KR101765204B1 - 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 wcdma 원격 제어시스템 - Google Patents

신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 wcdma 원격 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 감시용 측정부하장치가 오지나 외딴 곳에 설치되어 일반 상용 전원을 공급받기 어려운 경우에, 1차적으로 태양광발전기 또는 풍력발전기에서 발전된 전력을 충/방전 조절기를 통해 공급받아 사용하고, 남은 전력을 예비배터리에 충전하였다가 2차적으로 비 발전 시간대에 각종 측정부하장치의 전원으로 사용하도록 한 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템에 관한 것으로, 원격터미널유닛(RTU)을 통해 충/방전 조절기와 배터리 성능과 수명 그리고 측정부하장치의 데이터를 수집하여 관제센터로 전송하여, 풍력발전기, 태양광발전기, 충/방전 조절기 및 측정부하장치에 대한 보수, 점검 주기를 산출해낼 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템{WCDMA Remote Control System having Charge and Discharge Adjustment Function of Renewable Energy}
본 발명은 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 감시제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 감시용 계측기기장치가 오지나 외딴 곳에 설치되어 일반 상용전원을 공급받기 어려운 경우에, 1차적으로 태양광발전기 또는 풍력발전기에서 발전된 전력을 충/방전 조절기를 통해 공급받아 축전지에 저장 후 사용하고, 남은 전력을 별도의 예비배터리에 충전하였다가 2차적으로 비 발전 시간대에 각종 계측기기장치의 전원으로 사용하도록 한 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템에 관한 것이다.
세계의 인구가 급속도로 증가함에 따라 지구의 오염 즉, 대기오염 토양오염, 수질오염 등이 점점 심각해져가고 있는 실정이다.
이와 같은 오염의 진행상황을 감시하고, 그에 따른 해결을 위한 환경을 관리하기 위한 환경 시설이 늘어가고 있는데, 이러한 환경 시설의 관리 및 오염원 배출 감시 관리를 위하여 현재까지 응용되고 있는 기술은 센서(sensor)로부터 오는 데이터의 획득(acquisition), 데이터의 저장(warehousing) 및 데이터의 분석기능으로 구성되어 있는 관리시스템이 구축되어 관리되고 있다.
이와 함께 현재 국가 재난재해 분야에 수문 관측제어 시스템, 기상예측 시스템 등 각종 기상상황 예측 시스템이 개발되고 있으며, 이로 인해 풍수해를 방지하기 위해서뿐만 아니라, 일상생활에서도 기상 정보를 활용하여 보다 더 질 높은 삶을 영위하려고 시도하고 있다.
이처럼, 각종 산업분야에 걸쳐 환경에 대한 원격감시 제어시스템이 널리 보급되고 있다.
하지만, 대부분의 원격감시 제어시스템에서 환경 데이터 또는 상태 데이터를 감지하고 수집하는 환경 센서 및 환경 단말과 같은 계측기기장치는 도심권을 벗어나 산간 오지와 같은 곳에 설치되어 일반 상용전원을 공급받기 어려운 경우가 발생하며, 이로 인해 계측기기장치가 원활하게 작동하지 못하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0124325호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각종 감시용 계측기기장치(수질, 온도, 화상, 각종 센서 등)가 오지나 외딴 곳에 설치되어 일반 상용 전원을 공급받기 어려운 경우에, 1차적으로 태양광발전기 또는 풍력발전기에서 발전된 전력을 충/방전 조절기를 통해 공급받아 축전지에 저장 후 사용하고, 남은 전력을 별도의 예비배터리에 충전하였다가 2차적으로 비 발전 시간대(밤, 강우기, 무풍 등)에 각종 계측기기장치의 전원으로 사용하며, 원격터미널유닛(RTU)을 통해 충/방전 조절기와 배터리 충방전 성능과 계측기기장치의 데이터를 수집하여 관제센터로 전송하여, 풍력발전기, 태양광발전기, 충/방전 조절기 및 계측기기장치에 대한 고장 유무와 보수, 점검주기를 퍼지추론알고리즘 방식으로 산출해낼 수 있도록 한 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템은, 풍력발전기 및 태양광발전기로 구성된 발전모듈부, 상기 발전모듈부를 통하여 발전된 전력이 저장되는 축전지와, 상기 축전지의 상태를 감시하여 축전지에 충전된 전력의 사용 여부를 결정하는 것으로 축전지에 충전된 전력이 계측기기의 구동 전원으로 공급되도록 제어하는 충전감시기를 포함하여 구성된 충/방전전력조절기, 상기 축전지에 전력 충전이 완료된 후 상기 발전모듈부를 통하여 발전된 전력이 충전되는 별도의 예비배터리, 계측기기의 계측 데이터, 충/방전전력조절기의 상태 정보 및 예비배터리의 상태 정보를 포함한 각종 데이터를 관제센터로 전송하는 원격터미널유닛 및 상기 원격터미널유닛을 통하여 전송받은 각종 데이터를 통하여 발전모듈부, 충/방전전력조절기, 예비배터리 및 계측기기의 보수 및 점검 주기를 도출하는 알고리즘을 탑재하는 관제센터를 포함하여 구성된다.
상기 충/방전전력조절기에는 축전지에 충전된 전력이 계측기기로 공급되도록 선택하거나 또는 예비배터리에 충전된 전력이 계측기기로 공급되도록 선택하는 전원전환부가 연결될 수 있다.
상기 축전지에 전력 충전이 완료된 후에는 축전지와 충전단자의 전기적 연결이 분리될 수 있다.
상기 관제센터는 퍼지추론알고리즘 방식을 이용하여 발전모듈부, 충/방전전력조절기, 축전지, 예비배터리 및 계측기기의 고장유무와 보수 및 점검 주기를 도출할 수 있다.
상기 계측기기는 충/방전조절기로부터 24볼트를 공급받아, 출력전압이 5볼트, 12볼트 및 24볼트로 변환되는 직류변환부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
상기 발전모듈부에는 발전모듈부의 외관 상태를 촬영하는 영상감시부가 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템에 따르면, 각종 감시용 계측기기장치(수질, 온도, 화상, 각종 센서 등)가 오지나 외딴 곳에 설치되어 일반 상용전원을 공급받기 어려운 경우에, 1차적으로 태양광발전기 또는 풍력발전기에서 발전된 전력을 충/방전 조절기를 통해 공급받아 축전지에 저장 후 사용하고, 남은 전력을 별도의 예비배터리에 충전하였다가 2차적으로 비 발전 시간대(밤, 강우기, 무풍 등)에 각종 계측기기장치의 전원으로 사용하며, 원격터미널유닛(RTU)을 통해 충/방전 조절기와 배터리 성능과 수명 그리고 계측기기장치의 데이터를 수집하여 관제센터로 전송하여, 풍력발전기, 태양광발전기, 충/방전 조절기 및 계측기기장치에 대한 고장유무와 보수, 점검 주기를 도출해 낼 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템을 나타낸 사시도이며,
도 2는 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템을 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템은 태양광발전기 또는 풍력발전기의 복잡한 구성요소들을 실시간으로 모니터링하고 용이하게 제어하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)로 구성된 발전모듈부, 충전기(210)와 충전감시기(230)를 포함하여 구성된 충/방전전력조절기(200), 축전지(310), 별도의 예비배터리(미도시), 전원전환부(330), 직류변환부(350), 계측기기(370), 원격터미널유닛(410; RTU), 통신부(450) 및 관제센터(500)를 포함하여 구성된다.
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상기 태양광발전기(130)의 출력은 Voc: 35V 이상, Vmp: 35V 이상이다.
상기 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)에는 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)의 외관 상태를 촬영하는 영상감시부(150)가 구비된다.
상기 충전기(210)는 상기 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)를 통하여 발전된 전력이 축전지(310)에 저장되도록 하고, 상기 충전감시기(230)는 충전기(210)의 상태를 감시하여 축전지(310)에 충전된 전력의 사용 여부를 결정하는 것으로, 축전지(310)에 충전된 전력이 계측기기(370)의 구동 전원으로 공급되도록 제어한다.
따라서, 상기 충전감시기(230)는 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)로부터 발전되어 축전지(310)에 충전된 전압을 감시하여 과충전을 방지하며, 충전 중 균등충전과 부동충전을 자동으로 제어하여 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)로부터 발생한 전원을 최대화하여 축전지(310)에 충전이 되도록 수행하며, 계측기기(370)에 공급되는 전원을 감시하여 항상 일정한 전압이 계측기기(370) 측에 공급되도록 제어한다.
상기 충전감시기(230)는 고속의 디지털 신호처리 프로세서(Digital Signal Processor)기반 제어장치 또는 보안기능을 탑재한 PLC(Programmable Logic Controller) 기반 제어장치 등과 같은 전용의 제어장치로 구현될 수 있다.
상기 예비 배터리는 상기 축전지(310)에 전력 충전이 완료되어 더 이상 충전이 되지 않으면, 이어서, 상기 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)를 통하여 발전되는 잉여전력을 저장한다.
이때, 상기 축전지(310)와 예비 배터리에 전력충전이 완료된 후에는 축전지(310) 및 예비 배터리에 구비된 충전단자의 전기적 연결이 분리되어, 축전지(310) 및 예비 배터리로 계속 전력이 충전되는 것을 방지하여 과충전으로 인한 축전지(310) 및 예비 배터리의 수명저하를 방지한다.
상기 전원전환부(330)는 마그네트 릴레이로 구비될 수 있으며, 상기 충전감시기(230)에 연결되어 축전지(310)에 충전된 전력이 계측기기(370)로 공급되도록 선택하거나 또는 예비 배터리에 충전된 전력이 계측기기(370)로 공급되도록 선택하는 기능을 한다.
상기 직류변환부(350)는 입력전압이 24볼트, 출력전압이 5볼트, 12볼트 및 24볼트로 변환되는 DC-DC Converter로 구비될 수 있으며, 상기 직류변환부(350)를 통해 출력되는 전압에 해당하는 구동 전압을 이용하는 계측기기(370)로 전원을 공급한다.
상기 원격터미널유닛(410; RTU)은 시리얼 통신을 통하여 계측기기(370)의 계측 데이터, 충전기(210) 및 충전감시기(230)의 상태정보, 축전지(310) 및 예비 배터리의 상태정보를 포함한 각종 데이터를 실시간으로 수집한 후, WCDMA 통신부(450)를 통하여 관제센터(500)로 전송한다.
상기 관제센터(500)는 상기 원격터미널유닛(410)으로부터 전송받은 각종 데이터를 통하여 풍력발전기(110), 태양광발전기(130), 충전기(210), 충전감시기(230), 축전지(310), 예비 배터리 및 계측기기(370) 등 발전 시스템의 고장유무와 보수 및 점검주기를 도출하는 알고리즘을 탑재한다.
이때, 상기 관제센터(500)는 퍼지추론알고리즘 방식으로 내부의 최적화 알고리즘에 의한 계산결과를 바탕으로 풍력발전기(110), 태양광발전기(130), 충전기(210), 충전감시기(230), 축전지(310), 예비 배터리 및 계측기기(370) 등의 고장유무와 발전 시스템의 보수 및 점검주기를 산출할 수 있다.
그리고 관제센터(500)는 본 발명에 따른 발전 시스템의 전체 상황을 표시하고, 제어하는 디스플레이(510)를 구비할 수 있다.
상기 디스플레이(510)는 관제센터(500)와 근거리에 설치될 수 있으며, 풍력발전기(110), 태양광발전기(130), 충전기(210), 충전감시기(230), 축전지(310), 예비 배터리 및 직류변환부(350), 계측기기(370), 원격터미널유닛(410) 등의 발전 시스템 구성요소의 상황 및 이상 유무를 표시하고, 관리자 등이 상기 충전감시기(230), 계측기기(370), 원격터미널유닛(410) 등에 대한 제어명령을 내릴 수 있다.
상기의 제어명령은 관제서버(500)를 통해 WCDMA 통신부(450)를 거쳐, 충전감시기(230), 계측기기(370), 원격터미널유닛(410) 등에 전달되어 수행되게 된다.
상기 디스플레이(510)는 화면 표시 영역에 터치스크린을 구비하여 관리자 등에 입력의 용이성을 부여할 수 있다.
아울러, 관제센터(500)에는 드론 등의 무인비행수단(550)이 구비될 수 있으며, 무인비행수단(550)에는 영상 촬영을 하는 카메라, 물건을 집을 수 있는 로봇팔, 바람을 일으킬 수 있는 송풍팬 등이 구비될 수 있다.
상기 관제센터(500)와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터를 송/수신하며, 상기 관제센터(500)를 통해 발전 시스템 전체를 제어하는 관리자단말기(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 관리자단말기는, 각종 데이터를 저장할 수 있는 서버와 연결되는 컴퓨터 또는 노트북인 것이 바람직하다.
따라서, 관리자 등은 상기 관리자단말기를 이용하여 관제센터(500)와 원격지에 있더라도 용이하게 발전 시스템 전체를 모니터링 할 수 있고, 제어 할 수 있다.
관리자 등은 상기 관리자단말기를 이용하여 발전 시스템의 각각의 구성요소들에 제어명령을 내릴 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기 관제센터(500)와 무선으로 연결되어 데이터를 송/수신하는 현장단말기(미도시)를 구비할 수 있는데, 상기 현장단말기는 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트 폰(Smart Phone) 또는 스마트 패드 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 관제센터(500)는 WCDMA, LTE, 와이 파이(wi-fi), 지그비(Zigbee) 또는 블루투스(Bluetooth) 기능을 탑재한 무선통신 모듈(Wireless Module)이 구비되어 있는 바, 이를 통해 현장단말기에 데이터를 송신하고, 현장 근무자는 이상이 있는 발전 시스템의 구성요소에 제어명령을 내릴 수도 있고, 발전 시스템의 구성요소의 이상 징후 시 즉시 현장에 투입되어 고장 등에 의한 장애 복구를 신속히 수행할 수 있다.
본 발명에서 태양광발전기(130) 또는 풍력발전기(110)는 태양광의 세기가 강할 경우(바람의 세기가 강할 경우)는 계측기기(370)에 충전기로부터 과도한 전력이 공급되므로 축전지(310)에 전력을 충전시켜 부하에 과도한 전력이 공급되지 않도록 해야 하고, 태양광의 세기가 약할 경우(바람의 세기가 약할 경우)는 계측기기(370)에 필요한 전력이 약하므로 축전지(310)에 저장되었던 전력을 방전하여 부족한 만큼의 전력을 보강하도록 운영되어야 한다.
즉, 풍력발전기(110)는 바람의 세기가 날씨 및 시간대에 따라 변동되어 계측기기(370)에 일정한 전력을 공급할 수 없고, 태양광발전기(130)도 태양전지에서 출력되는 전력을 부하에 직접 공급하게 될 경우, 태양광의 세기가 날씨 및 시간대에 따라 변동되어 계측기기(370)에 일정한 전력을 공급할 수 없기 때문에, 상기 충전기(210), 충전감시기(230), 축전지(310) 및 직류변환부(350)를 필수적으로 갖추어야 한다.
따라서 본 발명은 태양에너지 또는 풍력에너지가 전기에너지로 바뀌어 전력이 발생되면, 상기 전력을 축전지(310)에 저장하도록 하고, 계측기기(370)에 전원공급이 필요한 경우 관제센터(500)에 의하여 충전감시기(230)에 축전지(310)에 대한 제어명령을 내리게 된다.
이어서, 충전감시기(230)에 연결된 전원전환부(330)를 통한 축전지(310)가 연결되도록 선택되어, 축전지(310)에 저장된 전력을 상기 직류변환부(350)를 통해 계측기기(370)를 구동시키는 구동전압으로 변환하여 계측기기(370)에 공급시킨다.
흐린 날씨로 태양광이 약할 경우 또는 바람의 세기가 약할 경우, 태양광발전기(130) 또는 풍력발전기(110)를 통한 전력을 생산하기 힘든데, 이러한 경우 전원전환부(330)를 예비배터리로 선택이 되도록 한 후, 축전지(310)에 저장된 전력을 계측기기(370)를 구동시키는 구동전압으로 사용할 수 있다.
풍력발전기(110) 또는 태양광발전기(130)의 발전 성능에 이상 징후가 발생하면, 관제센터(110)는 영상감시부(150)를 제어하여 풍력발전기(110) 또는 태양광발전기(130)의 주변을 촬영된 영상을 획득한 후, 태양광발전기(130)의 표면에 먼지, 낙엽 등 이물질이 덮혀 있거나, 풍력발전기(110)의 블레이드에 이물질이 걸려 있다면, 관제센터(110)에서는 무인비행수단(550)을 제어하여 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)로 보내서, 무인비행수단(550)에 구비된 카메라로 풍력발전기(110) 또는 태양광발전기(130)의 영상을 보면서, 로봇팔 및 송풍팬을 이용하여 풍력발전기(110) 및 태양광발전기(130)에 존재하는 이물질을 제거함으로써 발전 성능을 복구할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
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Claims (6)

  1. 풍력발전기 및 태양광발전기로 구성된 발전모듈부;
    상기 발전모듈부를 통하여 발전된 전력이 축전지에 저장되도록 하는 충전기와, 상기 충전기를 통해 축전지에 충전된 전력의 사용 여부를 결정하는 것으로 축전지에 충전된 전력이 계측기기의 구동 전원으로 공급되도록 제어하는 충전감시기를 포함하여 구성된 충/방전전력조절기;
    상기 축전지에 전력 충전이 완료되어 더 이상 충전이 되지 않으면, 상기 발전모듈부를 통하여 발전된 전력이 충전되는 별도의 예비배터리;
    시리얼 통신을 통하여 계측기기의 계측 데이터, 충/방전전력조절기의 상태 정보 및 예비배터리의 상태 정보를 포함한 각종 데이터를 실시간으로 수집한 후 관제센터로 전송하는 원격터미널유닛; 및
    상기 원격터미널유닛을 통하여 전송받은 각종 데이터로부터 발전모듈부, 충/방전전력조절기, 축전지, 예비배터리 및 계측기기의 보수 및 점검 주기를 도출하는 알고리즘을 탑재하는 관제센터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며;
    상기 충전감시기는 발전모듈부로부터 공급되어 축전지에 충전되는 전력의 상태를 감시하여 과충전을 방지하며, 충전 중 균등충전과 부동충전을 자동으로 제어하여 발전모듈부로부터 발생한 전원을 최대화하여 축전지에 충전이 되도록 수행하며, 계측기기에 공급되는 전원을 감시하여 항상 일정한 전압이 계측기기 측에 공급되도록 제어하며; 상기 발전모듈부에는 발전모듈부의 외관 상태를 촬영하는 영상감시부가 구비되며; 상기 관제센터는 원격터미널유닛을 통하여 전송받은 각종 데이터로부터 퍼지추론알고리즘 방식으로 최적의 계산 결과를 이용하여 발전모듈부, 충/방전전력조절기, 축전지, 예비배터리 및 계측기기의 고장유무 및 보수, 점검 주기를 산출하며;
    발전모듈부의 발전 성능에 이상 징후가 발생하면, 관제센터는 영상감시부를 제어하여 풍력발전기 또는 태양광발전기의 주변을 촬영된 영상을 획득한 후, 풍력발전기 및 태양광발전기에 존재하는 이물질을 제거함으로써 발전 성능이 복구되도록 하며; 상기 충/방전전력조절기에는 충전감시기에 연결되어 축전지에 충전된 전력이 계측기기로 공급되도록 선택하거나 또는 예비배터리에 충전된 전력이 계측기기로 공급되도록 선택하는 전원전환부가 연결되며; 상기 축전지와 예비배터리에 전력 충전이 완료된 후에는 축전지와 예비배터리에 구비된 충전단자의 전기적 연결이 분리되어 축전지 및 예비배터리로 계속 전원이 충전되는 것을 방지하여 과충전으로 인한 축전지 및 예비배터리의 수명저하를 방지하며;
    태양광의 세기가 약할 경우 또는 바람의 세기가 약할 경우는 계측기기에 필요한 전력이 약하므로 축전지 또는 예비배터리에 저장되었던 전력을 방전하여 부족한 만큼의 전력을 보강하도록 운영하며;
    상기 계측기기는 충/방전조절기로부터 24볼트를 공급받아 출력전압이 5볼트, 12볼트 및 24볼트로 변환되는 직류변환부로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 한 신재생에너지의 충/방전 조절 기능을 갖는 WCDMA 원격 제어시스템.
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