KR101198194B1 - 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템 등의 독립형 발전시스템의 감시 및 제어시스템에 관한 것으로써, 독립형 발전시스템의 각각의 구성요소를 원격지에서 통합하여 감시 또는 제어하는 시스템에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은, 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템과 연결되어, 발전시스템을 감시 또는 제어하는 시스템에 있어서, 상기 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템으로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 배터리 충전부; 상기 배터리 충전부의 충?방전을 제어하는 충방전 제어부(Charge Controller); 상기 배터리 충전부의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(Inverter); 및 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터로부터 생성되는 데이터를 실시간으로 수신하여 저장하고, 상기 데이터를 이용하여 발전시스템 전체를 감시 또는 제어하는 원격 감시?제어 장치;를 포함하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템을 제공한다.

Description

독립형 발전시스템의 감시?제어시스템 {Monitoring and Control system for standalone generation}
본 발명은 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템 등의 독립형 발전시스템의 감시 및 제어시스템에 관한 것으로써, 독립형 발전시스템의 각각의 구성요소를 원격지에서 통합하여 감시 또는 제어하는 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 석유 등 화석에너지의 고갈 및 환경 오염 문제로 인해 이를 대체할 청정 에너지의 개발과 연구가 활성화되고 있다. 상기 청정에너지 중 대표적인 것이 태양광과 풍력을 이용한 에너지라고 할 수 있는데, 특히 우리나라는 자원이 부족하기 때문에 화석에너지를 대체할 청정에너지의 개발 및 환경오염을 방지하기 위한 친환경적 에너지 개발이 절대적으로 필요하다고 할 수 있다.
상기의 청정에너지 개발을 위한 태양광 발전시스템은 태양광 집점판에서 생산된 직류전기를 출력조절장치를 거쳐 축전지에 충전하거나 인버터에서 교류로 변환하여 수용가에 공급하는 설비라고 할 수 있다.
통상적인 태양광 발전시스템은 수요자에게 항상 필요한 전력을 공급하기 위하여 모듈을 직.병렬로 연결한 태양 전지 어레이(array)와 전력 저장용 축전지(storage battery), 전력 조정기(power controller) 및 직류?교류 변환장치(inverter)등의 주변장치로 구성된다. 풍력 발전시스템도 상기 태양 전지 어레이(array)를 제외하고, 즉 풍력발전 회전체로부터 전력을 생산한다는 점을 제외하고는 태양광 발전시스템과 유사한 주변장치로 구성된다.
이러한 풍력 발전시스템 또는 태양광 발전시스템은, 원격지에 설치된 발전설비의 각종 데이터를 수집, 분석 또는 모니터링 함에 있어서, 원격 터미널 유닛(Remote Terminal Unit; RTU)를 사용함이 일반적이었다.
상기 원격 터미널 유닛(Remote Terminal Unit; RTU)은 인버터 등으로부터 시리얼 통신을 통하여 발전 시스템이 포함하는 발전설비로부터 산출되는 데이터를 실시간으로 수집하여 상위의 데이터베이스 서버로 전송하는 역할을 수행한다.
다만, 기존의 원격 터미널 유닛을 이용한 모니터링 방식은, ① 각각의 발전설비와의 통신을 위해 다수의 통신칩이 발전시스템에 소요되어야만 하였고, ② RTU를 이용한 통신방식의 한계로 인해 다채널과의 통신을 동시에 수행하지 못하고 순차적 통신을 수행할 수밖에 없었고, ③ 상기 순차적 통신의 수행 중 하나의 발전설비에 대한 응답이 없는 경우, 통신 응답 대기로 인해 딜레이가 발생하였으며, ④ 소프트웨어에 의존한 통신방식을 취하고 있어, 프로그램의 오류발생시 모든 채널과의 통신불량이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, i) 원격지에 설치된 태양광 발전설비 또는 풍력 발전설비의 각종 데이터를 수집, 분석, 저장하고 분석된 자료를 이용하여 설치된 발전설비를 보다 더 효율적으로 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 최적의 상태에서 제어할 수 있고, 상기 RTU를 이용한 통신방식의 문제점을 해결하여 ii) 하나 또는 소수의 통신칩으로도 데이터의 수집, 저장이 가능하고, iii) 각종 발전설비와 다채널 통신을 동시에 수행할 수 있으며, iv) 소프트웨어에 의한 공통유형 고장을 방지할 수 있는 감시 또는 제어 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템의 구성요소들을 실시간으로 모니터닝하고 원격지에서 제어할 수 있는 감시?제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 독립형 발전시스템의 안정성, 계측 및 제어의 정확도, 발전설비의 실시간 감시, 발전용량의 변화 등을 정확하게 감시?제어 할 수 있는 감시?제어시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발전시스템의 각종 발전설비와 다채널 통신을 동시에 수행함과 더불어 통신 딜레이 또는 통신불량을 제거할 수 있는 감시?제어시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발전시스템의 관리자 및 현장근무자가 용이하게 발전시스템의 정상동작유무 및 이상유무를 판별하고, 이에 쉽게 대처할 수 있도록 하여 발전시스템의 안정성을 보장할 수 있는 감시?제어시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일측면에 의하면, 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템과 연결되어, 발전시스템을 감시 또는 제어하는 시스템에 있어서, 상기 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템으로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 배터리 충전부; 상기 배터리 충전부의 충?방전을 제어하는 충방전 제어부; 상기 배터리 충전부의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(Inverter); 및 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터로부터 생성되는 데이터를 실시간으로 수신하여 저장하고, 상기 데이터를 이용하여 발전시스템 전체를 감시 또는 제어하는 원격 감시?제어 장치;를 포함하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템을 제공한다.
본 발명은 상기 원격 감시?제어 장치와 연결되어 발전시스템의 상황을 디스플레이하고, 상기 원격 감시?제어 장치를 통해 발전시스템을 제어하는 디스플레이 유닛(Display Unit)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 발전시스템에 소요되는 석유의 유량상태를 측정할 수 있는 장치가 부착되며, 상기 원격 감시?제어 장치에 유량상태에 관한 정보를 전송하는 디젤 발전기를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 원격 감시?제어 장치와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터를 송?수신하며, 상기 원격 감시?제어 장치를 통해 발전시스템을 제어하는 관리자 단말기를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 관리자 단말기는, 컴퓨터 또는 노트북인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 원격 감시?제어 장치와 무선으로 연결되어 데이터를 송?수신하는 현장단말기를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 현장단말기는, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant) 또는 스마트 폰(Smart Phone) 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치는, 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터와 무선으로 데이터의 송?수신이 가능한, 와이 파이(wi-fi), 지그비(Zigbee) 또는 블루투스(Bluetooth)기능을 탑재한 무선통신 모듈(Wireless Module); 프로그래머블 논리블록을 그 내부에 포함하며, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신되는 데이터의 처리 및 저장이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)칩; 및 상기 FPGA칩과 관리자 단말기 사이에 인터넷 통신을 통해 데이터를 송?수신하게 하는 TCP/IP 모듈; 을 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치는, 상기 FPGA 칩을 통해, 배터리 충전부, 충방전 제어부, 인버터, 디스플레이 유닛, 디젤 발전기, 관리자 단말기 또는 현장단말기 중에서 선택되는 어느 2 이상의 기기와 동시에 데이터의 송?수신을 위한 통신을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치는, 상기 FPGA칩과 연결되어 실시간으로 송?수신되는 데이터를 저장하는 플래쉬 메모리(Flash Memory)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치는, 원격 감시?제어 장치에 공급되는 전력이 차단되는 경우, 수신되는 테이터를 저장하기 위한 백업 메모리(Back-up Memory)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치는, 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부, 인버터 디스플레이 유닛 및 디젤 발전기와 연결된 통신선으로부터 발생하는 과전류를 차단하는 과전류 보호장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치는, 상기 FPGA칩으로부터 데이터를 수신 받아 디스플레이 하는 화면표시부; 전원입력 선택 또는 전원입력 오류시 전원차단기능을 수행하여 상기 원격 감시?제어 장치의 내부구성요소를 보호하는 서지 프로텍션(Surge Protection)장치; 상기 무선통신모듈로부터 전달되는 데이터를 네트워크망에 전송하는 안테나; 상기 원격상태 감시?제어 장치 내부의 온도변화에 대응하여 자동으로 환풍하여 온도를 조절하는 팬(Fan); 상기 풍력발전시스템, 태양광발전시스템 또는 디젤 발전기와 전력선을 연결하기 위한 전력선 단자; 및 상기 배터리 충전부와의 통신을 위한 통신 단자;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 타측면에 의하면, 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템을 이용한 감시?제어방법에 있어서, (a) 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기로부터 전송되는 데이터를 수신받아 저장하는 단계; (b) 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 데이터를 디스플레이 유닛, 관리자 단말기 또는 현장 단말기로 전송하는 단계; (c) 관리자가 상기 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기를 통해 제어명령을 상기 원격 감시?제어 장치에 전송하는 단계; (d) 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기에 제어명령을 전송하는 단계; 및 (e) 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기가 수신된 제어명령에 따라 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 독립형 발전시스템의 감시?제어방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기가 데이터를 상기 원격 감시?제어 장치에 전송하는 단계; (a2) 상기 데이터가 상기 원격 감시?제어 장치 내의 무선통신모듈을 통해 FPGA칩 또는 플래쉬 메모리에 전송?저장되는 단계; 및 (a3) 상기 FPGA칩에 저장된 데이터를 백업 메모리에 전송?저장하는 단계;인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 (b) 단계는, 상기 원격 감시?제어 장치내의 FPGA칩에 저장된 데이터를 TCP/IP 모듈을 통해 상기 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기로 전송하거나 또는 상기 FPGA칩에 저장된 데이터를 무선통신모듈을 통해 현장 단말기에 전송하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템에 있어서, 원격 감시?제어 장치를 이용하여 발전시스템의 구성요소를 실시간으로 원격 감시 또는 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 원격 터미널 유닛(Remote Terminal Unit)을 이용하지 않고, FPGA 칩을 이용한 통신방식을 채택함에 따라, 발전시스템의 각종 발전설비와 다채널 통신을 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.
이와 더불어 원격 터미널 유닛(Remote Terminal Unit)을 이용한 순차적 통신방식에 비해, 다채널 통신을 동시에 수행하므로 통신 딜레이의 발생을 줄이고, 소프트웨어 의존적 통신방식을 배제함으로써 소프트웨어에 의한 공통유형 고장을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 인버터, 배터리 충전부 및 충방전 제어부의 현재 상태를 외부로 용이하게 디스플레이함으로써 관리자가 발전시스템의 상태를 쉽게 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 원격 감시?제어 장치에 의해 각각의 발전시스템의 구성요소로부터 전송되는 데이터를 신속하게 처리하고 관리자단말기로 전송함에 따라, 발전시스템의 제어가 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 배터리 충전부, 인버터 또는 충방전 제어부를 실시간으로 체크하여 상태에 따라 제어함으로써 과충전 및 과방전으로 인한 전체 시스템의 손상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 관리자 등은 원격 감시?제어 장치, 디스플레이 유닛, 관리자 단말기 또는 현장단말기를 이용하여 모니터링 및 제어명령의 입력이 가능하므로, 원격제어 및 실시간 모니터링이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격 감시?제어 장치의 내부 구성도.
도 3a 내지 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 원격 감시?제어 장치의 외부구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 발전시스템의 감시?제어방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 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.
본 발명은 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템의 복잡한 구성요소들을 실시간으로 모니터닝하고 용이하게 제어할 수 있는 감시?제어시스템 및 감시?제어 방법을 제공하기 위해 도출되었다.
본 발명은 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템 모두에 적용될 수 있으나, 양자는 태양전지 어레이와 풍력발전 회전체 정도의 차이를 제외하고는 그 구성요소가 매우 유사한 바, 이하 설명의 편의상 태양광 발전시스템을 중심으로 기술하고자 한다.
현재 태양광 발전시스템은 태양전지(Solar-Cell)에서 출력되는 전력을 부하에 직접 공급하게 될 경우, 태양광의 세기가 날씨 및 시간대에 따라 변동되어 부하에 일정한 전력을 공급할 수 없기 때문에 배터리와 인버터를 사용함이 일반적이다. 또한 이를 제어하기 위한 수단을 사용해야 하므로, 태양광 발전시스템의 구성요소가 복잡해지고 용이하게 감시, 제어할 수 있는 시스템이 필수적으로 요구되고 있다.
상기의 태양광 발전시스템 또는 풍력발전 시스템의 구성은 상용전력계통과의 연계 여부에 따라 독립형 (stand-alone) 발전시스템과 계통연계형(grid-connected) 발전시스템으로 분류할 수 있다.
i) 상기의 독립형 발전시스템은, 계통선이 보급되지 않는 오지 등에 전력을 공급하기 위한 시스템으로 주간에 발생시켜 사용하고 남은 전력을 배터리에 저장하였다가 야간에 사용하는 발전시스템을 의미한다고 할 수 있다.
ii) 이에 비해 계통연계형 발전시스템은, 계통선이 공급되는 지역에서 태양광(풍력)으로 발전된 전기와 함께 전력 회사에서 공급하는 전기를 함께 사용하는 방식이다. 태양광으로 발전되지 않는 시간에는 전력 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있고, 태양광으로 발전하여 전기를 사용하고도 남는 경우에는 전력 계통에 거꾸로 흘려 보낼 수 있는 발전시스템을 의미한다.
본 발명은 주로 상기 독립형 발전시스템에 적용되는 감시?제어시스템으로 고안되었으나, 발명의 필요에 따라 상기 계통연계형 발전시스템에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템의 구성도이다.
본 발명에 의한 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템은, 태양광 발전시스템(108) 또는 풍력 발전시스템(107)과 연결되어, 발전시스템 전체를 감시 또는 제어하는 시스템에 있어서, 상기 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템으로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 배터리 충전부(103); 상기 배터리 충전부의 충?방전을 제어하는 충방전 제어부(104); 상기 배터리 충전부의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(102); 및 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터로부터 생성되는 각각의 데이터를 실시간으로 수신하여 저장하고, 상기 데이터를 이용하여 발전시스템 전체를 감시 또는 제어하는 원격 감시?제어 장치(101)를 포함하여 형성될 수 있다.
상술한 바대로, i) 태양광 발전시스템은 태양전지에서 출력되는 전력을 부하에 직접 공급하게 될 경우, 태양광의 세기가 날씨 및 시간대에 따라 변동되어 부하에 일정한 전력을 공급할 수 없고, ii) 풍력 발전시스템의 경우에도 바람의 세기가 날씨 및 시간대에 따라 변동되어 부하에 일정한 전력을 공급할 수 없기 때문에, 상기 배터리 충전부(103), 충방전 제어부(104) 및 인버터(102)를 필수적으로 갖추어야 한다.
즉, 본 발명은 태양에너지 또는 풍력 에너지가 전기에너지로 바뀌어 전력이 발생되면, 상기 전력을 배터리 충전부(103)에 저장하도록 하고, 부하에 전원공급이 필요한 경우 원격 감시?제어 장치(101)를 구동하여 충방전 제어부(104)를 배터리 충전부(103)에 대한 제어명령을 내리게 된다. 그리고, 충방전 제어부(104)에 의해 상기 배터리 충전부(103)에 저장된 전력을 상기 인버터(102)를 통해 직류에서 교류로 변환하여 부하에 공급시키는 방식을 취하고 있다고 할 수 있다.
본 발명에서 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템은, 태양광의 세기가 강한 경우(바람의 세기가 강한 경우)는 부하에 과도한 전력이 출력되므로 배터리 충전부(103)에 전력을 저장시켜 부하에 과도한 전력이 공급되지 않도록 해야 하고, 태양광의 세기가 약한 경우(바람의 세기가 약한 경우)는 부하에 필요한 전력이 공급되지 않으므로 배터리 충전부(103)에 저장되었던 전력을 방전하여 부족한 만큼의 전력을 보강하도록 운영되어야 한다.
다만, 본 발명의 발전 시스템은 배터리 충전부(103)를 사용하여 부하에 안정된 전력 공급을 할 수 있도록 고안되었지만, 실질적으로 태양광의 세기 또는 바람의 세기가 불규칙적으로 계속 변하게 되면, 배터리 충전부(103)의 충?방전의 기준 전압을 기준으로 충전 및 방전을 반복해야 하는데, 이에 대한 제어가 용이하고 신속해야 부하 등 발전시스템 전체의 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템에서 생산된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(inverter)(102)를 이용하여 부하에 전력을 공급하게 되는데, 이에 대한 제어도 신속?용이해야 한다.
이러한, 발전시스템의 구성요소들의 감시 및 제어를 위해 본 발명은 원격 감시?제어 장치(101)를 구비하고 있는 바, 이에 대해서는 아래에서 자세하게 후술하기로 한다.
본 발명에서는 발명의 필요에 따라 상기 인버터(102)를 전력변환장치(미도시)로 형성할 수도 있는데, 상기 전력변환장치는 인버터의 기능 외에 전력품질 및 보호기능을 수행할 수 있다. 즉, 최대전력추종제어기능, 고효율제어, 소음저감, 직류분제어기능, 직류지락검출기능, 고조파 억제, 고주파 억제, 계통연계 보호기능, 단독운전방지기능 등의 기능을 수행할 수 있다.
상기 배터리 충전부(103), 충방전 제어부(104) 및 인버터(102)는 그 자체에서 생성되는 관련데이터를 상기 원격 감시?제어 장치(101)에 송?수신 할 수 있는 무선통신모듈을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 원격 감시?제어 장치(101)와 연결되어 발전시스템의 전체 상황을 디스플레이하고, 제어하는 디스플레이 유닛(Display Unit)(105)을 구비할 수 있다. 상기 디스플레이 유닛(105)은 원격 감시?제어 장치(101)와 근거리에 설치될 수 있으며, 배터리 충전부(103), 충방전 제어부(104), 인버터(102) 및 디젤발전기(106) 등의 발전시스템 구성요소의 상황 및 이상유무를 현시하고, 관리자 등이 상기 배터리 충전부(103), 충방전 제어부(104), 인버터(102) 및 디젤발전기(106) 등에 대한 제어명령을 내릴 수 있다.
상기의 제어명령은 원격 감시?제어 장치(101)를 통해 상기 배터리 충전부(103), 충방전 제어부(104), 인버터(102) 및 디젤발전기(106) 등에 전달되어 수행되게 된다.
상기 디스플레이 유닛(Display Unit)(105)은 화면 표시 영역에 터치 스크린을 구비하여 관리자 등에 입력의 용이성을 부여할 수 있다.
본 발명은 상기 발전시스템에 소요되는 석유의 유량상태를 측정할 수 있는 장치가 부착되며, 상기 원격 감시?제어 장치(101)에 유량상태에 관한 정보를 전송하는 디젤 발전기(106)를 구비할 수 있다.
태양광이 흐릴 경우 또는 바람의 세기가 약할 경우, 태양광 또는 풍력발전시스템을 전력을 생산하기 힘든데, 이러한 경우 소정의 석유 등 화석에너지를 이용하여 전력을 생산하고 이를 부하에 계속적으로 공급하게 된다. 따라서, 디젤 발전기(106)는 관련데이터를 상기 원격 감시?제어 장치(101)에 전송하여 불규칙한 날씨 등에 의해 전력 생산이 어려운 경우 화석에너지를 이용한 전력생산시간 등을 계산하여 운용할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 원격 감시?제어 장치(101)와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터를 송?수신하며, 상기 원격 감시?제어 장치(101)를 통해 발전시스템 전체를 제어하는 관리자 단말기(110)를 구비할 수 있다. 상기 관리자 단말기(110)는, 각종 데이터를 저장할 수 있는 서버와 연결되는 컴퓨터 또는 노트북인 것이 바람직하다.
따라서, 관리자 등은 상기 관리자 단말기(110)를 이용하여 원격 감시?제어 장치(101)와 원격지에 있더라도 용이하게 발전시스템 전체를 모니터링할 수 있고, 제어 할 수 있다. 관리자 등은 상기 관리자 단말기(110)를 이용하여 발전시스템의 각각의 구성요소들에 제어명령을 내릴 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상기 원격 감시?제어 장치(101)와 무선으로 연결되어 데이터를 송?수신하는 현장단말기(111)를 구비할 수 있는데, 상기 현장단말기(111)는, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant) 또는 스마트 폰(Smart Phone) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 원격 감시?제어 장치(101)는 와이 파이(wi-fi), 지그비(Zigbee) 또는 블루투스(Bluetooth)기능을 탑재한 무선통신 모듈(Wireless Module)이 구비되어 있는 바, 이를 통해 현장단말기(111)에 데이터를 송신하고, 현장근무자는 이상이 있는 발전시스템의 구성요소에 제어명령을 내릴 수도 있고, 발전시스템의 구성요소의 이상징후시 즉시 현장에 투입되어 고장장애 복구를 신속히 수행할 수 있는 잇점도 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격 감시?제어 장치의 내부 구성도이다.
본 발명에서 원격 감시?제어 장치(101)는, 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터와 무선으로 데이터의 송?수신이 가능한, 와이 파이(wi-fi), 지그비(Zigbee) 또는 블루투스(Bluetooth)기능을 탑재한 무선통신 모듈(Wireless Module)(202); 프로그래머블 논리블록을 그 내부에 포함하며, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신되는 데이터의 처리 및 저장이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)칩(201); 및 상기 FPGA칩과 관리자 단말기 사이에 인터넷 통신을 통해 데이터를 송?수신하게 하는 TCP/IP 모듈; 을 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 무선통신 모듈(202)은 배터리 충전부, 충방전 제어부, 인버터, 디젤발전기 및 디스플레이 유닛과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있고, 경우에 따라서는 관리자 단말기 또는 현장단말기와 무선통신에 이용될 수도 있다.
상기 TCP/IP 모듈(203)은 관리자 단말기와 원격 감시?제어 장치간의 인터넷 통신을 위해 구비되는 것으로써, 패킷 통신 방식의 인터넷 프로토콜인 IP(Internet Protocol)와 전송 조절 프로토콜인 TCP(Transmission Control Protocol)로 이루어질 수 있다. 상기 TCP는 IP 위에서 동작하는 프로토콜로, 데이터의 전달을 보증하고 보낸 순서대로 받게 해주는 역할을 수행한다.
상기 FPGA(Field Programmable Gate Array)칩(201)은 발전시스템의 각각의 구성요소 및 관리자 단말기, 현장단말기와의 데이터 및 제어명령의 송?수신을 위해 구비되는데, 여기서 FPGA칩(201)은 프로그래머블 논리 요소와 프로그래밍가능 내부선이 포함된 반도체 소자라고 할 수 있으며, 상기 프로그래머블 논리 요소는 AND, OR, XOR, NOT 또는 더욱 복잡한 디코더나 계산기능의 조합기능같은 기본적인 논리 게이트의 기능을 복제하여 프로그래밍할 수 있는 기능을 수행한다.
또한, 프로그램이 가능한 내부선 계층구조는 FPGA의 논리블록을 시스템 설계자가 요구하는 대로 내부연결을 할 수 있는데, 이러한 논리블록과 내부선은 FPGA 칩(201)의 제조이후에 설계자가 프로그램할 수 있으므로 발전시스템 감시 및 제어에 요구되는 어떠한 논리기능도 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 이러한 FPGA(Field Programmable Gate Array)칩(201)의 채택에 의해 기존의 원격 터미널 유닛을 이용한 모니터링 방식의 문제점인, ① 각각의 발전설비와의 통신을 위해 다수의 통신칩이 소요되는 문제점, ② RTU를 이용한 통신방식의 한계로 인해 다채널과의 통신을 동시에 수행하지 못하고 순차적 통신을 수행할 수밖에 없었고, ③ 상기 순차적 통신의 수행 중 하나의 발전설비에 대한 응답이 없는 경우, 통신 응답 대기로 인해 통신 딜레이가 발생하는 문제점 및 ④ 소프트웨어에 의존한 통신방식에 있어서 프로그램의 오류발생시 모든 채널과의 통신불량이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 i) 하나 또는 소수의 통신칩으로도 각종 발전설비의 데이터 수집, 저장, 분석, 모니터링이 가능하고, ii) 각종 발전설비와 다채널 통신을 동시에 수행할 수 있으므로, 데이터의 신속하고 정확한 수집, 저장, 분석, 모니터링 및 고장장애에 대한 대응이 가능하며, iii) 소프트웨어 의존적 통신방식이 아니므로, 소프트웨어에 의한 공통유형 고장을 방지할 수 있는 감시?제어시스템을 제공하는 효과가 도출될 수 있다.
상기 원격 감시?제어 장치(101)는, 상기 FPGA칩(201)과 연결되어 실시간으로 송?수신되는 데이터를 저장하는 플래쉬 메모리(Flash Memory)(204)를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 원격 감시?제어 장치(101)는, 원격 감시?제어 장치에 공급되는 전력이 차단되는 경우, 수신되는 테이터를 저장하기 위한 백업 메모리(205)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 원격 감시?제어 장치(101)는, 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부, 인버터 디스플레이 유닛 및 디젤 발전기와 연결된 통신선으로부터 발생하는 과전류를 차단하는 과전류 보호장치(206)를 더 구비할 수 있다. 이와 같은 과전류 보호장치(206)를 구비함으로써, 원격 감시?제어 장치(101) 내부의 구성요소들에 대한 보호에 만전을 기할 수 있으므로, 시스템 전체의 안정성도 높일 수 있게 된다.
도 3a 내지 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 원격 감시?제어 장치의 외부구성도이다.
도 3a는 원격 감시?제어 장치의 정면사시도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 FPGA칩으로부터 데이터를 수신 받아 디스플레이 하는 화면표시부(301)를 도시하고 있는데, 원격 감시?제어 장치 자체에 터치스크린 기능을 가진 화면표시부(301)를 구비함에 따라 관리자 단말기 등을 통하지 않고도 원격 감시?제어 장치에 직접 제어명령을 입력할 수도 있다.
이와 같은 제어명령 또는 발전시스템 구성요소의 데이터는 안테나(302)를 통해 송신 또는 수신되게 된다.
원격 감시?제어 장치는 전원입력 선택 또는 전원입력 오류시 전원차단기능을 수행하여 상기 원격 감시?제어 장치의 내부구성요소를 보호하는 서지 프로텍션(Surge Protection)장치(303)를 구비하여 시스템의 안정성을 담보할 수 있다.
도 3b는 원격 감시?제어 장치의 후면사시도이다.
도 3b를 참조하면, 원격상태 감시?제어 장치 내부의 온도변화에 대응하여 자동으로 환풍하여 온도를 조절하는 팬(304)을 구비하여 장치의 보호 및 안정성을 담보할 수 있으며, 풍력발전시스템, 태양광발전시스템 또는 디젤 발전기와 전력선을 연결하기 위한 전력선 단자(305) 및 배터리 충전부와의 통신을 위한 통신 단자(306)를 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 발전시스템의 감시?제어방법의 순서도이다.
먼저, 원격 감시?제어 장치가 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기로부터 전송되는 데이터를 수신받아 저장하는 단계를 거친다.(S401)
① 이를 세분화해 보면, 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기 등 각각의 발전시스템의 구성요소들이 관련 데이터를 원격 감시?제어 장치에 전송하는 단계를 거친 후, ② 상기 데이터가 상기 원격 감시?제어 장치 내의 무선통신모듈을 통해 FPGA칩 또는 플래쉬 메모리에 전송?저장되는 단계를 거쳐서, ③ 상기 FPGA칩에 저장된 데이터를 백업 메모리에 전송?저장하는 단계를 거치게 된다.
이와 같이 상기 데이터는 FPGA 칩에 주로 저장되어 이용되게 되나, 백업 메모리의 저장등에 의해 전원차단 사고시에도 안전하게 데이터를 저장?보존할 수 있는 장점이 있다.
이후, 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 데이터를 디스플레이 유닛, 관리자 단말기 또는 현장 단말기로 전송하는 단계를 거치게 된다.(S402)
즉, ① 상기 원격 감시?제어 장치내의 FPGA칩에 저장된 데이터를 TCP/IP 모듈을 통해 상기 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기로 전송하거나 또는 ② 상기 FPGA칩에 저장된 데이터를 무선통신모듈을 통해 현장 단말기에 전송하게 된다.
이후 관리자가 상기 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기를 통해 제어명령을 상기 원격 감시?제어 장치에 전송하는 단계를 거친다.(S403)
관리자는 상기 원격 감시?제어 장치로부터 전송되는 데이터를 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기를 통해 지득한 후, 이상징후가 포착되거나 전력운용의 효율화를 위하여 발전시스템 각각의 구성요소들에 대해 소정의 제어명령을 입력할 수 있다.
이후, 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기에 제어명령을 전송하는 단계를 거치게 된다.(S404)
상기 관리자의 제어명령은 무선통신 모듈 또는 TCP/IP 모듈을 통해 원격 감시?제어 장치로 수신되고, 원격 감시?제어 장치내의 FPGA 칩의 기설계된 프로그래밍에 따라 제어명령을 구성요소에 송신할 수 있다.
이후, 원격 감시?제어 장치로부터 송신된 제어명령에 따라 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기가 동작을 수행하게 된다.(S405)
이와 같이 본 발명은 발전시스템 내부의 여러 주변장치들의 데이터를 실시간으로 수신?취합하여 관리자에게 현시하고, 관리자가 용이하게 제어명령을 입력하고 전송하여 각각의 주변장치를 쉽게 제어하고 운용할 수 있으므로, 독립형 발전시스템 전체를 신속, 정확하게 모니터링하고 제어할 수 있게 한다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 독립형 발전시스템의 감시?제어 시스템 101: 원격 감시?제어 장치
102: 인버터 103: 배터리 충전부
104: 충방전 제어부 105: 디스플레이 유닛
106: 디젤 발전기 107: 풍력 발전시스템
108: 태양광 발전시스템 109: 네트워크 망
110: 관리자 단말기 111: 현장 단말기
201: FPGA 칩 202: 무선통신 모듈
203: TCP/IP 모듈 204: 플래쉬 메모리
205: 백업 메모리 206: 과전류 보호장치
301: 화면표시부 302: 안테나
303: 서지 프로텍션 장치 304: 팬
305: 전력선 연결단자 306: 통신 단자

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템과 연결되어, 발전시스템을 감시 또는 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템으로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 배터리 충전부;
    상기 배터리 충전부의 충?방전을 제어하는 충방전 제어부(Charge Controller);
    상기 배터리 충전부의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(Inverter);
    상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터로부터 생성되는 데이터를 실시간으로 수신하여 저장하고, 상기 데이터를 이용하여 발전시스템 전체를 감시 또는 제어하는 원격 감시?제어 장치; 및
    상기 발전시스템에 소요되는 석유의 유량상태를 측정할 수 있는 장치가 부착되며, 상기 원격 감시?제어 장치에 유량상태에 관한 정보를 전송하는 디젤 발전기;
    를 포함하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 태양광 발전시스템 또는 풍력 발전시스템으로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 배터리 충전부;
    상기 배터리 충전부의 충?방전을 제어하는 충방전 제어부(Charge Controller);
    상기 배터리 충전부의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(Inverter); 및
    상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터로부터 생성되는 데이터를 실시간으로 수신하여 저장하고, 상기 데이터를 이용하여 발전시스템 전체를 감시 또는 제어하는 원격 감시?제어 장치;
    를 포함하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템에 있어서,
    상기 원격 감시?제어 장치는, 상기 배터리 충전부, 충방전 제어부 또는 인버터와 무선으로 데이터의 송?수신이 가능한, 와이 파이(wi-fi), 지그비(Zigbee) 또는 블루투스(Bluetooth)기능을 탑재한 무선통신 모듈(Wireless Module); 프로그래머블 논리블록을 그 내부에 포함하며, 상기 무선통신 모듈을 통해 수신되는 데이터의 처리 및 저장이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)칩; 및 상기 FPGA칩과 관리자 단말기 사이에 인터넷 통신을 통해 데이터를 송?수신하게 하는 TCP/IP 모듈;
    을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 원격 감시?제어 장치는,
    상기 FPGA 칩을 통해, 배터리 충전부, 충방전 제어부, 인버터, 디스플레이 유닛, 디젤 발전기, 관리자 단말기 또는 현장단말기 중에서 선택되는 어느 2 이상의 기기와 동시에 데이터의 송?수신을 위한 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 원격 감시?제어 장치는,
    상기 FPGA칩과 연결되어 실시간으로 송?수신되는 데이터를 저장하는 플래쉬 메모리(Flash Memory)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 원격 감시?제어 장치는,
    원격 감시?제어 장치에 공급되는 전력이 차단되는 경우, 수신되는 테이터를 저장하기 위한 백업 메모리(Back-up Memory)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 원격 감시?제어 장치는,
    상기 배터리 충전부, 충방전 제어부, 인버터 디스플레이 유닛 및 디젤 발전기와 연결된 통신선으로부터 발생하는 과전류를 차단하는 과전류 보호장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 원격 감시?제어 장치는,
    상기 FPGA칩으로부터 데이터를 수신 받아 디스플레이 하는 화면표시부;
    전원입력 선택 또는 전원입력 오류시 전원차단기능을 수행하여 상기 원격 감시?제어 장치의 내부구성요소를 보호하는 서지 프로텍션(Surge Protection)장치;
    상기 무선통신모듈로부터 전달되는 데이터를 네트워크망에 전송하는 안테나;
    상기 원격 감시?제어 장치 내부의 온도변화에 대응하여 자동으로 환풍하여 온도를 조절하는 팬(Fan);
    상기 풍력발전시스템 또는 태양광발전시스템과 전력선을 연결하기 위한 전력선 단자; 및
    상기 배터리 충전부와의 통신을 위한 통신 단자;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템.
  14. 제 3항 및 제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항의 독립형 발전시스템의 감시?제어시스템을 이용한 감시?제어방법에 있어서,
    (a) 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기로부터 전송되는 데이터를 수신받아 저장하는 단계;
    (b) 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 데이터를 디스플레이 유닛, 관리자 단말기 또는 현장 단말기로 전송하는 단계;
    (c) 관리자가 상기 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기를 통해 제어명령을 상기 원격 감시?제어 장치에 전송하는 단계;
    (d) 상기 원격 감시?제어 장치가 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기에 제어명령을 전송하는 단계; 및
    (e) 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기가 수신된 제어명령에 따라 동작을 수행하는 단계;
    를 포함하는 독립형 발전시스템의 감시?제어방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 배터리 충전부, 인버터, 충방전 제어부 또는 디젤발전기가 데이터를 상기 원격 감시?제어 장치에 전송하는 단계;
    (a2) 상기 데이터가 상기 원격 감시?제어 장치 내의 무선통신모듈을 통해 FPGA칩 또는 플래쉬 메모리에 전송?저장되는 단계; 및
    (a3) 상기 FPGA칩에 저장된 데이터를 백업 메모리에 전송?저장하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 원격 감시?제어 장치내의 FPGA칩에 저장된 데이터를 TCP/IP 모듈을 통해 상기 디스플레이 유닛 또는 관리자 단말기로 전송하거나 또는 상기 FPGA칩에 저장된 데이터를 무선통신모듈을 통해 현장 단말기에 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는 독립형 발전시스템의 감시?제어방법.
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