KR20190048623A - Solar-based autonomous stand-alone micro grid system and its operation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광 발전의 발전량을 조절하는 DC-DC 컨버터를 활용한 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic autonomous stand-alone microgrid system and a method of operating the same, and more particularly, to a photovoltaic-based micro-grid system using a DC-DC converter that automatically adjusts the generation amount of solar power generation according to a charging voltage state of an energy storage device. Independent autonomous microgrid system and its operation method.
최근 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염려가 없는 대체에너지 개발을 위해 노력하고 있다. 대체에너지 개발의 일환으로 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄 액화 가스화, 수소에너지 등의 신 재생에너지가 개발되고 있다. 신 재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말하는 것으로서, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래의 에너지원으로 주목받고 있다.We are working on the development of alternative energy that does not affect the environment and is not exhausted. Renewable energy such as solar energy, solar power generation, biomass, wind power, small hydro power, geothermal energy, marine energy, waste energy, fuel cell, coal liquefied gasification and hydrogen energy are being developed as part of alternative energy development. Renewable energy refers to the energy used to transform existing fossil fuels or convert renewable energy, including sunlight, water, geothermal, and biological organisms, into a future energy source for a sustainable energy supply system. .
일반적으로 이러한 신 재생에너지는 에너지 저장장치 및 부하와 연동하여 하나의 시스템화한 전력공급방식인 마이크로그리드(Microgrid)를 이루게 되는데, 마이크로그리드는 독립적으로 전력과 열 등을 공급하는 소규모 전력 네트워크로, 최근 신 재생 에너지 등을 이용한 소규모 분산전원(Distributed generator)의 대두와 함께 전력 시스템의 새로운 패러다임으로 등장하고 있다. 마이크로그리드는 다수의 소규모 분산전원과 부하의 집합체로서, 기존의 전력망과 연계 또는 분리 운전될 수 있는 소규모 전력망(grid)으로 요약될 수 있으며, 주 계통의 지/단락 사고 및 심각한 전력 품질 문제 발생시 주 계통으로부터 분리하여 분산전원만을 이용하여 마이크로그리드의 부하에 지속적인 전력 공급을 유지할 수 있는 전력시스템이다.Generally, the renewable energy becomes a microgrid, which is a systemized power supply system, in cooperation with the energy storage device and the load. The micro grid is a small power network that supplies power and heat independently. It is emerging as a new paradigm of power systems with the rise of small-scale distributed power generation using renewable energy. The microgrid can be summarized as a small scale distributed power and load aggregate, a small grid that can be operated in conjunction with or separate from the existing grid, and can be used as a main grid in case of major / It is a power system that can separate the system from the grid and maintain a constant power supply to the microgrid load using only the distributed power source.
종래의 특허 문헌1에는 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템 중 DC 마이크로그리드 시스템과 이를 이용한 AC 및 DC 마이크로그리드 시스템이 개시되었는데, DC 마이크로그리드 시스템은 적어도 하나의 분산전원과, 분산전원의 전력을 직류로 변환하는 전력변환장치와, 전력변환장치에 연결된 보호 스위치를 구비하는 에너지 저장장치와, DC 전력 부하(load) 및 분산전원의 전체 전력과 DC 전력 부하 전력의 차이에 따라 상기 전력변환장치의 출력 전압을 조절하여 상기 에너지 저장장치의 충전과 방전 모드를 제어하는 제어부로 이루어지고, AC 및 DC 복합 마이크로그리드 시스템은 상술한 DC 마이크로그리드 시스템이 AC 마이크로그리드 시스템과 양방향 전력변환기로 연결되는 구성이다.In the conventional micro-grid system, a DC micro-grid system and an AC and DC micro-grid system are disclosed. The DC micro-grid system includes at least one distributed power source, And a protection switch connected to the power conversion device, and a controller for controlling the power of the DC power load and the DC power load according to the difference between the total power of the DC power load and the DC power load power, And a controller for controlling the charging and discharging modes of the energy storage device by regulating the output voltage of the AC / DC hybrid micro grid system. In the AC and DC hybrid micro grid system, the DC micro grid system is connected to the AC micro grid system through a bidirectional power converter .
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광 발전의 발전량을 조절하기 위한 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the related art, and it is an object of the present invention to automatically adjust the power generation amount of solar power generation according to the charging voltage state of the energy storage device.
또한, 본 발명은 태양광 발전을 통해 생산되는 DC 전압이 벅-부스트 기능을 탑재한 DC-DC 컨버터를 거쳐 에너지저장장치의 소정 최대전압까지 전압을 상승시켜 충전을 하며 최대전압 도달시 DC-DC 컨버터의 구동을 자동으로 멈추고, 최소전압 도달시 인버터의 구동을 멈춤으로써, 안정적인 에너지저장장치 운전을 수행하기 위한 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is characterized in that a DC voltage produced through solar power generation is charged by raising a voltage to a predetermined maximum voltage of an energy storage device through a DC-DC converter equipped with a buck-boost function, Another purpose is to perform stable energy storage operation by automatically stopping the converter and stopping the inverter when the minimum voltage is reached.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전, 벅-부스트 기능을 구비하고 상기 태양광 발전으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터, 수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기, 상기 디젤 발전기에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치, 배터리를 구비하고 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 전력변환장치로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치, 상기 에너지저장장치의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하에 제공하는 인버터, 및 상기 전력 부하에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계를 포함하여 구성되며,In order to achieve the above-mentioned object, the solar-based autonomous stand-alone microgrid system of the present invention includes a DC-DC converter, which has a solar power generation and buck-boost function and converts and outputs DC power supplied from the solar power generator, A diesel generator, a converter, a manually operated one or more diesel generators, a power conversion device for converting AC power supplied by the diesel generator into DC power, a battery, and DC power supplied from the DC-DC converter and the power conversion device An inverter for converting DC power of the energy storage device into AC power and providing the AC power to the power load, and a power meter for sensing and measuring the amount of power provided to the power load,
상기 전력변환장치를 OFF 하고, 상기 태양광 발전을 작동 ON 하고, 상기 에너지저장장치와 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 인버터를 ON 한 상태에서 상기 에너지저장장치의 상기 배터리를 충전하도록 하며, 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터가 자동으로 전력 부하에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 한다.The power conversion device is turned off, the solar power generation is turned on, and the battery of the energy storage device is charged with the energy storage device, the DC-DC converter, and the inverter turned on, The DC-DC converter automatically stops charging when the voltage is equal to or higher than a predetermined maximum voltage, and the inverter automatically stops supplying power to the power load when the voltage is below a predetermined minimum voltage.
또한, 상기 DC-DC 컨버터, 상기 에너지저장장치, 상기 전력변환장치의 출력측, 상기 인버터의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 상기 디젤 발전기, 상기 전력변환장치의 입력측, 및 상기 인버터의 출력측은 AC 링크에 연결되는 것을 특징으로 한다.The input side of the DC-DC converter, the energy storage device, the power conversion device, and the inverter are connected to a DC link. The diesel generator, the input side of the power conversion device, And the like.
또한, 부하의 사용이 없는 주간에는 상기 태양광 발전이 정상 발전하여 상기 에너지저장장치의 배터리를 충전하는 충전모드; 상기 태양광 발전이 정상 발전하지 않는 야간에는 상기 에너지저장장치의 배터리 전압이 소정 최소전압 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드; 부하의 사용이 있는 주간에는 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드; 야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 상기 에너지저장장치의 보호를 위하여 상기 인버터가 운전 정지되는 경우에는 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드; 및 상기 디젤 발전기를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에는 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드;로 각각 운전되는 것을 특징으로 한다.A charging mode in which the photovoltaic power generation is normal and the battery of the energy storage device is charged during a day in which no load is used; A discharge mode in which the battery voltage of the energy storage device is used as a load at a time when the solar power generation is not normally generated, unless the battery voltage of the energy storage device falls below a predetermined minimum voltage; A charging / discharging mode in which the charging mode and the discharging mode are simultaneously performed during a day in which the load is used; When the battery is discharged due to shortage of solar power generation due to the rainy season when the night or sun does not float for several days, or when the inverter is stopped for protection of the energy storage device, the diesel generator and the power conversion device are turned ON, A manual charge mode for charging the battery; And a manual charge / discharge mode in which the battery is charged through the diesel generator and the manual charge mode and the discharge mode are simultaneously performed when a load needs to be used.
또한, 상기 인버터는 상기 디젤 발전기의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치에 연결되어 상기 에너지저장장치의 전력이 상기 인버터를 거쳐 상기 전력 부하에 공급되며, 상기 디젤 발전기가 가동되는 수동 운전모드에서는 상기 제1 스위치가 연결된 상태에서 상기 에너지저장장치의 충전 및 상기 전력 부하로의 전력 공급이 이루어지나, 상기 에너지저장장치에 전력이 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 상기 전력 부하로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 상기 제1 스위치에서 제2 스위치로 전환됨으로써 상기 인버터를 거치지 않고 상기 디젤 발전기를 통해 상기 전력 부하에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 한다.In the autonomous operation mode in which the diesel generator is stopped, the inverter is connected to the first switch so that the power of the energy storage device is supplied to the power load via the inverter. In the manual operation mode in which the diesel generator is operated Charging the energy storage device and supplying power to the power load in a state where the first switch is connected to the energy storage device, the power is rapidly supplied to the power load before the energy storage device is sufficiently stored and switched to the autonomous operation mode. The power is supplied to the power load through the diesel generator without passing through the inverter by switching from the first switch to the second switch manually.
또한, 상기 인버터를 거치지 않고 상기 디젤 발전기를 통해 상기 전력 부하에 전력을 공급하는 경우에도 상기 전력변환장치를 통해 상기 에너지저장장치의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 상기 제2 스위치에서 상기 제1 스위치로 자동으로 전환 복귀됨으로써 상기 자율 운전모드로 진입 대기하는 것을 특징으로 한다.Also, in the case where power is supplied to the power load through the diesel generator without passing through the inverter, charging of the energy storage device is continued through the power conversion device. When the voltage of the battery is higher than a predetermined minimum voltage The second switch is automatically switched from the first switch to the autonomous operation mode.
한편, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법은, 자율 운전모드 시작에 따라 상기 전력변환장치를 OFF 하고, 상기 태양광 발전과 상기 에너지저장장치와 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 인버터를 ON 한 상태에서, 상기 에너지저장장치의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계, 및 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터가 자동으로 전력 부하에 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a solar-based autonomous stand-alone microgrid system, comprising: turning off the power converter at the start of an autonomous operation mode; Charging the battery of the energy storage device until the voltage of the battery reaches a predetermined maximum voltage in a state where the inverter is turned on and the DC-DC converter automatically stops charging when the voltage of the battery is not lower than a predetermined maximum voltage And if the voltage is below a predetermined minimum voltage, the inverter automatically stops supplying power to the power load.
또한, 충전중인 상기 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압 이하이면 수동 운전모드로 진행하여 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 ON 하여 상기 배터리를 충전하도록 하고, 상기 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압을 초과하면 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 OFF 하여 상기 자율 운전모드로 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.If the voltage of the battery being charged is less than the predetermined minimum voltage, the control unit proceeds to a manual operation mode to turn on the diesel generator and the power conversion apparatus to charge the battery. When the voltage of the battery reaches the predetermined minimum voltage And turning the diesel generator and the power converter off to operate in the autonomous operation mode.
따라서, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법은 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광발전의 발전량을 조절할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the solar-based autonomous stand-alone microgrid system and its operation method of the present invention can control the power generation amount of solar power generation automatically according to the charging voltage state of the energy storage device.
또한, 본 발명은 태양광 발전을 통해 생산되는 DC 전압이 BUCK-BOOST 기능을 탑재한 DC-DC 컨버터를 거쳐 에너지저장장치의 소정 최대전압까지 전압을 상승시켜 충전을 하며 최대전압 도달시 DC-DC 컨버터 구동을 자동으로 멈추고, 최소전압 도달시 인버터의 구동을 자동으로 멈추도록 함으로써, 안정적인 에너지저장장치 운전을 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is characterized in that a DC voltage produced through solar power generation is charged by raising a voltage to a predetermined maximum voltage of an energy storage device through a DC-DC converter equipped with a BUCK-BOOST function, The converter drive is automatically stopped and the drive of the inverter is automatically stopped when the minimum voltage is reached, so that the stable energy storage device operation can be performed.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a solar-based autonomous stand-alone microgrid system according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a solar-based autonomous stand-alone microgrid system according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for operating a solar-based autonomous stand-alone microgrid system according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전(10), DC-DC 컨버터(Converter, 20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(Power Conditioning System, 40), 에너지저장장치(Energy Storage System, 50), 인버터(Inverter, 60), 전력계(Power meter, 70) 및 전력 부하(80)를 포함하여 구성되며, 추가로 에너지관리시스템(Energy Management System, 90)을 포함할 수 있다.FIG. 1 is a configuration diagram of a solar-based autonomous stand-alone micro-grid system according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a solar-based autonomous stand-alone micro-grid system according to the present invention. 1 and 2, the solar-based autonomous stand-alone microgrid system of the present invention includes a
태양광 발전(10)은 태양광 모듈을 구비하고 태양 에너지를 이용하여 직류전력을 발전하는 장치이다.The
DC-DC 컨버터(20)는 벅-부스트(Buck-boost) 기능을 구비하고 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 역할을 한다.The DC-
레귤레이터(전압을 일정하게 해주는 장치나 회로)에는 2가지가 있는데 리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터가 있으며, 스위칭 방식이 DC-DC 컨버터이다. 벅-부스트 컨버터는 출력전압이 입력전압보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있는 컨버터로서, 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 특성을 모두 가지고 있다.There are two types of regulators (voltage regulating devices and circuits), linear regulators and switching regulators, and the switching method is a DC-DC converter. A buck-boost converter is a converter whose output voltage may be lower or higher than the input voltage. It has both the characteristics of a buck converter and a boost converter.
디젤 발전기(30)는 하나 이상 구비되되, 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 인버터(60)가 운전되지 않는 경우에, 수동으로 운전되어 교류전력을 생산하게 된다.When the
전력변환장치(40)는 디젤 발전기(30)에 의해 발전되는 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 역할을 한다. The
에너지저장장치(50)는 배터리를 구비하고, DC-DC 컨버터(20) 및 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 역할을 한다.The
인버터(60)는 에너지저장장치(50)에 저장된 직류전력을 실생활에서 사용할 수 있는 전기형태인 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 역할을 하며, 후술하는 자율 운전모드 및 수동 운전모드 모두에서 ON 상태를 유지하도록 하는데, 이것은 인버터(60)가 계통 간의 충돌을 방지하도록 구성됨으로써 가능해진다.The
인버터(60)는 디젤 발전기(30)의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결되어 에너지저장장치(50)의 전력이 인버터(60)를 거쳐 전력 부하(80)에 공급되며, 디젤 발전기(30)가 가동되는 수동 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결된 상태에서 에너지저장장치(50)의 충전 및 전력 부하(80)로의 전력 공급이 이루어지나, 에너지저장장치(50)에 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 전력 부하(80)로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 제1 스위치(61)에서 제2 스위치(62)로 전환 연결됨으로써 인버터(60)를 거치지 않고 디젤 발전기(30)를 통해 전력 부하(80)에 전력을 공급하도록 한다.The
이때, 전력변환장치(40)를 통해 에너지저장장치(50)의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 제2 스위치(62)에서 제1 스위치(61)로 전환 복귀되어 자율 운전모드를 준비하도록 한다.At this time, charging of the
전력계(70)는 인버터(60)를 통해 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 역할을 한다.The
여기서, DC-DC 컨버터(20), 에너지저장장치(50), 전력변환장치(40)의 출력측, 인버터(60)의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40)의 입력측, 및 인버터(60)의 출력측은 AC 링크에 연결된다.Here, the DC-
에너지관리시스템(90)은 DC-DC 컨버터(20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40), 에너지저장장치(50), 인버터(60), 전력계(70) 등과 유무선 통신으로 연결됨으로써, 태양광 발전상태 및 에너지저장장치(50)의 SOC(State of charge) 상태, 인버터(60)의 전력공급 및 전력계(70)를 통한 부하사용량, 그리고 디젤 발전기(30)의 발전량 및 전력변환장치(40)를 통한 충전량 등을 관리자가 모니터링 하면서 관리할 수 있도록 한다.The
본 발명에서는 에너지저장장치(50)의 안전적인 운영을 위하여, 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 태양광 발전(10)을 작동 ON 하고, DC-DC 컨버터(20)와 에너지저장장치(50) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하도록 하며, 배터리의 전압이 소정의 최대전압(예를 들어 800V) 이상이면 자동으로 DC-DC 컨버터(20)의 운전을 정지(대기)하도록 한다.In the present invention, for safe operation of the
본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은 다양한 모드로 운영될 수 있는데, 상세하게는 부하의 사용이 없는 주간에는 태양광 발전(10)이 정상 발전하여 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하는 충전모드로 운영된다.The autonomous stand-alone microgrid system of the present invention can be operated in various modes. Specifically, during the day when no load is used during the day, the
또한, 태양광 발전(10)이 정상 발전하지 않는 야간에는 에너지저장장치(50)의 배터리 전압이 소정 최소전압(예를 들어 720V) 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드로 운영된다.Also, in the night when the
또한, 부하의 사용이 있는 주간에는 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드로 운영된다.Also, during the day when the load is used, the charge / discharge mode is operated in which the charge mode and the discharge mode are simultaneously performed.
또한, 야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 인버터(60)가 자동 운전 정지되는 경우(상기 SOC가 소정 최저전압 이하인 경우)에는, 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드로 운영된다.In addition, when the battery is discharged due to shortage of solar power generation due to rainy season when the night or the sun does not float for several days, or when the
또한, 디젤 발전기(30)를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에는, 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드로 운전될 수 있다.In addition, when it is necessary to charge the battery through the
본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법은, 자율 운전모드 시작에 따라 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 태양광 발전(10)과 에너지저장장치(50), DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서, 에너지저장장치(50)의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계와, 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며 소정의 최소전압 이하이면 인버터(60)가 자동으로 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성된다.A method of operating a solar-based autonomous stand-alone microgrid system according to the present invention includes turning off a
이때, 충전중인 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압 이하이면 수동 운전모드로 진행하여 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하도록 하고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압을 초과하면 전력변환장치(40) 및 디젤 발전기(30)를 OFF 하여 자율 운전모드로 운전되도록 한다.At this time, if the voltage of the battery being charged is below the predetermined minimum voltage, the operation proceeds to the manual operation mode to turn on the
도 3은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다. 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 자율 운전모드를 시작하면(S100), 전력변환장치(40)는 OFF 하고, 태양광 발전(10)과 에너지저장장치(50)와 DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)는 운전을 시작하여 배터리의 충전을 진행하게 된다(S110). FIG. 3 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for operating a solar-based autonomous stand-alone microgrid system according to the present invention. 3, when the autonomous operation mode is started (S100), the
이후에 SOC가 소정 최소전압인 720V 이하인지 계속 판단하도록 하는데(S120), 이때 720V를 초과한 상태이면 다시 SOC가 소정 최대전압인 800V 이상인지를 판단하고(S130), 800V 이상인 경우에는 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 자동으로 정지되고(S140), 800V에 도달하지 않은 경우에는 충전을 계속 진행하도록 상기 (S120) 단계를 수행하게 된다. If it is determined that the SOC is equal to or higher than the predetermined maximum voltage of 800 V (S130), it is determined whether the SOC is greater than or equal to the predetermined minimum voltage (S 120) The operation of the
상기 (S140) 단계 이후에도 지속적으로 SOC가 800V 이상인지를 판단하도록 하여(S150), 800V 미만인 경우에는 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 운전을 시작하면서(S160) 상기 (S120) 단계를 수행하도록 하고, 800V 이상인 경우에는 상기 (S140) 단계를 수행하여 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 정지(대기)하도록 한다.In step S140, it is determined whether the SOC is 800 V or more continuously after step S140. If the DC voltage is less than 800 V, the DC-
한편, 상기 (S120) 단계에서 판단하여 SOC가 소정 최소전압인 720V 이하인 경우에는 인버터(60)의 운전이 자동으로 정지되고(S170) 수동 운전모드를 시작하게 된다(S200). 즉, 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 충전을 진행하게 된다(S210).If it is determined in step S120 that the SOC is less than or equal to the predetermined minimum voltage of 720 V, the operation of the
이후에, SOC가 720V 이하인지를 판단하도록 하는데(S220), 720V 이하인 경우에는 계속 수동 운전모드에서 충전을 진행하지만, 720V를 초과한 경우에는 수동 운전하고 있는 전력변환장치(40) 및 디젤 발전기(30)는 인버터(60)가 자율 운전모드로 자동으로 전환(S230)되는 것을 확인한 후 OFF 함으로써(S240) 수동 운전모드를 빠져나가게 되고, 다시 자율 운전모드인 (S110) 단계 이후를 진행하도록 한다.Thereafter, it is determined whether or not the SOC is 720 V or less (S220). When the SOC is 720 V or less, the charging is continued in the manual operation mode, The
한편, 인버터(60)는 자율 운전모드 및 수동 운전모드 모두에서 ON 상태를 유지하게 된다.On the other hand, the
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
10 : 태양광 발전
20 : DC-DC 컨버터(Converter)
30 : 디젤 발전기
40 : 전력변환장치(PCS)
50 : 에너지저장장치(ESS)
60 : 인버터(Inverter)
61 : 제1 스위치
62 : 제2 스위치
70 : 전력계(Power meter)
80 : 전력 부하
90 : 에너지관리시스템(EMS)10: Photovoltaic power generation 20: DC-DC converter (Converter)
30: Diesel generator 40: Power conversion device (PCS)
50: Energy storage device (ESS) 60: Inverter
61: first switch 62: second switch
70: Power meter 80: Power load
90: Energy Management System (EMS)
Claims (7)
태양광 발전(10),
벅-부스트 기능을 구비하고 상기 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(20),
수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기(30),
상기 디젤 발전기(30)에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치(40),
배터리를 구비하고 상기 DC-DC 컨버터(20) 및 상기 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치(50),
상기 에너지저장장치(50)의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 인버터(60), 및
상기 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계(70)를 포함하여 구성되며,
상기 전력변환장치(40)를 OFF 하고 상기 태양광 발전(10)을 작동 ON 하며, 상기 에너지저장장치(50)와 상기 DC-DC 컨버터(20) 및 상기 인버터(60)를 ON 한 상태에서 상기 에너지저장장치(50)의 상기 배터리를 충전하도록 하며, 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터(60)가 자동으로 상기 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
In a solar-based autonomous stand-alone microgrid system,
Solar power generation (10),
A DC-DC converter 20 having a buck-boost function for level-converting and outputting the DC power supplied from the photovoltaic power generator 10,
One or more manually operated diesel generators 30,
A power converter 40 for converting AC power supplied by the diesel generator 30 into DC power,
An energy storage device 50 having a battery and storing the DC power supplied from the DC-DC converter 20 and the power conversion device 40,
An inverter 60 for converting the DC power of the energy storage device 50 into AC power and providing it to the power load 80,
And a wattmeter (70) for sensing and measuring the amount of power provided to the power load (80)
The power conversion apparatus 40 is turned off and the solar power generator 10 is turned on so that the energy storage device 50, the DC-DC converter 20, and the inverter 60 are turned on, The DC-DC converter 20 automatically stops charging when the voltage of the battery is higher than a predetermined maximum voltage, and if the voltage of the battery is lower than a predetermined minimum voltage, 60) automatically stops supplying power to the power load (80).
상기 DC-DC 컨버터(20), 상기 에너지저장장치(50), 상기 전력변환장치(40)의 출력측, 상기 인버터(60)의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 상기 디젤 발전기(30), 상기 전력변환장치(40)의 입력측, 및 상기 인버터(60)의 출력측은 AC 링크에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
The method according to claim 1,
The output side of the DC-DC converter 20, the energy storage device 50, the power conversion device 40 and the input side of the inverter 60 are connected to a DC link, and the diesel generator 30, Wherein the input side of the inverter (40) and the output side of the inverter (60) are connected to an AC link.
부하의 사용이 없는 주간에, 상기 태양광 발전(10)이 정상 발전하여 상기 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하는 충전모드;
상기 태양광 발전(10)이 정상 발전하지 않는 야간에, 상기 에너지저장장치(50)의 배터리 전압이 소정 최소전압 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드;
부하의 사용이 있는 주간에, 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드;
야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 상기 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 상기 인버터(60)가 운전되지 않는 경우에, 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드; 및
상기 디젤 발전기(30)를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에, 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드;로 각각 운전되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
The method according to claim 1,
A charging mode in which the photovoltaic generator 10 normally generates electricity to charge the battery of the energy storage device 50 during a day in which no load is used;
A discharge mode in which the battery voltage of the energy storage device (50) is used as a load at a time when the solar battery (10) does not normally generate, unless the battery voltage of the energy storage device (50) falls below a predetermined minimum voltage;
A charging / discharging mode in which the charging mode and the discharging mode are simultaneously performed during a day in which a load is used;
When the battery is discharged due to shortage of solar power generation due to rainfall during nighttime or when the sun does not float for several days, or when the inverter 60 is not operated for protecting the energy storage device 50, the diesel generator 30 A manual charging mode in which the power converter 40 is turned ON to charge the battery; And
And a manual charge / discharge mode in which the manual charge mode and the discharge mode are simultaneously performed when the battery needs to be charged while charging the battery through the diesel generator (30). Based autonomous stand - alone microgrid system.
상기 인버터(60)는 상기 디젤 발전기(30)의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결되어 상기 에너지저장장치(50)의 전력이 상기 인버터(60)를 거쳐 상기 전력 부하(80)에 공급되며, 상기 디젤 발전기(30)가 가동되는 수동 운전모드에서는 상기 제1 스위치(61)가 연결된 상태에서 상기 에너지저장장치(50)의 충전 및 상기 전력 부하(80)로의 전력 공급이 이루어지나, 상기 에너지저장장치(50)에 전력이 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 상기 전력 부하(80)로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 상기 제1 스위치(61)에서 제2 스위치(62)로 전환 연결됨으로써 상기 인버터(60)를 거치지 않고 상기 디젤 발전기(30)를 통해 상기 전력 부하(80)에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
The method according to claim 1,
In the autonomous operation mode in which the diesel generator 30 is stopped, the first switch 61 is connected to the inverter 60 so that the power of the energy storage device 50 is transmitted to the power load In the manual operation mode in which the diesel generator 30 is operated, the charging of the energy storage device 50 and the power supply to the power load 80 in the state where the first switch 61 is connected When it is desired to supply power to the power load 80 promptly before power is sufficiently stored in the energy storage device 50 and is switched to the autonomous operation mode, the power is supplied from the first switch 61 to the second switch 61 manually Switchable to a switch (62) to supply power to the power load (80) via the diesel generator (30) without going through the inverter (60) Lead system.
상기 인버터(60)를 거치지 않고 상기 디젤 발전기(30)를 통해 상기 전력 부하(80)에 전력을 공급하는 경우에도 상기 전력변환장치(40)를 통해 상기 에너지저장장치(50)의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 상기 제2 스위치(62)에서 상기 제1 스위치(61)로 자동으로 전환 복귀됨으로써 상기 자율 운전모드를 준비하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
The method of claim 4,
The charging of the energy storage device 50 is continued through the power conversion device 40 even when power is supplied to the power load 80 through the diesel generator 30 without passing through the inverter 60 And when the voltage of the battery reaches a predetermined minimum voltage or more, the second switch (62) is automatically switched back to the first switch (61) to prepare the autonomous operation mode Autonomous stand-alone microgrid system.
청구항 1의 태양광 발전(10), DC-DC 컨버터(20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40), 에너지저장장치(50), 인버터(60), 및 전력계(70)를 포함하며,
자율 운전모드 시작에 따라 상기 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 상기 태양광 발전(10)과 상기 DC-DC 컨버터(20)와 상기 에너지저장장치(50) 및 상기 인버터(60)를 ON 한 상태에서, 상기 에너지저장장치(50)의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계; 및
상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터(60)가 자동으로 상기 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법.
A method of operating a solar-based autonomous stand-alone microgrid system,
The solar power generator 10, the DC-DC converter 20, the diesel generator 30, the power conversion device 40, the energy storage device 50, the inverter 60, and the power meter 70 In addition,
The power conversion apparatus 40 is turned off according to the start of the autonomous operation mode and the solar battery 10, the DC-DC converter 20, the energy storage device 50 and the inverter 60 are turned on Charging the battery of the energy storage device (50) until a predetermined maximum voltage is reached; And
The DC-DC converter 20 automatically stops charging if the voltage of the battery is higher than a predetermined maximum voltage, and when the voltage of the battery is below a predetermined minimum voltage, the inverter 60 automatically supplies power to the power load 80 The method comprising the steps of: (a) providing a microgrid system having an autonomous microgrid system;
충전중인 상기 배터리의 전압이 소정의 상기 최소전압 이하이면 수동 운전모드로 진행하여, 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 ON 하여 상기 배터리를 충전하도록 하고,
상기 배터리의 전압이 소정의 상기 최소전압을 초과하면 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 OFF 하여, 상기 자율 운전모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법.
The method of claim 6,
If the voltage of the battery being charged is below the predetermined minimum voltage, the operation proceeds to the manual operation mode to turn on the diesel generator (30) and the power converter (40) to charge the battery,
Wherein the diesel generator (30) and the power converter (40) are turned off when the voltage of the battery exceeds a predetermined minimum voltage to operate in the autonomous operation mode. How the system operates.
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