KR101701604B1 - 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
사용자에 의해 요청되는 전력발전량에 따라 분산형 연료전지 컨트롤러를 이용하여 복수의 연료전지의 발전량을 조절함으로써, 효율적인 전력 관리로 안정적이고 신뢰성 있는 연료전지의 분산발전 시스템을 구축할 수 있는 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템은 건물에 설치되어, 사용자에게 공급하기 위한 전력을 생산하는 제1 내지 제n 연료전지를 갖는 전력공급부; 상기 제1 내지 제n 연료전지와 병렬로 연결되며, 상기 사용자에 의해 요청된 전력발전량에 따라 상기 제1 내지 제n 연료전지의 발전량을 각각 조절하기 위한 분산형 연료전지 컨트롤러; 상기 분산형 연료전지 컨트롤러에 접속되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 모니터링하기 위한 모니터링부; 및 상기 모니터링부 및 연료전지 컨트롤러 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 감지하여 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상 여부를 모니터링부로 전송하기 위한 통신제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템은 건물에 설치되어, 사용자에게 공급하기 위한 전력을 생산하는 제1 내지 제n 연료전지를 갖는 전력공급부; 상기 제1 내지 제n 연료전지와 병렬로 연결되며, 상기 사용자에 의해 요청된 전력발전량에 따라 상기 제1 내지 제n 연료전지의 발전량을 각각 조절하기 위한 분산형 연료전지 컨트롤러; 상기 분산형 연료전지 컨트롤러에 접속되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 모니터링하기 위한 모니터링부; 및 상기 모니터링부 및 연료전지 컨트롤러 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 감지하여 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상 여부를 모니터링부로 전송하기 위한 통신제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자에 의해 요청되는 전력발전량에 따라 분산형 연료전지 컨트롤러를 이용하여 복수의 연료전지의 발전량을 조절함으로써, 효율적인 전력 관리로 안정적이고 신뢰성 있는 연료전지의 분산발전 시스템을 구축할 수 있는 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 전력난을 대비하기 위한 분산전원으로서 연료전지의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 연료전지는 종래의 내연기관에 비해 효율이 높고, 대기오염의 원인이 되는 질소산화물과 아황산화물의 배출량이 적으며, 이산화탄소의 배출을 크게 감소시킬 수 있어 환경 보전상 효과가 크다.
이에, 전력 당국에서는 수요자원관리(demand response : DR) 시장 개설을 통해 분산전원 사업자들의 전력시장 참여를 활성화하고 있으며, 신재생에너지 의무할당제(renewable portfolio standard : RPS) 시행으로 건물 등에 연료전지를 설치하는 사례가 증가하고 있다.
이에 따라, 수요자원관리 시장 확대 및 신재생에너지 의무할당제의 증가로 인해 연료전지의 설치사례가 증가하고 있는바, 고용량의 연료전지가 요구되고 있다. 이와 같이, 고용량의 연료전지가 요구됨에 따라 다수의 연료전지를 연결하여 사용자가 요구하는 전력요구량에 대응하는 시스템이 필요하다.
그러나, 다수의 연료전지를 연결시켜 사용자가 요구하는 각각의 전력요구량에 대응할 경우, 효율적인 전력 관리가 어려워 이를 통합하여 관리해줄 수 있는 시스템에 대한 마련이 시급한 상황이다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0112943호 (2013.10.14 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 통합형 재순환 연료 전지 시스템이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 사용자에 의해 요청되는 전력발전량에 따라 분산형 연료전지 컨트롤러를 이용하여 복수의 연료전지의 발전량을 조절함으로써, 효율적인 전력 관리로 안정적이고 신뢰성 있는 연료전지의 분산발전 시스템을 구축할 수 있는 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템은 건물에 설치되어, 사용자에게 공급하기 위한 전력을 생산하는 제1 내지 제n 연료전지를 갖는 전력공급부; 상기 제1 내지 제n 연료전지와 병렬로 연결되며, 상기 사용자에 의해 요청된 전력발전량에 따라 상기 제1 내지 제n 연료전지의 발전량을 각각 조절하기 위한 분산형 연료전지 컨트롤러; 상기 분산형 연료전지 컨트롤러에 접속되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 모니터링하기 위한 모니터링부; 및 상기 모니터링부 및 연료전지 컨트롤러 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 감지하여 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상 여부를 모니터링부로 전송하기 위한 통신제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 제어 방법은 사용자로부터 전력수요에 대한 요청이 없을 시, 제1 내지 제n 연료전지를 갖는 전력공급부의 운전을 대기하는 운전 대기 단계; 상기 사용자에 의해 특정 전력발전량이 요청될 시, 분산형 연료전지 컨트롤러를 가동시켜 제1 내지 제n 연료전지를 균등하게 발전하는 균등 발전 단계; 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 체크하여 모니터링부로 전송하는 연료전지 상태 체크 단계; 및 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상 여부를 모니터링부로 전송하여, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상이 감지될 시, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력량을 제어하여 전체 발전량을 조절하는 상태 대응 운전 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법은 사용자에 의해 요청되는 전력발전량에 따라 분산형 연료전지 컨트롤러를 이용하여 복수의 연료전지의 발전량을 조절함으로써, 효율적인 전력 관리로 안정적이고 신뢰성 있는 연료전지의 분산발전 시스템을 구축할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법은 수요자원관리 시장 확대에 따른 참여가 가능하며, 신재생에너지 의무할당제의 증대에 따른 고용량 연료전지 요구에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 연료전지의 통합 관리 시스템 운전방식의 도입으로 안정성 및 신뢰성을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템(100)은 전력공급부(110), 분산형 연료전지 컨트롤러(120), 모니터링부(130) 및 통신제어부(140)를 포함한다.
전력공급부(110)는 건물에 설치되어, 사용자에게 공급하기 위한 전력을 생산하는 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)를 갖는다. 이러한 전력공급부(110)는 사용자에 의해 요청되는 전력사용량을 수신하고, 수신된 전력사용량에 맞게 사용자에 전력을 공급하게 된다. 이때, 사용자는 가정이나 사업장일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전력공급자, 전력공급업체 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)는 각각 연료전지 스택, 개질기, 전력변환기 등을 포함할 수 있다. 연료전지 스택은 수소의 산화반응 및 산소의 환원반응이 동시에 일어나는 전기화학반응으로 전기 에너지, 즉 직류 전원을 생성한다. 개질기는 연료전지 스택으로 공급되는 연료를 개질하는 역할을 한다. 그리고, 전력변환기는 연료전지 스택으로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환시키는 역할을 한다. 이를 위해, 전력변환기는 연료전지 스택에서 출력되는 직류 전원을 전력 계통에서 사용할 수 있는 교류 전원으로 변환하는 DC-AC 인버터(미도시)를 포함할 수 있다.
분산형 연료전지 컨트롤러(120)는 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)와 병렬로 연결된다. 이러한 분산형 연료전지 컨트롤러(120)는 사용자에 의해 요청된 전력발전량에 따라 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 발전량을 각각 조절하는 역할을 한다.
여기서, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)에 병렬로 연결된 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 초기 발전량은 총 요구 발전량 / 제1 내지 제n 연료전지의 개수로 나타내어 질 수 있다.
이러한 분산형 연료전지 컨트롤러(120)는 사용자의 요청에 의해 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 발전을 개시할 시, 주기적으로 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 상태를 체크하게 된다.
이때, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)는 특정 시간 간격(Δt : t2-t1)에서 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력전압이 상승할 경우, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력을 증가시키게 된다. 그리고, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)는 특정 시간 간격(Δt : t2-t1)에서 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력전압이 감소할 경우, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력을 감소시키는 동작을 반복 실시하여 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력량을 제어하여 전체 발전량을 조절하게 된다.
모니터링부(130)는 분산형 연료전지 컨트롤러(120)에 접속되어, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력 변화를 모니터링하는 역할을 한다. 이러한 모니터링부(130)는 후술하는 통신제어부(140)로부터의 출력 신호를 전달받아, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)에 병렬로 연결되는 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력 변화를 실시간으로 디스플레이하여 분산형 연료전지 컨트롤러(120)의 가동을 제어하게 된다.
통신제어부(140)는 모니터링부(130) 및 연료전지 컨트롤러(120) 사이에 연결되어, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력 변화를 감지하여 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 동작 이상 여부를 모니터링부(130)로 전송하는 역할을 한다. 즉, 통신제어부(140)는 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn) 각각의 출력 변화를 주기적으로 감지하여 모니터링부(130)로 전송하게 되며, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)에 이상 동작이 발생할 시 모니터링부(130)로 이상 동작 알림 신호를 전송하게 된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템은 사용자에 의해 요청되는 전력발전량에 따라 분산형 연료전지 컨트롤러를 이용하여 복수의 연료전지의 발전량을 조절함으로써, 효율적인 전력 관리로 안정적이고 신뢰성 있는 연료전지의 분산발전 시스템을 구축할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템은 수요자원관리 시장 확대에 따른 참여가 가능하며, 신재생에너지 의무할당제의 증대에 따른 고용량 연료전지 요구에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 연료전지의 통합 관리 시스템 운전방식의 도입으로 안정성 및 신뢰성을 구축할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템의 제어 방법을 나타낸 순서도로, 도 1과 연계하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 제어 방법은 운전 대기 단계(S110), 균등 발전 단계(S120), 연료전지 상태 체크 단계(S130) 및 상태 대응 운전 단계(S140)를 포함한다.
운전 대기 단계(S110)에서는 사용자로부터 전력수요에 대한 요청이 없을 시, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)를 갖는 전력공급부(110)의 운전을 대기한다. 이러한 전력공급부(110)는 사용자에 의해 요청되는 전력사용량을 수신하고, 수신된 전력사용량에 맞게 사용자에 전력을 공급하는 역할을 한다. 이때, 사용자는 가정이나 사업장일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전력공급자, 전력공급업체 등을 포함할 수 있다.
균등 발전 단계(S120)에서는 사용자에 의해 특정 전력발전량이 요청될 시, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)를 가동시켜 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)를 균등하게 발전한다. 이때, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)에 병렬로 연결된 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 초기 발전량은 총 요구 발전량 / 제1 내지 제n 연료전지의 개수로 나타내어 질 수 있다.
연료전지 상태 체크 단계(S130)에서는 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력 변화를 체크하여 모니터링부(130)로 전송한다. 이때, 분산형 연료전지 컨트롤러(120)는 주기적으로 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn) 각각의 상태를 체크하게 된다.
상태 대응 운전 단계(S140)에서는 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 동작 이상 여부를 모니터링부(130)로 전송하여, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 동작 이상이 감지될 시, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력량을 제어하여 전체 발전량을 조절한다.
이러한 상태 대응 운전 단계(S140) 시, 특정 시간 간격(Δt : t2-t1)에서 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력전압이 상승할 경우, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력을 증가시키고, 특정 시간 간격(Δt : t2-t1)에서 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력전압이 감소할 경우, 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력을 감소시키는 동작을 반복 실시하여 제1 내지 제n 연료전지(C1 ~ Cn)의 출력량을 제어하여 전체 발전량을 조절한다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 제어 방법은 사용자에 의해 요청되는 전력발전량에 따라 분산형 연료전지 컨트롤러를 이용하여 복수의 연료전지의 발전량을 조절함으로써, 효율적인 전력 관리로 안정적이고 신뢰성 있는 연료전지의 분산발전 시스템을 구축할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에에 따른 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 제어 방법은 수요자원관리 시장 확대에 따른 참여가 가능하며, 신재생에너지 의무할당제의 증대에 따른 고용량 연료전지 요구에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 연료전지의 통합 관리 시스템 운전방식의 도입으로 안정성 및 신뢰성을 구축할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 통합 관리 시스템
110 : 전력공급부
120 : 분산형 연료전지 컨트롤러
130 : 모니터링부
140 : 통신제어부
C1 ~ Cn : 제1 내지 제n 연료전지
S110 : 운전 대기 단계
S120 : 균등 발전 단계
S130 : 연료전지 상태 체크 단계
S140 : 상태 대응 운전 단계
110 : 전력공급부
120 : 분산형 연료전지 컨트롤러
130 : 모니터링부
140 : 통신제어부
C1 ~ Cn : 제1 내지 제n 연료전지
S110 : 운전 대기 단계
S120 : 균등 발전 단계
S130 : 연료전지 상태 체크 단계
S140 : 상태 대응 운전 단계
Claims (3)
- 건물에 설치되어, 사용자에게 공급하기 위한 전력을 생산하는 제1 내지 제n 연료전지를 갖는 전력공급부;
상기 제1 내지 제n 연료전지와 병렬로 연결되며, 상기 사용자에 의해 요청된 전력발전량에 따라 상기 제1 내지 제n 연료전지의 발전량을 각각 조절하기 위한 분산형 연료전지 컨트롤러;
상기 분산형 연료전지 컨트롤러에 접속되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 모니터링하기 위한 모니터링부; 및
상기 모니터링부 및 연료전지 컨트롤러 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 감지하여 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상 여부를 모니터링부로 전송하기 위한 통신제어부;를 포함하되,
상기 분산형 연료전지 컨트롤러는,
특정 시간 간격에서 제1 내지 제n 연료전지의 출력전압이 상승할 경우, 제1 내지 제n 연료전지의 출력을 증가시키고,
특정 시간 간격에서 제1 내지 제n 연료전지의 출력전압이 감소할 경우, 제1 내지 제n 연료전지의 출력을 감소시키는 동작을 반복 실시하여 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력량을 제어하여 전체 발전량을 조절하는 것을 특징으로 하는 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템.
- 제1항에 기재된 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템을 제어하기 위한 방법으로서,
사용자로부터 전력수요에 대한 요청이 없을 시, 제1 내지 제n 연료전지를 갖는 전력공급부의 운전을 대기하는 운전 대기 단계;
상기 사용자에 의해 특정 전력발전량이 요청될 시, 분산형 연료전지 컨트롤러를 가동시켜 제1 내지 제n 연료전지를 균등하게 발전하는 균등 발전 단계;
상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력 변화를 체크하여 모니터링부로 전송하는 연료전지 상태 체크 단계; 및
상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상 여부를 모니터링부로 전송하여, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 동작 이상이 감지될 시, 상기 제1 내지 제n 연료전지의 출력량을 제어하여 전체 발전량을 조절하는 상태 대응 운전 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 연료전지 컨트롤러를 갖는 통합 관리 시스템 제어 방법.
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2015
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