KR101794837B1 - 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태양광 발전기(태양광 발전 설비)에서, 태양전지 모듈의 발전 전압이 PCS(Power Conditioning System)의 설치용량 이상 발전될 시, 충·방전 제어 유닛의 배터리(620)에 충전하고, PCS의 정상 가동 상태일 시, 충·방전 제어 유닛의 배터리(620)의 방전을 제어하여 저전압 발전구간에 PCS(Power Conditioning System)의 가동을 강제로 중지시키고 태양전지에서 발전된 저전압을 배터리(620)에 충전하였다가 PCS가 정상 가동 상태일 시, 충·방전 제어 유닛의 방전명령에 따라 PCS에 충전된 전력을 방전시켜 태양광 발전 효율을 향상 시키며, 저전압 발전구간에서는 PCS가 중지되어 고조파 왜율이 발생되지 않아 전력품질을 향상 시키며, PCS의 잦은 On/Off 동작을 감소시켜 PCS의 수명을 연장시킬 수 있고, 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS를 1대를 병행하여 발전 할 수 있도록 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터의 전력피크제어, 주파수조정 등의 알고리즘을 포함하는 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태양광 발전기(태양광 발전 설비)에서, 태양전지 모듈의 발전 전압이 PCS(Power Conditioning System)의 설치용량 이상 발전될 시, 충·방전 제어 유닛의 배터리(620)에 충전하고, PCS의 정상 가동 상태일 시, 충·방전 제어 유닛의 배터리(620)의 방전을 제어하여 저전압 발전구간에 PCS(Power Conditioning System)의 가동을 강제로 중지시키고 태양전지에서 발전된 저전압을 배터리(620)에 충전하였다가 PCS가 정상 가동 상태일 시, 충·방전 제어 유닛의 방전명령에 따라 PCS에 충전된 전력을 방전시켜 태양광 발전 효율을 향상 시키며, 저전압 발전구간에서는 PCS가 중지되어 고조파 왜율이 발생되지 않아 전력품질을 향상 시키며, PCS의 잦은 On/Off 동작을 감소시켜 PCS의 수명을 연장시킬 수 있고, 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS를 1대를 병행하여 발전 할 수 있도록 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터의 전력피크제어, 주파수조정 등의 알고리즘을 포함하는 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 관한 것이다.
태양 발전이란, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 것을 말하며, 일반적으로 2가지 방법이 있다.
첫번째는, 태양광을 전기로 변환하는 것으로서, 태양 전지가 사용되는 방법이고,
두번째는, 태양열을 전기로 변환하는 것으로서, 제벡 효과를 이용하는 장치나 대규모로 열을 모아서 고온의 수증기를 만들어 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방법이 있다.
주로 사용되는 전기 생상 방법은, 첫번째 방식으로, 태양광을 이용하여 전기로 변환하는 방법으로, 태양 전지를 이용하는 방식인 태양광 발전 방식이다.
태양광 발전은, 태양전지와 축전지, 전력변환장치(PCS)로 구성되어 있는 것으로, 반도체로 만들어진 태양전지에 빛 에너지가 투입되면 전자의 이동이 일어나서 전류가 흐르고 전기가 발생하는 원리를 이용하는 것이다.
태양광 발전의 장점은, 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이한다는 것이다.
이에 대한 선행문헌으로는 '특허문헌 1'이 있다.
상기 '특허문헌 1'은 다수의 태양전지판을 이용하여 태양광으로부터 전원(또는 전력)을 충전할 수 있도록 구성된 태양광 충전시스템에 관한 것으로, 태양광을 흡수하는 태양전지판(PV 판)로부터 전력을 생성하여 충전지에 충전할 수 있도록 구성된 충전시스템에 관한 것으로,
상기 '특허문헌 1'은 다수의 태양전지판(PV 판)을 통해 태양광을 흡수하도록 하여, 통상적으로는 태양광의 입사광량에 따라 태양전지판(PV 판)에서 생성되어 출력되는 출력전압이 변동되더라도 변동된 전압을 직렬/병렬로 분할/통합 접속하여 충전지에 가능한 전압으로 공급할 수 있도록 하며,
별도의 상용전원을 예비전원으로 설비하지 않고도 태양광 전지판(PV 판)으로 생성된 전압의 적절한 분할/통합접속으로 인해 태양광 충전지를 충전시킬 수 있는 태양광 충전시스템을 제공하도록 고안된 것이다.
상기 '특허문헌 1'은 일반적인 태양광 발전기에 대한 문헌으로써, 태양전지판에서 생성되어 출력되는 출력전압을 충전지에 충전시키는 기술로, 태양광 충전시스템을 통해 다수의 태양전지판을 통해 태양광을 흡수하도록 하여 태양광의 입사광량에 따라, 태양전지판에서 생성되어 출력되는 출력전압이 변동되더라도 변동된 전압을 전압감지부에서 감지하여 스위칭절환부를 통해 직렬/병렬로 분할/통합 접속하여 거의 지속적으로 충전지에 충전 가능한 전압을 공급할 수 있는 효과가 제공된다.
그러나 상기 '특허문헌 1'과 같은 일반적인 태양광 발전기는, 태양광 발전기의 구성 중, 태양전지 모듈 전압이 PCS(Power Conditioning System | 충전기)의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 전압에 미치지 못하면, PCS가 일정 시간 간격으로, On/Off를 수회 반복한 후 정상적으로 동작하게 되는데, 이에 따라, 발전 가능한 전력이 감소되고, 고조파 왜율이 발생하여 전력품질이 저하되어 송전 계통에 크게 악영향을 미치게 되며, PCS의 수명이 짧아지는 문제점이 발생하게 된다.
이를 해결하기 위한 문헌으로, '특허문헌 2'가 개시되어 있다.
상기 '특허문헌 2'는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낮은 품질의 발전구간에 충전하고 정상 발전 구간에 방전하도록 구성한 제어부를 갖는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
상기 '특허문헌 2'는 일출, 일몰과 같은 낮은 품질의 전력이 생성되는 발전구간에 생상된 전기를 충전기에 충전하고, 일중 음영과 같은 일시적으로 낮은 품질의 전력이 생상되는 발전 시간에 충전기를 방전하도록 하여 발전효율 및 전력품질을 향상시킬 수 있는 제어부를 갖는 태양광 발전 시스템을 제공하기 위한 것으로,
일중 일시적인 낮은 품질의 발전시간에 충전기를 방전하도록 하여 전력계통으로 안정적은 전력송출을 함으로써, 발전효율 및 전력품질을 향상시키는 효과가 제공된다.
그러나 상기 '특허문헌 2'는 '일출', '일몰'과 같은 전력발전구간을 선정하여 인버터의 동작을 제어하여 발전하는 방식으로, 특정 시간대에 따라 동작을 ON/OFF를 하도록 구성함으로써, 특정 시간('특허문헌 2'의 구성에 따라, '일출', '일몰')에만 동작을 제어하게 되어, 이외 시간(일출, 일몰을 제외한 시간)의 일사량에는 제어하지 않아, 한정된 효과를 제공하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서,
PCS 설치 용량을 기준으로, 태양전지 모듈의 발전 전압, 전류의 상태 및 일사량에 따라 PCS의 가동을 제어하여, 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, PCS는 저전력구간에 가동이 정지됨으로 고조파 왜율이 발생되지 않아 전력품질을 향상시킬 수 있는 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 태양광 발전 가동에 따른 PCS의 ON/OFF 동작으로 인한 PCS의 MC(Magnet Contact) 접촉을 감소하여 PCS의 수명을 연장할 수 있는 충·방전 제어 유닛 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
그리고 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS를 태양광 발전기의 충ㆍ방전 제어 유닛 시스템에 전력피크제어, 주파수조정 등의 알고리즘을 내장함으로써 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터 1대로 병행 활용 할 수 있는 충·방전 제어 유닛 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 서술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명인 충·방전 제어 유닛 시스템은,
태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 있어서,
태양광으로부터 전력을 발생시키도록 구성되는 태양전지모듈(100);
상기 태양전지모듈(100)에 연결되어, 일사량을 측정하도록 구성되되, 측정된 일사량정보를 충·방전제어유닛(600)에 전송하도록 구성되는 일사량측정센서(200);
상기 태양전지모듈(100)과 연결되도록 구성되되, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 피씨에스(400)로 보내도록 구성되고, 태양전지모듈(100)로부터 과전력이 발생되었을 시, 과전력이 피씨에스(400)로 보내지는것을 차단하기 위한 퓨즈(310)와 역전력방지를 위한 다이오드(320)를 포함하여 구성되는 접속반(300);
상기 접속반(300)과 연결되어 접속반(300)으로부터 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 변환하도록 구성되는 피씨에스(400);
상기 접속반(300)과 상기 피씨에스(400) 사이에 접속하도록 구성되어, 상기 일사량측정센서(200)로부터 일사량정보를 획득하도록 구성되고, 상기 피씨에스(400)로부터 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보, MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 획득하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력과 생성된 전력에 대한 전압정보를 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보를 이용하여, 피씨에스(400)의 가동을 정지시키도록 제어하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 저장하도록 구성되고,
태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 이용하여, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 저장하는것을 중지하고, 피씨에스(400)가 가동하도록 제어하며,
피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 이용하여, 저장된 전력을 방전하도록 구성되는 충·방전제어유닛(600);
상기 피씨에스(400)와 연결되도록 구성되되,
상기 피씨에스(400)에서 변환된 전력을 받도록 구성되는 계통연계부(700)를 포함하여 구성하게 된다.
이상의 구성에 따른 본 발명인 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템은,
PCS 설치 용량을 기준으로, 태양전지 모듈의 발전 전압, 전류의 상태 및 일사량에 따라 PCS의 가동을 제어하여, 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 제공된다.
또한, PCS는 저전력구간에 가동이 정지됨으로 고조파 왜율이 발생되지 않아 전력품질을 향상시킬 수 있는 효과가 제공된다.
또한, 태양광 발전 가동에 따른 PCS의 ON/OFF 동작으로 인한 PCS의 MC(Magnet Contact) 접촉을 감소하여 PCS의 수명을 연장할 수 있는 효과가 제공된다.
그리고 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS를 태양광 발전기의 충ㆍ방전 제어 유닛 시스템에 전력피크제어, 주파수조정 등의 알고리즘을 내장함으로써 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터 1대로 병합하여 발전함으로서 발전설비 비용을 줄이는 효과를 높여 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템의 전체 구성 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템의 전체 상세 구성 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충·방전제어유닛(600) 구성 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 6은 본 발명의 삼 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 8은 본 발명의 이 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 9는 본 발명의 삼 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템의 전체 상세 구성 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충·방전제어유닛(600) 구성 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 6은 본 발명의 삼 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 8은 본 발명의 이 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 9는 본 발명의 삼 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 이에 따라, 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템의 전체 구성 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템의 전체 상세 구성 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충·방전제어유닛(600) 구성 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 6은 본 발명의 삼 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 회로 구성 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 8은 본 발명의 이 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 9는 본 발명의 삼 실시예에 따른 충·방전 제어 유닛의 구성 중 전력변환부(610)의 구성 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명인 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템은,
태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 있어서,
태양광으로부터 전력을 발생시키도록 구성되는 태양전지모듈(100),
상기 태양전지모듈(100)에 연결되어, 일사량을 측정하도록 구성되되, 측정된 일사량정보를 충·방전제어유닛(600)에 전송하도록 구성되는 일사량측정센서(200),
상기 태양전지모듈(100)과 연결되도록 구성되되, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 피씨에스(400)로 보내도록 구성되고, 태양전지모듈(100)로부터 과전력이 발생되었을 시, 과전력이 피씨에스(400)로 보내지는것을 차단하기 위한 퓨즈(310)와 역전력방지를 위한 다이오드(320)를 포함하여 구성되는 접속반(300),
상기 접속반(300)과 연결되어 접속반(300)으로부터 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 변환하도록 구성되는 피씨에스(400),
상기 접속반(300)과 상기 피씨에스(400) 사이에 접속하도록 구성되어, 상기 일사량측정센서(200)로부터 일사량정보를 획득하도록 구성되고, 상기 피씨에스(400)로부터 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보, MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 획득하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력과 생성된 전력에 대한 전압정보를 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보를 이용하여, 피씨에스(400)의 가동을 정지시키도록 제어하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 저장하도록 구성되고,
태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 이용하여, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 저장하는 것을 중지하고, 피씨에스(400)가 가동하도록 제어하며,
피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 이용하여, 저장된 전력을 방전하도록 구성되는 충·방전제어유닛(600),
상기 피씨에스(400)와 연결되도록 구성되되,
상기 피씨에스(400)에서 변환된 전력을 받도록 구성되는 계통연계부(700)를 포함하여 구성하게 된다.
태양전지모듈(100)은, 태양광으로부터 전력을 발생시키도록 구성하게 된다.
일사량측정센서(200)는, 상기 태양전지모듈(100)에 연결되어, 일사량을 측정하도록 구성되되, 측정된 일사량정보를 충·방전제어유닛(600)에 전송하도록 구성하게 된다.
일사량측정센서(200)는, 충·방전제어유닛(600)으로 일사량정보를 전송하는 주기는 분당 1회 내지 3회로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이는, 전기 신호의 전송 및 수신 시, 노이즈에 의한 간섭현상과 샘플링 시간이 짧을수록 데이터 손실이 많아지는 문제가 있는바, 분당 전송횟수를 한정시켜 전송함으로써, 데이터 손실을 최소화하게 되는 효과가 제공된다.
접속반(300)은, 상기 태양전지모듈(100)과 연결되도록 구성되되, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 피씨에스(400)로 보내도록 구성되고,
태양전지모듈(100)로부터 과전력이 발생되었을 시, 과전력이 피씨에스(400)로 보내지는것을 차단하기 위한 퓨즈(310)를 포함하고, 각 스트링별 역류방지 다이오드(320)와 각스트링별 전압, 전류를 센싱하기 위한 전압전류센서(330)를 포함하여 구성하게 된다.
이에 따라, 접속반(300)은 퓨즈(310)를 포함하여 구성하게 됨으로써, 과전력이 피씨에스(400)로 전송되는것을 초기에 차단할 수 있어, 피씨에스(400)의 손상을 미연에 방지할 수 있으며, 각 스트링별 전위차에 따른 역전류 투입방지용 다이오드(320)가 부착되어 있어서 회로별 역전류가 가해지는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
피씨에스(400)는, 상기 접속반(300)과 연결되어 접속반(300)으로부터 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 변환하도록 구성하게 된다.
충·방전제어유닛(600)은, 상기 접속반(300)과 상기 피씨에스(400) 사이에 접속하도록 구성되어, 상기 일사량측정센서(200)로부터 일사량정보를 획득하도록 구성되고, 상기 피씨에스(400)로부터 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보, MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 획득하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력과 생성된 전력에 대한 전압정보를 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보를 이용하여, 피씨에스(400)의 가동을 정지시키도록 제어하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 배터리(620)에 저장하도록 구성되고,
태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 이용하여, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 배터리(620)에 저장하는것을 중지하고, 피씨에스(400)가 가동하도록 제어하며, 저장된 전력을 방전하도록 구성하게 된다.
상기 충·방전제어유닛(600)은,
상기 태양전지모듈(100)에서 획득한 전력을 변환하도록 구성되는 전력변환부(610),
상기 전력변환부(610)에서 변환된 전력을 저장하도록 구성되는 배터리(620),
상기 배터리(620)의 충전상태를 모니터링하도록 구성되되, 배터리(620)의 충전상태에 대하여 부동 소수점 연산을 할 수 있도록 부동소수점연산부(631)를 포함하여 구성되며,
상기 피씨에스(400)의 On/Off를 제어하도록 피씨에스(400)로 구동제어신호를 전송하도록 구성되는 DSP제어부(630),
상기 일사량측정센서(200)의 일사량정보, 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보 및 MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력에 대한 전압값 및 전류값, 상기 배터리(620)에 저장된 전력에 대한 전압값 및 전류값, 측정정보 중 어느 하나 이상을 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보, 태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 DSP제어부(630)로 전송하도록 구성되는 신호인터페이스부(650),
일출시간, 일몰시간, 상기 배터리(620)의 전력충전 기준조건값, 상기 배터리(620)의 전력방전 기준조건값 중 어느 하나 이상을 설정할 수 있도록 구성되는 충·방전모니터(660) 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성하는것을 특징으로 한다.
상기 충·방전제어유닛(600)의 구성 중,
전력변환부(610)는, 상기 태양전지모듈(100)에서 획득한 전력을 변환하도록 구성하게 된다.
전력변환부(610)는, 도 2에 도시한 바와 같이 일 실시예로, 쌍방향 컨버터 회로 방식으로 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
전력변환부(610)는 일 실시예로, 쌍방향 컨버터 회로 방식으로 구성될 시, 쌍방향 컨버터로 배터리(620)의 충전과 방전을 스위칭하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 배터리(620)를 충전할 시, 벅 컨버터(Buck converter | 벅 변환기)로 동작하고, 배터리(620) 방전 시, 부스트 컨버터(Boost converter | 부스트 변환기)로 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 전력변환부(610)는, 배터리(620)의 충전에 대하여, 벅 컨버터로 동작하기 위한 제1스위칭부(611)와, 배터리(620)의 방전에 대하여, 부스트 컨버터로 동작하기 위한 제2스위칭부(612)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 충·방전제어유닛(600)은, 상기 전력변환부(610)의 일 실시예의 구성에 따라,
전력변환부(610)의 제1스위칭부(611)와 제2스위칭부(612)를 제어하도록 구성되는 스위칭구동부(610a)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스위칭구동부(610a)는, 전력변환부(610)의 제1스위칭부(611)와 제2스위칭부(612)를 제어하기 위하여, 배터리(620)의 충전 및 방전에 대한 신호를 인식하여야 하는데,
이에 따라, 상기 신호인터페이스부(650)는, DSP제어부(630)에서 피씨에스(400)의 On/Off에 대한 구동제어신호를 전송하였을 시, 이에 대한 신호를 획득하여, 상기 스위칭구동부(610a)로 제1스위칭제어신호를 전송하여 스위칭구동부(610a)에서 전력변환부(610)의 제1스위칭부(611)를 제어하도록 구성하고,
피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 이용하여, 피씨에스(400)가 설치용량 기준 정상발전 가동 상태일 시, 이를 감지하여, 상기 스위칭구동부(610a)로 제2스위칭제어신호를 전송하여 스위칭구동부(610a)에서 전력변환부(610)의 제2스위칭부(612)를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
전력변환부(610)는, 도 3에 도시한 바와 같이 이 실시예로, PWM구동부(610b), 변압기(614), 정류회로부(615)를 포함하여 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
전력변환부(610)의 이 실시예에 따른 구성 중, PWM구동부(610b)는, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력에 대하여, 배터리(620)의 충전 및 방전 할 수 있도록 전압변환 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 변압기(614)는, 상기 PWM구동부(610b)에서 변환된 전력에 대한 전압을 변환시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 정류회로부(615)는, 상기 변압기(614)에서 전압이 변환된 전력에 대하여, 직류로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 이 실시예에 따른 정류회로부(615)는 태양전지모듈(100)에서 발생된 전압을 변환하여 배터리(620)에 저장하도록 구성되는 것이다.
또한, 이 실시예에 따른 정류회로부(615)의 구성에 따라, 충·방전제어유닛(600)은 PWM구동부(610b)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
충·방전제어유닛(600)의 PWM구동부(610b)는, 상기 PWM구동부(610b)에서 MPPT를 제어할 수 있도록 PWM구동부(610b)에서 변환되는 전력의 펄스폭을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
전력변환부(610)는, 도 4에 도시한 바와 같이 삼 실시예로, 부스트컨버터스위치(616)와 방전스위치(617)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
삼 실시예에 따른 전력변환부(610)의 부스트컨버터스위치(616)는, 태양전지모듈(100)에서 발생되는 전력이 저전압이거나, 일사량센서에서 측정된 일사량이 저밀도 일사량일 시, 태양전지모듈(100)의 MPPT를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
방전스위치(617)는, 태양전지모듈(100)이 MPPT를 수행할 수 있도록 배터리(620)와 태양전지모듈(100)간의 시간 비례 제어(TRC | Time Ratio Control)을 할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
배터리(620)는, 상기 전력변환부(610)에서 변환된 전력을 저장하도록 구성하게 된다.
부동소수점연산부(631)는, 상기 배터리(620)의 충전상태를 모니터링하도록 구성되되, 배터리(620)의 충전상태에 대하여 부동 소수점 연산을 할 수 있도록 구성하게 된다.
이때, 부동소수점연산부(631)는, 부동 소수점을 연산할 후, 모니터링 디스플레이(660) 장치로 보내어져서 사용자에게 충전상태 정보를 소수점 이하의 값을 포함하여 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
DSP제어부(630)는, 상기 피씨에스(400)의 On/Off를 제어하도록 피씨에스(400)로 구동제어신호를 전송하도록 구성하게 된다.
DSP제어부(630)는, 신호인터페이스부(650)에서 전송된 일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보, 태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 획득하도록 구성되되, 획득한 일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보, 태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보 중 어느 하나 이상을 이용하여 피씨에스(400)의 On/Off를 제어하도록 판단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 DSP제어부(630)에서 피씨에스(400)의 On/Off를 제어하는 판단 조건은, 일사량정보에서 일사량이 20 내지 30W/㎡이하인 조건,
피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보가 360 내지 440 Vdc 이하인 조건,
태양전지모듈(100)의 전력정보 중 전압이 360 내지 440V 이하이고, 전류가 2.6 내지 3.0A 이하인 조건 중 어느 하나 이상의 조건에 일치하였을 시, 피씨에스(400)의 Off 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 태양전지모듈(100)의 전력정보 중 전압이 360 내지 440V 이상인 조건,
피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보가 380V 내지 420V인 조건 중 어느 하나 이상의 조건에 일치하였을 시, 피씨에스(400)의 On 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
신호인터페이스부(650)는, 상기 일사량측정센서(200)의 일사량정보, 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보 및 MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력에 대한 전압값 및 전류값, 상기 배터리(620)에 저장된 전력에 대한 전압값 및 전류값, 측정정보 중 어느 하나 이상을 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보, 태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 DSP제어부(630)로 전송하도록 구성하게 된다.
신호인터페이스부(650)는, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 이용하여, 피씨에스(400)가 설치용량 10 내지 30%로 정상가동하고 있을 시, 전력변환부(610)에 방전신호를 전송하여, 배터리(620)를 방전시키도록 제어하는것을 특징으로 한다.
이는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 스위칭제어부를 포함하여 구성될 시, 방전신호를 스위칭제어부로 전송하여 스위칭제어부에서 전력변환부(610)의 제2스위칭을 제어하여 배터리(620)를 방전시키도록 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
충·방전모니터(660)는, 일출시간, 일몰시간, 상기 배터리(620)의 전력충전 기준조건값, 상기 배터리(620)의 전력방전 기준조건값 중 어느 하나 이상을 설정할 수 있도록 구성하게 된다.
계통연계부(700)는, 상기 피씨에스(400)와 연결되도록 구성되되, 상기 피씨에스(400)에서 변환된 전력을 받도록 구성하게 된다.
또한, 계통연계부(700)는, 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터의 전력피크제어, 주파수조정을 포함하는 알고리즘을 내장하여 1대의 피씨에스(400)에서 전력을 변환하도록 구성하게 되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성에 따른 본 발명인 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템은,
PCS 설치 용량을 기준으로, 태양전지 모듈의 발전 전압, 전류의 상태 및 일사량에 따라 PCS의 가동을 제어하여, 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 제공된다.
또한, PCS는 저전력구간에 가동이 정지됨으로 고조파 왜율이 발생되지 않아 전력품질을 향상시킬 수 있는 효과가 제공된다.
또한, 태양광 발전 가동에 따른 PCS의 ON/OFF 동작으로 인한 PCS의 MC(Magnet Contact) 접촉을 감소하여 PCS의 수명을 연장할 수 있는 효과가 제공된다.
그리고 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS를 태양광 발전기의 충ㆍ방전 제어 유닛 시스템에 전력피크제어, 주파수조정 등의 알고리즘을 내장함으로써 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터 1대로 병합하여 발전함으로서 발전설비 비용을 줄이는 효과를 높여 제공할 수 있다.
100 : 태양전지모듈
200 : 일사량측정센서
300 : 접속반
400 : 피씨에스
600 : 충·방전제어유닛
200 : 일사량측정센서
300 : 접속반
400 : 피씨에스
600 : 충·방전제어유닛
Claims (6)
- 태양광 발전기의 충·방전 제어 유닛 시스템에 있어서,
태양광으로부터 전력을 발생시키도록 구성되는 태양전지모듈(100);
상기 태양전지모듈(100)에 연결되어, 일사량을 측정하도록 구성되되, 측정된 일사량정보를 충·방전제어유닛(600)에 전송하도록 구성되는 일사량측정센서(200);
상기 태양전지모듈(100)과 연결되도록 구성되되, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 피씨에스(400)로 보내도록 구성되고, 태양전지모듈(100)로부터 과전력이 발생되었을 시, 과전력이 피씨에스(400)로 보내지는것을 차단하기 위한 퓨즈(310)와 역전력방지를 위한 다이오드(320)를 포함하여 구성되는 접속반(300);
상기 접속반(300)과 연결되어 접속반(300)으로부터 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 변환하도록 구성되는 피씨에스(400);
상기 접속반(300)과 상기 피씨에스(400) 사이에 접속하도록 구성되어, 상기 일사량측정센서(200)로부터 일사량정보를 획득하도록 구성되고, 상기 피씨에스(400)로부터 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보, MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 획득하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력과 생성된 전력에 대한 전압정보를 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보를 이용하여, 피씨에스(400)의 가동을 정지시키도록 제어하며, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 저장하도록 구성되고,
태양전지모듈(100)의 전력정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 이용하여, 태양전지모듈(100)에서 발생된 전력을 저장하는것을 중지하고, 피씨에스(400)가 가동하도록 제어하며,
피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보를 이용하여, 저장된 전력을 방전하도록 구성되는 충·방전제어유닛(600);
상기 피씨에스(400)와 연결되도록 구성되되,
상기 피씨에스(400)에서 변환된 전력을 받도록 구성되는 계통연계부(700)를 포함하여 구성되고,
일사량측정센서(200)는, 충·방전제어유닛(600)으로 일사량정보를 전송하는 주기가 분당 1회 내지 3회로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하고,
계통연계부(700)는, 태양광발전 인버터와 ESS용 PCS인버터의 전력피크제어, 주파수조정을 포함하는 알고리즘을 내장하여 1대의 피씨에스(400)에서 전력을 변환하도록 구성하게 되는 것을 특징으로 하는 충·방전 제어 유닛 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 충·방전제어유닛(600)은,
상기 태양전지모듈(100)에서 획득한 전력을 변환하도록 구성되는 전력변환부(610);
상기 전력변환부(610)에서 변환된 전력을 저장하도록 구성되는 배터리(620);
상기 배터리(620)의 충전상태를 모니터링하도록 구성되되, 배터리(620)의 충전상태에 대하여 부동 소수점 연산을 할 수 있도록 부동소수점연산부(631)를 포함하여 구성되며,
상기 피씨에스(400)의 On/Off를 제어하도록 피씨에스(400)로 구동제어신호를 전송하도록 구성되는 DSP제어부(630);
상기 일사량측정센서(200)의 일사량정보, 피씨에스(400)의 MPPT 동작개시 전압정보 및 MPPT 가동전압정보, 피씨에스(400)의 설치용량 기준 발전상태정보, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력에 대한 전압값 및 전류값, 상기 배터리(620)에 저장된 전력에 대한 전압값 및 전류값, 측정정보 중 어느 하나 이상을 획득하도록 구성되되,
일사량정보, MPPT 동작개시 전압정보, 태양전지모듈(100)의 전압정보와, 피씨에스(400)의 MPPT 가동전압정보를 DSP제어부(630)르 전송하도록 구성되는 신호인터페이스부(650);
일출시간, 일몰시간, 상기 배터리(620)의 전력충전 기준조건값, 상기 배터리(620)의 전력방전 기준조건값 중 어느 하나 이상을 설정할 수 있도록 구성되는 충·방전모니터(660) 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는것을 특징으로 하고,
상기 전력변환부(610)는, PWM구동부(610b), 변압기(614), 정류회로부(615) 또는 부스트컨버터스위치(616)와 방전스위치(617)를 포함하여 구성되고, 쌍방향 컨버터로 배터리(620)의 충전과 방전을 스위칭하도록 하며, 배터리(620)를 충전할 시, 벅 컨버터(Buck converter / 벅 변환기)로 동작하고, 배터리(620) 방전 시, 부스트 컨버터(Boost converter / 부스트 변환기)로 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충·방전 제어 유닛 시스템. - 삭제
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