KR101409272B1 - Power system associated new regeneration energy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신재생 에너지원이 연계된 그리드의 상용 전원을 안정적으로 공급하며 그리드에서 부하로 공급되는 교류 전원을 안정화하도록 개선한 신재생 에너지 연계 전력 시스템을 개시하며, 상기 신재생 에너지 연계 전력 시스템은, 상용전원을 공급하는 그리드; 복수의 신재생 에너지원을 포함하며 상기 그리드에 상기 상용전원 안정화를 위한 교류 전원을 공급하는 신재생 에너지 공급부; 및 상기 그리드의 상기 교류 전원을 선택적으로 부하로 전달하는 제1 스위치, 직류 전원에 의한 충전과 충전 전원에 의한 상기 직류 전원의 공급을 수행하는 배터리, 상기 그리드의 상기 교류 전원을 상기 직류 전원으로 변환하고 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드에 제공하는 양방향 컨버터, 상기 양방향 컨버터의 상기 직류 전원과 상기 교류 전원 간의 변환 동작을 제어하는 전원 제어부, 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하는 DC-AC 컨버터, 상기 제1 스위치와 온오프 상태가 상반되며 상기 DC-AC 컨버터의 상기 교류 전원을 선택적으로 상기 부하로 전달하는 제2 스위치 및 상기 전원 제어부의 제어 신호에 의하여 상기 상용 전원의 안정적인 상태와 불안정적인 상태에 대응한 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 부하 에너지 공급부;를 포함함을 특징으로 한다.The present invention discloses a renewable energy-linked power system that stabilizes an alternating-current power supplied from a grid to a load, stably supplies a commercial power of a grid connected with a renewable energy source, and the renewable energy- A grid for supplying commercial power; A renewable energy supply unit including a plurality of renewable energy sources and supplying AC power for stabilizing the commercial power to the grid; A first switch for selectively transmitting the AC power of the grid to the load, a battery for performing charging by the DC power supply and supplying the DC power by the charging power supply, a converter for converting the AC power of the grid into the DC power A bidirectional converter for converting the direct current power into the alternating current power and providing the direct current power to the grid, a power control unit for controlling a conversion operation between the direct current power source and the alternating current power source of the bidirectional converter, AC converter, a second switch which is opposite to the first switch and transmits the AC power of the DC-AC converter selectively to the load, and a second switch which is connected to the stable state of the commercial power supply And controlling the switching of the first and second switches corresponding to the unstable state It characterized by including; load energy supply unit and a switching control unit.
Description
본 발명은 신재생 에너지 연계 전력 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신재생 에너지원이 연계된 그리드의 상용 전원을 안정적으로 공급하며 그리드에서 부하로 공급되는 교류 전원을 안정화하도록 개선한 신재생 에너지 연계 전력 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a renewable energy-linked power system, and more particularly, to a renewable energy-linked power system that stably supplies commercial power of a grid connected with a renewable energy source and stabilizes an alternating- Power system.
화석 연료의 고갈에 대응하기 위하여 다양한 신재생 에너지가 개발되고 있으며, 이러한 신재생 에너지는 태양열, 풍력, 수력 및 지력 등을 포함한다. A variety of new and renewable energy is being developed to cope with the depletion of fossil fuels, including renewable energy such as solar, wind, hydropower and intelligence.
신재생 에너지를 이용하는 형태는 신재생 에너지에 의해서 생산된 전력을 상용전원으로 공급하는 연계형과 신재생 에너지에 의해서 생산된 전력을 부하로 공급하는 독립형으로 크게 구분된다.The form that uses renewable energy is largely divided into a connected type that supplies power generated by renewable energy to a commercial power source and a stand-alone type that supplies power generated by renewable energy to a load.
종래의 신재생 에너지를 이용한 전원 공급 장치는 DC-AC 컨버터를 포함하는 구성을 갖는다. 그러나, 일반적인 전원 공급 장치에 구성되는 DC-AC 컨버터는 전원을 일방향으로만 공급한다. 그러므로, 신재생 에너지를 이용하여 생산된 전원을 상용전원 또는 부하로 각각 공급하여야 하는 문제점이 있었다.Conventional power supplies using renewable energy have a configuration including a DC-AC converter. However, the DC-to-AC converter configured in a typical power supply only supplies power in one direction. Therefore, there has been a problem in that the power generated by using the renewable energy must be supplied to the commercial power source or the load, respectively.
또한, 종래의 신재생 에너지를 이용한 전원 공급 장치는 독립형과 연계형이 각각 구분되어 있으므로 신재생 에너지를 효과적으로 활용하는데 한계가 있었다.In addition, conventional power supply devices using renewable energy are classified into stand-alone type and connected type, so there is a limit to effectively utilizing new and renewable energy.
또한, 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 신재생 에너지원들은 전력의 생산 규모(생산 시간, 최대값, 최소값 등)가 서로 다르다.In addition, new and renewable energy sources that generate electricity using renewable energy have different production scales (production time, maximum value, minimum value, etc.).
최근에는 전자산업의 발달로 인하여 전기의 공급이 차단되거나 불안정할 경우에는 심각한 사회적 혼란을 야기될 수 있다. 그러므로 각종 산업현장은 물론 사무실 등에서 안정적인 전원공급을 유지하기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있다.In recent years, if the supply of electricity is blocked or unstable due to the development of the electronics industry, serious social disruption may occur. Therefore, various efforts have been made to maintain a stable power supply in various industrial fields as well as offices.
산업현장이나 사무실 등이 전력공급회사에서 제공하는 전력뿐만 아니라 상기한 신재생 에너지원을 이용한 전력을 병행하여 공급받는 경우, 그리드에는 전력공급회사(예를 들어 한국전력공사)에서 제공하는 전력과 신재생에너지를 이용한 전력이 동시에 공급된다.When an industrial site or an office receives power supplied by a power supply company as well as power using the above-mentioned renewable energy source, the grid is provided with power supplied from a power supply company (for example, KEPCO) Power using renewable energy is supplied at the same time.
그러므로, 다양한 전력공급원으로부터 전력이 공급됨에 따라서 신재생 에너지원을 포함한 전력공급원들의 전력 형태의 차이에 의하여 그리드의 상용 전원이 불안정해지는 문제점이 있다.Therefore, as the power is supplied from various power sources, there is a problem that the commercial power source of the grid becomes unstable due to the difference in the power type of the power sources including the renewable energy source.
그리드의 상용 전원의 불안정은 무효전력의 변화, 순간저전압(SAG), 역율, 고조파에 의한 전력의 불안정 등의 문제점이 발생하는 원인이 된다.Instability of the commercial power supply of the grid causes problems such as change of reactive power, instantaneous undervoltage (SAG), power factor, and unstable power due to harmonics.
이를 방지하기 위하여 그리드에는 무효전력의 변화를 보상하기 위한 무효전력보상기, 역률을 개선하기 위한 역률보상기, 순간저전압을 방지하기 위한 SAG보상기 및 고조파를 보상하기 위한 고조파보상기가 별도로 각각 설치되는 실정이다. 그러나, 상기한 구성은 설비들을 개별적으로 설치하는데 따른 과다한 비용의 소요가 발생하는 문제점이 있다.
In order to prevent this, the grid is provided with a reactive power compensator for compensating for the change of the reactive power, a power factor compensator for improving the power factor, a SAG compensator for preventing instantaneous undervoltage, and a harmonic compensator for compensating harmonics. However, the above-mentioned configuration has a problem in that an excessive cost is incurred in installing the facilities separately.
상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 신재생 에너지원의 전원을 그리드로 공급하는 경로 상의 배터리와 그리드 간 및 그리드의 전원을 부하로 전달하는 경로 상의 배터리와 그리드 간에 양방향으로 전원을 공급하도록 하여 신재생 에너지를 효율적으로 활용하면서 그리드의 상용 전원이 불안정한 상태를 안정화할 수 있는 신재생 에너지 연계 전력 시스템을 제공함을 목적으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus for supplying a power of a renewable energy source to a grid on a path for supplying power to the grid, And to provide a renewable energy-linked power system capable of stabilizing the unstable state of the commercial power supply of the grid while efficiently utilizing the renewable energy.
또한, 본 발명은 부하와 그리드 간에 전원이 양방향으로 공급될 수 있어서 그리드의 상용 전원의 상태에 따라서 충전과 전원 공급을 수행하여 상용 전원을 안정화하는 신재생 에너지 연계 전력 시스템을 제공함을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a new and renewable energy-linked power system that can supply power between a load and a grid in both directions, thereby stabilizing a commercial power source by charging and supplying power according to the state of a commercial power source of the grid .
또한, 본 발명은 양방향 컨버터를 구비하고 신재생 에너지원들을 포함하는 다양한 전력공급원으로부터 전력이 공급됨에 따라 발생할 수 있는 무효전력, SAG, 역율, 고조파를 양방향 컨버터의 제어로 보상함으로써 무효전력, SAG, 역율, 고조파를 보상하기 위한 별도의 장치들의 사용을 배제하면서 그리드의 상용 전원을 안정화할 수 있는 신재생 에너지 연계 전력 시스템을 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, the present invention provides a bidirectional converter, which can compensate reactive power, SAG, power factor, and harmonics that can be generated as power is supplied from various power sources including renewable energy sources by control of a bidirectional converter, It is another object of the present invention to provide a renewable energy-linked power system capable of stabilizing a commercial power supply of a grid while excluding the use of separate devices for compensating power factor and harmonics.
본 발명에 따른 신재생 에너지 연계 전력 시스템은, 상용전원을 공급하는 그리드; 외부의 신재생 에너지원에서 제공되는 제1 직류 전원을 제2 직류 전원으로 변환하여 제공하는 DC-DC 컨버터, 상기 제2 직류 전원에 의한 충전과 제1 충전 전원에 의한 상기 제2 직류 전원의 공급을 수행하는 제1 배터리, 상기 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드에 제공하고 상기 그리드의 상기 상용 전원에 의한 상기 교류 전원을 상기 제2 직류 전원으로 변환하는 제1 양방향 컨버터, 및 상기 제1 양방향 컨버터의 상기 제2 직류 전원과 상기 교류 전원 간의 변환 동작을 제어하는 제1 전원 제어부;를 포함하는 신재생 에너지 공급부; 및 상기 그리드의 상기 교류 전원을 선택적으로 부하로 전달하는 제1 스위치, 제3 직류 전원에 의한 충전과 제2 충전 전원에 의한 상기 제3 직류 전원의 공급을 수행하는 제2 배터리, 상기 그리드의 상기 상용 전원에 의하녀 상기 교류 전원을 상기 제3 직류 전원으로 변환하고 상기 제3 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드에 제공하는 제2 양방향 컨버터, 상기 제2 양방향 컨버터의 상기 제3 직류 전원과 상기 교류 전원 간의 변환 동작을 제어하는 제2 전원 제어부, 상기 제3 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하는 DC-AC 컨버터, 상기 제1 스위치와 온오프 상태가 상반되며 상기 DC-AC 컨버터의 상기 교류 전원을 선택적으로 상기 부하로 전달하는 제2 스위치 및 상기 상용 전원의 안정적인 상태와 불안정적인 상태에 대응하여 가변되는 제어 신호에 의하여 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 부하 에너지 공급부;를 포함함을 특징으로 한다.A renewable energy-linked power system according to the present invention includes: a grid for supplying commercial power; A DC-DC converter for converting a first DC power supplied from an external renewable energy source into a second DC power and providing the converted DC power to the second DC power supply; A first bidirectional converter for converting the second DC power source into an AC power source and providing the same to the grid and converting the AC power source by the commercial power source of the grid into the second DC power source, And a first power source control unit for controlling a conversion operation between the second DC power source and the AC power source of the first bidirectional converter; A first switch for selectively supplying the AC power of the grid to the load, a second battery for charging the third DC power by charging the third DC power, and a second battery for supplying the third DC power by the second charging power, A second bidirectional converter that converts the AC power into the third DC power, converts the third DC power to the AC power and supplies the AC power to the grid, a second bidirectional converter that converts the third DC power into the AC power, And a DC-AC converter for converting the third DC power source to the AC power source, a second power source control unit for controlling the conversion operation of the DC-AC converter to the AC power source, A second switch for selectively transmitting AC power to the load and a second switch for varying the stable state and the unstable state of the commercial power supply And a switching control unit for controlling the switching of the first and second switches by a signal.
여기에서, 상기 그리드의 상기 상용 전원이 안정적으로 공급되는 경우, 상기 신재생 에너지 공급부의 상기 제1 전원 제어부는 상기 제1 양방향 컨버터를 제어하여서 상기 그리드의 상기 상용 전원에 의한 상기 교류 전원을 상기 제2 직류 전원으로 변환하여서 상기 제1 배터리에 충전할 수 있다.Here, when the commercial power supply of the grid is stably supplied, the first power supply control unit of the renewable energy supply unit controls the first bidirectional converter to supply the alternating current power by the commercial power supply of the grid to the first 2 direct-current power source to charge the first battery.
그리고, 상기 신재생 에너지 공급부는 교류 전압을 발생하는 발전기와 상기 교류 전압을 상기 제2 직류 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터를 더 포함하며, 상기 신재생 에너지 공급부의 상기 제1 배터리는 상기 DC-DC 컨버터, 상기 AC-DC 컨버터 및 상기 제1 양방향 컨버터의 상기 제2 직류 전원 중 적어도 하나 이상에 의하여 충전될 수 있다.The renewable energy supply unit may further include a generator for generating an AC voltage and an AC-DC converter for converting the AC voltage to the second DC power source, wherein the first battery of the renewable energy supply unit is connected to the DC- DC converter, the AC-DC converter, and the second DC power supply of the first bidirectional converter.
그리고, 상기 신재생 에너지 공급부는 상기 신재생 에너지원에 의한 상기 제2 직류 전원을 출력하는 상기 DC-DC 컨버터, 상기 제1 충전 전원에 의한 상기 제2 직류 전원을 출력하는 상기 제1 배터리를 포함한 다수의 제2 직류 전원 공급 수단을 포함하며, 상기 제1 전원 제어부는 다수의 상기 제2 직류 전원 공급 수단 중 우선 순위가 높은 것을 하나 이상 선택하여 상기 제1 양방향 컨버터에 의하여 상기 그리드로 상기 교류 전원을 공급하도록 제어할 수 있다.The renewable energy supply unit includes the DC-DC converter that outputs the second DC power by the renewable energy source, and the first battery that outputs the second DC power by the first charging power source Wherein the first power supply control unit selects one or more of the plurality of second DC power supply units having a higher priority among the plurality of second DC power supply units and supplies the AC power to the grid by the first bidirectional converter, As shown in Fig.
상기 제2 직류 전원 공급 수단은 교류 전압을 발생하는 발전기와 상기 교류 전압을 상기 제2 직류 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.The second DC power supply unit may further include a generator for generating an AC voltage and an AC-DC converter for converting the AC voltage into the second DC power.
그리고, 상기 그리드의 상기 상용 전원이 불안정하고 상기 신재생 에너지원에 의한 상기 제2 직류 전원이 공급되지 않는 경우, 상기 신재생 에너지 공급부의 상기 제1 전원 제어부는 상기 양방향 컨버터를 제어하여서 상기 제1 배터리의 충전 전원에 의한 상기 제2 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드로 공급할 수 있다.When the commercial power supply of the grid is unstable and the second direct current power supply by the renewable energy source is not supplied, the first power supply control unit of the renewable energy supply unit controls the bidirectional converter, The second DC power source by the charging power of the battery can be converted into the AC power source and supplied to the grid.
그리고, 상기 그리드에서 상기 상용 전원이 안정적으로 공급되는 경우, 상기 부하 에너지 공급부의 상기 스위칭 제어부는 상기 제2 전원 제어부의 제어에 의하여 상기 제1 스위치를 턴온하여 상기 부하에 상기 그리드의 상기 교류 전원을 전달하며 상기 제2 전원 제어부는 상기 제2 양방향 컨버터를 제어하여서 상기 그리드의 상기 교류 전원을 상기 제3 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리를 충전할 수 있다.When the commercial power supply is stably supplied from the grid, the switching control unit of the load energy supply unit turns on the first switch under the control of the second power supply control unit to apply the alternating current power of the grid to the load And the second power controller controls the second bidirectional converter to convert the AC power of the grid into the third DC power to charge the battery.
그리고, 상기 그리드의 상기 상용 전원이 안정적으로 공급되는 경우, 상기 부하 에너지 공급부의 상기 스위칭 제어부는 상기 제2 전원 제어부의 제어에 의하여 상기 제2 스위치를 턴온하고 상기 그리드의 상기 교류 전원을 상기 제2 양방향 컨버터, 상기 DC-AC 컨버터 및 상기 제2 스위치를 통하여 상기 부하에 전달하며 상기 제2 양방향 컨버터에서 상기 DC-DC 컨버터로 전달되는 제3 직류 전압에 의하여 상기 제2 배터리를 충전할 수 있다.When the commercial power supply of the grid is stably supplied, the switching control unit of the load energy supply unit turns on the second switch under the control of the second power supply control unit, and turns on the alternating- DC converter, the DC-AC converter and the second switch, and charges the second battery by a third DC voltage transmitted from the second bidirectional converter to the DC-DC converter.
그리고, 상기 그리드의 상기 상용 전원의 공급이 차단되거나 불안정하게 공급되는 경우, 상기 부하 에너지 공급부의 상기 스위칭 제어부는 상기 제2 전원 제어부에 의하여 상기 제2 스위치를 턴온하여 상기 제2 배터리의 제2 충전 전원에 의한 상기 제3 직류 전원을 상기 DC-AC 컨버터에서 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드로 공급하는 한편 상기 제2 배터리의 상기 제2 충전 전원에 의한 상기 제3 직류 전원을 상기 양방향 컨버터에서 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드로 공급할 수 있다.When the supply of the commercial power source of the grid is interrupted or unstably supplied, the switching control unit of the load energy supply unit turns on the second switch by the second power source control unit to turn on the second charge of the second battery Wherein the third direct current power by the power source is converted into the alternating current power by the DC-AC converter and supplied to the grid while the third direct current power by the second charging power source of the second battery is supplied from the bidirectional converter It can be converted into an AC power source and supplied to the grid.
그리고, 상기 제1 및 제2 전원제어부는 역류, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상을 수행하도록 상기 제1 및 제2 양방향 컨버터를 각각 제어하여서 상기 제1 및 제2 양방향 컨버터의 출력을 각각 안정화함이 바람직하다.The first and second power source control units respectively control the first and second bidirectional converters to perform compensation for reverse current, instantaneous undervoltage (SAG), and harmonics, respectively, and output the outputs of the first and second bidirectional converters Stabilization is preferred.
본 발명에 따른 신재생 에너지 연계 전력 시스템은, 상용전원을 공급하는 그리드; 복수의 신재생 에너지원을 포함하며 상기 그리드에 상기 상용전원 안정화를 위한 교류 전원을 공급하는 신재생 에너지 공급부; 및 상기 그리드의 상기 교류 전원을 선택적으로 부하로 전달하는 제1 스위치, 직류 전원에 의한 충전과 충전 전원에 의한 상기 직류 전원의 공급을 수행하는 배터리, 상기 그리드의 상기 교류 전원을 상기 직류 전원으로 변환하고 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드에 제공하는 양방향 컨버터, 상기 양방향 컨버터의 상기 직류 전원과 상기 교류 전원 간의 변환 동작을 제어하는 전원 제어부, 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하는 DC-AC 컨버터, 상기 제1 스위치와 온오프 상태가 상반되며 상기 DC-AC 컨버터의 상기 교류 전원을 선택적으로 상기 부하로 전달하는 제2 스위치 및 상기 전원 제어부의 제어 신호에 의하여 상기 상용 전원의 안정적인 상태와 불안정적인 상태에 대응한 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 부하 에너지 공급부;를 포함함을 특징으로 한다.A renewable energy-linked power system according to the present invention includes: a grid for supplying commercial power; A renewable energy supply unit including a plurality of renewable energy sources and supplying AC power for stabilizing the commercial power to the grid; A first switch for selectively transmitting the AC power of the grid to the load, a battery for performing charging by the DC power supply and supplying the DC power by the charging power supply, a converter for converting the AC power of the grid into the DC power A bidirectional converter for converting the direct current power into the alternating current power and providing the direct current power to the grid, a power control unit for controlling a conversion operation between the direct current power source and the alternating current power source of the bidirectional converter, AC converter, a second switch which is opposite to the first switch and transmits the AC power of the DC-AC converter selectively to the load, and a second switch which is connected to the stable state of the commercial power supply And controlling the switching of the first and second switches corresponding to the unstable state It characterized by including; load energy supply unit and a switching control unit.
여기에서, 상기 부하 에너지 공급부는 상기 스위칭 제어부에 의하여 상기 제2 스위치가 턴온되면, 상기 그리드의 상기 교류 전원이 상기 제2 양방향 컨버터, 상기 DC-AC 컨버터 및 상기 제2 스위치를 통하여 상기 부하에 상기 교류 전원을 전달하며 상기 양방향 컨버터에서 상기 DC-DC 컨버터로 전달되는 상기 직류 전원에 의하여 상기 배터리를 충전하는 제1 모드 또는 상기 배터리의 충전 전원에 의한 상기 직류 전원을 상기 DC-AC 컨버터에서 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 제2 스위치를 통하여 상기 부하로 공급하는 한편 상기 배터리의 충전 전원에 의한 상기 직류 전원을 상기 양방향 컨버터에서 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드로 공급하는 제2 모드를 선택적으로 수행할 수 있다.
Here, when the second switch is turned on by the switching control unit, the load energy supply unit supplies the AC power of the grid to the load through the second bidirectional converter, the DC-AC converter, A first mode in which the AC power is supplied and the battery is charged by the DC power supplied from the bidirectional converter to the DC-DC converter or the DC power supplied by the charging power source of the battery is supplied from the DC- And a second mode in which the direct current power by the charging power supply of the battery is converted from the bidirectional converter to the alternating current power and supplied to the grid is selectively performed .
따라서, 본 발명에 의하면 신재생 에너지원의 전원을 그리드로 공급하는 경로 상의 배터리와 그리드 간 및 그리드의 전원을 부하로 전달하는 경로 상의 배터리와 그리드 간에 양방향으로 전원을 공급하도록 함으로써 신재생 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있고 그리드의 상용 전원이 불안정한 상태를 안정화할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, power is supplied in two directions between a battery on a path for supplying power of a renewable energy source to a grid and a grid on a path for transferring power between the grid and the grid to a load, And it is possible to stabilize the unstable state of the commercial power supply of the grid.
또한, 그리드에 대하여 전원이 양방향으로 공급될 수 있어서 그리드의 상용 전원의 상태에 따라서 충전과 전원 공급이 수행될 수 있으며 그리드의 상용 전원과 부하에 공급되는 상용 전원을 안정화할 수 있는 효과가 있다.In addition, power can be supplied to the grid in both directions, so that charging and power supply can be performed according to the state of the commercial power supply of the grid, and commercial power supplied to the grid and commercial power supplied to the load can be stabilized.
또한, 본 발명에 의하면 신재생 에너지원들을 포함하는 다양한 전력공급원으로부터 전원이 공급됨에 따라 발생할 수 있는 무효전력, SAG, 역율, 고조파를 양방향 컨버터의 제어로 보상함으로써 그리드의 상용 전원 안정화에 소요되는 비용을 절감하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to compensate the reactive power, SAG, power factor, and harmonics that can be generated due to power supply from various power sources including new and renewable energy sources by controlling the bidirectional converter, .
또한, 본 발명에 의하면 그리드에 공급되거나 공급받는 전원에 대한 무효전력, SAG, 역률, 고조파의 보상이 양방향 컨버터의 제어에 의하여 이루어지므로 상용 전원의 안정에 소요되는 비용을 절감하는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, since compensation of reactive power, SAG, power factor, and harmonics of a power source supplied to or supplied to the grid is performed by controlling the bidirectional converter, the cost required for stabilizing the commercial power source is reduced.
도 1은 본 발명에 따른 신재생 에너지 연계 전력 시스템의 바람직한 실시예를 나타내는 계통도.
도 2 내지 도 7은 그리드의 상용 전원의 상태에 따른 실시예의 동작을 설명하는 계통도.1 is a systematic diagram showing a preferred embodiment of a renewable energy linked power system according to the present invention;
FIG. 2 to FIG. 7 are schematic diagrams for explaining the operation of the embodiment according to the state of the commercial power source of the grid. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of description and should not be interpreted as limiting the scope of the present invention.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention and thus various equivalents and modifications Can be.
본 발명에 따른 신재생 에너지 연계 전력 시스템의 바람직한 실시예는 상용 전원을 공급하는 그리드(130), 그리드(130)에 교류 전원을 공급하는 신재생 에너지 공급부, 및 그리드(130)에서 부하(30)로 교류 전원을 공급하는 부하 에너지 공급부를 포함하는 구성을 갖는다.A preferred embodiment of the power system for renewable energy according to the present invention includes a
여기에서, 그리드(130)는 전력공급회사(예를 들어 한국전력공사)에서 시설물이나 건물 등에 상용 전원으로 교류 전원을 공급하는 것이다.Here, the
그리고, 신재생 에너지 공급부는 신재생 에너지원(100)에서 그리드(130)로 교류 전원을 안정적으로 공급하는 구성을 가지며, 본 발명에 실시예는 신재생 에너지원(100)으로 태양열, 풍력, 수력 및 지력 등을 이용하는 하나 이상의 신재생 에너지 발전 설비를 포함함이 바람직하다.The renewable energy supply unit is configured to stably supply alternating current power from the
신재생 에너지 공급부는 DC-DC 컨버터(110), 양방향 컨버터(120), 전원 제어부(140), 배터리(150), AC-DC 컨버터(160) 및 발전기(170)를 포함한다.The renewable energy supply unit includes a DC-
DC-DC 컨버터(110)는 외부의 신재생 에너지원(100)에서 제공되는 직류 전원을 상용 전원으로 공급하기 위한 특정한 레벨의 직류 전원으로 변환하여 출력하는 구성을 가지며 일 방향으로 전원 변환을 수행한다.The DC-
그리고, 양방향 컨버터(120)는 DC-DC 컨버터(110), AC-DC 컨버터(160) 및 배터리(150) 중 최소한 하나 이상에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 그리드(130)에 제공하고, 그리드(130)의 상용 전원에 의한 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리(150)에 충전을 위하여 공급하는 기능을 가지며, 양방향 컨버터(120)의 전원 변환은 전원 제어부(140)에 의하여 제어된다.The
여기에서, 양방향 컨버터(120)는 그리드(130)에 대한 교류 전원의 출력과 배터리(150)에 대한 직류 전원의 출력을 양방향으로 수행하기 위하여 리액터 일체형 변압기가 내장된 것으로 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로 변압기 코어(도시되지 않음)와 리액터 코어(도시되지 않음)가 동시에 구비된 구성을 갖는다. 상기 양방향 컨버터(120)는 본 출원인에 의하여 특허 제 --------- 호로 출원된 것이 이용될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Here, the
그리고, 전원제어부(140)는 양방향 컨버터(120)의 출력을 안정화하도록 제어하며, 그에 따라서 양방향 컨버터(120)는 일측에서 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고 타측 즉 그리드(130)에서 입력되는 교류 전원을 배터리(150)로 공급하기 위한 직류 전원으로 변환하는 전원 변환을 역률, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상과 병행한다.The
배터리(150)는 DC-DC 컨버터(110), 양방향 컨버터(120) 및 AC-DC 컨버터(160) 중 적어도 어느 하나 이상으로부터 인가되는 직류 전원에 의한 충전을 수행하는 한편 충전 전원에 의하여 직류 전원을 양방향 컨버터(120)로 제공할 수 있다.The
그리고, 발전기(170)는 그리드(130)의 무전원 상태 즉 정전 상태에 대응하여 유류 등으로 자가 발전하여 교류 전원을 발생하는 설비를 포함하며, AC-DC 컨버터(160)는 발전기(170)에서 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 양방향 컨버터(120) 또는 배터리(150)로 공급하도록 구성된다.The
상기한 구성에 의하여 그리드(130)의 상용 전원이 안정적인 경우, 도 2와 같이 그리드(130)의 상용 전원에 의한 교류 전원이 양방향 컨버터(120)를 통하여 직류 전원으로 변환되어서 배터리(150)에 충전될 수 있다. 즉, 양방향 컨버터(120)는 전원 제어부(140)의 제어에 의하여 그리드(130)의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리(150)에 충전한다.2, the AC power source of the
이때, 전원 제어부(140)에 의하여 양방향 컨버터(120)는 그리드(130)에서 입력되는 교류 전원에 대한 역률, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상을 수행한다.At this time, the
또한, 배터리(150)에는 도 3과 같이 신재생 에너지원(100)에서 생성된 직류 전원이 DC-DC 컨버터(110)에 의하여 레벨 변환된 직류 전원으로 인가될 수 있고, 발전기(170)에서 생성된 교류 전압이 AC-DC 컨버터(160)에 의하여 직류 전원으로 변환되어서 인가될 수 있다. 이때, 배터리(150)를 충전하고 남는 잉여 전원은 양방향 컨버터(120)를 통하여 교류 전원으로 변환되어서 그리드(130)로 공급될 수 있다.3, the DC power generated by the
그리고, 그리드(130)의 상용 전원이 불안정한 경우, 도 4와 같이 신재생 에너지원(100)에 의하여 발생한 직류 전원이 DC-DC 컨버터(110) 및 양방향 컨버터(120)를 통하여 교류 전원으로 변환된 후 그리드(130)의 상용 전원으로 공급될 수 있다. 4, the DC power generated by the
또한, 그리드(130)의 상용 전원이 불안정한 경우, 도 4와 같이 발전기(170)에 의하여 발생한 교류 전원이 AC-DC 컨버터(160) 및 양방향 컨버터(120)를 통하여 교류 전원으로 변환된 후 그리드(130)의 상용 전원으로 공급될 수 있다. 발전기(170)는 신재생 에너지원(100)으로부터 전원이 공급되지 않을 때나 전원의 양이 충분하지 않을 때 보조적으로 전원을 공급하기 위하여 가동될 수 있다.4, the AC power generated by the
상기와 같이 신재생 에너지원(100) 및 발전기(170)의 전원을 이용하여 그리드(130)에 교류전원을 공급하는 과정에서 배터리(150)의 충전이 이루어질 수 있다.The
또한, 신재생 에너지원(100) 및 발전기(170)로부터 전원이 공급되지 않고 그리드(130)의 상용 전원이 불안정한 경우, 도 4와 같이 배터리(150)의 충전 전원이 직류 전원으로 출력되어서 양방향 컨버터(120)를 거쳐서 교류 전원으로 변환된 후 그리드(130)로 공급될 수 있다. In addition, when power is not supplied from the
도 4와 같이 그리드(130)로 교류 전원을 공급할 때 전원제어부(140)의 양방향 컨버터(120)의 제어에 의하여 역류, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상이 이루어지므로, 교류 전원이 안정화될 수 있다.4, when the AC power is supplied to the
한편, 도 4와 같이 신재생 에너지원(100), 발전기(170) 및 배터리(150)와 같이 다수의 직류 전원 공급 수단을 포함한 경우, 본 발명에 따른 전원 제어부(140)는 양방향 컨버터(120)를 제어하여 우선 순위가 높은 것을 하나 이상 선택하여 그리드(130)로 교류 전원을 공급할 수 있다.4, the
한편, 본 발명에 따른 실시예는 그리드(130)에서 부하(30)로 교류 전원을 공급하는 부하 에너지 공급부를 포함하며, 부하 에너지 공급부는 양방향 컨버터(10), DC-AC 컨버터(12), 배터리(14), 스위치(16, 18), 전원 제어부(20) 및 스위칭 제어부(22)를 포함한다.Meanwhile, the embodiment according to the present invention includes a load energy supply unit that supplies AC power from the
여기에서, 스위치(18)는 그리드(130)와 부하(30) 간의 연결을 스위칭하여 그리드(130)의 교류 전원을 부하(30)로 선택적으로 전달하는 구성을 갖는다.Here, the
그리고, 스위치(16)는 DC-AC 컨버터(12)와 부하(30) 간의 연결을 스위칭하여 DC-AC 컨버터(12)에서 출력되는 교류 전원을 부하(30)로 선택적으로 전달하는 구성을 갖는다.The
여기에서, 스위치(16, 18)는 스위칭 제어부(22)에 의하여 스위칭 상태가 제어되며, 스위치(16)와 스위치(18)는 온, 오프 상태가 서로 상반되는 동작을 수행하도록 구성된다.Here, the
그리고, 양방향 컨버터(10)는 양방향 컨버터(120)와 동일한 기능을 갖는 것으로 구성될 수 있다. 그에 따라서 양방향 컨버터(10)는 전원 제어부(20)의 제어에 의하여 그리드(130)에서 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 DC-AC 컨버터(12)와 배터리(14)로 제공하거나 배터리(14)의 충전 전원에 의한 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 그리드(130)로 제공할 수 있다.The
전원제어부(20)는 양방향 컨버터(10)의 출력을 안정화하도록 제어하며, 그에 따라서 양방향 컨버터(120)는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 그리드(130)로 제공하고 타측 즉 그리드(130)에서 입력되는 교류 전원을 배터리(150) 및 DC-AC 컨버터(12)로 공급하기 위한 직류 전원으로 변환하는 전원 변환을 역률, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상과 병행한다.The
DC-AC 컨버터(12)는 양방향 컨버터(10)와 배터리(14)에서 제공되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 스위치(16)로 전달하도록 구성된다.The DC-
그리고, 배터리(14)는 양방향 컨버터(10)에서 출력되는 직류 전원에 의한 충전과 충전 전원에 의한 직류 전원을 양방향 컨버터(10)로 제공하는 기능을 갖는다. The
전원 제어부(20)는 양방향 컨버터(10)에 교류 전원을 제공하는 그리드(130)의 상용 전원 상태를 검출하여 안정적이거나 불 안정적인 상태에 대응하는 제어 신호를 스위칭 제어부(22)로 제공할 수 있다.The
그리고, 스위칭 제어부(22)는 상용 전원의 안정적인 상태와 불 안정적인 상태에 대응하여 가변 되는 전원 제어부(20)의 제어 신호에 의하여 스위치들(16, 18)의 스위칭을 제어하는 구성을 갖는다.The switching
상술한 바와 같이 구성되는 부하 에너지 공급부는 그리드(130)의 상태에 따라서 부하(30)에 교류 전원을 안정적으로 제공하는 기능을 수행한다.The load energy supply unit configured as described above performs a function of stably supplying AC power to the
먼저, 그리드(130)의 상용 전원이 안정적인 상태이면 도 5와 같이 스위칭 제어부(22)는 전원 제어부(20)의 제어 신호에 의하여 스위치(16)를 턴, 오프 하고 스위치(18)를 턴, 온 함으로써 그리드(130)의 상용 전원에 의한 교류 전원을 스위치(18)를 통하여 부하(30)로 전달할 수 있다.5, the switching
이때, 그리드(130)의 상용 전원에 의한 교류 전원이 양방향 컨버터(10)에 의하여 직류 전원으로 변환된 후 배터리(14)에 충전될 수 있다.At this time, the alternating current power by the commercial power source of the
상기한 도 5의 동작에서 양방향 컨버터(10)는 전원제어부(20)의 제어에 의하여 교류 전원에 대한 역류, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상을 수행할 수 있다.5, the
또한, 본 발명에 따른 실시예는 도 5와 달리 그리드(130)의 상용 전원이 안정적인 상태에 대응하여 도 6과 같이 스위칭 제어부(22)는 전원 제어부(20)의 제어 신호에 의하여 스위치(16)를 턴온하고 스위치(18)를 턴,오프 함으로써 그리드(130)의 상용 전원에 의한 교류 전원을 양방향 컨버터(10), DC-AC 컨버터(12) 및 스위치(16)를 통하여 부하(30)로 전달할 수 있다.6, the switching
그리고, 양방향 컨버터(10)에서 출력되는 직류 전원은 배터리(14)에 공급되어서 배터리(14)를 충전할 수 있다.The DC power output from the
상기한 도 6의 동작에서도 양방향 컨버터(10)는 전원제어부(20)의 제어에 의하여 교류 전원에 대한 역률, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상을 수행할 수 있다.6, the
또한, 그리드(130)의 상용 전원에 의한 교류 전원의 공급이 차단되거나 교류 전원이 불안정한 경우에 대응하여 도 7과 같이 스위칭 제어부(22)는 전원 제어부(20)의 제어신호에 의하여 스위치(16)를 턴온하고 스위치(18)를 턴오프함으로써 배터리(14)의 충전 전원에 의한 직류 전원을 DC-AC 컨버터(12)에서 교류 전원으로 변환한 후 스위치(16)를 경유하여 부하(30)로 전달할 수 있다.7, the switching
그리고, 배터리(14)의 충전 전원에 의한 직류 전원을 양방향 컨버터(10)에서 교류 전원으로 변환하여 그리드(130)로 제공함으로써 그리드(130)의 불안정한 교류 전원을 안정화할 수 있다.The unidirectional AC power of the
상기한 도 7의 동작에서도 양방향 컨버터(10)는 전원제어부(20)의 제어에 의하여 교류 전원에 대한 역률, 순간 저전압(SAG) 및 고조파에 대한 보상을 수행할 수 있다.7, the
상술한 바와 같이 본 발명은 신재생 에너지원의 전원을 그리드로 공급하는 경로 상의 배터리와 그리드 간 및 그리드의 전원을 부하로 전달하는 경로 상의 배터리와 그리드 간에 양방향으로 전원을 공급하도록 함으로써 신재생 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다.As described above, according to the present invention, power is supplied in both directions between a battery and a grid on a path for supplying power of a renewable energy source to a grid, and a battery and a grid on a path for transferring power of the grid to a load, It can be utilized efficiently.
또한, 본 발명은 그리드의 상용 전원이 불안정한 경우 배터리의 충전 전원을 이용하여 상용 전원을 안정화할 수 있으며 또한 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, when the commercial power source of the grid is unstable, the commercial power source can be stabilized by using the charging power source of the battery, and stable power can be supplied to the load.
그리고, 본 발명에 의하면 전원이 그리드에 대하여 양방향으로 공급될 수 있어서 상용 전원의 상태에 따라서 배터리의 충전과 그리드에 대한 전원 공급이 수행될 수 있으며, 결과적으로 그리드의 상용 전원의 안정화와 부하에 공급되는 교류 전원의 안정화를 꾀할 수 있다.According to the present invention, the power can be supplied to the grid in both directions, so that the charging of the battery and the power supply to the grid can be performed according to the state of the commercial power supply. As a result, It is possible to stabilize the AC power source.
또한, 신재생 에너지원들을 포함하는 다양한 전력공급원으로부터 전원이 공급됨에 따라 발생할 수 있는 무효전력, SAG, 역률, 고조파를 양방향 컨버터의 제어로 보상함으로써 그리드의 상용 전원 안정화에 소요되는 비용을 절감될 수 있다.In addition, the cost of stabilizing the commercial power of the grid can be reduced by compensating reactive power, SAG, power factor, and harmonics that may occur as power is supplied from various power sources including new and renewable energy sources by controlling the bidirectional converter have.
그리고, 그리드에 공급되거나 공급받는 전원에 대한 무효전력, SAG, 역률, 고조파의 보상이 양방향 컨버터의 제어에 의하여 이루어지므로 상용 전원의 안정에 소요되는 비용이 절감될 수 있다.
Also, since the compensation of reactive power, SAG, power factor and harmonics of the power supplied to or supplied to the grid is performed by the control of the bidirectional converter, the cost required for stabilizing the commercial power source can be reduced.
10 : 양방향 컨버터 12 : DC-AC 컨버터
14 : 배터리 16, 18 : 스위치
20 : 전원 제어부 22 : 스위칭 제어부
30 : 부하 100 : 신재생 에너지원
110 : DC-DC 컨버터 120 : 양방향 컨버터
130 : 그리드 140 : 전원 제어부
150 : 배터리 160 : AC-DC 컨버터
170 : 발전기10: Bi-directional converter 12: DC-AC converter
14:
20: power supply control unit 22: switching control unit
30: load 100: renewable energy source
110: DC-DC converter 120: Bidirectional converter
130: grid 140: power control unit
150: Battery 160: AC-DC converter
170: generator
Claims (15)
외부의 신재생 에너지원에서 제공되는 제1 직류 전원을 제2 직류 전원으로 변환하여 제공하는 DC-DC 컨버터, 상기 제2 직류 전원에 의한 충전과 제1 충전 전원에 의한 상기 제2 직류 전원의 공급을 수행하는 제1 배터리, 상기 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드에 제공하고 상기 그리드의 상기 상용 전원에 의한 상기 교류 전원을 상기 제2 직류 전원으로 변환하는 제1 양방향 컨버터, 및 상기 제1 양방향 컨버터의 상기 제2 직류 전원과 상기 교류 전원 간의 변환 동작을 제어하는 제1 전원 제어부;를 포함하는 신재생 에너지 공급부; 및
상기 그리드의 상기 교류 전원을 선택적으로 부하로 전달하는 제1 스위치, 제3 직류 전원에 의한 충전과 제2 충전 전원에 의한 상기 제3 직류 전원의 공급을 수행하는 제2 배터리, 상기 그리드의 상기 상용 전원에 의하녀 상기 교류 전원을 상기 제3 직류 전원으로 변환하고 상기 제3 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하여 상기 그리드에 제공하는 제2 양방향 컨버터, 상기 제2 양방향 컨버터의 상기 제3 직류 전원과 상기 교류 전원 간의 변환 동작을 제어하는 제2 전원 제어부, 상기 제3 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하는 DC-AC 컨버터, 상기 제1 스위치와 온오프 상태가 상반되며 상기 DC-AC 컨버터의 상기 교류 전원을 선택적으로 상기 부하로 전달하는 제2 스위치 및 상기 상용 전원의 안정적인 상태와 불안정적인 상태에 대응하여 가변되는 제어 신호에 의하여 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 부하 에너지 공급부;를 포함하며,
상기 신재생 에너지 공급부는 상기 신재생 에너지원에 의한 상기 제2 직류 전원을 출력하는 상기 DC-DC 컨버터, 상기 제1 충전 전원에 의한 상기 제2 직류 전원을 출력하는 상기 제1 배터리를 포함한 다수의 제2 직류 전원 공급 수단을 포함하며, 상기 제1 전원 제어부는 다수의 상기 제2 직류 전원 공급 수단 중 우선 순위가 높은 것을 하나 이상 선택하여 상기 제1 양방향 컨버터에 의하여 상기 그리드로 상기 교류 전원을 공급하도록 제어하는 신재생 에너지 연계 전력 시스템.
A grid for supplying commercial power;
A DC-DC converter for converting a first DC power supplied from an external renewable energy source into a second DC power and providing the converted DC power to the second DC power supply; A first bidirectional converter for converting the second DC power source into an AC power source and providing the same to the grid and converting the AC power source by the commercial power source of the grid into the second DC power source, And a first power source control unit for controlling a conversion operation between the second DC power source and the AC power source of the first bidirectional converter; And
A first switch for selectively supplying the AC power of the grid to the load, a second battery for supplying the third DC power by the third DC power source and the second DC power by the second DC power source, A second bidirectional converter for converting the AC power into the third DC power, converting the third DC power to the AC power and providing the AC power to the grid, a second bidirectional converter of the second bidirectional converter, A second power source control unit for controlling the converting operation between the AC power source and the AC power source, a DC-AC converter for converting the third DC power source to the AC power source, A second switch for selectively delivering power to the load and a control switch for varying a stable state and an unstable state of the commercial power supply, Energy supply by the load and a switching control unit for controlling the switching of the first and second switches; includes,
Wherein the renewable energy supply unit includes a DC-DC converter for outputting the second DC power by the renewable energy source, a plurality of first DC power sources for outputting the second DC power by the first charging power source Wherein the first power supply control unit selects one or more of the plurality of second DC power supply units having a higher priority and supplies the AC power to the grid by the first bidirectional converter Renewable energy-linked power system.
상기 제2 직류 전원 공급 수단은 교류 전압을 발생하는 발전기와 상기 교류 전압을 상기 제2 직류 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터를 더 포함하는 신재생 에너지 연계 전력 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the second DC power supply means further comprises a generator for generating an AC voltage and an AC-DC converter for converting the AC voltage into the second DC power.
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