KR101964740B1 - control apparatus of grid connected PV and ESS - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치에 관한 것으로, 특히 수전전력 방지와 배터리의 충전시간을 단축하고 고장 대처가 용이한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a grid-connected solar and ESS controller, and more particularly, to a grid-connected solar light and ESS controller for preventing power reception, shortening the charging time of the battery, and facilitating troubleshooting.
일반적으로 ESS(Energy storage system)는 발전소에서 과잉 생산된 전력 또는 불규칙하게 생산되는 신재생 에너지를 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장장치를 말한다.Generally, an ESS (Energy Storage System) refers to a storage device that stores power generated at an electric power plant or irregularly produced renewable energy, and then transits when power is temporarily low.
구체적으로 ESS란 에너지를 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전기 전력계통에 전기를 저장해 두는 시스템을 말한다. 다시 말해서, 기존의 2차 전지처럼 하나의 제품에 시스템이 통합된 스토리지로 구성되는 하나의 집합체이다.Specifically, ESS is a system that stores electricity in an electric power system to supply energy when and where it is needed. In other words, it is a collection of systems that are integrated into one product, such as a conventional secondary battery.
최근 급속히 성장하고 있는 신재생 에너지인 태양광 발전시 불안정한 발전 에너지를 저장했다가 필요한 시점에 안정적으로 전력 계통에 다시 공급해주는 필수 장치로 ESS의 중요성이 대두되고 있다.The importance of ESS is emerging as an indispensable device to store unstable power generation energy in solar power generation, which is a rapidly growing new renewable energy, and to supply it to the power grid in a stable manner when necessary.
만약 ESS가 없다면 태양광에 의존하는 불안정한 전력 공급으로 인해 전력 계통에 갑작스런 단전 등 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 환경에서 스토리지가 매우 중요한 분야로 대두되고 있다.If there is no ESS, unstable power supply dependent on the sun can cause serious problems such as a sudden shutdown of the power system. Therefore, storage is becoming a very important field in this environment.
이러한 ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.These ESSs are installed in electric power generation, transmission, distribution, and customer in electric power system. They are used for frequency regulation, generator output stabilization using new and renewable energy, peak shaving, load leveling, And power supply.
한편, ESS는 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.ESS is divided into physical energy storage and chemical energy storage depending on the storage method. Physical energy storage includes pumped storage, compressed air storage, and flywheel. Chemical storage includes lithium ion batteries, lead acid batteries, and Nas batteries.
도 1은 종래 기술에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치에서 ESS의 충전 동작을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1에서 태양광 발전부의 발전량이 급감소했을 때의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a charging operation of an ESS in a conventional grid-connected solar and ESS control apparatus. FIG. 2 illustrates an operation when the power generation amount of the solar power generation unit is greatly reduced in FIG. Fig.
종래 기술에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부(10)와, 상기 태양광 발전부(10)로부터 생산된 전기 에너지를 교류 전원으로부터 변환하여 출력하는 전력 변환부(20)와, 상기 전력 변환부(20)로부터 변환된 교류 전원을 전달받아 사용하는 부하(30)와, 상기 전력 변환부(20)에서 변환된 교류 전원을 전달받아 직류 전원으로 변환하여 출력하는 PCS(40)와, 상기 PCS(40)에서 변환된 직류 전원을 전달받아 저장하는 ESS(50)와, 상기 전력 변환부(20)의 출력단에 구성되어 상기 태양광 발전부(10)에서 생산된 발전량을 계측하는 PV 전력 계측기(60)를 포함하여 구성된다.1 and 2, the apparatus for controlling grid-connected solar light and ESS according to the related art includes a solar
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치에서 ESS(50)의 충전량 및 방전량의 크기는 외부에 구비된 PMS(Power Management System)에서 주는 지령값에 따라 결정된다.The size of the charge and discharge amounts of the
하지만, ESS 공급 업체와 PMS 공급 업체가 상이한 경우 일반적으로 충전량 및 방전량 정보뿐만 아니라 다른 많은 정보를 PCS와 PMS가 시리얼 통신을 통해 주고 받기 때문에 통신 속도가 느리다.However, when the ESS supplier and the PMS supplier are different, the communication speed is slow because the PCS and the PMS send and receive the charge amount and the discharge amount information as well as the PCS and the PMS through the serial communication.
이 때문에 순시적으로 급격히 변하는 PV 발전량에 대처하기 위하여 기존 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치는 PV 발전량에서 약 10% 가량의 차이를 두고 PCS를 통해 ESS를 충전하고 있다.Therefore, to cope with rapidly changing PV generation, the existing grid-connected PV and ESS control devices are charged with ESS through PCS with a difference of about 10% in PV generation.
하지만, PCS와 PMS간 통신 주기 안에 PV 발전량이 주어진 차이보다 더욱 크게 급변하는 경우 계통으로부터 전력을 공급받아 ESS를 통해 ESS를 충전하여 수전전력이 발생하는 문제점을 가지고 있다.However, when the PV power generation rate changes more rapidly than the given difference within the communication cycle between the PCS and the PMS, there is a problem that the power is supplied from the grid and the ESS is charged through the ESS to generate the power reception.
또한, PV 발전량과 ESS 충전량이 차이를 가지기 때문에 PV 발전량 전부를 ESS 충전에 사용하지 못하여 배터리 충전시간 지연 및 전력 생산자의 금전적 손해가 발생하고 있다. PV 인버터 공급자와 PCS 공급자가 동일하거나 PMS 공급자와 PCS 공급자가 동일하다면 제품간 통신 속도 개선을 통해 문제 해결의 여지가 있지만 상이한 경우 통신 방식과 DSP 차이 등으로 인해 ESS 제어에 PV 발전량 변화 정보를 빠르게 반영하기가 어려운 상황이다.Also, because PV generation and ESS charge are different, all the PV power generation can not be used for ESS charging, resulting in battery charge time delay and financial damage to power producers. If the PV inverter supplier and the PCS supplier are the same, or if the PMS supplier and the PCS supplier are the same, there is room for problem solving through improvement of the communication speed between products, but if they are different, It is difficult to do.
이를 해결하기 위하여 하드웨어 추가 없이 기존 PV/ESS 장치에 사용되고 있는 전력 변환부(20)의 출력단에 PV 전력 계측기(60)의 계측 정보를 이용하여 개선된 제어기 설계를 통한 문제해결 방안을 제안하였다.In order to solve this problem, a problem solution method using an improved controller design is proposed by using the measurement information of the
도 1 및 도 2에 도시된 PV 전력 계측기는 PMS에서 사용하기 위하여 ESS 설치 시 함께 설치되는 계측기이다. 이 계측기로부터 PV 발전량 정보를 받아 PMS에서 ESS 충전량 지령을 PCS로 시리얼 통신을 통해 전달하고 있다. 하지만, PMS와 PCS(40) 사이에 주고받는 정보량이 많기 때문에 정보 전달 간격이 긴 문제점을 가진다.The PV power meter shown in FIGS. 1 and 2 is a meter installed together with the ESS for use in PMS. It receives the PV generation amount information from this instrument and sends the ESS charge amount command from PMS to PCS through serial communication. However, since the amount of information to be exchanged between the PMS and the
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 배터리 충전 시 PV 발전량의 변화를 빠른 충전량 지령 정보, 피드포워드(feedforwad) 제어를 통해 빠르게 추종하여 PCS 제어에 반영함으로써 PV 발전량이 급격하게 감소하는 경우에도 수전전력을 방지하고, PV 발전량과 ESS 충전량의 차이를 최소화하여 배터리 충전 시간을 단축하도록 한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and system for rapidly changing the PV generation amount upon battery charging by rapidly following the charge amount command information and feedforward control, It is an object of the present invention to provide an apparatus for controlling grid-connected solar cells and ESSs, which can reduce the charging time by minimizing the difference between the PV power generation amount and the ESS charging amount.
또한, 본 발명은 PCS가 ESS 충전량 지령을 PMS와 전력 계측기에서 각각 받기 때문에 이를 활용하여 제품 고장이나 통신 불량 등 고장 검출이 가능하므로 시스템 고장 대처가 빠르게 전력 손실에 따른 손해를 최소화할 수 있도록 한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, since the PCS receives the ESS charge amount command from the PMS and the power measuring device, the PCS can detect the failure such as the product failure or the communication failure by utilizing the command, so that the system failure can be coped quickly and the system Another object of the present invention is to provide an apparatus for controlling solar-light and ESS.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치는 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부와, 상기 태양광 발전부로부터 생산된 전기 에너지를 교류 전원으로부터 변환하여 출력하는 전력 변환부와, 상기 전력 변환부에서 변환된 교류 전원을 전달받아 사용하는 부하와, 상기 전력 변환부에서 변환된 교류 전원을 전달받아 직류 전원으로 변환하여 출력하는 PCS와, 상기 PCS에서 변환된 직류 전원을 전달받아 저장하는 ESS와, 상기 전력 변환부의 출력단에 구성되어 상기 태양광 발전부로부터 생산된 전력을 계측하는 PV 전력 계측기와, 상기 PCS에 유효전력 값을 지령하여 상기 ESS의 충전량을 제어하는 PMS을 포함하고, 상기 PCS는 ESS 충전량 및 상기 PV 전력 계측기로부터 계측된 PV 발전량과 상기 PMS의 유효전력 지령값을 전달받아 연산을 통해 상기 ESS의 충전량을 제어하고, 상기 PMS는 상기 PV 전력 계측기로부터 계측된 PV 발전량을 근거로 상기 유효전력 지령값을 산정하여 상기 PCS에 전달하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling grid-connected solar and ESS, comprising: a solar power generator for generating electric energy from sunlight; A load for receiving and using the AC power converted by the power converting unit, a PCS for receiving and converting the AC power converted by the power converting unit to DC power and outputting the DC power, A PV power meter configured to measure a power generated from the solar power generation unit and configured at an output terminal of the power conversion unit; Wherein the PCS controls the ESS charge amount, the PV power generation measured from the PV power meter, and the PMS And the PMS controls the charge amount of the ESS through calculation and the PMS calculates the effective power command value based on the PV power measured from the PV power meter and transmits the command to the PCS .
본 발명의 실시예에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치는 다음과 같은 효과가 있다.The grid-connected solar and ESS controller according to the embodiment of the present invention has the following effects.
첫째, ESS의 배터리 충전 시 PV 발전량의 변화를 빠른 충전량 지령 정보, 피드포워드(feedforwad) 제어를 통해 빠르게 추종하여 PCS 제어에 반영함으로써 수전전력 방지와 PV 발전량과 ESS 충전량의 차이를 최소화하여 배터리 충전 시간을 단축할 수 있다.First, when the ESS battery is charged, the change of PV power generation is quickly followed by the rapid charge command information and feedforward control and reflected to the PCS control, thereby minimizing the difference between the PV power generation amount and the ESS charge amount, Can be shortened.
둘째, PCS가 ESS 충전량 지령을 PMS와 전력 계측기에서 각각 받기 때문에 이를 활용하여 제품 고장이나 통신 불량 등 고장 검출이 가능하므로 시스템 고장 대처가 빠르게 전력 손실에 따른 손해를 최소화할 수 있다.Second, since the PCS receives the ESS charge command from the PMS and the power meter, it is possible to detect the failure such as the product failure or the communication failure, so that the system failure can be minimized and the damage caused by the power loss can be minimized.
도 1은 종래 기술에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치에서 ESS의 충전 동작을 설명하기 위한 구성도
도 2는 도 1에서 태양광 발전부의 발전량이 급감소했을 때의 동작을 설명하기 위한 구성도
도 3은 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 4는 도 3의 전력 변환부를 개략적으로 나타낸 회로도
도 5는 도 3의 PCS의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도1 is a block diagram for explaining a charging operation of an ESS in a control apparatus for grid-connected solar light and an ESS according to a related art;
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation when the power generation amount of the solar power generation unit is rapidly decreased in FIG. 1
FIG. 3 is a schematic view showing a system for controlling a grid-connected solar light and an ESS according to the present invention
Fig. 4 is a circuit diagram schematically showing the power conversion section of Fig. 3
FIG. 5 is a block diagram schematically showing the internal configuration of the PCS of FIG.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, detailed description of well-known functions or constructions that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. It should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals as possible throughout the drawings.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 3은 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 전력 변환부를 개략적으로 나타낸 회로도이다.FIG. 3 is a schematic diagram of a system for controlling grid-connected solar light and an ESS according to the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing the power converter of FIG.
본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부(110)와, 상기 태양광 발전부(110)로부터 생산된 전기 에너지를 교류 전원으로부터 변환하여 출력하는 전력 변환부(120)와, 상기 전력 변환부(120)에서 변환된 교류 전원을 전달받아 사용하는 부하(130)와, 상기 전력 변환부(120)에서 변환된 교류 전원을 전달받아 직류 전원으로 변환하여 출력하는 PCS(140)와, 상기 PCS(140)에서 변환된 직류 전원을 전달받아 저장하는 ESS(150)와, 상기 전력 변환부(120)의 출력단에 구성되어 상기 태양광 발전부(110)로부터 생산된 전력을 계측하는 PV 전력 계측기(160)와, 상기 PCS(140)에 유효전력 값을 지령하여 상기 ESS(150)의 충전량을 제어하는 PMS(170)를 포함하고, 상기 PCS(140)는 ESS 충전량 및 상기 PV 전력 계측기(160)로부터 계측된 PV 발전량과 상기 PMS(170)의 유효전력 지령값을 전달받아 연산을 통해 상기 ESS(150)의 충전량을 제어하고, 상기 PMS(170)는 상기 PV 전력 계측기(160)로부터 계측된 PV 발전량을 근거로 상기 유효전력 지령값을 산정하여 상기 PCS(140)에 전달한다.As shown in FIG. 3, the apparatus for controlling grid-connected solar and ESS according to the present invention includes a solar
여기서, 상기 태양광 발전부(110)는 다수의 태양전지로 이루어진 상태에서 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 직류 전력을 생성한다.Here, the solar
상기 태양 전지는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 태양 전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다. 대부분의 태양 전지는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.The solar cell collects sunlight incident from the outside to generate electricity, and usually silicon and a composite material are mainly used. Specifically, the solar cell uses a p-type semiconductor and an n-type semiconductor bonded together, and utilizes a photoelectric effect that generates electricity by receiving sunlight. Most of the solar cells are composed of large-area P-N junction diodes, and the electromotive force generated at the opposite ends of the P-N junction diode is connected to an external circuit.
상기 태양 전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양 전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양광 어레이들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다. 또한, 태양 전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 구성하여 사용한다.The minimum unit of the solar cell is referred to as a cell. Actually, the solar cell is rarely used as it is. This is because the voltage from one cell is very small, about 0.5V, compared to several tens of volts or several hundreds of volts needed for practical use, so that a large number of unit solar arrays can be connected in series or parallel I am using it. In addition, when the solar cell is used outdoors, it is subjected to various harsh environments. Therefore, a plurality of cells are used as a package in order to protect a large number of cells connected with a necessary unit capacity in a harsh environment.
상기 태양 전지의 후단에는 태양 전지에서 출력되는 동일한 극성의 전압을 하나의 접속점으로 취합하는 접속함이 구비된다.And a junction box for collecting voltages of the same polarity outputted from the solar cell at one connection point is provided at the rear end of the solar cell.
상기 전력 변환부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 스위칭 소자(121) 및 계통 연계 필터(122)를 포함하여 구성된다.The
상기 복수의 스위칭 소자(121)는 상기 전력 변환부(120)를 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 기초한 온(on) 또는 오프(off) 상태의 전환을 통해, 상기 직류 전압으로부터 입력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.The plurality of
상기 계통 연계 필터(122)는 전력변환장치 및 계통 측 인덕터(Li, Lg)와 필터 커패시터(Cf)를 구비한다. 즉, 상기 계통 연계 필터(122)는 LCL 필터로 구현될 수 있다. 또 달리, 상기 계통 연계 필터(122)는 LC 필터로 구현될 수도 있다.The
여기서, 상기 LCL 필터는 전력변환장치 및 계통 측 인덕터(Li, Lg)와 필터 커패시터(Cf)로 표현될 수 있다. 상기 LCL 필터를 사용할 경우, L과 C에 의해서 공진 현상이 발생하고 공진 주파수(resonant frequency)를 중심으로 공진 대역이 형성된다.Here, the LCL filter may be represented by a power converter and a system side inductor (Li, Lg) and a filter capacitor (Cf). When the LCL filter is used, a resonance phenomenon occurs by L and C, and a resonance band is formed around a resonant frequency.
상기 PCS(140)는 상기 태양광 발전부(110)에서 생산된 직류 전원을 상기 전력 변환부(120)를 통해 교류 전원으로 변환되고 다시 이를 직류 전원으로 변환하여 상기 ESS(150)에 저장한다. 뿐만아니라 상기 PCS(140)는 상기 ESS(150)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(130)에 공급한다.The
상기 ESS(150)의 저장정보는 충/방전시 전력의 크기에 따라 용량 효율이 변하는 배터리의 종류 및 충전 시간에 관한 정보이다. 보다 구체적으로 상기 ESS(145)의 저장정보는 부하용량을 나타낸 것으로 어느 정도의 정류를 저장하느냐 또는 현재의 충전량에 대한 정보이다.The storage information of the
상기 부하(130)의 계통정보는 현재 부하(130)가 사용하고 있는 전류량에 대한 정보를 나타내고 있다.The grid information of the
도 5는 도 3의 PCS의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.5 is a block diagram schematically showing the internal configuration of the PCS of FIG.
도 3과 도 5에 도시된 바와 같이, PCS(140)는 PMS(170)의 유효전력 지령값과 ESS 충전량 및 상기 PV 발전량을 연산하여 출력하는 제 1 연산부(141)와, 상기 제 1 연산부(141)을 통해 연산된 결과를 전달받아 상기 ESS 충전량을 추종하도록 보상하는 PI 제어기(145)와, 상기 PI 제어기(145)의 출력 값과 상기 PV 발전량 정보를 전달받아 연산하여 출력하는 제 2 연산부(147)와, 상기 제 2 연산부(147)를 통해 연산된 결과를 근거로 ESS 충전량을 산출하여 출력하는 제어부(148)를 포함한다.3 and 5, the
한편, 도 3의 PV 전력 계측기(160)로부터 계측된 PV 발전량을 전달받아 발전 변화량을 산출하는 발전 변화량 산출부(142)와, 상기 발전 변화량 산출부(142)를 통해 산출된 발전 변화량을 전달받아 누적하는 변화량 누적부(143)를 포함하고, 상기 변화량 누적부(143)와 제 1 연산부(141) 사이에는 제 1 게인값을 출력하는 제 1 게인값 출력부(144)와 상기 발전 변화량 산출부(142)와 제 2 연산부(147) 사이에는 제 2 게인값을 출력하는 제 2 게인값 출력부(146)를 각각 구비하고 있다.On the other hand, a power generation variation
따라서 본 발명은 PV 전력 계측기(160)로부터 계측된 PV 발전량을 전달하도록 추가 통신선 설비를 통해 상기 PV 전력 계측기(160)의 계측 정보를 직접 PMS(170)와 PCS(140)에 짧은 주기로 빠르게 전달하고, 이를 전압 지령값, 피드포워드(feedforward) 제어에 이용하여 제어부(148)를 통해 ESS 충전량을 출력함으로써 급변하는 PV 발전량에 의해 발생하는 수전전력을 방지할 수 있다.Accordingly, the present invention rapidly transmits the measurement information of the
예를 들면, 상기 PMS(170)으로부터 유효전력 지령값을 상기 PCS(140)에 전달받은 후 PV 발전량이 유효전력 지령값보다 작아졌을 때 발전량 누적부(143)에 누적된 누적 PV 발전 변화량을 유효전력 지령값에 더해주면 더 짧은 주기로 유효전력 지령값의 변화를 제어부(148)가 추종할 수가 있다.For example, after receiving the active power command value from the
여기서, PV 발전 변화량을 피드포워드(feedforward) 제어에 이용하면 PI 제어기(145)에 앞서 시스템에 영향을 미칠 수 있기 때문에 전체 제어기의 응답속도 향상이 가능하다. 이에 가중치 즉 제 1, 제 2 게인값을 이용하여 다양한 성능 개선이 가능하다. 또한, 단순히 짧은 주기의 유효전력 지령값만 사용하지 않고 기존의 PMS으로부터 전달받은 유효전력 지령값을 같이 사용하기 때문에 ESS 충전량의 지령값의 이중화가 가능하여 제어 시스템의 안정성이 개선됨과 더불어 이를 이용한 고장 검출 등이 가능하다.Here, if the PV power generation variation amount is used for feedforward control, it is possible to improve the response speed of the entire controller since it can affect the system prior to the
또한, 본 발명은 상기 PV 전력 계측기(160)의 계측 정보를 PCS(140)와 PMS(170)에서 이중으로 전달받음으로써 제어 응답 속도 확보가 가능할 뿐만 아니라, 짧은 주기의 충전량 지령과 긴 주기의 충전량 지령을 같이 사용하므로 충전량 지령값의 이중화가 가능하여 시스템의 안정성 개선 및 이를 활용한 고장 검출을 용이하게 할 수 있다.In addition, since the measurement information of the
여기서 지령값과 피드포워드(feedforward) 제어를 위해 추가되는 전력 계측기 정보를 가공하는 방법 등에 따라 다양한 성능 개선이 가능하다.Here, various performance improvements are possible depending on the command value and the method of processing the power meter information added for feedforward control.
상기 발전 변화량 산출부(142)에서 산출된 발전 변화량을 누적하는 변화량 누적부(143)는 상기 PMS(170)로부터 유효전력 지령값을 받은 후 다음 유효전력 지령값을 받기 전까지, 즉, PMS(170)와 PCS(140)의 데이터 통신 주기 동안 PV 발전 변화량을 누적한 값이다.The change
뿐만 아니라 본 발명은 ESS(150)의 배터리 충전시 PV 발전량의 변화를 빠른 충전령 지령 정보, 피드포워드(feedforward) 제어를 통해 빠르게 추종하여 PCS(140)의 제어에 반영할 수 있기 때문에 PV 발전량과 ESS 충전량의 차이를 최소화하여 배터리의 충전 시간을 단축할 수가 있다.In addition, since the present invention can rapidly follow the change of the PV power generation amount during the battery charging of the
한편, 상기 태양광 발전부(110)는 온도와 날씨뿐만아니라 설치된 지역의 위치, 계절, 기후의 변화에 따라 실제 발전량과 기준 발전량간에 차이가 발생한다. 즉, 상기 태양광 발전부(110)의 실제 발전량 패턴이 매일매일 다르기 때문에 본 발명은 PV 전력 계측기(160)에서 이를 계측하고 PCS(140)에서 발전 변화량을 산출하고 누적하여 ESS 충전량을 산출하게 된다.Meanwhile, the solar
이를 위하여 다음의 수학식 1을 통해 PMS(170)와 PCS(140)의 데이터 통신 주기 동안 PV 발전 변화량을 누적한 값이다. 이를 수식으로 나타내면,For this, the PV change amount during the data communication period of the
와 같다. 여기에 가중치를 이용하여 다양한 성능 개선이 가능하다.. We can improve various performance by using weight.
이를 통해 빠르게 변하는 PV 발전량에 대처가 가능한 제어 성능을 가지게 되므로 수전전력 방지가 가능하며, ESS 충전량과 PV 발전량의 차이를 줄여 ESS 충전 속도 개선이 가능하다.This makes it possible to prevent power reception because it has control capability to cope with rapidly changing PV power generation, and it is possible to improve the ESS charging speed by reducing difference between ESS charge amount and PV generation amount.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.Embodiments of the present invention include computer readable media including program instructions for performing various computer implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc., alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known to those skilled in the computer software.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, and ROMs, And hardware devices specifically configured to store and execute the same program instructions. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine accords such as those produced by a compiler.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.
110 : 태양광 발전부 120 : 전력 변환부
130 : 부하 140 : PCS
150 : ESS 160 : PV 전력 계측기
170 : PMS110: solar power generation unit 120: power conversion unit
130: load 140: PCS
150: ESS 160: PV Power Meter
170: PMS
Claims (5)
상기 태양광 발전부로부터 생산된 전기 에너지를 교류 전원으로부터 변환하여 출력하는 전력 변환부와,
상기 전력 변환부에서 변환된 교류 전원을 전달받아 사용하는 부하와,
상기 전력 변환부에서 변환된 교류 전원을 전달받아 직류 전원으로 변환하여 출력하는 PCS와,
상기 PCS에서 변환된 직류 전원을 전달받아 저장하는 ESS와,
상기 전력 변환부의 출력단에 구성되어 상기 태양광 발전부로부터 생산된 전력을 계측하는 PV 전력 계측기와,
상기 PCS에 유효전력 값을 지령하여 상기 ESS의 충전량을 제어하는 PMS를 포함하고,
상기 PCS는 ESS 충전량 및 상기 PV 전력 계측기로부터 계측된 PV 발전량과 상기 PMS의 유효전력 지령값을 전달받아 연산을 통해 상기 ESS의 충전량을 제어하고,
상기 PMS는 상기 PV 전력 계측기로부터 계측된 PV 발전량을 근거로 상기 유효전력 지령값을 산정하여 상기 PCS에 전달하며,
상기 PCS는 상기 PMS의 유효전력 지령값과 ESS 충전량 및 상기 PV 발전량을 연산하여 출력하는 제 1 연산부와, 상기 제 1 연산부를 통해 연산된 결과를 전달받아 상기 ESS 충전량을 추종하도록 보상하는 PI 제어기와, 상기 PI 제어기의 출력 값과 상기 PV 발전량 정보를 전달받아 연산하여 출력하는 제 2 연산부와, 상기 제 2 연산부를 통해 연산된 결과를 근거로 ESS 충전량을 산출하여 출력하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 및 ESS의 제어장치.A solar photovoltaic portion for producing electric energy from sunlight,
A power conversion unit for converting electric energy produced from the solar power generation unit from an AC power source and outputting the converted power;
A load for receiving and using the AC power converted by the power converting unit,
A PCS that receives the AC power converted by the power conversion unit and converts the converted AC power into a DC power and outputs the DC power,
An ESS for receiving and storing the DC power converted by the PCS,
A PV power meter configured to measure an electric power produced from the solar power generation unit and configured at an output terminal of the power conversion unit;
And a PMS for controlling the charge amount of the ESS by commanding the PCS with an effective power value,
The PCS receives the ESS charge amount, the PV generation amount measured from the PV power meter, and the PMS active power command value to control the charge amount of the ESS,
The PMS calculates the effective power command value based on the PV power measured from the PV power meter and transmits the command to the PCS,
The PCS includes a first computing unit for computing and outputting an effective power command value of the PMS, an ESS charge amount, and the PV power generation amount, a PI controller for receiving a result calculated through the first computing unit and compensating for the ESS charge amount, A second arithmetic unit for receiving and outputting the output value of the PI controller and the PV generation amount information, and a controller for calculating and outputting the ESS charge amount based on the result calculated through the second arithmetic unit And a controller for controlling the grid-connected solar and ESS.
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