KR101654891B1 - 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템 - Google Patents

야드 크레인 회생 전력 관리 시스템 Download PDF

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KR101654891B1 KR1020160017843A KR20160017843A KR101654891B1 KR 101654891 B1 KR101654891 B1 KR 101654891B1 KR 1020160017843 A KR1020160017843 A KR 1020160017843A KR 20160017843 A KR20160017843 A KR 20160017843A KR 101654891 B1 KR101654891 B1 KR 101654891B1
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Abstract

본 발명은 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템 및 그 관리 방법을 제공한다. 이 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템은 이동 가능한 야드 크레인에 탑재된 회생 인버터에서 발생한 회생 전력량을 계측하여 생성된 야드 크레인 모니터링 데이터를 무선으로 전송하는 복수의 야드 크레인 시스템; 상기 야드 크레인 시스템과 무선 통신하여 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 수신하여 저장하는 통신/데이터베이스 서버; 및 상기 회생 전력량이 발생한 경우 상기 통신/데이터베이스 서버로부터 충전 지령에 따라 상기 회생형 인버터로부터 계통을 통하여 제공된 회생 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템;을 포함한다. 상기 통신/데이터베이스 서버는 상기 에너지 저장 시스템 모니터링 정보에 기반한 회생 인버터 동작 지령을 상기 야드 크레인 시스템에 전달한다.

Description

야드 크레인 회생 전력 관리 시스템{rubber tired gantry crane regenerated power management system}
본 발명은 전력과 통신/정보 기술의 융합된 스마트 그리드 기술에 관한 것으로, 더 구체적으로 복수의 야드 크레인에 각각 설치된 회생 인버터들로부터 회생 전력을 에너지 저장 시스템에 저장하고 필요시 방전하는 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템에 관한 것이다
야드 크레인은 레일 위에서만 이동하는 방식(rail mounted gantry crane: RMGC)과 타이어가 달린 바퀴를 통하여 자유롭게 이동할 수 있는 방식(rubber tired gantry crane: RTGC)이 있다. RTGC는 자유롭게 이동할 수 있으나, 전력을 공급받기 위하여 윈치를 통하여 전력선을 감고/푼다.
야드 크레인 마다 회생 인버터 및 에너지 저장 시스템을 구비하는 경우, 효율적인 에너지 관리가 어렵다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 야드 크레인에서 발생한 회생 전력을 에너지 저장 시스템 및 무선 통신 기술을 활용하여 효율적으로 관리하는 것을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템은 이동 가능한 야드 크레인에 탑재된 회생 인버터에서 발생한 회생 전력량을 계측하여 생성된 야드 크레인 모니터링 데이터를 무선으로 전송하는 복수의 야드 크레인 시스템; 상기 야드 크레인 시스템과 무선 통신하여 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 수신하여 저장하는 통신/데이터베이스 서버; 및 상기 회생 전력량이 발생한 경우 상기 통신/데이터베이스 서버로부터 충전 지령에 따라 상기 회생형 인버터로부터 계통을 통하여 제공된 회생 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템;을 포함한다. 상기 통신/데이터베이스 서버는 상기 에너지 저장 시스템 모니터링 정보에 기반한 회생 인버터 동작 지령을 상기 야드 크레인 시스템에 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 야드 크레인 시스템 각각은 이동 가능한 야드 크레인; 상기 야드 크레인에 탑재된 상기 회생 인버터; 상기 회생 인버터를 통하여 회생된 회생 전력을 계측하는 회생 전력량; 및 상기 회생 전력량계에서 계측된 상기 전력량을 수신하고, 상기 회생 인버터의 회생 인버터 상태 정보를 수신하고, 상기 회생 인버터에 상기 회생 인버터 동작 지령을 전달하는 원격 단말 유닛; 및 상기 원격 단말 유닛에 연결되어 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 무선 전송하고, 상기 회생 인버터 동작 지령을 수신하는 무선 브릿지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원격 단말 유닛은, 통신 네트워크 단절시 야드 크레인 모니터링 데이터를 통신 네트워크 단절 발생 시간과 함께 XML 형태로 저장하고, 통신 네트워크 연결시 일괄 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 야드 크레인 회생 전력 관리 방법은 이동 가능한 야드 크레인에 탑재된 회생 인버터에서 발생한 회생 전력량을 계측하여 생성된 야드 크레인 모니터링 데이터를 네트워크를 통하여 수집하는 단계; 상기 회생 전력량에 기반하여 계통에 역조류가 발생하지 않도록 회생 인버터 동작 지령을 생성하는 단계; 및 상기 회생 인버터 동작 지령에 따라 상기 회생 인버터로부터 계통을 통하여 제공된 회생 전력을 에너지 저장 시스템에 저장하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 통신 네트워크 단절시 야드 크레인 모니터링 데이터를 통신 네트워크 단절 발생 시간과 함께 XML 형태로 저장하고, 통신 네트워크 연결시 일괄 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템은 야드 크렌인에서 발생되는 위치에너지가 전기에너지로 발생되는 회생된 에너지를 저항으로 태우지 않고 회생형 인버터를 통해 다시 전기에너지로 바꾸어 에너지를 절약할 수 있다. 한 대 당 발생할 수 있는 회생에너지는 RTGC의 경우, 최대 350kW, 암벽형 크레인의 경우, 700kW정도로 막대한 전기에너지가 발생할 수 있다. 만약 항만 등에서 동시에 여러 대의 크레인에서 동시에 회생에너지가 발생할 경우 역조류가 발생할 수 있어, 한국전력의 전기사업법에 만족하지 못할 경우가 발생할 수 있다. 이것에 대한 보완으로 종단에 에너지 저장 시스템를 추가하여 회생에너지를 저장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 회생 전력 관리 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 회생 전력 관리 시스템의 통신 단절시 동작을 설명하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절약되는 전기에너지에 대한 비용을 청구하기 위하여, 각각의 야드 크레인에서 절약되는 전기에너지에 대한 모니터링이 필요하다. 각각의 야드 크레인에 전력량계 및 원격 단말 유닛(Remote Terminal Unit; RTU)을 통해 발생되는 회생에너지를 모니터링한다. 원격으로 발생된 전력을 계량할 수 있으며, 각각의 야드 크레인의 상태 정보 및 회생인버터의 상태정보를 받아 즉각적인 유지보수 및 원격 계량을 할 수 있다. 또한, 회생되는 전기에너지의 전기를 단순히 환산하면 전력요금이 염가일 수 있으나, 한국전력의 전기를 사용하지 않고 회생에너지를 에너지 저장 시스템에 저장하여 전력 수요자원 사업을 통해 판매하면 더욱 부가가치를 높일 수 있는 장점이 있다.
항만의 야드 크레인의 경우 고정된 위치에 있지 않고 유동적으로 움직이고 넓게 분포된 관계로 통신시스템의 신뢰성을 확보하는 문제가 있다. 만약 통신이 유실될 경우 발생된 전기에너지를 비용으로 받지 못하는 경우가 발생하여 각각의 원격 단말 유닛에서 네트워크 단절시 데이터를 저장을 하였다가 네트워크 연결시 XML 형태로 일괄 전송하여 속도 향상 및 신뢰성 확보하여 실시간 데이터 누락을 방지 할 수 있다.
에너지 저장 시스템의 추가적인 기능으로 전쟁 및 블랙아웃과 같이 국가적 사태가 발생 시 디젤발전기와 연동하여 국가의 중요 물류기지인 항망을 계속적으로 유지할 수 있다.
각각의 회생인버터는 만약 에너지 저장 시스템가 완전히 충전되고 역조류가 발생될 조건이 발생되면 상기 원격 단말 유닛을 통해 제한 운전을 할 수도 있다.
항만에너지관리시스템은 전체 항만을 관리할 수 있으며 전체 시스템의 정보를 받아 유지보수 및 물류관리시스템과 연동적으로 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 항만에서 수십 대의 야드 크레인이 설치된다. 각 야드 크레인은 회생 인버터만을 구비한다. 모든 야드 크레인은 전력을 공급받고 회생전력을 제공하기 위하여 공통되는 전력망에 연결된다. 상기 특정한 야드 크레인들에서 회생 전력이 발생한 경우, 상기 야드 크레인들에 연결된 계통을 통하여 에너지 저장 시스템에 회생 전력을 공급한다. 상기 에너지 저장 시스템은 전력 거래소를 통하여 필요시 전력을 판매할 수 있다. 또한, 회생 전력량은 적산되어 주기적으로 항만 에너지 관리 시스템을 통하여 과금할 수 있다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예와 결과 등에 대해 설명하고자 한다. 이하의 실시 예와 결과는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 회생 전력 관리 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 회생 전력 관리 시스템의 통신 단절시 동작을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템(100)은 야드 크레인 시스템(110), 통신/데이터베이스 서버(122), 및 에너지 저장 시스템(136)을 포함한다.
복수의 야드 크레인 시스템(110) 각각은 이동 가능한 야드 크레인에 탑재된 회생 인버터(116)에서 발생한 회생 전력량을 계측하여 생성된 야드 크레인 모니터링 데이터를 무선으로 전송한다. 통신/데이터베이스 서버(122)는 상기 야드 크레인 시스템과 무선 통신하여 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 수신하여 저장한다. 에너지 저장 시스템(136)은 상기 회생 전력량이 발생한 경우 상기 통신/데이터베이스 서버로부터 충전 지령에 따라 상기 회생 인버터(116)로부터 계통을 통하여 제공된 회생 전력을 저장한다. 상기 통신/데이터베이스 서버(122)는 상기 에너지 저장 시스템 모니터링 정보에 기반한 회생 인버터 동작 지령을 상기 야드 크레인 시스템(110)에 전달한다.
야드 크레인 시스템(110)은 야드 크레인(118), 상기 야드 크레인으로부터 회생 전력을 생성하는 회생 인버터(116), 상기 회생 인버터를 통하여 생성된 전력량을 계측하는 회생 전력량계(112), 및 상기 회생 인버터와 통신하는 원격 단말 유닛(114)을 포함한다.
상기 야드 크레인(118)은 이동할 수 있으며, 상기 야드 크레인의 RTGC 상태 정보 및 위치 정보를 상기 원격 단말 유닛(114)에 유선 통신을 통하여 전달할 수 있다. 상기 유선 통신은 RS 485를 사용할 수 있다. 상기 위치 정보는 상기 야드 크레인에 탑재된 GPS에 의하여 생성될 수 있다.
상기 회생 인버터(116)는 3-레벨 인버터일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 회생 인버터는 T-타입 인버터일 수 있다. 상기 회생 인버터는 상기 야드 크레인의 전원 구동부와 병렬로 연결되어, 상기 회생 인버터(116)가 고장 시에도 상기 야드 크레인은 정상 동작할 수 있다. 상기 회생 인버터(116)는 종래의 야드 크레인의 전원 구동부에 추가적으로 배치되어 기존 시스템에 영향이 없으며, 개조에 필요한 시간과 비용이 최소화될 수 있다.
상기 회생 전력량계(112)는 상기 회생 인버터를 통하여 회생 전력을 계측할 수 있으며, 상기 회생 인버터(116)의 출력단에 배치될 수 있다. 상기 회생 전력량계는 계측된 회생 전력량을 상기 원격 단말 유닛에 유선 통신을 통하여 전달할 수 있다.
상기 원격 단말 유닛(114)은 신호 감지를 위한 입력 채널, 제어와 지시를 위한 출력 채널, 및 통신 포트를 구비할 수 있다. 상기 원격 단말 유닛(114)은 RS 485와 같은 직렬 통신 방식으로 입력 채널 및 출력 채널을 제어할 수 있다.
상기 원격 단말 유닛(114)은 상기 통신/데이터베이스 서버(122)를 통하여 회생 인버터 동작 지령을 수령하고, 야드 크레인 모니터링 데이터를 상기 통신/데이터베이스 서버(122)에 전달한다. 또한, 상기 야드 크레인 모니터링 데이터는 회생 전력량, 고장 유무와 같은 회생 인버터 상태 정보, 모터의 고장과 같은 RTGC 상태 정보, 및 GPS를 통한 위치 정보를 포함할 수 있다.
상기 원격 단말 유닛(114)은 상기 회생 인버터에 회생 인버터 동작 지령을 전달하고, 회생 전력량, 고장 유무와 같은 회생 인버터 상태 정보를 수신한다(S112). 또한, 상기 회생 인버터는 상기 회생 인버터 동작 지령에 동작한다. 상기 원격 단말 유닛(114)은 네트워크 연결 상태를 확인한다(S114).
상기 원격 단말 유닛(114)은 통신 네트워크 단절시 야드 크레인 모니터링 데이터를 통신 네트워크 단절 발생 시간과 함께 XML 형태로 저장하고(S118), 통신 네트워크 연결시 일괄 전송할 수 있다(S116). 구체적으로, 상기 원격 단말 유닛은 야드 크레인 모니터링 데이터를 수집하고, 상기 무선 브릿지와 연결 상태를 확인한다. 만약, 연결 상태인 경우, 상기 원격 단말 유닛은 야드 크리인 모니터링 데이터를 상기 무선 브릿지를 통하여 통신/데이터베이스 서버에 전달한다. 한편, 단절 상태인 경우, 상기 원격 단말 유닛은 로그 데이터와 야드 크리인 모니터링 데이터를 XLM 파일 형태로 저장한다. 네트워크 재 연결 시 까지 계속하여 추가로 저장할 수 있다. 만약, 데이터가 일정량을 초과하면, 다음 파일을 생성할 수 있다. 통신 연결 상태로 확인되면, 상기 원격 단말 유닛은 XLM 파일을 일괄 전송하여 속도를 향상시킬 수 있다.
상기 원격 단말 유닛(114)은 무선 브릿지(115)에 연결될 수 있다. 상기 무선 브릿지(115)는 두 개의 네트워크를 무선으로 연결할 수 있다. 상기 무선 브릿지(115)는 IEEE 802.11과 같은 WIFI 통신 규격을 사용할 수 있다. 상기 무선 브릿지는 일대일(point-to-point) 연결, 또는 일대다( point-to-multipoint ) 연결을 지원할 수 있다.
상기 야드 크레인(118)은 이동가능하고, 상기 야드 크레인에 탑재된 무선 브릿지(114)는 이동할 수 있다. 고정 무선 브릿지(121)는 조명탑등 높은 위치에 설치되고, 상기 고정 무선 브릿지(121)는 근처에서 작업하는 복수의 야드 크레인의 무선 브릿지(115)와 무선 통신할 수 있다.
고정 무선 브릿지(121)는 유선으로 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 상기 통신 네트워크는 유선일 수 있으며, 인터넷 통신 네트워크일 수 있다.
통신/데이터베이스 서버(122)는 무선 브릿지(115,121)를 경유하여 상기 통신 네트워크를 통하여 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 수신하여 저장하고, 회생 인버터 동작 명령을 무선 브릿지(115,121)를 경유하여 상기 원격 단말 유닛(114)에 전달할 수 있다.
통신/데이터베이스 서버(122)는 에너지 저장 시스템(136)에 충전 동작 지령 또는 방전 동작 지령를 전달할 수 있으며, 상기 에너지 저장 시스템(136)으로부터 ESS 시스템 모니터링 데이터를 수신하여 저장할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템(136)은 배터리 방식, 또는 플라이휠 방식, NaS 방식일 수 있다. 상기 배터리는 리튬 이차 전지일 수 있다. 상기 에너지 저장 시스템(136)은 배터리(136a), 무선 브릿지(136c) 및 원격 단말 유닛(136b)을 포함할 수 있다. 상기 에너지 저장 시스템(136)은 항만 내부에 설치되며, 상기 무선 브릿지(136c)는 조명탑등에 설치된 상기 고정무선 브릿지(121)와 무선 통신할 수 있다. 상기 에너지 저장 시스템(136)은 통신/데이터베이스 서버로부터 충전 동작 지령 또는 방전 동작 지령을 수신하고, ESS 시스템 모니터링 데이터를 전송할 수 있다.
항만 에너지 관리부(123)는 상기 통신/테이터베이스 서버(122)로부터 야드 크레인 모니터링 데이터 및 ESS 모니터링 데이터를 수신하고, 상기 통신/테이터베이스 서버(122)에게 충전/방전 동작 지령을 전송할 수 있다.
항만 에너지 관리부(123)는 상기 통신/데이터베이스 서버에 접속하여 통신 상태(연결/단절) 정보를 표시하고, 상기 회생 인버터의 고장 및 상태 정보를 표시하고, 역류조 발생 조건 및 에너지 저장 시스템의 충전 상태를 표시할 수 있다. 상기 항만 에너지 관리부(123)는 모든 회생 전력량을 합산할 수 있으며, 역조류가 발생할 수 있는 조건을 산출할 수 있다.
항만 에너지 관리부(123)는 역조류 발생시 충전 동작 지령을 생성하여 지시하고, 상기 에너지 충전 시스템(136)이 동작 불능시 상기 회생 인버터의 제한 운전을 위한 회생 인버터 동작 지령을 생성할 수 있다.
또한, 상기 항만 에너지 관리부(123)는 한국 전력 거래소에 전력 감축 주문을 전달할 수 있으며, 상기 한국 전력 거래소로부터 전력감출결과를 수신할 수 있다. 상기 항만 에너지 관리부(123)가 상기 전력 감축결과를 수신한 경우, 상기 항만 에너지 관리부(123)는 방전 동작 지령을 상기 통신/데이터베이스 서버에 전달할 수 있다. 상기 방전 동작 지령에 따라, 상기 통신/테이터베이스 서버는 상기 에너지 저장 시스템에 방전 동작 지령을 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 에너지 저장 시스템은 저장된 에너지를 방전할 수 있다.
항만 에너지 관리부(123)는 가격이 싼 심야 시간에 상기 에너지 저장 시스템에 저장하도록 ESS 충전 동작 지령을 생성하여, 상기 통신/테이터베이스 서버에 전달할 수 있다. 상기 통신/테이터베이스 서버(122)는 상기 ESS 충전 동작 지령을 상기 에너지 저장 시스템에 전달하고, 상기 에너지 저장 시스템은 계통 전력을 이용하여 충전할 수 있다.
상기 야드 크레인 시스템(110) 각각으로 부터의 회생전력은 모두 하나의 노드에 연결된다.
상기 야드 크레인 시스템(110)으로부터 제공된 회생 전력은 상기 노드를 통하여 전력량계(134) 및 제1 변압기(135)를 통하여 상기 에너지 저장 시스템에 전달된다.
또한, 상기 에너지 저장 시스템(136)에 저장된 전력은 다시 제1 변압기(135), 상기 제1 전력량계(134), 제2 전력량계(132), 및 제2 변압기(137)를 통하여 전력 계통에 전달된다.
이상에서는 본 발명을 특정 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
110: 야드 크레인 시스템
112: 회생 전력량계
114: 원격 단말 유닛
115: 무선 브릿지
121: 고정 무선 브릿지
122: 통신/데이어베이스 서버
123: 항만 에너지 관리부
136: 에너지 저장 시스템

Claims (5)

  1. 전력망에 연결되고 이동 가능한 야드 크레인에 탑재된 회생 인버터에서 발생한 회생 전력량을 계측하여 생성된 야드 크레인 모니터링 데이터를 무선으로 전송하는 복수의 야드 크레인 시스템;
    상기 야드 크레인 시스템과 무선 통신하여 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 수신하여 저장하는 통신/데이터베이스 서버; 및
    상기 회생 전력량이 발생한 경우 상기 통신/데이터베이스 서버로부터 충전 지령에 따라 상기 회생 인버터로부터 계통을 통하여 제공된 회생 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템;을 포함하고,
    상기 통신/데이터베이스 서버는 상기 에너지 저장 시스템 모니터링 정보에 기반한 회생 인버터 동작 지령을 상기 야드 크레인 시스템에 전달하고,
    상기 야드 크레인 시스템 각각은:
    이동 가능한 야드 크레인;
    상기 야드 크레인에 탑재된 상기 회생 인버터;
    상기 회생 인버터를 통하여 회생된 회생 전력을 계측하는 전력량계;
    상기 전력량계에서 계측된 상기 전력량을 수신하고, 상기 회생 인버터의 회생 인버터 상태 정보를 수신하고, 상기 회생 인버터에 상기 회생 인버터 동작 지령을 전달하는 원격 단말 유닛; 및
    상기 원격 단말 유닛에 연결되어 상기 야드 크레인 모니터링 데이터를 무선 전송하고, 상기 회생 인버터 동작 지령을 수신하는 무선 브릿지를 포함하고,
    상기 회생 인버터는 상기 야드 크레인의 전원 구동부와 병렬로 연결되고,
    상기 원격 단말 유닛은, 통신 네트워크 단절시 야드 크레인 모니터링 데이터를 통신 네트워크 단절 발생 시간과 함께 XML 형태로 저장하고, 통신 네트워크 연결시 일괄 전송하는 것을 특징으로 하는 야드 크레인 회생 전력 관리 시스템.
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