KR101197040B1 - Weather-Load Simulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터에 관한 것으로, 실측된 기상정보(온도, 일사량, 풍속을 포함함)와 부하정보(전력, 전압 및 전류를 포함함)를 일정 주기(T)로 샘플링하고 상기 샘플링된 정보를 시험 시뮬레이터(풍력 시뮬레이터, 태양전지 시뮬레이터, 부하 시뮬레이터 및 EMS를 포함함)로 출력하는 신호처리 프로세서를 포함하여 구성함으로써, 시험 시뮬레이터에 실제 운영 조건과 동일한 수준의 기상정보와 부하정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
기상-부하 시뮬레이터, 신호처리 프로세서, 메모리, 리얼타임 클럭, 통신포트, A/D 변환부, D/A 변환부, 외부 센서, 시험 시뮬레이터, 입력용 컴퓨터
The present invention relates to a weather-load simulator for simulating a device under test. And a signal processing processor for sampling and outputting the sampled information to a test simulator (including wind power simulator, solar cell simulator, load simulator, and EMS). It is effective to provide load information.
Weather-load simulator, signal processor, memory, real-time clock, communication port, A / D converter, D / A converter, external sensor, test simulator, input computer
Description
본 발명은 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 시뮬레이터, 태양전지 시뮬레이터, 부하 시뮬레이터 및 마이크로그리드용 에너지관리시스템(Energy Management System, EMS)을 포함하는 시험 시뮬레이터에 대해 실제 운영 조건과 동일한 수준의 기상조건과 부하조건을 제공하는 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a weather-load simulator for simulating a device under test, and more particularly, to a test simulator including a wind simulator, a solar cell simulator, a load simulator, and an energy management system (EMS) for microgrids. A weather-load simulator for simulating equipment under test that provides weather and loading conditions at the same level as actual operating conditions.
태양광 발전이나 풍력발전에서 사용되는 전력변환장치(Power Conditioning System, 이하 'PCS'라 한다)의 시험장치는 각각 주어진 일사량과 풍속조건에서 최대출력을 내기 위한 기능 즉, 소위 최대출력점추종제어(Maximum Power Tracking, 이하 'MPPT'라 한다) 기능이 에너지의 이용 효율 측면에서 중요한 기능을 차지한다. 그러나 제품의 개발과 시험 과정에서 다양한 일사량 및 풍속 조건 하에서 실제로 시험하는 것을 매우 어렵고 장시간이 소요되는 과정이다. 따라서 태양광 발전용 PCS는 태양전지 어레이의 전압-전류 특성을 구현한 직류전원장치인 태양전지 시뮬레이터를 사용하거나 또는 단순한 직류 전원장치를 사용한 간이시험을 하고 있다.또한, 풍력 발전기의 경우에도 전동기로 구동되는 발전기(통상 'M-G Set'라 한다) 를 이용하여 풍력터빈을 모의로 시험하고 있다.The test equipment of the power conditioning system (PCS) used in solar power or wind power generation is a function for producing the maximum power under a given solar radiation and wind speed conditions, that is, the so-called maximum power point tracking control ( Maximum Power Tracking (hereinafter referred to as 'MPPT') is an important function in terms of energy use efficiency. However, during the development and testing of the product, it is very difficult and time consuming to actually test under various insolation and wind speed conditions. Therefore, the PCS for photovoltaic power generation uses a solar cell simulator, which is a direct current power supply that realizes the voltage-current characteristics of the solar cell array, or performs a simple test using a simple direct current power supply. Wind turbines are simulated using a generator (commonly called a MG set).
또한, 태양광, 풍력, 지열, 소수력 등의 신재생에너지와 가스엔진 열병합발전 등 분산전원, 축전기 등의 에너지저장장치 등으로 구성되는 새로운 전력망인 마이크로그리드(Microgrid) 시스템은 내부에 다양한 에너지원과 에너지저장장치 및 부하 장치들을 보유하고 있고, 이들을 통합적으로 관리, 감시, 제어하기 위해 에너지관리시스템(Energy Management System, 이하 'EMS'라 한다)을 설치 운용하게 된다. 상기 EMS는 통상 주어진 기상조건에 있어서의 태양광, 풍력 등 분산발전기의 발전량과 열 및 전력 부하를 최적으로 운영하는 목적으로 설치되며 가스엔진발전기 등 제어가능한 발전원들의 기동정지계획, 최적운영을 위한 발전기의 출력 설정치를 결정하는 경제급전, 부하 및 발전의 예측 등 다양한 기능들을 수행한다. 따라서, 상기 EMS를 개발, 시험하기 위해서는 상기 EMS 내에 별도의 기상과 부하에 대한 가상 데이터를 입력하여 모의로 시험하는 방법이 사용되고 있다.In addition, the microgrid system, which is a new power grid composed of renewable energy such as solar, wind, geothermal and hydropower, and energy storage devices such as cogeneration and gas engine cogeneration, has a variety of energy sources. It has energy storage devices and load devices, and installs and operates an energy management system (EMS) to manage, monitor and control them collectively. The EMS is generally installed for the purpose of optimally operating the power generation and heat and power loads of distributed generators such as solar and wind under given weather conditions, and for starting and stopping operation and optimal operation of controllable power sources such as gas engine generators. It performs various functions such as economic power supply, load and power generation forecasting which determine the output set point of the generator. Therefore, in order to develop and test the EMS, a simulated test is performed by inputting virtual data on a separate weather and load in the EMS.
그러나, 종래 기술에 따른 상기 태양광 발전용 PCS와 풍력 발전기에 대한 모의 시험의 경우, 여전히 실제의 일사량 또는 풍속의 변동 조건을 구현하는 것은 매우 어려운 문제가 있다. 특히, 풍속 모델의 경우는 단순화된 수학적 모델을 사용하거나 일사량의 경우는 임의적으로 일사량을 시뮬레이터에 입력하여 사용하고 있으나, 이 또한 시간과 주위 조건에 따라 변하는 기상상태를 반영하지 못하고 따라서 완전한 기능을 시험할 수 없는 문제가 있다.However, in the case of the simulation test of the PCS and the wind generator for photovoltaic power generation according to the prior art, there is still a very difficult problem to implement the actual solar radiation or fluctuation conditions of the wind speed. In particular, in the case of wind speed model, a simplified mathematical model is used, or in the case of solar radiation, the solar radiation is randomly input to the simulator, but this also does not reflect the weather conditions that change according to time and ambient conditions, and thus tests the complete function. There is a problem that cannot be done.
또한, 종래 기술에 따른 상기 EMS의 개발 시험을 위한 경우에서도, 실제로 상기 마이크로그리드 및 EMS가 설치될 지역의 기상 특성과 수용가의 열 및 전력 부 하특성을 실시간으로 반영하기 어렵고 효과의 사전분석이 어려운 문제가 있다. 뿐만 아니라, 실제 적용지에서의 엔지니어링 시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.In addition, even in the case of the development test of the EMS according to the prior art, it is difficult to reflect in real time the meteorological characteristics of the area where the microgrid and the EMS will be installed and the heat and power load characteristics of the customer in real time and difficult to pre-analyze the effect. there is a problem. In addition, there is a problem of excessive engineering time in actual application.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 마이크로그리드(Microgrid)용 EMS(Energy Management System), 풍력 시뮬레이터, 태양전지 시뮬레이터 및 부하 시뮬레이터를 포함하는 시험 시뮬레이터(530)의 개발 및/또는 시험에 있어서 실제의 운전 조건인 기상 및 부하 조건과 동일한 수준의 기상정보 및 부하정보를 제공할 수 있도록 하는 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and the development and / or development of a
또한, 본 발명의 다른 목적은 EMS의 설치 및 운용을 위한 현장에서의 엔지니어링 및 적용 시간을 최소화할 수 있도록 하는 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a simulated weather-load simulator for the EUT to minimize the engineering and application time in the field for the installation and operation of the EMS.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 마이크로그리드 시스템이 설치될 수용가의 경제적인 이익이나 투자회수기간 등을 정확하게 모의 할 수 있도록 하는 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a weather-load simulator for simulating the device under test, which can accurately simulate the economic benefit or payback period of the customer to be installed the microgrid system.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 풍력 시뮬레이터, 태양전지 시뮬레이터 및 부하 시뮬레이터 등의 시험 시뮬레이터에 대해 실제적이고 다양한 신재생에너지원 및 부하를 모의할 수 있도록 하는 피험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a weather-load simulator for simulating a test apparatus that can simulate a variety of new and renewable energy sources and loads for test simulators such as wind simulators, solar cell simulators and load simulators. There is.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터는, 실측된 온도, 일사량 및 풍속을 포함하는 기상정보와, 전력, 전압 및 전류를 포함하는 부하정보를 일정 주기(T)로 샘플링하고 상기 샘플링된 정보를 시험 시뮬레이터(풍력 시뮬레이터, 태양전지 시뮬레이터, 부하 시뮬레이터 및 EMS를 포함함)로 출력하는 신호처리 프로세서를 포함한다. In order to solve the above technical problem, the simulated weather-load simulator according to the present invention includes a predetermined period of weather information including measured temperature, insolation and wind speed, and load information including power, voltage, and current. And a signal processing processor for sampling to (T) and outputting the sampled information to a test simulator (including wind power simulator, solar cell simulator, load simulator, and EMS).
상기 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터는, 상기 신호처리 프로세서에서 샘플링된 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고 상기 메모리에 저장된 상기 샘플링된 정보를 상기 시험 시뮬레이터로 출력할 수 있다. The apparatus for simulated weather-load simulator may further include a memory configured to store information sampled by the signal processing processor, and output the sampled information stored in the memory to the test simulator.
여기서 상기 기상정보와 부하정보는, 일사량 측정센서, 온도 측정센서, 풍속 측정센서 및 전력 또는 전압/전류 측정센서를 포함하는 외부센서에서 계측되어 상기 신호처리 프로세서로 입력될 수 있다. The weather information and load information may be measured by an external sensor including an insolation measurement sensor, a temperature measurement sensor, a wind speed measurement sensor, and a power or voltage / current measurement sensor and input to the signal processing processor.
또한 상기 기상-부하 시뮬레이터는, 상기 신호처리 프로세서에 상기 일정 주기(T)에 대한 기준 시간을 제공하는 리얼타임 클럭을 더 포함할 수 있다. The wake-up simulator may further include a real-time clock for providing a reference time for the predetermined period T to the signal processing processor.
또한 상기 기상-부하 시뮬레이터는, 상기 외부센서에서 출력된 기상정보와 부하정보를 디지털 신호로 변환하여 상기 신호처리 프로세서로 입력하는 A/D 변환부를 더 포함할 수도 있다. The weather-load simulator may further include an A / D converter configured to convert weather information and load information output from the external sensor into digital signals and input them to the signal processing processor.
여기서 상기 기상-부하 시뮬레이터는, 아날로그 출력 채널인 D/A 변환부와 디지털 출력 채널인 통신포트를 각각 1개 이상씩 포함하여, 상기 신호처리 프로세서에서 샘플링된 정보를 상기 시험 시뮬레이터로 출력할 수 있다.Here, the weather-load simulator may include one or more D / A converters, which are analog output channels, and one or more communication ports, which are digital output channels, to output information sampled by the signal processor to the test simulator. .
또한, 상기 기상-부하 시뮬레이터는, 기측정된 특정 지역의 온도 및 일사량 또는 풍속을 포함한 기상 데이터와 부하의 전기 사용량을 포함한 부하 데이터를 저장하고, 상기 신호처리 프로세서에서 샘플링된 정보를 상기 통신포트를 통해 입력받아 저장하며, 상기 저장된 데이터 및 정보를 상기 통신포트 또는 상기 D/A 변환부를 통해 출력하는 입력용 컴퓨터를 더 포함할 수 있다. In addition, the weather-load simulator stores weather data including temperature and insolation or wind speed of a specific measured area and load data including electricity usage of a load, and stores information sampled by the signal processing processor in the communication port. The computer may further include an input computer configured to receive and store the received data and information through the communication port or the D / A converter.
상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터는 태양광 및 풍력 발전용 PCS와 마이크로그리드 시스템용 EMS에 실제의 운전 조건과 동일한 수준의 기상정보와 부하정보를 실시간으로 발생시켜 태양광 및 풍력 발전용 PCS와 마이크로그리드 시스템용 EMS의 성능시험 및 개발 기간을 단축하고, 최적의 기능을 구현할 수 있는 효과가 있다.The weather-load simulator for simulating the apparatus under test according to the present invention having the above-described configuration generates the weather information and load information of the same level as the actual operating conditions in real time in PCS for solar and wind power generation and EMS for microgrid systems. It can shorten the performance test and development period of PCS for photovoltaic and wind power generation and EMS for microgrid system and realize the optimal function.
또한, EMS의 설치 및 운용을 위한 현장에서의 엔지니어링 및 적용 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can minimize the engineering and application time in the field for the installation and operation of the EMS.
덧붙여, 마이크로그리드 시스템용 EMS가 설치될 수용가의 경제적 이익이나 투자회수기간 등을 미리 모의할 수 있고 사전의 경제성 평가도구로 활용될 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to simulate in advance the economic benefits and the payback period of the customer to which the EMS for the microgrid system will be installed, and it can be used as a preliminary economic evaluation tool.
게다가, 태양전지 시뮬레이터, 풍력 시뮬레이터, 부하 시뮬레이터 등에 대해 실제적이고 다양한 신재생에너지원 및 부하를 모의할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can simulate a variety of real and renewable energy sources and loads for solar cell simulators, wind simulators, load simulators and the like.
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. 또한 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 본 발명의 실시예를 설명할 때 동일한 기능 및 작용을 하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하기로 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. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals will be used for components having the same functions and functions when describing the embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 마이크로그리드(Microgrid)용 EMS(Energy Management System), 풍력 시뮬레이터, 태양전지 시뮬레이터 및 부하 시뮬레이터를 포함하는 시험 시뮬레이터(530)의 개발과 시험을 위한 온도, 일사량, 풍속 등을 포함한 기상정보와 열 및 전력의 사용량 등을 포함하는 부하정보를 실시간으로 발생하여 상기 시험 시뮬레이터(530)로 인가함으로써, 효율적이고 수월하게 상기 시험 시뮬레이터를 개발하고 시험하기 위한 피시험장치(550) 모의용 기상-부하 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention provides weather information including temperature, insolation, wind speed, and the like for the development and testing of a
먼저, 상기 피시험장치(550)에 해당하는 태양전지와 풍력발전기의 상기 기상정보에 대한 부하특성곡선에 대해 설명한다.First, the load characteristic curve for the weather information of the solar cell and the wind power generator corresponding to the apparatus under
상기 태양전지에 대한 상기 기상정보와 부하정보 관계를 나타내는 특성곡선으로서, 도 1a는 전압-전류의 온도의존성을 나타내고, 도 1b는 동일온도에서의 일사량에 따른 전압-전류 특성을 나타내며, 도 1c는 동일온도에서의 일사량에 따른 전압-출력 특성을 나타내는 특성곡선이다.As a characteristic curve representing the relationship between the meteorological information and the load information of the solar cell, FIG. 1A shows a temperature dependency of voltage-current, FIG. 1B shows a voltage-current characteristic according to the amount of insolation at the same temperature, and FIG. Characteristic curve showing the voltage-output characteristic according to the amount of insolation at the same temperature.
상기 태양전지의 전압-전류 특성은 도 1a에서 나타내는 바와 같이, 주위 온도가 고온(100)일 때와 저온(20)일 때 다르게 나타낸다. 즉, 고온(10)일 수록 전압은 감소하고 전류는 증가하며, 저온(20)일 수록 전압은 증가하고 전류는 감소하는 특성을 갖는다.As shown in FIG. 1A, the voltage-current characteristics of the solar cell are different when the ambient temperature is the
상기 태양전지의 동일온도(예컨대, 섭씨 25도)에 따른 전압-전류 특성과 전압-출력 특성은, 도 1b와 도 1c에서 나타내는 바와 같이 일사량에 따라 각각 다르게 나타낸다. 특히, 동일온도에서의 최대출력점(50)은 일사량의 증가에 따라 도 1c에서와 같이 변하게 된다.Voltage-current characteristics and voltage-output characteristics according to the same temperature (eg, 25 degrees Celsius) of the solar cell are different from each other depending on the amount of insolation, as shown in FIGS. 1B and 1C. In particular, the
상기 풍력 발전기에 대한 상기 기상정보와 부하정보 관계를 나타내는 특성곡선으로서, 도 2는 풍속의 크기(예컨대, V1 < V2 < V3)에 따라 변하는 풍력 발전기의 출력-터빈속도의 특성을 나타낸다. 즉, 상기 풍속이 낮은 경우(V1 곡선), 중간 속도인 경우(V2 곡선), 정격속도인 경우(V3 곡선)에 따라 최대 출력점(70)이 변하게 되고, 상기 출력(P)도 동일한 풍속의 조건에서 상기 터빈의 회전속도(ω)에 따라 달라지는 특성을 있다.As a characteristic curve representing the relationship between the meteorological information and the load information of the wind generator, FIG. 2 shows a characteristic of the output-turbine speed of the wind generator that varies according to the magnitude of the wind speed (for example, V1 <V2 <V3). That is, when the wind speed is low (V1 curve), at the intermediate speed (V2 curve), at the rated speed (V3 curve), the
도 3 내지 도 6은 상기 시험 시뮬레이터(530)의 구성 내지 작동 원리를 나타낸다.3 to 6 show the construction or operation principle of the
상기 마이크로그리드의 시스템은 도 3에서 도시하는 바와 같이, 3개의 네트워크 즉, 열 공급망(110), 전력 공급망(120) 및 통신망(160)을 구비한다. 또한, 상기 마이크로그리드 내부에는 부하(130), 분산발전기(140) 및 에너지 저장장치(150) 를 구비하고, 상기 각 구성들은 상기 통신망(160)을 통해 상기 시험 시뮬레이터(530)인 에너지관리시스템(EMS, 200)에 연결되어 통합적으로 관리, 감시 및 제어된다. As shown in FIG. 3, the microgrid system includes three networks, that is, a
상기 마이크로그리드는 상용의 전력망(180)에 연계되어 운전될 수 있으며, 정전 등으로 인하여 상기 상용 전력망(180)에 전원이 없는 경우는 독립적으로 상기 부하(130)에 전력 및/또는 열을 공급할 수 있다.The microgrid may be operated in connection with a
상기 마이크로그리드의 에너지관리시스템(EMS, 200)은 상기 마이크로그리드 내의 부하(130) 정보인 열 및/또는 전력과 태양광, 풍력, 연료전지 등의 상기 분산발전(140)의 발전량 정보와 상기 에너지 저장장치(150)의 상태정보 등을 통하여 수용가의 에너지 비용 최소화나 상기 상용 전력망(180)으로부터의 구입전력의 적정화 내지 최대치 억제 등의 경제적인 운용을 위하여 상기 분산발전(140) 및 에너지 저장장치(150)를 제어하는 기기이다.The energy management system (EMS) 200 of the microgrid includes heat and / or power, which is information of the
도 4는 상기 마이크로그리드용 에너지관리시스템(EMS, 200)의 기능과 흐름을 나타내는 기능 흐름도이다.4 is a functional flowchart showing the function and flow of the microgrid energy management system (EMS) 200.
상기 마이크로그리드를 운전하기 위해서 상기 에너지관리시스템(EMS, 200)은 먼저 발전계획(210)을 수립하게 된다. 상기 발전계획(210)을 수립하기 위한 입력은 크게 발전량-부하 예측 정보(220)와 운전 제약조건(230)으로 구분될 수 있다. 상기 발전량-부하 예측 정보(220)는 발전량 예측(221), 부하 예측(222) 및 열부하 예측(223)을 포함하고, 상기 운전 제약조건(230)은 거래조건 등을 포함한 제도적 조건(231), 전력요금과 (가스 등의)연료비와 유지비용 등을 포함한 가격정보 즉, Cost Factor(232)와 운전비용 최소화 내지 온난화가스배출 최소화 등의 목표치(Target:비용, 233)와 각종 기술적 제약조건(234)이 고려된다.In order to operate the microgrid, the energy management system (EMS) 200 first establishes a
이때, 상기 분산전원의 발전량 예측(221)은 기상예측정보(240)에 따라 풍속, 온도, 일사량 등의 기상정보로부터 발전량을 예측하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 기상예측정보(240)에 따라 상기 전력 부하 예측(222) 및 열부하 예측(223)이 가능하게 된다. 한편, 상기 부하 예측(222)과 열부하 예측(223)은 기존의 부하 및/또는 열수요 등에 대한 운전 데이터를 저장한 기존 운전 DB(241) 및 주간/월간 운전 데이터를 저장한 주간/월간 운전 DB를 활용할 수도 있다.At this time, the
다음은, 수립된 상기 발전계획(210)에 따라 상기 각 마이크로그리드의 구성 기기(100)에 대한 운전계획(250)이 수립되어야 한다. 상기 운전계획(250)은 상기 부하 예측(222)과 열부하 예측(223)에 따라 최적의 에너지를 목표치에 따라 공급하기 위하여 시간대별로 기기의 기동 및/또는 정지, 운전설정치 등을 결정하는 것을 의미한다.Next, the
이때, 실제 운전과정에 있어서 부하와 발전량은 예측치와 다르게 되는 불일치가 발생 되므로, 이를 보상하기 위한 조치가 취해져야만 한다. 예측불확도 보상(251)은 상기의 불일치를 보상하기 위하여 상기 운전계획(250)에서 제시된 설정치와 수집된 실제의 운전계측 데이터(252)를 비교하여 기동 및/또는 정지, 설정치를 수정하는 것을 의미한다. 이때 상기 수집된 계측 데이터(252)는 상기 마이크로그리드 구성기기(100)들과 에너지관리시스템(EMS, 200) 사이에 연계된 통신망(160)을 이용하게 된다.At this time, inconsistencies in the load and power generation that are different from the predicted values in the actual operation process occur, so measures must be taken to compensate for this.
또한, 실제의 상기 마이크로그리드 운전에 있어서는 전력품질의 보상이나 출력의 제어 등 운전모드에 따른 부가기능(260)들이 추가될 수 있으며, 상기 부가기능들을 반영하여 운전명령(270)을 상기 마이크로그리드 구성기기(100)에 상기 통신망을 통해 전송하게 된다.In addition, in actual microgrid operation,
상기와 같은 상기 마이크로그리드 운전 방법에 있어서, 상기 기상예측정보(240)의 입력이 가장 중요한 발전계획 수립의 조건이 된다.In the microgrid operation method as described above, the input of the
도 5는 상기 시험 시뮬레이터(530)의 일 예인 태양전지 시뮬레이터의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a solar cell simulator that is an example of the
이하는 상기 태양전지 시뮬레이터의 구성/작동원리에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration / operation principle of the solar cell simulator will be described with reference to FIG. 5.
상기 태양전지 시뮬레이터는 주변 온도 및/또는 일사량 조건에 따른 태양전지의 전압-전류 특성(도 1b 참조)을 실제의 전압-전류 특성으로 변환해 주는 전원장치이다.The solar cell simulator is a power supply device that converts the voltage-current characteristics (see FIG. 1B) of the solar cells according to ambient temperature and / or solar radiation conditions into actual voltage-current characteristics.
상기 주변 온도 및/또는 일사량 조건 등의 파라미터는 사용자가 임의로 파라미터 입력부(330)에 입력 내지 수정이 가능하도록 되어 있어 피시험장치(550)가 되는 태양광발전용 전력변환장치(PCS)의 시험을 용이하도록 도와준다. 이때, 실제 태양전지를 사용하여 시험을 진행할 수도 있지만 설치비용, 일사량의 자연 의존성 등 시간과 비용상의 문제가 발생하게 된다.Parameters such as ambient temperature and / or solar radiation conditions can be input or modified by the user arbitrarily in the
상기 태양전지의 전압-전류 특성(도 1b 참조)은 직류이므로, 먼저 교류전원(300)을 정류기(311)를 통해 정류하여 직류로 변환하고, 상기 정류된 직류의 맥 동분을 줄이기 위해 제1 캐패시터(312)를 상기 정류기(311)와 병렬로 설치한다. 상기 제1 캐패시터(312)에 의해 평활된 직류는, 상기 정류기(311) 및 제1 캐패시터(312)에 병렬로 연결된 전력용 반도체 스위치(313)에 의해 출력되는 전압(Vo) 및 전류(Io)를 제어하게 된다.Since the voltage-current characteristic of the solar cell (see FIG. 1B) is DC, first, the
상기 출력전압(Vo) 및 출력전류(Io)는 각각의 전압 및 전류센서로 검출되어 제어기(320)로 입력된다. 상기 제어기(320)는 입력된 상기 출력전압(Vo)을 이용하여 상기 태양전지의 전압-전류 특성곡선(도 1b 참조)로부터 출력전류명령을 결정하게 되고, 검출된 출력전류(Io)가 상기 출력전류명령과 같아지도록 전류제어부(321)에서 전류 제어를 하게 된다. 이때, 상기 전류 제어부(321)의 출력은 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM)(322)를 통하여 상기 스위치(313)를 온(On) 및/또는 오프(Off)함으로써 실제 전류를 출력하게 된다.The output voltage Vo and output current Io are detected by respective voltage and current sensors and input to the
이때, 상기 스위치(313)의 온오프에 의한 상기 출력전압(Vo)의 맥동은 리액터(315)와 제2 캐패시터(316)로 구성된 필터로 평활하게 된다. 또한, 상기 리액터(315) 전단의 전류센서(314)는 상기 스위치(313)의 과전류 보호용으로 사용된다.At this time, the pulsation of the output voltage Vo by the on / off of the
도 6은 상기 시험 시뮬레이터의 다른 예인 풍력터빈 시뮬레이터의 구성에 대한 예시도이다.Figure 6 is an illustration of the configuration of a wind turbine simulator which is another example of the test simulator.
이하는 상기 풍력터빈 시뮬레이터의 구성/작동 원리에 대해 도 6을 참조하며 설명한다.Hereinafter, the configuration / operation principle of the wind turbine simulator will be described with reference to FIG. 6.
상기 풍력터빈 시뮬레이터의 구성은 기본적으로 풍력터빈 대신에 인버터(480)로 구동되는 가변속 전동기(410)와 축을 직결한 풍력 발전기(420)가 사용된 다. 이때, 상기 가변속 전동기(410)와 풍력 발전기(420)를 직결한 축 상에는 속도를 검출하는 속도검출 센서(430)가 설치된다.In the configuration of the wind turbine simulator, instead of the wind turbine, a variable speed
상기 풍력 발전기(420)는 가변속되는 전동기(410)의 기계적인 축동력을 전력으로 변환하게 되는데, 영구자석형 풍력 발전기(420)를 사용할 경우 상기 풍력 발전기(420)의 출력전압 및 주파수는 회전수에 직접적으로 비례하기 때문에 상기 풍력 발전기(420)의 출력을 직접 전력계통의 전원(490)에 연결할 수 없게 된다. 따라서, 계통연계를 위한 전력변환장치(PCS, 440)가 사용된다.The
상기 전력변환장치(PCS, 440)는 3상 브리지형의 제1 컨버터(441)와 제2 컨버터(442)를 직렬 연결한 구조로 구성된다. 이때, 상기 풍력 발전기 측 컨버터인 제1 컨버터(441)는 상기 풍력 발전기(420)의 교류전압을 정류하는 기능을 수행하고, 상기 전원(490) 측의 컨버터인 제2 컨버터(442)는 변환된 직류전력을 상기 전원(490)으로 연계하는 기능을 수행한다. 상기 제1 및 제2 컨버터(441, 442)는, 각각 입력 전압센서(443) 및 입력 전류센서(444)와 출력 전압센서(445) 및 출력 전류센서(446)를 설치하여 제어에 필요한 전류와 전압을 풍력발전용 PCS 제어기(447)로 전달하게 된다.The power converter (PCS) 440 has a structure in which a three-phase bridge type
상기 풍력발전용 PCS 제어기(447)는 최대출력을 추종하면서 필요한 제어를 수행하고 해당되는 컨버터(441, 442)에 펄스폭변조(PWM) 신호(448, 449)를 출력하게 된다. 또한, 상기 풍력발전용 PCS 제어기(447)는 상기 풍력 발전기(420)의 전기적인 출력(450)을 연산하여 풍력터빈 시뮬레이터 제어기로 전달(450)하게 된다.The wind
상기 풍력터빈 시뮬레이터 제어기(460)는 풍속 데이터를 파라미터 입력 부(470)로부터 입력받고 상기 속도검출 센서(430)로부터의 속도정보와 상기 전력변환장치(PCS, 440)로부터의 전기적 출력(450)을 이용하여 풍력터빈의 속도-출력 곡선(60)에 해당하는 출력을 연산하고 상기 구동 인버터(480)의 토오크 기준치(461)를 출력하여 상기 가변속 전동기(410)를 구동함으로써 실제의 풍력터빈과 동일한 속도-출력 특성을 얻게 된다.The wind
상기 시험 시뮬레이터(530)로서의 풍력터빈 시뮬레이터는 실제의 풍력터빈이 없이도 상기 풍력 발전기(420)의 측면에서 실제 터빈이 돌아가는 것과 동일한 운전이 가능하도록 한다. 단, 상기 풍력터빈 시뮬레이터 제어기(460)는 외부로부터 풍속 데이터를 상기 파라미터 입력부(470)로부터 입력받아야 실제의 풍속 조건과 동일하게 운전될 수 있으므로, 별도의 파라미터 입력 방법이 필요하게 된다.The wind turbine simulator as the
본 발명에 의한 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터는 실제의 온도, 일사량, 풍속을 포함하는 기상정보과 전력, 전압 및 전류를 포함하는 부하정보를 이용하여 특정 패턴을 추출하여 추출된 데이터를 상기 시험 시뮬레이터(530)로 출력함으로써, 마이크로그리드 EMS 등의 시험 시뮬레이터 개발과 기능 시험용으로서 실시간으로 다양한 패턴의 기상정보 및 부하정보를 제공하여 상기 시험 시뮬레이터 내에서 구현되는 최적화 프로그램의 성능을 평가할 수 있으며, 현장에서의 시행착오 및 엔지니어링 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.The simulated weather-load simulator for a device under test according to the present invention extracts a specific pattern using weather information including actual temperature, insolation, wind speed, and load information including power, voltage, and current. By outputting to the
도 7은 본 발명에 의한 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a weather-load simulator for simulating an apparatus under test according to the present invention.
이하는 본 발명의 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터에 대한 바람직한 실시예에 대해 도 7을 참고하며 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the vapor-load simulator for simulating the apparatus under test of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7.
본 발명의 기상-부하 시뮬레이터(510)는 신호처리 프로세서(511)를 중심으로 각종 주변기기들을 포함하며, 상기 주변기기에는 실측된 온도, 일사량, 풍속 등을 포함하는 기상정보와 전력, 전압 및 전류 등의 부하정보를 격납하는 메모리(512)가 포함된다.The weather-
즉, 실측된 상기 기상정보와 부하정보를 일정 주기(T)로 샘플링하여 상기 샘플링 정보를 상기 시험 시뮬레이터(530)로 출력하는 신호처리 프로세서를 포함한다.That is, it includes a signal processing processor for sampling the measured weather information and load information at a predetermined period (T) and outputs the sampling information to the
이때, 상기 기상-부하 시뮬레이터는 상기 일정한 주기로 샘플링된 기상정보와 부하정보를 격납하는 메모리(512)를 더 포함하며, 상기 메모리(512)에 격납된 정보는 상기 신호처리 프로세서(511)를 통해 상기 시험 시뮬레이터(530)로 출력된다.In this case, the weather-load simulator further includes a memory 512 for storing weather information and load information sampled at regular intervals, and the information stored in the memory 512 is stored through the
이때, 상기 기상정보와 부하정보는 외부 센서(520)로부터 출력되며, 상기 외부 센서(520)는 일사량 측정센서(521), 온도 측정센서(522), 풍속 측정센서(523) 및 전력 또는 전압/전류 측정센서(524) 등을 포함하여 특정지역 및 특정 시간대의 기상정보 및 부하정보를 수집하는 기능을 수행한다.At this time, the weather information and load information is output from the
이때, 상기 기상정보와 부하정보는 외부 센서(520)에서 실측된 데이터로서 신호처리부(514)에서 필터링 등을 거친 후, A/D 변환부(515)를 통해 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된 후 상기 신호처리 프로세서(511)로 입력된다.In this case, the weather information and the load information is filtered by the
또한, 상기 기상-부하 시뮬레이터는 신호처리 프로세서(511)와 연계된 리얼 타임 클럭(513)을 더 포함하고, 상기 리얼타임 클럭(513)은 상기 외부 센서(520)로부터 입력되는 기상정보와 부하정보가 일정한 주기(T)로 샘플링될 수 있도록 하는 기준 시간을 제공하는 기능을 수행한다.In addition, the weather-load simulator further includes a real time clock 513 associated with the
상기 기상-부하 시뮬레이터에서 샘플링된 정보는 통신포트(517) 또는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부를 통해 상기 시험 시뮬레이터(530)로 입력된다.The information sampled by the weather-load simulator is input to the
이때, 상기 통신포트(517)와 신호처리 프로세서(511) 사이에는 통신용 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 범용 비동기화 송수신기)(516)가 설치된다.At this time, a communication UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) 516 is installed between the communication port 517 and the
또한, 상기 신호처리 프로세서(511)와 D/A 변환부(519) 사이에는 상기 신호처리 프로세서(511)에서 샘플링된 정보를 기상정보와 부하정보를 절연하는 절연부(518)를 더 포함한다.The
즉, 상기 통신포트(517)는 상기 시험 시뮬레이터(530)로 상기 신호처리 프로세서(511)에서 샘플링된 기상정보와 부하정보를 전송하는 기능을 수행하며, 만일 상기 시험 시뮬레이터(530)가 통신을 지원하지 않는 경우에는 상기 D/A 변환부(519)를 통해 아날로그 신호 형태로 전송할 수도 있게 된다. 즉, 상기 기상-부하 시뮬레이터에서 상기 시험 시뮬레이터(530)로의 출력방식은 상기 시험 시뮬레이터(530)의 인터페이스 방식에 따라 상기 통신포트(517)를 이용하거나 상기 D/A 변환부(519)를 통한 아날로그 출력이 될 수 있다. 경우에 따라서는 상기 신호처리부(514)를 통해 입력된 데이터를 직접 D/A 변환부(519)를 통해 내보내면서 시험을 진행할 수도 있다.That is, the communication port 517 transmits weather information and load information sampled by the
도 8은 본 발명에 의한 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터가 풍력 시뮬레이터에 적용된 예시도이다.8 is an exemplary diagram in which the weather-load simulator for simulating the apparatus under test according to the present invention is applied to a wind power simulator.
이하는 도 8 및 도 6을 참조하며 본 발명의 기상-부하 시뮬레이터가 상기 풍력 시뮬레이터에 연계된 전체 구성 및 동작원리에 대해 설명한다.8 and 6, the overall configuration and operation principle of the weather-load simulator of the present invention linked to the wind simulator will be described.
도 6에서 설명한 상기 풍력터빈 시뮬레이터의 경우는, 시간적으로 변하는 풍속 데이터에 따라 풍력터빈의 회전속도를 가변하기 위해 상기 인버터(480)를 사용하여 가변속하게 되고, 상기 풍력터빈 시뮬레이터 제어기(460)는 내장된 터빈회전의 상기 속도-출력 특성곡선(60)에 따라 해당되는 상기 토오크 기준치(461)를 상기 인버터(480)로 전송하게 된다.In the case of the wind turbine simulator described in FIG. 6, the wind
이때, 상기 풍력터빈 시뮬레이터 제어기(460)는 입력으로서 상기 기상-부하 시뮬레이터(510)에서 샘플링된 풍속정보와 상기 속도검출 센서(430)에서 검출된 상기 전동기(410)의 회전속도정보 및 상기 전력변환장치(PCS, 440)에서 출력되는 상기 풍력 발전기(420)의 출력전력정보를 이용하게 된다.At this time, the wind
또한, 상기 기상-부하 시뮬레이터(510)는 미리 측정하여 저장된 실시간 풍속 데이터(512-1)를 상기 풍력터빈 시뮬레이터 제어기(460)로 전송하게 된다.In addition, the weather-
상기와 같은 구성을 통해 상기 풍력 발전기(420) 및 전력변환장치(PCS, 440)를 실제의 풍속 조건과 동일하게 시험할 수 있게 된다.Through the above configuration, the
도 9는 본 발명에 의한 피시험장치 모의용 기상-부하 시뮬레이터가 부하 시뮬레이터에 적용된 예시도이다.9 is an exemplary diagram in which the apparatus under test simulated weather-load simulator according to the present invention is applied to a load simulator.
이하는 도 9를 참조하며 본 발명의 기상-부하 시뮬레이터가 상기 부하 시뮬레이터(610)에 연계된 구성 및 동작원리에 대해 설명한다.Hereinafter, referring to FIG. 9, the configuration and operation principle of the weather-load simulator of the present invention linked to the
전자식 부하장치인 부하 시뮬레이터(610)는 피시험장치(550)의 전기적인 출력을 흡수하여 전력계통(620)으로 회생하는 방식의 전력변환장치이다.The
이때, 상기 피시험장치(550)의 출력이 교류 발전기처럼 교류인 경우에는 2개의 3상 브리지형 컨버터(611, 612)가 직렬 연결되어 사용되며, 그 중간에 필터용 캐패시터(613)가 설치된다.At this time, when the output of the device under
이때, 상기 컨버터(611, 612)의 좌우에는 각각 리액터-캐패시터로 구성된 제1 및 제2 필터(614, 615)가 설치되고, 상기 제1 필터(611)의 상기 피시험장치(550) 측에는 전압센서(616)와 전류센서(617)가 각각 설치된다.In this case, first and
부하 제어기(618)는 상기 2개의 컨버터(614, 615)의 전류를 제어하게 되는데 상기 피시험장치(550) 측의 컨버터(611)의 전류제어는 상기 피시험장치(550)에 인가되는 부하의 종류에 따라 유효 및 무효전류뿐만 아니라 비선형 부하전류로 제어할 수 있도록 설계된다. 또한, 상기 전력계통(620) 측의 컨버터(612)는 상기 피시험장치(550)로부터 회생된 전류로 인해 직류전압이 상승하게 되고 이를 일정한 수준으로 유지하기 위해 필요한 만큼의 전류를 상기 전력계통(620)으로 흘리게 되며, 일반적으로는 출력역률이 1이 되도록 제어하게 된다.The
상기 부하 시뮬레이터(610)는 일반적으로 상기 피시험장치(550)에 인가되는 유효전력 또는 무효전력의 기준치를 설정하는 것에 의해 운전되고 상기 기준치 값의 크기도 룩업 테이블 또는 램프함수의 형태로 시간에 따라 가변될 수 있도록 되 어 있는 경우가 많다. 그러나 상술한 상기 마이크로그리드처럼 복잡한 부하가 동시에 존재하는 경우에는 부하의 모의는 용이하지 않게 되며, 다양한 형태의 비선형성이나 시간에따라 변하는 부하패턴(512-2)의 모의는 더욱 어렵게 된다. 따라서, 본 발명의 기상-부하 시뮬레이터(510)는 이와 같이 시간에 따라 다양하게 변화하는 부하를 모의하기 위해서 미리 계측된 실제 부하 데이터를 실시간으로 출력하여 줌으로써 상기 부하 시뮬레이터(610)의 기능을 보다 실제의 부하와 근사하게 장시간으로 시험할 수 있도록 하는 효과가 있다.The
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the appended claims. It will be appreciated that such modifications and variations are intended to fall within the scope of the following claims.
도 1a는 태양전지에 대한 전압-전류의 온도의존성을 나타내는 특성곡선Figure 1a is a characteristic curve showing the temperature dependence of the voltage-current for solar cells
도 1b는 태양전지에 대한 일사량에 따른 전압-전류 특성곡선1b is a voltage-current characteristic curve according to the solar radiation amount for a solar cell
도 1c는 태양전지에 대한 일사량에 따른 전압-출력 특성곡선Figure 1c is the voltage-output characteristic curve according to the solar radiation amount for the solar cell
도 2는 풍력 발전기의 출력-터빈속도의 특성곡선2 is a characteristic curve of output-turbine speed of a wind generator
도 3은 마이크로그리드의 개략적인 구성도3 is a schematic configuration diagram of a microgrid
도 4는 마이크로그리드 시스템용 EMS의 기능 흐름도4 is a functional flow diagram of an EMS for a microgrid system
도 5는 태양전지 시뮬레이터의 구성도5 is a configuration diagram of a solar cell simulator
도 6은 풍력터빈 시뮬레이터의 구성도6 is a configuration diagram of a wind turbine simulator
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 기상-부하 시뮬레이터의 전체 구성도7 is an overall configuration diagram of a weather-load simulator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 의한 기상-부하 시뮬레이터가 풍력 시뮬레이터에 적용된 예시도8 is an exemplary diagram in which the weather-load simulator according to the present invention is applied to a wind power simulator.
도 9는 본 발명에 의한 기상-부하 시뮬레이터가 부하 시뮬레이터에 적용된 예시도9 is an exemplary diagram in which the weather-load simulator according to the present invention is applied to a load simulator.
[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ][Description of Code for Major Parts of Drawing]
320 : 태양전지 시뮬레이터 제어기 410 : 가변속 전동기320: solar cell simulator controller 410: variable speed motor
420 : 풍력 발전기 430 : 속도 검출센서420: wind generator 430: speed detection sensor
440 : 전력변환장치(PCS) 447 : 풍력 발전용 pcs 제어기440: power converter (PCS) 447: pcs controller for wind power generation
460 : 풍력터빈 시뮬레이터 제어기 480 : 인버터460: wind turbine simulator controller 480: inverter
510 : 기상-부하 시뮬레이터 511 : 신호처리 프로세서510: weather-load simulator 511: signal processing processor
512 : 메모리 513 : 리얼타임 클럭512: memory 513: real time clock
514 : 신호처리부 515 : A/D 변환부514: signal processing unit 515: A / D conversion unit
516 : UART 517 :통신포트516: UART 517: communication port
518 : 절연부 519 : D/A 변환부518: insulation section 519: D / A conversion section
520 : 외부 센서 521 : 일사량 측정센서520: external sensor 521: solar radiation measuring sensor
522 : 온도 측정센서 523 : 풍속 측정센서522: temperature measuring sensor 523: wind speed measuring sensor
524 : 전력 또는 전압/전류 측정센서 530 : 시험 시뮬레이터524: power or voltage / current measuring sensor 530: test simulator
540 : 입력용 컴퓨터 550 : 피시험장치540: input computer 550: device under test
610 : 부하 시뮬레이터 618 : 부하 제어기610: load simulator 618: load controller
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