상승상태를 인지한다. 또한, 온도검출 회로2에 접속되는 온도센서는 배터리(215)의 하우징 일측면에 장착되어 배터리의 과충전에 의한 발열상태를 인지한다. 일반적으로, 배터리(215)는 다수 개를 병렬 접속시키거나, 충전 전압에 따라 다수 개가 병렬 접속된 하나의 배터리 그룹을 직렬 연결하기 때문에, 상기 온도센서는 병렬 접속된 어느 하나의 배터리에 장착되어 과충전에 의한 과열상태를 인지할 수 있다. 또는, 그룹별 하나의 온도센서를 장착한 후 각 온도센서 간 평균치를 산출하여 배터리의 과열상태를 판단할 수 있을 것이다.The temperature detector 203 recognizes a change in temperature according to an operating state of the wind generator 213, and also recognizes a change in temperature caused by overcharging of the battery 215, and a temperature detection circuit 1 and a temperature detection circuit 2. Is implemented. The temperature sensor for measuring each temperature is first mounted on one side of a fixed body close to the rotor of the wind generator 213 to recognize a state of temperature rise during overspeed rotation of the blade by the overwind speed. In addition, the temperature sensor connected to the temperature detection circuit 2 is mounted on one side of the housing of the battery 215 to recognize a heat generation state due to overcharging of the battery. In general, since the battery 215 connects a plurality of in parallel or connects one battery group connected in series according to the charging voltage, the temperature sensor is mounted on any one battery connected in parallel to overcharge. You can recognize the overheating condition. Alternatively, after installing one temperature sensor for each group, the average value between each temperature sensor may be calculated to determine the overheating state of the battery.

한편, 본 발명에서 적용되는 하이브리드 발전 시스템에서 과다한 풍속으로 인해 풍력 발전기의 과속 운행이 이루어질 경우, 상기 제어부(201)는 풍력 발전기(213)의 과속 운전에 따른 제동 제어를 수행할 수 있으며, 이를 위해 풍력 발전기의 과속 회전을 정지 또는 감속시키기 위한 제동 알고리즘을 제공할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시 예에서 상기 제동 알고리즘은 본 출원인에 의해 출원된 특허 출원번호 제 10-2010-0048974 호, 발명의 명칭 " 풍력 발전기의 최적 속도 제어장치 "에 개시되어 있는 바와 같이 로터의 궤자권선으로 역전압을 공급하여 로터의 회전을 정지 제어할 수 있을 것이다. 물론, 필요에 따라 별도의 브레이크 장치를 운용 제어할 수 있음은 당연할 것이다.On the other hand, in the hybrid power generation system applied in the present invention, when the overspeed driving of the wind generator is made due to excessive wind speed, the control unit 201 may perform the braking control according to the overspeed operation of the wind generator 213, for this purpose It would be possible to provide a braking algorithm for stopping or slowing down the overspeed rotation of the wind generator. In an embodiment of the present invention, the braking algorithm may be used as a gland winding of the rotor, as disclosed in Patent Application No. 10-2010-0048974 filed by the present applicant, entitled "Optimal Speed Control Device of a Wind Generator". A reverse voltage can be supplied to stop the rotation of the rotor. Of course, it will be obvious that a separate brake device can be operated and controlled as needed.

따라서, 상기 제어부(201)는 그 출력단으로 브레이크 모듈과 연동할 수 있으며, 상기 브레이크 모듈은 로터의 궤자권선으로 설정된 전압을 역 공급하기 위한 회로가 될 것이다.
Therefore, the control unit 201 may be interlocked with the brake module at its output terminal, and the brake module may be a circuit for supplying the voltage set back to the rotor winding of the rotor.

이하, 본 발명의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 3은 본 발명에 따른 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이, S301 단계에서 상기 제어부(201)는 전압 검출부(205)를 통해 풍력 발전기(213) 및 태양광 발전기(211)의 출력 전압을 검출한다. 전압 검출은 저항을 이용하여 전압을 분배한 후, 제어부(201)의 AD 컨버팅을 거쳐 각각의 전압을 디지털 신호로 인지한다.First, Figure 3 is a flow chart for explaining the main operation according to the present invention. As shown, the control unit 201 detects the output voltage of the wind generator 213 and the solar generator 211 through the voltage detector 205 in step S301. In the voltage detection, the voltage is divided using a resistor, and then each voltage is recognized as a digital signal through the AD conversion of the controller 201.

이후, S303 단계에서 상기 제어부(201)는 배터리(215)의 상태 즉, 과충전 상태 또는 과방전 상태를 검출하는데, 이는 배터리의 충전에 따른 배터리의 발열 상태를 인지하는 것으로, 상기 제어부(201)는 온도검출부(203)의 온도검출 회로2를 통해 인지한다. 상기 온도검출 회로2는 배터리(215)의 하우징 일측으로 장착 또는 부착되는 온도센서의 출력값을 소정 레벨의 신호로 변환시키는 것으로, 제어부(201)는 AD 컨버팅을 통해 배터리의 발열상태를 인지한다.Thereafter, in step S303, the controller 201 detects a state of the battery 215, that is, an overcharge state or an overdischarge state, which recognizes a heating state of the battery according to charging of the battery. It is recognized through the temperature detection circuit 2 of the temperature detection unit 203. The temperature detection circuit 2 converts an output value of a temperature sensor mounted or attached to one side of the housing of the battery 215 into a signal of a predetermined level, and the control unit 201 recognizes a heating state of the battery through AD converting.

배터리의 발열상태를 토대로 배터리의 충전 또는 방전상태를 인지하는 것은, 배터리의 충전 과정에서 발생하는 미세한 발열상태를 단계별로 인지하고, 이에 대응하는 충전량을 판단하는 것으로 실험치에 의한 테이블 정보에 기반한다. 따라서, 상기 제어부(201)는 ADC 포트를 이용하여 배터리(215)의 발열상태를 실시간으로 감시하고, 감시결과에 대응하는 충전상태 정보를 기 설정된 테이블 정보에 기초하여 판단한다.Recognizing the charging or discharging state of the battery based on the heating state of the battery is to recognize the minute heating state generated during the charging process of the battery step by step, and to determine the corresponding charge amount based on the table information by the experimental value. Therefore, the controller 201 monitors the heating state of the battery 215 in real time using the ADC port, and determines the charging state information corresponding to the monitoring result based on the preset table information.

한편, 상기 제어부(201)는 S301 단계에서 판단한 두 발전기의 출력 전압을 인지한 후, S305 단계에서 두 발전기 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력되는지를 판단한다. 상기 기준치 전압은 배터리를 최적 상태로 충전하기 위한 전압을 의미한다. 즉, 제어부(201)는 상기 전압검출부(205)를 통해 인지된 풍력 발전기(213) 및 태양광 발전기(211)의 발전 에너지 중 어느 하나 이상이 기준치 이상의 전압을 공급하는지를 판단한다. 예컨대, 풍력 발전기(213) 또는 태양광 발전기(211)의 발전 전압이 배터리 충전전압을 초과하거나, 풍력 발전기(213)와 태양광 발전기(211)의 발전 전압이 배터리 충전전압을 모두 초과하는지를 판단한다.On the other hand, the control unit 201 recognizes the output voltage of the two generators determined in step S301, and in step S305 determines whether any one or more voltages of the two generators is output above the reference value. The reference voltage refers to a voltage for optimally charging the battery. That is, the controller 201 determines whether any one or more of the generated energy of the wind generator 213 and the solar generator 211 recognized by the voltage detector 205 supplies a voltage higher than a reference value. For example, it is determined whether the generated voltage of the wind generator 213 or the solar generator 211 exceeds the battery charging voltage, or the generated voltage of the wind generator 213 and the solar generator 211 exceeds the battery charging voltage. .

상기 S305 단계에서 판단한 결과, 어느 하나 이상의 발전기에서 공급되는 전력이 기준치 이상일 경우, S307 단계로 진입하여 상기 S303 단계에서 판단한 결과에 기초하여 배터리의 과방전 상태인지를 판단한다. 제어부(201)가 배터리(215)의 충전상태를 판단함에 있어, 배터리의 충전용량이 기준치 이하 즉, 과방전 상태가 아님으로 판단할 경우, S311 단계로 진입한다. As a result of the determination in step S305, when the power supplied from one or more generators is greater than or equal to the reference value, the process proceeds to step S307 to determine whether the battery is in an over-discharge state based on the result determined in step S303. When the controller 201 determines the state of charge of the battery 215, if it is determined that the charge capacity of the battery is lower than or equal to a reference value, that is, not an overdischarge state, the controller 201 enters step S311.

S311 단계로 진입하여 상기 제어부(201)는 풍력 발전기(213) 및 태양광 발전기(211) 중 높은 출력 전압을 갖는 발전기의 공급 에너지를 선택한다. 이는 상기 스위칭부(207)의 각 스위치를 차단제어함으로써, 높은 출력을 갖는 발전기 에너지를 선택한다.In step S311, the controller 201 selects a supply energy of a generator having a high output voltage among the wind generator 213 and the solar generator 211. This selects a generator energy having a high output by blocking control of each switch of the switching unit 207.

여기서, 상기 태양광 발전기(211)의 공급 전압이 기준치를 넘을 경우, 상기 제어부(201)는 스위칭부(207)의 SWITCH 2를 ON 동작시키고, 승압회로부(209)를 디스에이블시켜 상기 배터리(215)로 전압공급이 이루어지도록 한다. 물론, 상기 태양광 발전기(211)의 출력 전압은 가변율이 높지 않아 배터리(215)로 직접 충전이 가능하나, 별도의 레귤레이터를 장착하여 정격 전압으로 충전되도록 할 수 있음은 당연할 것이다.Here, when the supply voltage of the photovoltaic generator 211 exceeds the reference value, the controller 201 turns on the SWITCH 2 of the switching unit 207, disables the boost circuit unit 209 to the battery 215 Make sure that the voltage is supplied. Of course, the output voltage of the photovoltaic generator 211 can be directly charged by the battery 215 because the variable rate is not high, it will be natural that a separate regulator can be charged to the rated voltage.

반면, 상기 풍력 발전기(213)의 공급 전압이 기준치를 넘을 경우, 상기 제어부(201)는 절체 스위치(SW)를 절환하여, 풍력 발전기(213)의 출력 전압을 감압하도록 상기 MPPT 회로부(217)와 접속시킨다. 상기 MPPT 회로부(217)는 풍력 발전기(213)의 출력 전압이 기준치 이상을 넘을 경우, 이를 적정 전압으로 감압하여 전류량을 높여 배터리로 충전되는 전력량이 최적 상태로 유지하도록 하는 것이다. 따라서, 상기 제어부(201)는 전압 검출부(205)에서 인지되는 풍력 발전기(213)의 출력 전압을 토대로, 최적의 전압으로서의 배터리 충전전압인 12V로 감압처리하도록 MPPT 회로부(217)를 운용한다. 이는 DC-DC 컨버팅 과정의 일환으로, 제어부(201)는 풍력 발전기(213)에서 출력되는 DC 전압을 AC로 변환하여 소정 레벨의 AC 전압으로 감압처리한 후, 다시 이를 DC 전압으로 출력함으로써 풍력 발전기의 출력 전압을 가변시키는 것이다.On the other hand, when the supply voltage of the wind generator 213 exceeds the reference value, the control unit 201 switches the switching switch (SW), and the MPPT circuit unit 217 to reduce the output voltage of the wind generator 213 Connect. When the output voltage of the wind generator 213 exceeds the reference value, the MPPT circuit unit 217 reduces the voltage to an appropriate voltage to increase the amount of current to maintain the optimum amount of power charged by the battery. Accordingly, the control unit 201 operates the MPPT circuit unit 217 to decompress the battery to a voltage of 12 V as the optimal voltage based on the output voltage of the wind generator 213 recognized by the voltage detector 205. As part of the DC-DC converting process, the control unit 201 converts the DC voltage output from the wind generator 213 into AC, decompresses the AC voltage to a predetermined level, and then outputs it as a DC voltage. To change the output voltage.

상기 제어부(201)는 MPPPT 회로부(217)의 운용을 위해 PWM 제어를 활용할 수 있으며, PWM 제어신호에 근거하여 현재 출력되는 풍력 발전기(213)의 출력 전압을 배터리 충전전압으로 유지시킴과 동시에, 배터리의 충전전류량을 증대시켜 배터리의 충전 효율을 높이게 된다. 이는 도 4 (가)의 ⓐ구간에 도시된 바와 같이 태양광 발전기(211)와 풍력 발전기(213) 중 풍력 발전기의 발전 전압이 기준치 전압을 넘을 경우, 풍력 발전기의 발전 전압을 선택하되, 도 4 (나)와 같이 풍력 발전 전압을 감압시켜 전류량을 높이게 된다.The control unit 201 may utilize PWM control for the operation of the MPPPT circuit unit 217, and at the same time maintains the output voltage of the wind generator 213 currently output based on the PWM control signal as the battery charging voltage, The charging current of the battery is increased to increase the charging efficiency of the battery. As shown in section ⓐ of FIG. 4A, when the generated voltage of the wind generator among the photovoltaic generator 211 and the wind generator 213 exceeds a reference voltage, the generated voltage of the wind generator is selected. As shown in (b), the wind power generation voltage is reduced to increase the amount of current.

한편, S305 단계에서 판단한 결과, 풍력 발전기 및 태양광 발전기의 발전 전압이 모두 기준치 이하일 경우에는 S313 단계로 진입한다. 본 과정은 도 4 (가)의 ⓑ 구간에 해당하는 것으로, 상기 제어부(201)는 전압 검출부(205)의 검출 결과에 기초하여 어느 하나의 높은 전압을 선택한다. 그리고, 선택된 임의의 전압 계통을 승압회로부(209)에 인가한다. 승압회로부(209)의 승압회로는 현재 입력된 DC 전압을 기준치 전압 즉, 배터리의 충전전압으로 승압하는 것으로 상기 승압회로는 전술된 제어부(201)의 PWM 제어에 기초하여 DC-DC 컨버팅을 수행한다. 그리고 승압된 전압은 스위칭부(207)의 SWITCH 3의 단속에 기인하여 상기 배터리(215)로 충전된다.On the other hand, as a result of the determination in step S305, if the power generation voltage of the wind power generator and the solar generator is less than the reference value is entered into step S313. This process corresponds to section ⓑ of FIG. 4A, and the controller 201 selects any one high voltage based on the detection result of the voltage detector 205. Then, the selected arbitrary voltage system is applied to the booster circuit unit 209. The booster circuit of the booster circuit unit 209 boosts the currently input DC voltage to a reference voltage, that is, the charging voltage of the battery. The booster circuit performs DC-DC conversion based on the PWM control of the controller 201 described above. . The boosted voltage is charged by the battery 215 due to the interruption of SWITCH 3 of the switching unit 207.

한편, 상기 제어부(201)는 온도 검출부(203)를 이용하여 배터리(215)의 충전상태를 인지한다. 이는 배터리의 충전량에 대응하는 발열 상태를 검출하는 것으로 실험적 근거에 의한 테이블 맵 정보에 기초하여 판단한다. 따라서, S315 단계와 같이 제어부(201)의 판단결과, 배터리의 충전률이 기준치 이하임으로 판단할 경우, S317 단계 진입하여 다른 하나의 발전기에서 공급되는 전압을 승압시켜 배터리로 충전한다. 여기서, 두 발전기에서 공급되는 전압을 배터리(215)로 충전하기 위한 승압은 공급되는 두 전압의 크기가 같도록 승압 제어한다. 제어부(201)는 승압회로 1 및 승압회로 2를 개별 제어함으로써 출력 전압의 크기가 동일하도록 PWM 제어를 수행한다.Meanwhile, the controller 201 recognizes the state of charge of the battery 215 by using the temperature detector 203. This is to detect the heating state corresponding to the amount of charge of the battery and to determine based on the table map information based on the experimental basis. Therefore, when it is determined in step S315 that the controller 201 determines that the charging rate of the battery is lower than or equal to the reference value, step S317 enters and boosts the voltage supplied from the other generator to charge the battery. Here, the boosting for charging the voltages supplied from the two generators with the battery 215 is stepped up so that the magnitudes of the two voltages are the same. The control unit 201 performs PWM control so that the magnitude of the output voltage is the same by controlling the booster circuit 1 and the booster circuit 2 separately.

반면, 상기 S307 단계에서 배터리가 과방전 상태임으로 판단될 경우, S309 단계로 진입하는데, 이는 전술된 S311 단계와 달리 풍력 발전기(213) 및 태양광 발전기(211)의 출력 전압의 크기에 관계없이, 두 발전기의 출력 전압을 정격전압으로 레귤레이팅하여 배터리로 충전한다. 본 과정에서도 동일하게 발전기의 공급 전압이 기준치 전압보다 클 경우, 배터리의 충전 효율을 높이기 위해 MPPT 알고리즘이 적용된다. 앞서 설명한 바와 같이 MPPT 알고리즘은 배터리 충전효율을 위한 최적의 충전조건을 찾는 것으로, 도 5에서와 같이 현재 출력되는 전력이 P3일 경우, 최적의 충전 조건에 따라 P2 포인트로 전환시키는 것이다. 이는 배터리의 충전전압으로 감압하여 충전 전류를 증가시켜 배터리의 충전효율을 높이게 된다.On the other hand, if it is determined in step S307 that the battery is in an over-discharge state, step S309 is entered, which is different from step S311 described above, regardless of the magnitude of the output voltage of the wind generator 213 and the solar generator 211, The output voltage of the two generators is regulated to the rated voltage to charge the battery. Likewise, in this process, when the supply voltage of the generator is greater than the reference voltage, the MPPT algorithm is applied to increase the charging efficiency of the battery. As described above, the MPPT algorithm finds an optimal charging condition for battery charging efficiency. When the current output power is P3 as shown in FIG. 5, the MPPT algorithm is switched to the P2 point according to the optimal charging condition. This increases the charging current by reducing the charging voltage of the battery to increase the charging efficiency of the battery.

결국, 본 발명은 풍력 발전기 및 태양광 발전기의 공급 전력량에 관계없이 배터리로 충전이 이루어질 뿐만 아니라, 풍력 발전기의 과도한 발전 시 이를 제동제어토록 할 수 있게 되는 것이다. 한편, 본 발명에서는 원격지 또는 통신 접속이 가능한 컴퓨터를 통해 데이터의 취합, 분석, 모니터링이 가능토록 할 수 있음은 물론이다.
As a result, the present invention not only charges the battery regardless of the amount of power supplied by the wind generator and the solar generator, but also enables braking control when the wind generator is excessively generated. On the other hand, in the present invention, of course, it is possible to enable the collection, analysis, monitoring of data through a computer that is remote or communication connection.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치는, 풍력발전 에너지와 태양광 발전 에너지를 자연환경에 관계없이 충전 제어함으로써, 하이브리드 발전 시스템의 에너지 효율을 극대화하고, 그린 에너지의 이용 효율을 높일 뿐만 아니라 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 진일보된 발전 시스템을 제공하여 발전 설비에 대한 산업적 이용 가치가 충분히 높다고 할 수 있다.
As described above, the energy charging device of the hybrid power generation system according to the present invention maximizes the energy efficiency of the hybrid power generation system and utilizes green energy by charging control of wind power and solar power regardless of the natural environment. Not only does it increase efficiency, but it also provides an advanced power generation system that can ensure the stability of the system.

201 : 제어부 203 : 온도 검출부
205 : 전압 검출부 207 : 스위칭부
209 : 승압회로부 211 : 태양광 발전기
213 : 풍력 발전기 215 : 배터리
217 : MPPT 회로부 SW : 절체 스위치201: controller 203: temperature detector
205: voltage detection unit 207: switching unit
209: boost circuit 211: solar generator
213: Wind Generator 215: Battery
217: MPPT circuit section SW: transfer switch

Claims (6)

풍력 에너지를 전기 에너지로 변환 출력하는 풍력 발전기(213), 태양광 에너지(또는 태양열 에너지)를 전기 에너지로 변환 출력하는 태양광 발전기(211), 상기 풍력 발전기(213)에서 공급되는 전력을 직류전원으로 변환하는 정류기 및 두 발전기로부터 공급되는 전력을 충전하는 배터리(215)를 포함하는 하이브리드 발전 시스템의 충전 제어장치에 있어서,
상기 풍력 발전기(213) 및 배터리(215)의 일측 면에 장착되어 풍력 발전기(213)의 전력 과잉 발전에 따른 온도 상승상태를 검출하고, 상기 배터리(215)의 과충전 또는 과방전에 따른 온도 상승상태를 검출하는 온도 검출부(203);
상기 정류기의 출력 전압과 상기 태양광 발전기(211)의 출력 전압을 인지하는 전압 검출부(205);
상기 각 발전기에서 공급되는 전력과, 상기 배터리(215)로 인가되는 전력을 단속 제어하는 스위칭부(207);
상기 각 발전기의 발전 전압을 선별적으로 승압하는 승압회로부(209); 및
상기 전압 검출부(205)로부터 판단한 결과, 상기 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력되고, 상기 온도 검출부(203)로부터 배터리(215)의 과방전상태가 인지될 경우, 두 발전기의 발전 전압을 기준치 전압으로 레귤레이팅하여 충전하거나, 상기 배터리(215)의 과방전 상태가 아닐 경우, 상기 두 발전기의 발전 전압 중 높은 출력 전압을 선택하여 충전하며, 상기 두 발전기의 출력 전압이 기준치 이하일 경우, 어느 하나의 높은 출력 전압을 승압하여 충전하되 상기 배터리(215)의 충전률이 낮을 경우, 나머지 하나의 출력 전압을 승압하여 충전하도록 상기 스위칭부(207)를 운용 제어하는 제어부(201)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치.Wind generator 213 for converting and outputting wind energy into electrical energy, Solar generator 211 for converting and outputting solar energy (or solar energy) into electrical energy, Power supplied from the wind generator 213 DC power In the charging control device of the hybrid power generation system comprising a rectifier for converting and a battery 215 for charging the power supplied from the two generators,
It is mounted on one side of the wind generator 213 and the battery 215 detects the temperature rise state due to the excessive power generation of the wind generator 213, and the temperature rise state according to the overcharge or over-discharge of the battery 215 A temperature detector 203 for detecting;
A voltage detector 205 for recognizing the output voltage of the rectifier and the output voltage of the solar generator 211;
A switching unit 207 intermittently controlling the power supplied from each generator and the power applied to the battery 215;
A booster circuit unit 209 for selectively boosting the generated voltage of each generator; And
As a result of judging from the voltage detector 205, when two or more output voltages of the two generators output a voltage equal to or greater than a reference value, and the overdischarge state of the battery 215 is recognized from the temperature detector 203, the two generators Regulates the generated voltage of the generator to a reference voltage, or selects and charges a higher output voltage of the generated voltages of the two generators when the battery 215 is not in an overdischarge state, and output voltages of the two generators are the reference values. In the following case, the controller 201 controls the switching unit 207 to step up and charge one of the high output voltages and charge the battery while the battery 215 has a low charging rate. Energy charging device of a hybrid power generation system comprising a. 제 1 항에 있어서,
적정 전압으로의 감압에 의해 충전 전류량을 증대시켜 배터리(215)의 충전효율을 높이는 MPPT 회로부(217)를 더 포함하며;
상기 제어부(201)는 상기 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력될 때, 상기 MPPT 회로부(217)를 운용하여 배터리의 충전 전력을 최적화하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치.The method of claim 1,
And an MPPT circuit portion 217 for increasing the charging current amount by reducing the pressure to an appropriate voltage to increase the charging efficiency of the battery 215;
The control unit 201 operates the MPPT circuit unit 217 to optimize the charging power of the battery when the voltage higher than the reference value is output from any one or more of the output voltages of the two generators. Charging device. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 승압회로부(209) 또는 MPPT 회로부(217)는 두 발전기 중 어느 하나 이상의 출력 전압을 배터리(215)의 충전압으로 강압 또는 감압시키기 위한 회로로써, 상기 제어부(201)의 PWM 제어에 기반하여 DC-DC 인버팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치.The method according to claim 1 or 2,
The booster circuit unit 209 or the MPPT circuit unit 217 is a circuit for stepping down or reducing the output voltage of at least one of the two generators to the charging pressure of the battery 215, based on the PWM control of the controller 201. Energy charging device of a hybrid power generation system, characterized in that to perform DC inverting. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부(201)는 상기 풍력 발전기(213)의 과속 운전에 따른 제동 제어를 수행하기 위한 제동 알고리즘을 더 포함하여 운용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치.The method of claim 1,
The control unit 201 is an energy charging device of the hybrid power generation system, characterized in that further comprising a braking algorithm for performing a braking control according to the overspeed operation of the wind generator (213). 제 1 항에 있어서 상기 온도 검출부(203)는,
상기 풍력 발전기(213)의 동작 상태에 따른 온도 변화를 인지하고, 상기 배터리(215)의 과충전으로 인해 발생되는 온도의 변화를 인지하도록 온도검출 회로1 및 온도검출 회로2가 구현되며;
상기 온도검출 회로1은 상기 풍력 발전기(213)의 회전자에 근접한 고정 바디(Body) 일측면에 장착되어 과풍속에 의한 블레이드의 과속 회전 시 온도 상승상태를 인지고, 상기 온도검출 회로2는 상기 배터리(215)의 하우징 일측면에 장착되어 배터리의 과충전에 의한 발열상태를 인지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치.The method of claim 1, wherein the temperature detector 203,
A temperature detection circuit 1 and a temperature detection circuit 2 are implemented to recognize a temperature change according to an operating state of the wind generator 213 and to recognize a change in temperature generated due to overcharging of the battery 215;
The temperature detection circuit 1 is mounted on one side of a fixed body close to the rotor of the wind generator 213 to recognize a temperature rise state when the blades are rotated by the overwind speed, and the temperature detection circuit 2 is Is mounted on one side of the housing of the battery (215) of the energy charging device of the hybrid power generation system, characterized in that it recognizes the heat generated by the overcharge of the battery. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 제어부(201)는 상기 온도 검출부(203)에서 검출되는 온도 측정치와, 배터리(215)의 발열 대비 충전상태 정보를 인지하기 위해 기 설정된 테이블 맵 정보를 토대로 상기 온도 측정치에 대응하는 배터리의 충전 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치.
6. The method according to claim 1 or 5,
The controller 201 may be configured to determine the state of charge of the battery corresponding to the temperature measurement based on the temperature measurement value detected by the temperature detector 203 and preset table map information for recognizing charge state information with respect to heat generation of the battery 215. Energy charging device of a hybrid power generation system, characterized in that for determining.
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