KR101995255B1 - 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 마이크로그리드내의 다른 셀(수용가) 또는 에너지원과 연결되어 그 연결된 셀 또는 에너지원에 송전을 요청하여 전송되는 전기에너지를 저장하거나, 상기 전기에너지를 부하 또는 송전 요청하는 다른 셀에 전송하는 기능을 구비하는 직류배전 자율제어 시스템 및 운용방법에 관한 것이다. 전체 시스템의 동작을 차단하거나 제어하는 제어유닛; 입력되는 서로 다른 크기와 종류의 복수 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하는 일방향 DC-DC 변환장치; 일 측은 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되고, 다른 일 측은 일방향 DC-DC 변환장치와 연결되는 양방향 DC-DC 변환장치; 상기 변환장치들과 연결되며, 공급된 직류전원을 셀 내부의 교류 부하에 공급하는 독립형 DC-AC 인버터;를 포함하는 시스템이며, 또한, 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템(DC-DACS)을 다수 개의 셀에 결합하는 단계; DC-DACS이 결합된 셀을 클러스트 DC 그리드에 연결하는 단계; 다수 개의 클러스트 DC 그리드를 메인 DC 그리드에 연결하는 단계; DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 단계(S400);를 포함하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
따라서 각 셀 단위에서 신재생에너지 설비의 설치 운영으로 대규모 설비 설치공간이 불필요하고, 기존의 배전 선로를 이용한 직류송배전을 함으로서 각 셀 간, 클러스터 간의 직류배전 자율제어가 가능하도록 구성된다.

Description

마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법{DC autonomous distribution control system for efficient power transmission and distribution between loads in a micro grid and its operation method}
본 발명은 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템(DC-ADCS: Autonomous Distribution Control System) 및 그 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀 간에는 직류 배전을 실시하고, 셀 내에서는 직류 또는 교류의 전력 분배가 가능한 기능을 갖는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
태양광발전 등 분산전원의 도입 확대에 따라 역조류(Reverse Power, Reverse Current)에 의한 계통전압의 상승과 주파수 조정력 부족 문제가 스마트그리드 확산의 주된 제약 요인이 되고 있다.
이의 대안으로, 분산전원 및 ESS(Energy Storage System)를 구비한 개별 수용가 단위의 셀을 상호 연계한 클러스터(소형 마이크로그리드 개념)를 구성하고, 셀 상호간에 전력 수수를 실시하여 주파수변동 흡수와 전압 안정화가 가능하도록 함으로써, 분산자원의 확대에 따른 기간계통에 미치는 영향을 최소화하고 전력 이용효율 향상을 기할 필요가 있다.
전력수급에는 품질, 운영, 경제적 및 사회적 문제 등이 수반된다. 본 발명은 상술한 문제점을 해소하면서 에너지 사용효율을 극대화하는 연구로서, 기존의 시설(배전 선로)을 그대로 사용하면서 대규모 신재생에너지 설비의 설치를 최소화하고 각 셀(수용가)에 소요량만 배전하는 직류배전 자율제어 시스템을 구축하고 운용하여 에너지 자립체계를 구축하는데 이바지 하고자 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1169873호(2012.07.31.) 대한민국 등록특허공보 제10-1219883호(2013.01.09.)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 제어유닛; 일방향 DC-DC 변환장치; 양방향 DC-DC 변환장치; 독립형 DC-AC 인버터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제어유닛은, 전기에너지의 흐름을 측정·감지하고, 이를 이용하여 전체 시스템의 동작을 차단(절연)하거나 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 일방향 DC-DC 변환장치는, 제어유닛에 의해 제어되며, 입력되는 서로 다른 크기와 종류의 복수 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 양방향 DC-DC 변환장치는, 제어유닛에 의해 제어되며, 일 측은 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되고, 다른 일 측은 일방향 DC-DC 변환장치와 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 독립형 DC-AC 인버터는, 일방향 DC-DC 변환장치 및 양방향 DC-DC 변환장치와 연결되며, 공급된 직류전원을 셀 내부의 교류 부하에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 목적은, (a) 결합 단계; (b) 클러스터 그리드 연결 단계; (c) 메인 그리드 연결 단계; (d) 송·수전 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, (a) 상기 결합 단계는, 직류배전 자율제어 시스템을 다수 개의 셀에 결합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, (b) 클러스터 그리드 연결 단계는, DC-DACS이 결합된 셀을 클러스트 DC 그리드에 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, (c) 메인 그리드 연결 단계는, 다수 개의 클러스트 DC 그리드를 메인 DC 그리드)에 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, (d) 송·수전 단계는, DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템은, 제어유닛; 일방향 DC-DC 변환장치; 양방향 DC-DC 변환장치; 독립형 DC-AC 인버터;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 다른 특징은, 제어유닛은, 전기에너지의 흐름을 측정·감지하고, 이를 이용하여 전체 시스템의 동작을 차단(절연)하거나 제어하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 또 다른 특징은, 일방향 DC-DC 변환장치는, 제어유닛에 의해 제어되며, 입력되는 서로 다른 크기와 종류의 복수 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 또 다른 특징은, 양방향 DC-DC 변환장치는, 제어유닛에 의해 제어되며, 일 측은 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되고, 다른 일 측은 일방향 DC-DC 변환장치와 연결되도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 또 다른 특징은, 독립형 DC-AC 인버터는, 일방향 DC-DC 변환장치 및 양방향 DC-DC 변환장치와 연결되며, 공급된 직류전원을 셀 내부의 교류 부하에 공급하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법은, (a) 결합 단계; (b) 클러스터 그리드 연결 단계; (c) 메인 그리드 연결 단계; (d) 송·수전 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 다른 특징은, (a) 상기 결합 단계는, 직류배전 자율제어 시스템을 다수 개의 셀에 결합하여 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, (b) 클러스터 그리드 연결 단계는, DC-DACS이 결합된 셀을 클러스트 DC 그리드에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, (c) 메인 그리드 연결 단계는, 다수 개의 클러스트 DC 그리드를 메인 DC 그리드)에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, (d) 송·수전 단계는, DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지도록 구성된다.
이상에서와 같이 본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법은, 기존의 배전선로를 그대로 이용하는 것이 가능하고, 각각의 셀(cell)에 필요한 만큼의 소규모 전력공급설비를 설치 운영함으로써 경제적, 사회적인 이익을 극대화할 수 있다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법은, 기존 교류계통의 일반적인 문제점인 전력품질 문제, 운영 문제 등을 해결할 수 있다.
즉, 본 발명의 DC-ADCS는, 전력품질 문제 측면의 전압안정성, 전압조정, 순시전압변동, 상간불평형, 주파수 변동, 전압 왜형, 전류 왜형, 잡음 및 누설 등의 문제와 전력수급 운영상의 부하유동 관리, 전압 관리, 전압조정기 관리, 시스템 스위칭, 전력손실, 용량관리 어려움, 비용 과다 및 관리업무 복잡 등의 문제에 대해, 교류와는 달리 일정한 극성을 유지하는 직류로 송배전함으로 용이하게 해결할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 마이크로그리드의 집합체로서 구축되는 스마트그리드를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 마이크로그리드로 형성하고 있는 전력생산 및 소비 관리시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류배전 자율제어 시스템(DC-ADCS)의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 직류배전 자율제어 시스템을 이용한 배전선로의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 직류배전 자율제어 시스템의 배전 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 <실시 예1>의 셀 A가 셀 B, C에게 송전을 요청하는 경우의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 <실시 예 2>의 셀 B가 셀 C에게 송전을 요청하는 경우의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 <실시 예3>의 셀 B, C가 셀 A에게 송전을 요청하는 경우의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 운용방법을 나타내는 개략적인 단계별 공정도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의 할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법은 셀 간에는 직류 배전을 실시하고, 셀 내에서는 직류 또는 교류의 전력 분배가 가능한 기능을 갖는 전력분배 자율제어시스템을 개발함으로써 클러스터의 전력 이용효율 향상을 도모하고자 한다. 개별 셀이 보유한 ESS(Energy Storage System) 또는 직류 ESS의 설비 공유를 실현함으로써 기간 계통과의 공존을 통해 향후 수요반응(DR) 및 가상발전(VPP) 시스템 구축에 대한 기반을 조성하는 발명이다.
본 발명에 사용되는 용어를 설명하면, 셀(cell)은 개별 주소를 부여받은 에너지원(태양광, ESS, 풍력, 기타)을 갖추고 개별 IP주소를 부여받은 직류배전 자율제어시스템을 설치하여 전력을 자유롭게 주고받을 수 있는 최소 단위의 수용가를 말한다.
또한, 클러스터(cluster)는 다수의 셀을 하나로 묶어 분산자원을 공유하는 마이크로그리드의 최소 단위를 말한다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 마이크로그리드의 집합체로서 구축되는 스마트그리드를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 마이크로그리드로 형성하고 있는 전력생산 및 소비 관리시스템을 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 직류배전 자율제어 시스템(DC-ADCS:Autonomous Distribution Control System)의 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 직류배전 자율제어 시스템을 이용한 배전선로의 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 직류배전 자율제어 시스템(DC-DACS)의 배전 제어 흐름을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 <실시 예1>의 셀 A가 셀 B, C에게 송전을 요청하는 경우의 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 <실시 예 2>의 셀 B가 셀 C에게 송전을 요청하는 경우의 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 <실시 예3>의 셀 B, C가 셀 A에게 송전을 요청하는 경우의 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 운용방법을 나타내는 개략적인 단계별 공정도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 다양한 마이크로그리드가 집합되어 스마트그리드가 형성된다. 마이크로그리드 내에서는 수용가 또는 에너지원과 연결되어 그 연결된 셀 또는 에너지원에 송전을 요청하여 전송되는 전기에너지를 저장하거나, 상기 전기에너지를 부하 또는 송전 요청하는 다른 셀에 전송하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템은, 제어유닛(10); 일방향 DC-DC 변환장치(20); 양방향 DC-DC 변환장치(30); 독립형 DC-AC 인버터(40);로 구성된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 제어유닛(10)은, 전기에너지의 흐름을 측정감지하고, 이를 이용하여 전체 시스템의 동작을 차단(절연)하거나 제어하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 제어유닛(10)은, 에너지 분배를 위하여 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20) 및 양방향 DC-DC 변환장치(30)와 제어신호를 상호 교신하는데, P 2P(peer to peer)통신 방식을 이용하여, 각 셀(서버 셀과 수용가 셀) 간에 상태정보를 실시간 교환하여 충, 방전 제어한다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 일방향 DC-DC 변환장치(20)는, 상기 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 입력되는 서로 다른 크기와 종류의 복수 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20), 양방향 DC-DC 변환장치(30) 및 독립형 DC-AC 인버터(40)는, 배터리(22)와 연결되도록 구성되고, 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20)는, 배터리 충전장치(21)를 더 포함한다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 양방향 DC-DC 변환장치(30)는, 상기 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 일 측은 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되고, 다른 일 측은 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20)와 연결되도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 독립형 DC-AC 인버터(40)는, 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20) 및 양방향 DC-DC 변환장치(30)와 연결되며, 공급된 직류전원을 셀 내부의 교류 부하에 공급하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 독립형 DC-AC 인버터(40)에는, 역률 제어 인버터(미도시)가 구성되어 에너지의 사용 효율을 극대화 하도록 구성된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법은, (a) 결합 단계(S100); (b) 클러스터 그리드 연결 단계(S200); (c) 메인 그리드 연결 단계(S300); (d) 송수전 단계(S400)를 포함한다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 (a) 상기 결합 단계(S100)는, 직류배전 자율제어 시스템(DC-DACS)을 다수 개의 셀에 결합하여 구성된다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 (b) 클러스터 그리드 연결 단계(S200)는, 상기 DC-DACS이 결합된 셀을 클러스트 DC 그리드(1-12)에 연결하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 (b) 클러스터 그리드 연결 단계(S200)는, 신·재생 에너지원이 더 연결되도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 (c) 메인 그리드 연결 단계(S300)는, 상기 다수 개의 클러스트 DC 그리드(1-12)를 메인 DC 그리드(1-11)에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법의 (d) 송·수전 단계(S400)는, 상기 DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 평상시에는 상기 DC-DACS에 의해 셀 자체에서만 송전하고, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 중에서 송전을 요청한 셀 간에 송전 및 수전을 하고 나머지 셀은 차단되도록 구성된다.
이 때, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 간에 발생하는 전기에너지 흐름 제어는 도 5에 예시한 바와 같이, 셀 A에서 셀 D로의 전기에너지 흐름(셀 A 송전->셀 D 수전)이 이루어진다. 나머지 셀 B/C/E/F는 배전선로와 연결되는 선로를 DC-ADCS의 차단장치(미도시)가 차단한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 직류배전 자율제어 시스템(DC-DACS)의 제어에 의한 전기에너지 분배를 나타내며, 각각 <실시 예>로서, 3개의 셀(셀 A, 셀 B, 셀 C)로 구성된 하나의 클러스터 내에서의 전기에너지 흐름 제어(송전, 수전)를 보여주고 있다.
<실시 예 1>
동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀(A)이 다수 개의 셀(B, C)에 송전을 요청할 때(도 6).
- 상기 셀 B, C의 전력량을 비교한다(S410 단계).
- 상기 단계에서 전력량이 많은 셀 B 또는 C가 우선 송전을 개시한다(S420 단계).
- 송전하는 셀 B 또는 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈춘다(S430 단계).
또한, 상기 셀 A의 송전 요청이 아직 유효하면,
- 상기 셀 B 또는 셀 C 중에서 송전 하지 않은 셀 C 또는 셀 B가 송전을 개시한다(S440 단계).
- 상기 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈춘다(S450 단계).
<실시 예 2>
동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀 C가 다른 셀 B에게 송전을 요청할 때(도 7).
- 상기 셀 B가 셀 C에게 송전을 개시한다(S410’ 단계).
- 상기 셀 B가 최저 용량이 되었거나, 셀 C가 필요만큼 수전하였으면, 송전을 멈춘다(S420’ 단계).
이 때, 셀 A는 배선 선로와 차단(절연) 상태가 된다.
<실시 예 3>
동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 다수 개의 셀(B, C)이 하나의 셀(A)에 송전을 요청할 때(도 8).
- 요청 받은 상기 셀 A가 송전을 개시한다(S410” 단계).
- 상기 셀 B와 셀 C는 각각 수전을 개시한다(S420” 단계).
- 상기 셀 B 또는 셀 C 각각의 송전요청이 멈출 때까지 셀 A가 송전을 계속한다(S430” 단계).
- 상기 셀 A가 최저 용량이 되거나, 셀 B와 셀 C 모두에게서 송전요청이 멈추면 송전을 멈춘다(S440” 단계).
100 : 직류배전 자율제어 시스템(DC-ADCS)
1 : 마이크로그리드
1-1 : DC 그리드,
1-11 : 메인 DC 그리드,
1-12 : 클러스터 DC 그리드(1-12#1 ... 1-12#n)
2 : 스마트그리드
10 : 제어 유닛(U1)
20 : 일방향 DC-DC 변환장치(U2)
21 : 배터리 충전장치
22 : 배터리
30 : 양방향 DC-DC 변환장치(U3)
40 : 독립형 DC-AC 인버터(U4)
50 : 전력생산 및 저장 유닛
51 : DC Source (51#1 ... 51#n)
511 : 광기전력 셀(Cell PV)
512 : 풍력발전기(Wind Turbines)
513 : 발전기(NG/Diesel Generator)
52 : 에너지 저장소(Cell ESS)

Claims (13)

  1. 마이크로그리드내의 다른 셀 또는 에너지원과 연결되어 그 연결된 셀 또는 에너지원에 송전을 요청하여 전송되는 전기에너지를 저장하거나, 다수 개의 셀에 결합되거나, 다수 개의 셀을 클러스트 DC 그리드에 연결되거나, 다수 개의 클러스트 DC 그리드를 메인 DC 그리드에 연결하여 전기에너지를 부하 또는 송전 요청에 따라 전송하는 기능을 구비하는 직류배전 자율제어 시스템에 있어서,
    상기 직류배전 자율제어 시스템에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 단계에서, 전기에너지의 흐름을 측정·감지하고, 이를 이용하여 전체 시스템의 동작을 차단(절연)하거나 제어하도록 구성되는 제어유닛(10);
    상기 직류배전 자율제어 시스템에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 단계에서, 상기 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 입력되는 서로 다른 크기와 종류의 복수 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하는 일방향 DC-DC 변환장치(20);
    상기 직류배전 자율제어 시스템에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 단계에서, 상기 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 일 측은 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되고, 다른 일 측은 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20)와 연결되는 양방향 DC-DC 변환장치(30);
    상기 직류배전 자율제어 시스템에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 단계에서, 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20) 및 양방향 DC-DC 변환장치(30)와 연결되며, 공급된 직류전원을 셀 내부의 교류 부하에 공급하는 독립형 DC-AC 인버터(40);를 포함하며,
    상기 제어유닛(10)은, 상기 일방향 DC-DC 변환장치(20) 및 양방향 DC-DC 변환장치(30)와 제어신호를 상호 교신하며, 에너지 분배를 위하여 P 2P(peer to peer)통신 방식을 이용하여, 각 셀(서버 셀과 수용가 셀) 간에 상태정보를 실시간 교환하여 충, 방전 제어하도록 구성하며,
    상기 일방향 DC-DC 변환장치(20), 양방향 DC-DC 변환장치(30) 및 독립형 DC-AC 인버터(40)는, 배터리(22)와 연결되도록 구성되며,
    상기 일방향 DC-DC 변환장치(20)는, 배터리 충전장치(21)를 더 포함하여 구성하며,
    상기 각 셀에는, 개별적으로 역률 제어 인버터가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템.
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  7. 청구항 1의 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템을 운용하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 직류배전 자율제어 시스템(DC-DACS)을 다수 개의 셀에 결합하는, 결합 단계(S100);
    (b) 상기 DC-DACS이 결합된 셀을 클러스트 DC 그리드(1-12)에 연결하는, 클러스터 그리드 연결 단계(S200);
    (c) 상기 다수 개의 클러스트 DC 그리드(1-12)를 메인 DC 그리드(1-11)에 연결하는, 메인 그리드 연결 단계(S300);
    (d) 상기 DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 송·수전 단계(S400);를 포함하며,
    상기 (b) 단계(S200)는, 신·재생 에너지원이 연결되어 구성되며,
    상기 (d) 단계(S400)는, 동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀(A)이 다수 개의 셀(B, C)에 송전을 요청할 때,
    상기 셀 B, C의 전력량을 비교하는 단계(S410)와, 상기 단계에서 전력량이 많은 셀 B 또는 C가 우선 송전을 개시하는 단계(S420) 및, 상기 송전하는 셀 B 또는 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈추는 단계(S430)를 포함하며,
    또한, 상기 셀 A의 송전 요청이 아직 유효하면,
    상기 셀 B 또는 셀 C 중에서 송전 하지 않은 셀 C 또는 셀 B가 송전을 개시하는 단계(S440)와, 상기 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈추는 단계(S450)를 포함하며,
    상기 (d) 단계(S400)는, 동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀 C가 다른 셀 B에게 송전을 요청할 때,
    상기 셀 B가 셀 C에게 송전을 개시하는 단계(S410’)와, 상기 셀 B가 최저 용량이 되었거나, 셀 C가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈추는 단계(S420’);를 포함하며,
    상기 (d) 단계(S400)는, 동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 다수 개의 셀(B, C)이 하나의 셀(A)에 송전을 요청할 때,
    요청 받은 상기 셀 A가 송전을 개시하는 단계(S410”)와, 상기 셀 B와 셀 C는 각각 수전을 개시하는 단계(S420”)와, 상기 셀 B 또는 셀 C 각각의 송전요청이 멈출 때까지 셀 A가 송전을 계속하는 단계(S430”)와, 상기 셀 A가 최저 용량이 되거나, 셀 B와 셀 C 모두에게서 송전요청이 멈추면 송전을 멈추는 단계(S440”);를 포함하며,
    상기 (d) 단계(S400)는, 평상시에는 상기 DC-DACS에 의해 셀 자체에서만 송전하며, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 중에서, 송전을 요청한 셀 간에, 송전 및 수전을 하고, 나머지 셀은 차단되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템의 운용방법.

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