KR101527194B1 - Energy management system for independent type generator and method for controlling the same - Google Patents

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KR101527194B1 KR1020140151263A KR20140151263A KR101527194B1 KR 101527194 B1 KR101527194 B1 KR 101527194B1 KR 1020140151263 A KR1020140151263 A KR 1020140151263A KR 20140151263 A KR20140151263 A KR 20140151263A KR 101527194 B1 KR101527194 B1 KR 101527194B1
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Abstract

The present invention relates to an energy management system of an independent type generator and a method for controlling the same. The energy management system comprises: a battery device for charging electric power generated in an independent type generator and supplying the charged electric power to a load; a battery management device for controlling charge or discharge operations of the battery device; an electric power conversion device for converting the electric power supplied from the independent type generator or the electric power from the battery device into the electric power suitable for the load; a distribution and load adjustment device for distributing and blocking the electric power supplied to the load from the electric power conversion device; and an integral monitoring and controlling device for monitoring the operation state of the independent type generator, the battery device, the battery management device, the electric power conversion device, and the distribution and load adjustment device, and controlling the operation according to the monitoring result.

Description

독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템 및 그 제어방법 {Energy management system for independent type generator and method for controlling the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an energy management system,

본 발명은 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 독립형 발전 장치의 잉여발전 에너지를 저장 관리를 통해 복수의 배터리에서 복수의 부하로 전력 공급 및 차단 관리를 통해 효율적인 에너지 관리가 가능한 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy management system for a stand-alone power generation apparatus and a control method thereof. More particularly, the present invention relates to an energy management system for a stand-alone power generation system, To an energy management system of a stand-alone power generation device capable of energy management and a control method thereof.

태양광 발전은 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되며, 태양광이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 비추어지면 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다. Solar power is composed of solar cells, accumulators, and power conversion devices. When sunlight is reflected on solar cells that are paired with p-type and n-type semiconductors, Electrons are generated. At this time, the holes are collected toward the p-type semiconductor and the electrons are collected toward the n-type semiconductor, so that a current flows when a potential difference occurs.

태양광 발전은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 장점이 있는 반면에 전력생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이며, 초기 투자비와 발전단가가 높은 단점이 있다.Solar power generation has no pollution, it can only develop as needed in necessary places, and it is easy to maintain and maintain. However, the power generation depends on the amount of sunshine, the installation site is limited, the initial investment cost and the power generation cost are high .

태양광 발전장치는 이용방법에 따라 산간, 벽지 및 섬 등의 원격지와 주택에 설치되는 독립형 시스템과 외부의 전선에 연결하여 사용되고 남은 잉여전력을 전력회사에 판매하는 계통연계형 시스템으로 구분될 수 있다. Solar power generation equipment can be classified into stand-alone system installed in remote areas such as mountains, wallpapers and islands, and a grid-connected system used to connect surplus electric power to the electric power company, .

그러나, 태양광 발전은 태양광의 위치에 따라서 전력발생량이 좌우되며, 태양광이 없는 날씨에는 발전이 불가능하여 상시부하에 대한 안정적인 전력공급원으로서 전력공급이 불가능한 문제점이 있었다.However, solar power generation has a problem in that the power generation amount depends on the position of the sunlight, and power generation is impossible in the absence of sunlight, making it impossible to supply power as a stable power supply source for the constant load.

도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템에서의 부하제어 장치를 살펴보면, 부하제어 장치(100)는 통신부(110), 발전량 연산부(120), 비교부(130) 및 부하 제어부(140)를 포함하여 구성된다. 1, the load control apparatus 100 includes a communication unit 110, a power generation amount calculation unit 120, a comparison unit 130, and a load control unit 140 (FIG. 1) ).

태양광 발전 시스템(10)은 태양전지(11)를 이용하여 발전된 DC 전력을 전력변환장치(12)로 제공하고 전력변환장치(12)는 이를 AC 전력으로 변환하여 다수의 부하(13)로 공급한다. 통신부(110)는 전력변환장치(12)와 통신을 수행한다. 이러한 통신은 유선통신 또는 무선통신 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 이를 위해 전력변환장치(12)는 통신부(110)와 통신을 수행하기 위한 유무선 통신모듈이 구비된다. 전력변환장치(12)에서 태양전지(11)로부터 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 때 전력 변환정보를 파악하고, 이러한 전력 변환정보를 내부의 유무선 통신모듈를 통해 통신부(110)로 실시간으로 전송하는 것이다. 발전량 연산부(120)는 통신부(110)를 통해 전력변환장치(12)로부터 전송된 전력 변환정보를 이용하여 실시간으로 발전량을 연산한다. 이로써 태양광 발전 시스템에서 생성된 발전량이 얼마인지를 판단할 수 있게 된다. 비교부(130)는 발전량 연산부(120)에서 연산된 발전량을 미리 설정된 기준 발전량과 비교하고, 그 비교결과를 부하제어부(140)로 출력한다. 부하제어부(140)는 비교부(130)로부터 전송된 발전량 비교결과에 따라 다수의 부하(13)를 자동으로 제어한다. 종래 기술에 따른 부하제어부(140)는 태양광 발전 시스템(10)에서 생성된 발전량이 미리 설정된 기준 발전량보다 적으면 다수의 부하(13) 중 미리 설정된 일부 부하를 차단(OFF)하고, 반대로 생성된 발전량이 기준 발전량보다 많으면 남는 전력을 예컨대, 전력회사 등에 매도하고자 하는 경우는 일부 부하를 차단(OFF)하고 매도하지 않을 경우는 부하(13)를 유지하거나 일부 차단된 부하를 복귀(ON)하도록 제어한다. 이러한 구성을 통하여, 종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템에서 생성된 발전량 정보를 이용하여 부하를 차단(OFF)하거나 유지 또는 복귀(ON)하도록 함으로써 발전량을 운용할 수 있다. The photovoltaic power generation system 10 provides the generated DC power to the power conversion device 12 using the solar cell 11 and the power conversion device 12 converts it into AC power and supplies it to the plurality of loads 13 do. The communication unit 110 performs communication with the power conversion device 12. Such communication can use either wired communication or wireless communication. To this end, the power conversion apparatus 12 is provided with a wired / wireless communication module for performing communication with the communication unit 110. The power conversion apparatus 12 grasps the power conversion information when converting the DC power generated from the solar cell 11 into AC power and transmits the power conversion information to the communication unit 110 in real time via the wired / . The power generation amount calculation unit 120 calculates the power generation amount in real time using the power conversion information transmitted from the power conversion apparatus 12 through the communication unit 110. [ This makes it possible to judge how much power is generated in the PV system. The comparison unit 130 compares the power generation amount calculated by the power generation amount calculation unit 120 with a preset reference power generation amount and outputs the comparison result to the load control unit 140. [ The load control unit 140 automatically controls the plurality of loads 13 according to the power generation amount comparison result transmitted from the comparison unit 130. [ The load control unit 140 according to the related art cuts off a part of a predetermined load among a plurality of loads 13 when the generated power generated by the solar power generation system 10 is less than a preset reference power generation amount, When the amount of power generation is larger than the reference power generation amount, for example, when some power is to be sold to a power company or the like, some loads are shut off (OFF), and when not sold, the load 13 is maintained do. Through such a configuration, the power generation amount can be operated by blocking (OFF), holding or returning (ON) the load by using the power generation amount information generated in the solar power generation system according to the related art.

그러나, 위의 종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템에서의 부하제어 장치는 계통과 연계하지 않고 독립적으로 전원을 생산하여 운용하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리에는 적합하지 않은 문제점이 있으며, 독립형 발전 장치의 에너지 관리에 보다 효율적인 시스템의 개발이 필요한 상황이다.
However, the load control device in the solar power generation system according to the above prior art has a problem that it is not suitable for the energy management of a stand-alone power generation device that independently generates and operates a power source without linking with the system, It is necessary to develop a more efficient system for management.

한국공개특허 제10-2011-0063182호Korean Patent Publication No. 10-2011-0063182

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 독립형 발전 장치의 잉여발전 에너지를 저장 관리를 통해 복수의 배터리에서 복수의 부하로 전력 공급 및 차단 관리를 통해 효율적인 에너지 관리가 가능한 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to overcome the above-described problems of the prior art. It is an object of the present invention to provide a stand-alone power generation system capable of efficiently managing surplus- An energy management system for a stand-alone power generation system capable of energy management and a control method thereof.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 독립형 발전 장치에서 생산된 전력을 충전하거나 충전된 전력을 부하에 공급하는 배터리 장치; 상기 배터리 장치의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 배터리 관리 장치; 상기 독립형 발전 장치에서 공급받은 전력 또는 배터리 장치로부터 공급받은 전력을 부하에 사용하기 적합한 전력으로 변환시키는 전력 변환 장치; 상기 전력 변환 장치로부터 부하로 공급되는 전력을 분배하고 차단하는 분전 및 부하 조절 장치; 및 상기 독립형 발전 장치, 배터리 장치, 배터리 관리 장치, 전력 변환 장치와 분전 및 부하 조절 장치의 작동 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 동작을 제어하는 모니터링 및 통합 제어장치를 포함하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템이 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a battery device that charges electric power produced in a stand-alone power generation device or supplies charged electric power to a load; A battery management device for controlling a charging operation or a discharging operation of the battery device; A power conversion device that converts the power supplied from the independent power generation device or the power supplied from the battery device into a power suitable for use in a load; A load and load regulating device for distributing and interrupting electric power supplied from the power conversion device to the load; And a monitoring and integrated control device for monitoring the operation status of the stand-alone power generation device, the battery device, the battery management device, the power conversion device and the power distribution and load control device, A management system is provided.

상기 배터리 장치는 비상시 사용하기 위한 제1 배터리와 일반 부하에 사용하기 위한 제2 배터리를 포함한다. The battery device includes a first battery for use in an emergency and a second battery for use in a normal load.

상기 독립형 발전 장치는 태양광 에너지를 직류 전원으로 변환시키는 태양광 발전 유닛을 포함한다. The stand-alone power generation apparatus includes a solar power generation unit for converting solar energy into DC power.

상기 독립형 발전 장치는 풍력 에너지를 교류 전원으로 변환시키는 풍력 발전 유닛을 더 포함하며, 상기 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템은 상기 풍력 발전 유닛에서 생성된 교류 전력을 인가받아 직류 전력으로 변환시키는 AC/DC 변환 유닛을 더 포함한다. The independent power generation apparatus further includes a wind power generation unit for converting wind energy into AC power. The energy management system of the independent power generation apparatus includes an AC / DC converter for converting the AC power generated by the wind power generation unit into DC power, Conversion unit.

상기 모니터링 및 통합 제어장치는 부하 작동 여부와 부하에서 필요한 전력량과 독립형 발전 장치에서 생산하는 전력량을 측정하여 비교하여 상기 배터리 장치의 충전 또는 방전 동작을 제어한다. The monitoring and integrated control device controls charging or discharging operations of the battery device by comparing the amount of power required by the load, the amount of power required by the load, and the amount of power produced by the independent power generation device.

상기 모니터링 및 통합 제어장치는 배터리 장치 중 비상용 배터리의 사용여부를 모니터링하고, 상기 비상용 배터리가 사용되는 경우에는 분전 및 부하 조절 장치를 제어하여 비상용 부하에만 전력을 공급하도록 제어한다. The monitoring and integrated control device monitors whether or not the emergency battery is used among the battery devices and controls power distribution and load control devices to supply electric power only to the emergency load when the emergency battery is used.

상기 배터리 장치의 충전 잔량을 측정하고, 측정된 충전 잔량, 독립형 발전 장치의 발전량 및 부하의 필요 전력량에 기초하여 배터리 장치의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 배터리 관리 제어장치를 더 포함한다. Further comprising a battery management control device for measuring a remaining charge amount of the battery device and controlling a charging operation or a discharging operation of the battery device based on the measured remaining charge amount, the power generation amount of the independent power generation device, and the required power amount of the load.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 부하 작동 여부를 모니터링하여 판단하는 단계; 부하가 작동하지 않거나, 부하가 작동하는 경우에도 부하 요구 전력량 보다 발전 전력량이 큰 경우에 배터리 장치의 충전 과정을 수행하는 단계; 부하 요구 전력량 보다 발전 전력량이 작은 경우 독립형 발전 장치에서 생산한 발전 전력과 배터리 전력을 부하에 공급하는 단계; 및 전력 변환 장치가 독립형 발전 장치와 배터리 장치에서 공급되는 전력을 교류 전력을 변환하여, 부하에 공급하는 단계;를 포함하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, Performing a charging process of the battery device in a case where the load does not operate or the load is operated and the generated power amount is larger than the load required power amount; Supplying the generated power and the battery power produced by the independent power generation apparatus to the load when the generated power amount is smaller than the load required power amount; And a step of converting the electric power supplied from the independent power generation device and the battery device by the power conversion device into AC power and supplying the AC power to the load, and a control method of the energy management system of the independent power generation device.

모니터링 및 통합 제어장치가 배터리 장치 중 비상용 배터리의 사용 여부를 모니터링하는 단계; 및 판단 결과, 비상용 배터리를 사용하지 않는 경우에는 부하에 전력을 공급하는 과정을 수행하며, 비상용 배터리를 사용하는 경우에는 분전 및 부하 조절 장치가 상시 부하 및 예약 부하의 전력 공급을 차단하고, 비상용 부하에만 전력을 공급하는 단계를 더 포함한다. The monitoring and integrated control device monitoring whether the emergency battery among the battery devices is used; And when the emergency battery is not used, power is supplied to the load when the emergency battery is not used. In the case of using the emergency battery, the power supply and the load control device cut off the power supply to the constant load and the reserve load, And supplying power to the power supply unit.

상기 배터리 장치의 충전 과정을 수행하는 단계는, 부하가 작동하지 않는 것으로 판단되면 비상용 배터리의 충전 잔량을 모니터링하여 비상용 배터리의 충전이 필요한지 판단하는 단계; 판단 결과, 비상용 배터리의 충전이 필요한 경우에는 충전 과정을 수행하고, 비상용 배터리의 충전이 필요하지 않은 경우에는 부하용 배터리의 충전 잔량을 모니터링하여 부하용 배터리의 충전이 필요한지 판단하는 단계; 및 부하용 배터리의 충전이 충전이 필요한 경우에는 충전 과정을 수행하며, 충전이 필요하지 않은 경우에는 예약 부하를 작동하고 예약 부하에 전력을 공급하는 단계를 포함한다. The step of performing the charging process of the battery device may include the steps of: determining whether charging of the emergency battery is necessary by monitoring the remaining charge of the emergency battery if it is determined that the load does not operate; If it is determined that charging of the emergency battery is required, the charging process is performed. If the charging of the emergency battery is not required, the charging of the load battery is monitored to determine whether charging of the load battery is necessary. And charging the load battery when charging is required, and when the charging is not necessary, activating the reserve load and supplying power to the reserve load.

본 발명에 따르면, 독립형 발전 장치의 잉여발전 에너지를 저장 관리를 통해 복수의 배터리에서 복수의 부하로 전력 공급 및 차단 관리를 통해 효율적인 에너지 관리가 가능하다.According to the present invention, it is possible to manage energy efficiently by managing and supplying power from a plurality of batteries to a plurality of loads through storage management of surplus generated energy of the independent power generation device.

또한, 배터리에 저장되는 전력을 관리하는 충전 조절장치(BMS)와 부하 관리 조절 모듈이 각각 독립적인 기능을 수행하던것을 하나로 통합하여 부하와 연동된 충전조절관리를 통해 독립형 발전 장치로부터 생산되는 전력이 잉여전력으로 낭비되는 걸 최소화시킬 수 있게 된다.
In addition, the charge control unit (BMS) that manages the power stored in the battery and the load management control module integrate the independent functions, and the power generated from the independent power generation unit through the charge control management linked with the load It is possible to minimize the waste of surplus power.

도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템에서의 부하제어 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic diagram of a load control device in a solar power generation system according to the prior art.
2 is a schematic configuration diagram of an energy management system of a stand-alone power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic block diagram of an energy management system of a stand-alone power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of an energy management system of a stand-alone power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy management system of a self-contained power generation system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram of an energy management system of a stand-alone power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템은 독립형 발전 장치(510), 배터리 관리 장치(520), 전력 변환 장치(530), 분전 및 부하 조절 장치(540), 배터리 장치(550), 부하(560) 및 모니터링 및 통합 제어장치(590)를 포함한다.2, the energy management system of the independent power generation apparatus according to the present embodiment includes a stand-alone power generation apparatus 510, a battery management apparatus 520, a power conversion apparatus 530, a power distribution and load control apparatus 540, A device 550, a load 560, and a monitoring and integrated control device 590.

독립형 발전 장치(510)는 자연 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 기능을 수행하며, 외부의 전선에 연결하여 사용되고 남은 잉여전력을 전력회사에 판매하는 계통연계형과는 달리 산간, 벽지 및 섬 등의 원격지와 주택에 설치되어 생산된 전력을 독립적으로 사용한다. The stand-alone power generation apparatus 510 performs the function of generating electric power by using natural energy. Unlike the grid-type system in which surplus electric power is used to be connected to external electric power and the remaining surplus electric power is sold to electric power companies, Independent use of power generated and installed in remote places and houses.

본 실시예의 경우, 독립형 발전 장치(510)로서 태양광 발전 장치가 사용되며, 태양광 발전 장치는 태양광이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 비추어지면 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 된다. In the case of this embodiment, a solar power generator is used as the stand-alone power generator 510. When the solar power generator is illuminated by a solar cell in which sunlight is a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, Holes and electrons are generated in the solar cell. At this time, the holes are collected toward the p-type semiconductor and the electrons are collected toward the n-type semiconductor, so that a current flows when a potential difference occurs.

배터리 장치(550)는 독립형 발전 장치(510)에서 생산된 전력을 충전하고, 필요시 충전된 전력을 부하에 공급하는 기능을 수행한다. 배터리 장치(550)는 다수의 배터리로 구성되며, 다수의 배터리는 비상시 사용하기 위한 제1 배터리(즉, 비상용 배터리)와 일반 부하에 사용하기 위한 제2 배터리(즉, 부하용 배터리)로 구성된다.The battery device 550 functions to charge the electric power produced by the independent power generation device 510 and to supply the electric power to the load when necessary. The battery device 550 is composed of a plurality of batteries, and the plurality of batteries includes a first battery (i.e., an emergency battery) for use in an emergency and a second battery (i.e., a battery for a load) .

배터리 관리 장치(520)는 배터리 장치(550)의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 기능을 수행한다. The battery management device 520 performs a function of controlling a charging operation or a discharging operation of the battery device 550.

전력 변환 장치(530)는 독립형 발전 장치(510)에서 공급받은 전력 또는 배터리 장치(550)로부터 공급받은 전력을 부하(560)에 사용하기 적합한 전력으로 변환시키는 기능을 수행한다. 즉, 독립형 발전 장치(510)나 배터리 장치(550)에서 공급받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 출력하는 기능을 수행한다.The power conversion apparatus 530 performs a function of converting the power supplied from the independent power generation apparatus 510 or the power supplied from the battery apparatus 550 into a power suitable for use in the load 560. That is, the DC power supplied from the stand-alone power generation device 510 or the battery device 550 is converted into AC power and output.

분전 및 부하 조절 장치(540)는 모니터링 및 통합 제어장치(590)의 제어 신호에 따라 전력 변환 장치(530)로부터 부하(560)로 공급되는 전력을 분배하고 차단하는 기능을 수행한다. The power distribution and load regulator 540 performs the function of distributing and blocking the power supplied from the power converter 530 to the load 560 in accordance with the control signal of the monitoring and integrated controller 590.

부하(560)는 분전 및 부하 조절 장치(540)로부터 전력을 공급받아 작동하며, 부하(560)는 작동 우선 순위에 따라 비상용 부하, 상시 부하 및 예약 부하로 구분지어 운용될 수 있다. The load 560 is operated by receiving power from the load and load regulator 540, and the load 560 can be classified into an emergency load, a constant load, and a reserve load according to an operation priority order.

모니터링 및 통합 제어장치(590)는 독립형 발전 장치(510), 배터리 관리 장치(520), 전력 변환 장치(530), 분전 및 부하 조절 장치(540), 배터리 장치(550) 및 부하(560)의 작동 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 각 구성의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.The monitoring and integrated control device 590 is connected to the independent power generation device 510, the battery management device 520, the power conversion device 530, the power distribution and load control device 540, the battery device 550 and the load 560 Monitors the operation status, and controls the operation of each configuration according to the monitoring result.

모니터링 및 통합 제어장치(590)는 부하 작동 여부와 부하에서 필요한 전력량과 독립형 발전 장치에서 생산하는 전력량을 측정하여 비교한다. 비교 결과, 독립형 발전 장치에서 생산하는 전력량이 부하 요구 전력량 보다 큰 경우에는 배터리 장치(550)의 충전 동작을 제어하도록 배터리 관리 장치에 제어 신호를 전송한다. 한편, 독립형 발전 장치에서 생산하는 전력량이 부하 요구 전력량 보다 작은 경우에는 배터리 장치의 방전 동작을 제어하도록 배터리 관리 장치에 제어 신호를 전송한다. 그 결과, 독립형 발전 장치에서 생산된 전력량에서 부족한 부분은 배터리 장치에서 공급되는 전력을 이용하여 교류 전력으로 변환한 후, 부하에 공급하게 된다.The monitoring and integrated control unit 590 measures and compares the operation of the load with the amount of power required by the load and the amount of power produced by the independent generator. As a result of the comparison, when the amount of electric power generated by the independent power generation apparatus is larger than the load required electric power amount, a control signal is transmitted to the battery management apparatus to control the charging operation of the battery apparatus 550. On the other hand, when the amount of electric power produced by the stand-alone power generation apparatus is smaller than the load required power amount, a control signal is transmitted to the battery management apparatus to control the discharging operation of the battery apparatus. As a result, the deficient portion of the electric power produced by the stand-alone power generation apparatus is converted into alternating-current power using the electric power supplied from the battery device, and then supplied to the load.

또한, 모니터링 및 통합 제어장치(590)는 배터리 장치 중 비상용 배터리의 사용여부를 모니터링하고, 비상용 배터리가 사용되는 경우에는 분전 및 부하 조절 장치(540)를 제어하여 상시 부하 및 예약 부하로 전력 공급을 중단시키고, 비상용 부하에만 전력을 공급하도록 한다.
In addition, the monitoring and integration control unit 590 monitors whether or not the emergency battery is used among the battery devices. When the emergency battery is used, the monitoring and integration control unit 590 controls the charge and load control unit 540 to supply power to the constant load and the reserve load And only the emergency load is supplied with power.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic block diagram of an energy management system of a stand-alone power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템은 독립형 발전 장치(510), 배터리 관리 장치(520), 전력 변환 장치(530), 분전 및 부하 조절 장치(540), 배터리 장치(550), 부하(560), AC/DC 변환 유닛(570)과 모니터링 및 통합 제어장치(590)를 포함한다.3, the energy management system of the independent power generation apparatus according to the present embodiment includes a stand-alone power generation apparatus 510, a battery management apparatus 520, a power conversion apparatus 530, a power distribution and load control apparatus 540, An apparatus 550, a load 560, an AC / DC conversion unit 570 and a monitoring and integrated control unit 590.

본 실시예에서 독립형 발전 장치(510)는 태양광 발전 유닛(511)과 풍력 발전 유닛(513)을 포함한다.In this embodiment, the stand-alone power generation apparatus 510 includes a solar power generation unit 511 and a wind power generation unit 513. [

태양광 발전 유닛(511)은 태양광 에너지를 직류 전원으로 변환시킨다. 태양광 발전 유닛(511)은 태양전지를 포함하며, 태양전지는 태양광을 이용해서 광에너지를 반도체의 광전효과로 전기적인 에너지로 변환시킨다. pn접합인 반도체에 빛이 입사하면 정공과 전자가 발생하여, 양전극을 전기적으로 접속하면 전류가 흐른다. 태양 전지의 재료로는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 유기염료 기반 등이 있으며, 이들 중에서 단결정 실리콘 타입의 효율이 가장 높으므로, 본 실시예에서는 단결정 실리콘 태양 전지를 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solar power generation unit 511 converts the solar energy into a DC power. The solar power generation unit 511 includes a solar cell, and the solar cell converts the light energy into electric energy by the photoelectric effect of the semiconductor using sunlight. When light is incident on a semiconductor, which is a pn junction, holes and electrons are generated. When the two electrodes are electrically connected, a current flows. As the material of the solar cell, there are monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, organic dye base, etc. Among these, the efficiency of the single crystal silicon type is the highest. Therefore, the single crystal silicon solar cell is used in this embodiment, no.

풍력 발전 유닛(513)은 풍력 에너지를 교류 전원으로 변환시킨다. 풍력 발전장치에는 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기가 있다. 수평축 풍력발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수평인 장치로서 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받는다. 한편, 수직축 풍력발전기는 회전축이 바람에 불어오는 방향에 수직인 풍력발전시스템으로써 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평지에도 설치 가능하나 설치비용이 많이 들고 효율이 떨어진다. 본 실시예에서는 수평축 풍력 발전방식을 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The wind power generation unit 513 converts the wind energy into an AC power. Wind turbines include a horizontal axis wind turbine and a vertical axis wind turbine. The horizontal axis wind turbine is a simple device in which the rotating shaft is horizontal with respect to the direction of the wind so that it is convenient to install but is influenced by the wind direction. On the other hand, the vertical axis wind power generator is a wind power generation system which is perpendicular to the wind direction of the rotary shaft, and can be installed in the desert or the flat land because the direction of the wind is irrelevant. However, installation cost is high and efficiency is low. In the present embodiment, a horizontal axis wind power generation system is used, but the present invention is not limited thereto.

AC/DC 변환 유닛(570)은 풍력 발전 유닛(513)에서 생성된 교류 전력을 인가받아 직류 전력으로 변환시켜서 배터리 장치(550)로 공급한다.The AC / DC conversion unit 570 receives the AC power generated by the wind power generation unit 513, converts the AC power into DC power, and supplies the DC power to the battery device 550.

배터리 장치(550)는 독립형 발전 장치(510)에서 생산된 전력을 충전하고, 필요시 충전된 전력을 부하에 공급하는 기능을 수행한다. 배터리 장치(550)는 다수의 배터리로 구성되며, 다수의 배터리는 비상시 사용하기 위한 제1 배터리(즉, 비상용 배터리)와 일반 부하에 사용하기 위한 제2 배터리(즉, 부하용 배터리)로 구성된다.The battery device 550 functions to charge the electric power produced by the independent power generation device 510 and to supply the electric power to the load when necessary. The battery device 550 is composed of a plurality of batteries, and the plurality of batteries includes a first battery (i.e., an emergency battery) for use in an emergency and a second battery (i.e., a battery for a load) .

배터리 관리 장치(520)는 배터리 장치(550)의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 기능을 수행한다. The battery management device 520 performs a function of controlling a charging operation or a discharging operation of the battery device 550.

배터리의 충방전 회수는 소정 회수로 정해져 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키기 위해서는 가능한 충방전 회수를 감소시켜야 한다. 이를 위해서, 비상용으로 사용하는 제1 배터리의 충방전 동작은 가급적 자제하고, 일반 부하에 사용하는 제2 배터리의 충방전 동작을 우선적으로 수행하게 되면, 제1 배터리의 수명을 연장시킬 수 있으며, 보다 안정적인 전원 공급이 가능해진다. 따라서, 본 실시예에서 배터리 관리 장치(520)는 제2 배터리에 저장된 직류 전원을 우선적으로 방전시키며, 제1 배터리는 제2 배터리가 완전 방전되거나, 충전 잔량이 임계치 미만일 경우에만 방전시키도록 제어한다.Since the number of charge / discharge cycles of the battery is set to a predetermined number of times, it is necessary to reduce the number of charge / discharge cycles in order to extend the service life of the battery. To this end, if the charging / discharging operation of the first battery used for emergency use is suppressed as much as possible and the charging / discharging operation of the second battery used for the general load is performed preferentially, the service life of the first battery can be extended, A stable power supply can be provided. Therefore, in this embodiment, the battery management apparatus 520 firstly discharges the DC power stored in the second battery, and controls the first battery to discharge only when the second battery is completely discharged or the remaining charge amount is less than the threshold value .

전력 변환 장치(530)는 독립형 발전 장치(510)에서 공급받은 전력 또는 배터리 장치(550)로부터 공급받은 전력을 부하(560)에 사용하기 적합한 전력으로 변환시키는 기능을 수행한다. 즉, 독립형 발전 장치(510)나 배터리 장치(550)에서 공급받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 출력하는 기능을 수행한다.The power conversion apparatus 530 performs a function of converting the power supplied from the independent power generation apparatus 510 or the power supplied from the battery apparatus 550 into a power suitable for use in the load 560. That is, the DC power supplied from the stand-alone power generation device 510 or the battery device 550 is converted into AC power and output.

분전 및 부하 조절 장치(540)는 모니터링 및 통합 제어장치(590)의 제어 신호에 따라 전력 변환 장치(530)로부터 부하(560)로 공급되는 전력을 분배하고 차단하는 기능을 수행한다. The power distribution and load regulator 540 performs the function of distributing and blocking the power supplied from the power converter 530 to the load 560 in accordance with the control signal of the monitoring and integrated controller 590.

모니터링 및 통합 제어장치(590)는 독립형 발전 장치(510), 배터리 관리 장치(520), 전력 변환 장치(530), 분전 및 부하 조절 장치(540), 배터리 장치(550) 및 부하(560)의 작동 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 각 구성의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
The monitoring and integrated control device 590 is connected to the independent power generation device 510, the battery management device 520, the power conversion device 530, the power distribution and load control device 540, the battery device 550 and the load 560 Monitors the operation status, and controls the operation of each configuration according to the monitoring result.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of an energy management system of a stand-alone power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템은 독립형 발전 장치(510), 배터리 관리 장치(520), 전력 변환 장치(530), 분전 및 부하 조절 장치(540), 배터리 장치(550), 부하(560), AC/DC 변환 유닛(570), 배터리 관리 제어장치(580)와 모니터링 및 통합 제어장치(590)를 포함한다.4, the energy management system of the independent power generation apparatus according to the present embodiment includes a stand-alone power generation apparatus 510, a battery management apparatus 520, a power conversion apparatus 530, a power distribution and load control apparatus 540, Device 550, a load 560, an AC / DC conversion unit 570, a battery management control device 580 and a monitoring and integrated control device 590. [

본 실시예는 위의 실시예들과 비교하여 배터리 관리 제어장치(580)를 추가로 포함한다.The present embodiment further includes a battery management control device 580 in comparison with the above embodiments.

배터리 장치(550)는 배터리(551)와 슈퍼 캐패시터(555)로 구성되며, 배터리의 전원 저장용량은 슈퍼 캐패시터의 전원 저장용량 보다 큰 것을 사용한다. 배터리 관리 제어장치(580)는 배터리 관리 장치(520)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 배터리 관리 제어장치(580)는 배터리와 슈퍼 캐패시터로 구성된 배터리 장치의 충전 잔량을 측정하고, 측정된 충전 잔량, 독립형 발전 장치의 발전량 및 부하의 필요 전력량에 기초하여 배터리 장치의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
The battery device 550 includes a battery 551 and a supercapacitor 555, and the power storage capacity of the battery is greater than the power storage capacity of the supercapacitor. The battery management control device 580 performs a function of controlling the operation of the battery management device 520. [ That is, the battery management control device 580 measures the remaining charge amount of the battery device composed of the battery and the supercapacitor, and determines the charge operation or the discharge of the battery device based on the measured charge remaining amount, the power generation amount of the independent power generation device, And performs a function of controlling the operation.

도 5는 본 발명에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy management system of a self-contained power generation system according to the present invention.

도 5를 참조하면, 우선 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템의 작동이 개시된다(S110).Referring to FIG. 5, the operation of the energy management system of the independent power generation apparatus is started (S110).

모니터링 및 통합 제어장치(590)는 부하 작동 여부를 모니터링하여 판단하는 과정을 수행한다(S120). The monitoring and integrated control unit 590 monitors whether the load is operated or not and performs a process of determining whether the load is operated (S120).

판단 결과, 부하가 작동하지 않는 경우, 배터리 장치의 충전 과정을 수행한다. 부하가 작동하는 경우, 부하 요구 전력량과 독립형 발전 장치의 발전 전력량을 비교하는 과정을 수행한다(S130). 부하 요구 전력량 보다 발전 전력량이 큰 경우에 배터리 장치의 충전 과정을 수행한다.As a result of the determination, if the load does not operate, the charging process of the battery device is performed. When the load is operating, a process of comparing the amount of power demanded for load with the amount of generated power of the independent power generation device is performed (S130). And the charging process of the battery device is performed when the generated power amount is larger than the load required power amount.

이러한 배터리 장치의 충전 과정을 살펴보면, 부하가 작동하지 않는 것으로 판단되면 비상용 배터리의 충전 잔량을 모니터링하여 비상용 배터리의 충전이 필요한지 판단하는 과정을 수행한다(S140). When it is determined that the load does not operate, the remaining charge amount of the emergency battery is monitored to determine whether the emergency battery needs to be charged (S140).

판단 결과, 비상용 배터리의 충전이 필요한 경우에는 충전 과정을 수행한다(S160). 비상용 배터리의 충전이 필요하지 않은 경우에는 부하용 배터리의 충전 잔량을 모니터링하여 부하용 배터리의 충전이 필요한지 판단하는 과정을 수행한다(S150). 부하용 배터리의 충전이 충전이 필요한 경우에는 충전 과정을 수행하며(S160), 충전이 필요하지 않은 경우에는 예약 부하를 작동하고 예약 부하에 전력을 공급하는 과정을 수행한다(S170).If it is determined that the emergency battery should be charged, the charging process is performed (S160). If it is not necessary to charge the emergency battery, the remaining charge of the load battery is monitored to determine whether charging of the load battery is necessary (S150). If charging of the load battery requires charging, the charging process is performed (S160). If the charging of the load battery is not required, the reserved load is operated and power is supplied to the reserved load (S170).

한편, S130 과정에서 부하 요구 전력량 보다 발전 전력량이 작은 경우에는 배터리 장치의 충전 과정을 수행하지 않고, 독립형 발전 장치에서 생산한 발전 전력과 배터리 전력을 부하에 공급하는 과정을 수행한다(S180).If it is determined in step S130 that the generated power amount is smaller than the load required power amount, the charging process of the battery device is not performed, and the generated power and the battery power produced by the independent power generation device are supplied to the load in step S180.

전력 변환 장치는 독립형 발전 장치와 배터리 장치에서 공급되는 전력을 교류 전력을 변환하여, 부하에 공급하는 과정을 수행한다(S190).The power conversion apparatus converts AC power supplied from the stand-alone power generation device and the battery device into AC power and supplies the power to the load (S190).

모니터링 및 통합 제어장치는 배터리 장치 중 비상용 배터리의 사용 여부를 모니터링하는 과정을 수행한다(S200). The monitoring and integrated control device monitors the use of the emergency battery among the battery devices (S200).

판단 결과, 비상용 배터리를 사용하지 않는 경우에는 S190 과정으로 복귀하여 부하에 전력을 공급하는 과정을 수행하며, 비상용 배터리를 사용하는 경우에는 분전 및 부하 조절 장치는 상시 부하 및 예약 부하의 전력 공급을 차단하고, 비상용 부하에만 전력을 공급하는 과정을 수행한다(S210).
As a result of the determination, if the emergency battery is not used, the process returns to step S190 to supply power to the load. In case of using the emergency battery, the power distribution and load control device cuts off the power supply , And power is supplied only to the emergency load (S210).

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템 및 그 제어방법의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

510 : 독립형 발전 장치
520 : 배터리 관리 장치
530 : 전력 변환 장치
540 : 분전 및 부하 조절 장치
550 : 배터리 장치
560 : 부하
570 : AC/DC 변환 유닛
580 : 배터리 관리 제어 장치
590 : 모니터링 및 통합 제어 장치510: Stand-alone generator
520: Battery management device
530: Power converter
540: Drain and load regulator
550: Battery device
560: Load
570: AC / DC conversion unit
580: Battery management control device
590: Monitoring and integrated control devices

Claims (10)

독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템에 있어서,
상기 독립형 발전 장치에서 생산된 전력을 충전하거나 충전된 전력을 부하에 공급하는 배터리 장치;
상기 배터리 장치의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 배터리 관리 장치;
상기 독립형 발전 장치에서 공급받은 전력 또는 배터리 장치로부터 공급받은 전력을 부하에 사용하기 적합한 전력으로 변환시키는 전력 변환 장치;
상기 전력 변환 장치로부터 부하로 공급되는 전력을 분배하고 차단하는 분전 및 부하 조절 장치;
상기 독립형 발전 장치, 배터리 장치, 배터리 관리 장치, 전력 변환 장치와 분전 및 부하 조절 장치의 작동 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 동작을 제어하는 모니터링 및 통합 제어장치; 및
상기 배터리 장치의 충전 잔량을 측정하고, 측정된 충전 잔량, 독립형 발전 장치의 발전량 및 부하의 필요 전력량에 기초하여 배터리 장치의 충전 동작 또는 방전 동작을 제어하는 배터리 관리 제어장치를 포함하며,
상기 모니터링 및 통합 제어장치는 부하 작동 여부와 부하에서 필요한 전력량과 독립형 발전 장치에서 생산하는 전력량을 측정하여 비교하여 상기 배터리 장치의 충전 또는 방전 동작을 제어하고,
상기 모니터링 및 통합 제어장치는 배터리 장치 중 비상용 배터리의 사용여부를 모니터링하고, 상기 비상용 배터리가 사용되는 경우에는 분전 및 부하 조절 장치를 제어하여 비상용 부하에만 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템.
In an energy management system of a stand-alone power generation apparatus,
A battery device for charging electric power produced by the stand-alone electric power generating device or supplying electric power to the load;
A battery management device for controlling a charging operation or a discharging operation of the battery device;
A power conversion device that converts the power supplied from the independent power generation device or the power supplied from the battery device into a power suitable for use in a load;
A load and load regulating device for distributing and interrupting electric power supplied from the power conversion device to the load;
A monitoring and integrated control device for monitoring an operation state of the independent power generation device, the battery device, the battery management device, the power conversion device, the power distribution and the load control device, and controlling the operation according to the monitoring result; And
And a battery management control device that measures a remaining charge amount of the battery device and controls a charging operation or a discharging operation of the battery device based on the measured charge remaining amount, the power generation amount of the independent power generation device,
The monitoring and integrated control device controls charging or discharging operations of the battery device by comparing the amount of power required by the load and the amount of power required by the load with the amount of power produced by the independent power generation device,
Wherein the monitoring and integrated control device monitors whether or not the emergency battery is used among the battery devices and controls power supply to only the emergency load by controlling the charge and load control device when the emergency battery is used, The device's energy management system.
제1항에 있어서,
상기 배터리 장치는 비상시 사용하기 위한 제1 배터리와 일반 부하에 사용하기 위한 제2 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the battery device comprises a first battery for use in an emergency and a second battery for use in a general load.
제1항에 있어서,
상기 독립형 발전 장치는 태양광 에너지를 직류 전원으로 변환시키는 태양광 발전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the independent power generation device includes a solar power generation unit for converting solar energy into direct current power.
제3항에 있어서,
상기 독립형 발전 장치는 풍력 에너지를 교류 전원으로 변환시키는 풍력 발전 유닛을 더 포함하며,
상기 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템은 상기 풍력 발전 유닛에서 생성된 교류 전력을 인가받아 직류 전력으로 변환시키는 AC/DC 변환 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전 장치의 에너지 관리 시스템.
The method of claim 3,
The independent power generation apparatus further includes a wind power generation unit for converting wind energy into an AC power,
Wherein the energy management system of the independent power generation apparatus further comprises an AC / DC conversion unit that receives the AC power generated by the wind power generation unit and converts the AC power into DC power.
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