KR101997535B1

KR101997535B1 - 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법

Info

Publication number: KR101997535B1
Application number: KR1020120105709A
Authority: KR
Inventors: 채우규; 이학주; 박중성; 조성수; 송일근
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2019-07-08
Also published as: KR20140039511A

Abstract

전력 저장장치의 충전상태에 따라 자동으로 디젤 발전기의 기동을 제어하고 전력 저장장치의 충전상태를 적절하게 관리할 수 있고, 고장이 발생할 개연성을 줄이도록 하고, 전력 변환기와 디젤 발전기가 병렬로 운전될 수 없는 구조를 개선하도록 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제시한다. 제시된 무인 독립형 마이크로그리드 시스템은 디젤 발전기, 신재생에너지 발전기 및 전력 변환기를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 있어서, 상기 전력 변환기는 교류 모선을 통해 상기 디젤 발전기와 공통으로 연결되고 직류 모선 또는 상기 교류 모선을 통해 상기 신재생에너지 발전기에 연결되고, 상기 전력 변환기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 양방향 변환이 가능하되, 상기 직류 모선의 전력량 또는 상기 교류 모선의 전력량의 잉여 여부에 따라 상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환시키거나 상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환시킨다.

Description

무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법{Mamless-type islanded microgrid system and control method thereof}

본 발명은 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전기, 전력 저장장치, 디젤 발전기 등을 포함하는 소규모 전력공급 시스템인 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

도서(섬)지역이나 산간 오지의 경우는 기존 배전선로를 통하여 전력을 공급하기에 물리적으로 불가능하거나 비용이 너무 많이 소요된다. 그에 따라, 디젤 발전기 등을 이용하여 자체적으로 전력을 공급해 오고 있다.

최근 디젤 발전기로 인한 환경오염 및 연료비 상승 등의 문제점을 해결하기 위해, 태양광 발전기, 전력 저장장치, 디젤 발전기 등으로 구성된 소규모 전력공급 시스템인 독립형 마이크로그리드 시스템이 설치되어 운전되고 있다. 이때, 태양광 발전기에서 생산된 직류전력을 교류전력으로 변환하거나 잉여전력을 전력 저장장치에 저장하기 위해 전력변환기가 사용된다.

도 1은 종래의 마이크로그리드 시스템의 일예이다.

종래의 마이크로그리드 시스템은 소규모 시스템임에도 불구하고 운영자가 상주하여 전력 저장장치(4)의 전압 및 상태를 항상 관리한다. 태양전지(1)에서 출력된 직류전력은 직류-직류 컨버터(2)를 통해 전력 저장장치(4)에 저장된다. 디젤 발전기(5)를 수동으로 가동하여 주어야 하기 때문에 많은 인건비가 소요된다. 전력 저장장치(4)의 전압이 정확히 관리되지 않아 전력 저장장치(4)의 수명을 단축시킨다. 디젤 발전기(5)에서 나온 전력은 교류-직류 정류기(3)를 통하여 전력 저장장치(4)에 저장되고, 그 저장된 전력은 다시 전력 변환기(6)에서 변환되어 절체 스위치(7)를 통해 수용가(8)에게로 공급된다. 이 때문에, 시스템 설치비가 증가하고, 전력 변환 손실이 발생하여 운영비가 증가하게 된다. 또한, 전력 변환기(6)와 디젤 발전기(5)가 동시에 병렬로 운전될 수 없기 때문에 전력 변환기(6)의 용량을 상회하는 부하를 공급할 수 없게 되어 정전이 발생하는 단점이 있다.

통상의 디젤 발전기(5)는 정격출력 이하에서 운전시 효율이 낮아지게 되어 운영비가 증가하는 단점이 있다(도 2 참조). 도 2는 디젤 발전기 정격용량 대비 출력량에 따른 연료 소모량을 나타낸 도면이다. 도 2에 따르면, 출력이 늘어날수록 연료 소모비율이 줄어들어 전력생산 효율이 늘어나는 것을 알 수 있다. 따라서, 디젤 발전기(5)는 가능하면 정력출력을 내도록 해야 마이크로그리드 시스템의 운영비가 절감됨을 알 수 있다. 즉, 디젤 발전기(5)는 일단 기동하면 정격출력을 내도록 하고, 비교적 효율이 좋은 전력 변환기(6)와 전력 저장장치(4)를 활용하여 전력을 저장하였다가 전력이 부족한 상황에서 사용하도록 하여야 한다.

한편, 통상의 전력 저장장치는 대기온도에 민감하며, 특히 대기온도가 낮아지게 될 경우 충전하거나 방전할 수 있는 능력이 급격하게 저하되는 단점이 있다(도 3 참조). 따라서, 전력 저장장치의 난방을 위하여 고가의 항온항습기 등을 별도로 설치해야 되므로 설치비가 많이 소요된다. 도 3은 대기온도에 따른 전력 저장장치의 출력 특성을 나타낸 파형도이다. 도 3에 따르면, 대기온도가 낮아짐에 따라 전압이 낮아지는 것을 볼 수 있고, 이는 전력 저장장치(4)의 충방전 가능한 용량이 떨어짐을 의미한다. 반대로 비교적 대기온도가 높은 상황(예컨대, 40℃~ 25℃)에서는 충방전 용량의 차이가 그다지 크지 않음을 알 수 있고, 이는 냉방은 그다지 필요하지 않음을 의미한다.

한편, 대한민국 등록특허공보 10-0794197호(하이브리드 분산발전 시스템을 이용한 운전 제어방법)에는 풍력, 태양광, 연료전지와 같은 신재생 에너지원을 복합적으로 사용할 수 있는 발전시스템과, 디젤 엔진 또는 가스 엔진동기 발전시스템이 결합된 하이브리드 분산발전 시스템을 이용한 운전 제어방법이 제시되었다. 그 대한민국 등록특허공보 10-0794197호의 운전 제어방법은 (f) 통합감시 제어부(140)가 직류 공통모선(A1)의 전압(Vdc)값과, 직류단 최고전압(Vdc_max) 및 최저전압(Vdc_min)을 바탕으로 제 1 분산전원부가 승압 또는 충전모드로 설정되었는지 판단하는 단계; (g) 상기 (f) 단계의 판단결과, 승압 또는 충전모드가 설정되었을 경우, 통합감시 제어부(140)가 계수기(Cnt)를 증가시키고, 증가된 계수기의 값을 설정치와 비교하여 설정치 이상인지 여부를 판단하는 단계; (h) 상기 (g) 단계의 판단결과, 설정치 이상인 경우 즉, 일정시간이 경과한 경우, 통합감시 제어부(140)가 계수기를 0 으로 설정하고, 승압 또는 충전모드를 실행하는 단계; (i) 상기 통합감시 제어부(140)가 실행되는 운전이 승압모드인지 여부를 판단하는 단계; (j) 상기 (i) 단계의 판단결과, 승압모드일 경우, 통합감시 제어부(140)가 전압기준치를 최고전압(Vdc_max) 및 최저전압(Vdc-min)의 중간 값으로 설정하는 단계; 및 (k) 상기 통합감시 제어부(140)가 축전지의 충전상태를 검사하고 승압운전을 실행하는 단계;를 포함한다. 그 대한민국 등록특허공보 10-0794197호에 따르면, 신재생 에너지를 이용한 발전 시스템과 디젤 발전시스템을 분리하여 구성함으로써 기존의 디젤 발전기에 풍력 또는 태양광 발전이 추가되더라도 안정적으로 전력을 공급할 수 있고, 축전지와 같은 에너지 저장장치의 잔류용량을 감시함으로써 빈번한 충/방전에 의한 축전지의 수명 단축에 따른 운전정지를 방지할 수 있는 정도이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전력 저장장치의 충전상태에 따라 자동으로 디젤 발전기의 기동을 제어하고 전력 저장장치의 충전상태를 적절하게 관리할 수 있는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 운영비 및 기기설치비를 절감하고 고장이 발생할 개연성을 줄이도록 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 변환기와 디젤 발전기가 병렬로 운전될 수 없는 구조를 개선하도록 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 디젤 발전기가 정격출력 이하에서 운전하는 경우에 발생되는 효율이 낮아지는 문제점을 해결하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 변환기의 고장시 디젤 발전기를 자동으로 기동시킬 수 있는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템에 별도의 운영자가 상주하지 않게 하기 위해 디젤 발전기의 상태를 감시할 수 있는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템은, 디젤 발전기, 신재생에너지 발전기 및 전력 변환기를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 있어서, 상기 전력 변환기는, 교류 모선을 통해 상기 디젤 발전기와 공통으로 연결되고, 직류 모선 또는 상기 교류 모선을 통해 상기 신재생에너지 발전기에 연결되고, 상기 전력 변환기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 양방향 변환이 가능하되, 상기 직류 모선의 전력량 또는 상기 교류 모선의 전력량의 잉여 여부에 따라 상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환시키거나 상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환시키며, 상기 전력 변환기는, 상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환시켜 상기 교류 모선을 통해 출력하거나 상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환시켜 상기 직류 모선을 통해 전력 저장장치에 저장하는 양방향 전력변환부; 측정되는 부하량 및 외부로부터의 기상 데이터를 근거로 상기 전력 변환기의 부하패턴을 생성하고, 상기 부하패턴으로 후일의 부하량을 예측하는 부하패턴 생성부; 외부로부터 입력되는 신재생에너지 발전기의 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 상기 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 신재생에너지 발전기 출력량 예측부; 상기 전력 저장장치의 충전상태를 감시하고, 상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 상기 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 전력 저장장치 충전상태 제어부; 상기 전력 변환기의 상태를 감시하고, 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기에 기동명령을 전송하는 시스템 상태 제어부; 및 상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고, 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 디젤 발전기 관리부;를 포함하고, 상기 전력 저장장치 충전상태 제어부는 상기 감시중에 상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려가면 상기 부하패턴 생성부에서의 예측 부하량 및 상기 신재생에너지 발전기 출력량 예측부에서의 예측 발전량을 근거로 필요한 충전량을 계산한 후, 상기 계산된 필요한 충전량을 근거로 상기 디젤 발전기를 자동으로 기동시키며, 상기 전력 저장장치 충전상태 제어부는, 상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려간 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대로 하여 운전시키고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되, 상기 디젤 발전기가 운전되는 도중에 신재생에너지의 출력이 일정시간동안 부하량을 초과하게 되거나, 부하량이 신재생에너지의 출력보다 큰 상황에서 상기 디젤 발전기를 이용하여 상기 전력 저장장치에 충전한 총 충전량이 계산한 충전량보다 크게 되면, 상기 디젤 발전기를 자동으로 정지시키며, 상기 디젤 발전기 관리부는, 부하량이 상기 전력변환기의 정격용량을 상회할 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대출력으로 유지하지 않고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되, 상기 전력변환기의 출력과 상기 디젤 발전기의 출력의 합계가, 부하량 보다 크면 상기 전력변환기의 출력을 감소시키고, 부하량 보다 작으면 상기 디젤 발전기의 출력을 증가시키며, 부하량과 같으면 현 상태를 유지하고, 상기 시스템 상태 제어부는, 상기 전력변환기가 고장난 경우에, 상기 디젤 발전기의 제어모드를 전압/주파수 제어모드로 기동하되, 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 전력 변환기의 고장상황을 통신을 통하여 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 디젤 발전기 관리부는 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간이 미리 설정된 누적 운전시간보다 크면 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간을 관리자에게 전송한다.

상기 디젤 발전기 관리부는 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량이 미리 설정된 연료량보다 적게 되면 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량을 관리자에게 전송한다.

상기 디젤 발전기 관리부는 상기 전력 저장장치에 저장된 전력이 부족하고 상기 신재생에너지 발전기의 출력이 적은 상황에서 상기 디젤 발전기가 고장난 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기의 고장상황을 통신을 통해 관리자에게 전송한다.

상기 신재생에너지 발전기 출력량 예측부는, 외부로부터 입력되는 일사량 및 기온에 따른 태양광 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 태양광 발전기의 출력량을 예측하는 태양광 발전기 출력량 예측부; 및 외부로부터 입력되는 풍속에 따른 풍력 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 풍력 발전기의 출력량을 예측하는 풍력 발전기 출력량 예측부;를 포함한다.

상기 전력 변환기는, 상기 전력 저장장치를 보관하는 전력 저장장치 보관실의 기온을 감시하고 그 결과에 따라 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지를 제어하는 전력 저장장치 보관실 기온 관리부를 추가로 포함하여도 된다.

상기 전력 저장장치 보관실 기온 관리부는 측정된 상기 전력 저장장치 보관실의 온도가 미리 설정된 온도보다 작으면 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지가 이루어지도록 제어하되, 상기 디젤 발전기가 운전중이면 상기 디젤 발전기에 설치된 폐열 회수장치를 가동시킨다.

상기 전력 저장장치 보관실 기온 관리부는 측정된 상기 전력 저장장치 보관실의 온도가 미리 설정된 온도보다 작으면 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지가 이루어지도록 제어하되, 상기 디젤 발전기가 정지중이면 상기 전력 저장장치 보관실의 난방기를 가동시킨다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법은, 전력 변환기를 포함하는 마이크로그리드 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 전력 변환기의 양방향 전력변환부가, 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 교류 모선을 통해 출력하거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜 직류 모선을 통해 전력 저장장치에 저장하는 단계; 상기 전력 변환기의 부하패턴 생성부가, 측정되는 부하량과 외부로부터의 기상 데이터를 근거로 상기 전력 변환기의 부하패턴을 생성하고 상기 부하패턴으로 후일의 부하량을 예측하는 단계; 상기 전력 변환기의 신재생에너지 발전기 출력량 예측부가, 외부로부터 입력되는 신재생에너지 발전기의 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 단계; 상기 전력 변환기의 전력 저장장치 충전상태 제어부가, 상기 전력 저장장치의 충전상태를 감시하고 상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계; 상기 전력 변환기의 시스템 상태 제어부가, 상기 전력 변환기의 상태를 감시하고 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기에 기동명령을 전송하는 단계; 및 상기 전력 변환기의 디젤 발전기 관리부가, 상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계;를 포함하고, 상기 전력 변환기를, 교류 모선을 통해 상기 디젤 발전기와 공통으로 연결시키고, 직류 모선 또는 상기 교류 모선을 통해 상기 신재생에너지 발전기에 연결시키며, 상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계는, 상기 감시중에 상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려가면 상기 전력 저장장치의 부하패턴을 생성하고 부하량을 예측하는 단계에서의 예측 부하량 및 상기 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 단계에서의 예측 발전량을 근거로 필요한 충전량을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 필요한 충전량을 근거로 상기 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계를 포함하고, 상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계는, 상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려간 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대로 하여 운전시키고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되, 상기 디젤 발전기가 운전되는 도중에 신재생에너지의 출력이 일정시간동안 부하량을 초과하게 되거나, 부하량이 신재생에너지의 출력보다 큰 상황에서 상기 디젤 발전기를 이용하여 상기 전력 저장장치에 충전한 총 충전량이 계산한 충전량보다 크게 되면, 상기 디젤 발전기를 자동으로 정지시키며, 상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는, 부하량이 상기 전력변환기의 정격용량을 상회할 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대출력으로 유지하지 않고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되, 상기 전력변환기의 출력과 상기 디젤 발전기의 출력의 합계가, 부하량 보다 크면 상기 전력변환기의 출력을 감소시키고, 부하량 보다 작으면 상기 디젤 발전기의 출력을 증가시키며, 부하량과 같으면 현 상태를 유지하고, 상기 전력 변환기의 상태를 감시하고 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기에 기동명령을 전송하는 단계는, 상기 전력변환기가 고장난 경우에, 상기 디젤 발전기의 제어모드를 전압/주파수 제어모드로 기동하되, 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단됨에 따라 상기 전력 변환기의 고장상황을 통신을 통하여 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간이 미리 설정된 누적 운전시간보다 큼에 따라 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간을 관리자에게 전송하는 단계를 포함한다.

상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량이 미리 설정된 연료량보다 적게 됨에 따라 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량을 관리자에게 전송하는 단계를 포함한다.

상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는 상기 전력 저장장치에 저장된 전력이 부족하고 상기 신재생에너지 발전기의 출력이 적은 상황에서 상기 디젤 발전기가 고장난 것으로 판단됨에 따라 상기 디젤 발전기의 고장상황을 통신을 통해 관리자에게 전송하는 단계를 포함한다.

상기 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 단계는, 외부로부터 입력되는 일사량 및 기온에 따른 태양광 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 태양광 발전기의 출력량을 예측하는 단계; 및 외부로부터 입력되는 풍속에 따른 풍력 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 풍력 발전기의 출력량을 예측하는 단계;를 포함한다.

바람직하게, 상기 전력 저장장치를 보관하는 전력 저장장치 보관실의 기온을 감시하고 그 결과에 따라 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지를 제어하는 단계를 추가로 포함하여도 된다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 전력 저장장치의 효율적인 자동관리로 고가인 전력 저장장치의 수명을 연장시켜 운영비를 절감할 수 있다.

소규모 독립형 마이크로그리드에 필수적인 기능을 전력변환기에 탑재하여 별도의 운영시스템이 필요하지 않게 되므로 초기 시스템 구축비를 절감할 수 있다.

자동화된 시스템을 이용하여 배터리를 관리하고 디젤 발전기를 자동으로 기동하므로 운영자가 상주할 필요가 없어 인건비를 대폭 절감할 수 있다.

디젤 발전기의 출력을 직류로 변환할 필요가 없기 때문에 전력변환 손실, 저장손실 등이 발생하지 않아 매우 효율적이고, 정류기가 필요없으므로 초기 시스템 구축비를 절감할 수 있다.

디젤 발전기용 정류기가 설치되지 않으므로 시스템이 간단해지고 고장발생의 개연성을 줄여 전력공급 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

전력변환기와 디젤 발전기가 병렬로 운전될 수 있어 공급가능한 전력량이 늘어나므로 초기 시스템 구축비를 대폭 절감할 수 있다.

디젤 발전기를 항상 정격출력에서 운전할 수 있어 디젤 발전기 운전효율을 향상시킬 수 있다.

전력 저장장치 보관실의 대기온도를 디젤 발전기의 폐열을 이용하여 유지함으로써 별도의 난방장치가 필요없고, 난방장치에 필요한 에너지를 절감할 수 있다.

상술한 효과들로 인해 시장확대 초기에 있는 독립형 마이크로그리드 시장을 선점할 수 있다.

도 1은 종래의 마이크로그리드 시스템의 일예이다.
도 2는 디젤 발전기 정격용량 대비 출력량에 따른 연료 소모량을 나타낸 도면이다.
도 3은 대기온도에 따른 전력 저장장치의 출력 특성을 나타낸 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 양방향 전력 변환기의 내부 구성도이다.
도 6은 도 1에 도시된 양방향 전력 변환기의 내부 회로도이다.
도 7은 도 4에 도시된 부하패턴 생성부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 8은 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 부하패턴, 태양광 발전량 패턴, 풍력 발전량 패턴의 예를 나타낸 파형도이다.
도 9는 도 4에 도시된 태양광 발전기 출력량 예측부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 10은 도 4에 도시된 풍력 발전기 출력량 예측부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 11은 도 4에 도시된 전력 저장장치 충전상태 제어부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 12는 도 4에 도시된 디젤 발전기 관리부에서 부하량이 전력변환기의 정격용량을 상회할 경우의 제어방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 13은 도 4에 도시된 시스템 상태 제어부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 14 내지 도 16은 도 4에 도시된 디젤 발전기 관리부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장장치 보관실의 난방을 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 4에 도시된 전력 저장장치 보관실 기온 관리부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.

종래의 다양한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서 채택한 기술적 원리를 요약하면 다음과 같다.

1. 수동방식에 의한 전력 저장장치의 충전상태 관리로 고가인 전력 저장장치의 수명이 단축되고 운영자가 상주해야 하므로 운영비가 증가하는 문제에 대해서는, 1) 전력변환기가 전력 저장장치로부터 제공되는 충전상태 정보를 수신하여 전력 저장장치의 충전상태에 따라 자동으로 디젤 발전기를 기동하거나 중지하도록 한다. 2) 전력변환기에 일일 부하패턴을 입력하여, 전력 저장장치의 충전상태를 적절하게 관리할 수 있도록 자동으로 디젤 발전기를 기동하거나 중지한다. 3) 전력변환기에 기상정보를 입력하여 신재생에너지의 출력을 예측할 수 있도록 하고, 예측된 출력과 예측된 부하패턴을 이용하여 전력 저장장치의 충전상태를 적절하게 관리할 수 있도록 한다.

2. 디젤 발전기의 출력을 직접 부하에 공급하지 못하는 구조이기 때문에 별도의 정류기가 필요하고, 정류기, 전력 저장장치 및 전력변환기에서 변환 또는 저장손실이 발생하여 운영비 및 기기설치비가 증가하며, 고장이 발생할 개연성이 커지게 되는 문제에 대해서는, 1) 충전 및 방전이 가능한 양방향 전력변환기를 설치한다. 2) 디젤 발전기에 설치되는 정류기를 제거하고 디젤 발전기와 전력변환기를 교류부스를 통하여 병렬로 연계한다.

3. 전력변환기와 디젤 발전기와 병렬로 운전될 수 없는 구조이기 때문에 전력변환기 또는 디젤 발전기의 정격용량을 상회하는 부하를 공급할 수 없고, 이 경우 정전이 발생하고, 또한 이러한 경우를 방지하기 위해 과다한 설비를 구축하기 때문에 많은 설비비용이 소요되는 문제에 대해서는, 1) 디젤 발전기와 전력변환기를 교류부스를 통하여 병렬로 연계하여 두 기기가 동시에 운전이 가능하도록 한다. 2) 부하량이 전력변환기의 정격용량을 넘어설 것으로 판단되면 전력변환기가 디젤 발전기를 자동으로 기동시킨다. 3) 순간적인 부하량 변동에 의하여 디젤 발전기의 출력이 남으면 전력변환기가 주파수를 자동으로 감지하여 전력변환기의 출력을 감소시키고, 이를 위하여 전력변환기는 양방향으로 전력을 변환할 수 있게 한다. 4) 일정시간 동안 부하량이 전력변환기의 정격보다 작아지면 디젤 발전기를 정지시킨다.

4. 디젤 발전기는 정격출력 이하에서 운전시 효율이 낮아지게 되는데, 기존 구조에서는 정격으로 운전하기가 곤란하여 운영비가 증가하게 되는 문제에 대해서는, 1) 전력 저장장치의 충전상태가 낮아져서 디젤 발전기가 기동될 경우 항상 최대출력이 나오도록 한다. 이를 위하여, 디젤 발전기는 전압/주파수 제어모드가 아닌 유효전력 제어모드가 되어야 한다. 2) 디젤 발전기의 최대 출력시 잉여전력은 전력변환기를 이용하여 전력 저장장치에 저장하게 된다.

5. 기존 시스템이 수동으로 운전되기 때문에 전력변환기 고장시 빠른 대처가 불가능하여 정전으로 인한 피해가 발생하는 문제에 대해서는, 1) 전력변환기 고장시 전력변환기가 디젤 발전기를 자동으로 기동시켜 부하를 공급하도록 한다. 2) 이후 전력변환기는 통신수단을 이용하여 운영자(관리자)에게 전력변환기 고장에 대한 메시지를 전송한다.

6. 소규모 전력공급시스템에 많은 인력이 상주하여 인건비가 크게 발생하는 문제에 대해서는, 1) 전력변환기에 디젤 발전기의 상태감시 기능을 탑재한다. 2) 디젤 발전기의 연료량, 이상상태, 운전시간 등을 자동으로 파악하여 별도의 운영자(관리자)가 상주하지 않도록 한다.

7. 전력 저장장치의 출력과 저장용량은 대기 온도에 민감하게 반응하는데, 특히 온도가 정상운전 온도보다 낮아지면 저장용량과 출력이 현격하게 감소하여 전력저장을 정상적으로 할 수 없게 되고, 이는 마이크로그리드의 전압/주파수 안정도를 저해하게 되는 문제에 대해서는, 디젤 발전기에 폐열 회수장치를 설치하여 전력 저장장치가 보관되어 있는 곳을 난방할 수 있도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템은 디젤 발전기(10), 양방향 전력 변환기(20), 풍력 발전기(30), 태양광 발전기(32), 교류-직류 정류기(34), 직류-직류 컨버터(36), 직류-교류 인버터(38), 전력 저장장치(44), 및 폐열 회수장치(46)를 포함한다. 여기서, 디젤 발전기(10), 풍력 발전기(30), 및 태양광 발전기(32)의 고유 기능에 대해서는 익히 알려져 있으므로 설명을 생략한다.

도 4에서, 디젤 발전기(10)는 양방향 전력 변환기(20)와 공통으로 교류 모선(42)에 연결된다. 이와 같은 연결 구조 및 양방향 전력 변환기(20)의 설치로 인해 디젤 발전기(10)에 별도의 정류기(교류→직류 변환)를 설치할 필요가 없게 된다. 또한, 디젤 발전기(10)와 양방향 전력 변환기(20)가 병렬 운전을 할 수 있도록 하여 부하량 증가에 따른 전력 공급 설비 증설을 최대한 억제할 수 있다.

양방향 전력 변환기(20)는 교류 모선(42)을 통해 디젤 발전기(10)와 공통으로 연결되고, 직류 모선(40) 또는 교류 모선(42)을 통해 신재생에너지 발전기(예컨대, 풍력 발전기(30), 태양광 발전기(32))에 연결된다.

보다 상세하게는, 양방향 전력 변환기(20)는 교류 모선(42)의 전압 및 주파수가 일정하게 유지될 수 있도록 전력 저장장치(44)에 전력을 충전하거나 방전한다. 양방향 전력 변환기(20)는 직류 모선(40)측의 전력량 또는 교류 모선(42)측의 전력량의 잉여/부족 상태에 따라 전력을 양방향으로 변환할 수 있다. 여기서, 양방향이라 함은 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 것을 의미한다. 예를 들면, 디젤 발전기(10)에 의해 생성되는 교류 전력은 교류 모선(42)을 통해 양방향 전력 변환기(20)에서 직류 전력으로 변환되어 직류 모선(40)을 통해 전력 저장장치(44)에게로 보내진다. 반대로, 전력 저장장치(44)의 직류 전력은 직류 모선(40)을 통해 양방향 전력 변환기(20)에서 교류 전력으로 변환되어 교류 모선(42)을 통해 전기 수용가(48) 등으로 보내진다.

양방향 전력 변환기(20)의 정격을 넘어서는 부하가 발생하게 되면 양방향 전력 변환기(20)는 디젤 발전기(10)를 자동으로 기동시켜 전력을 공급하도록 한다. 이때, 양방향 전력 변환기(20)는 디젤 발전기(10)의 효율적인 운전을 위하여 전력 저장장치(44)의 충전상태 및 부하량, 신재생에너지(예컨대, 풍력, 태양광 등) 발전 예측량을 고려하여 디젤 발전기(10)를 정격출력으로 운전한다.

양방향 전력 변환기(20)는 전력 저장장치(44)의 효율적인 활용 및 수명을 관리하기 위해 전력 저장장치(44)의 충전상태를 항상 감시하여 미리 설정된 값 이상 또는 이하로 떨어지지 않도록 한다. 양방향 전력 변환기(20)는 외부로부터의 기상정보(예컨대, 기상관측기 데이터, 기상청 데이터 등)를 수신하여 신재생에너지(예컨대, 풍력, 태양광 등)의 출력을 예측한다. 양방향 전력 변환기(20)는 초기에 입력받은 일일 부하패턴과 운전시간 경과에 따라 누적된 운전패턴을 조합하여 월별, 계절별, 요일별 부하량을 예측한다. 양방향 전력 변환기(20)는 예측된 신재생에너지의 출력 및 부하량 정보를 전력 저장장치(44)의 충전상태 관리 및 디젤 발전기(10)의 자동 기동/정지에 활용한다. 양방향 전력 변환기(20)는 디젤 발전기(10)의 상태(예컨대, 연료량, 이상상태, 운전시간 등)를 자동으로 파악하여 이상상태 발생시 관리자에게 통신수단으로 통보한다.

풍력 발전기(30)는 해당 풍력 발전기(30)의 형식에 따라 직류 모선(40) 또는 교류 모선(42)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 풍력 발전기(30)는 교류-직류 정류기(34)를 통해 직류 모선(40)에 연결될 수 있고, 교류 모선(42)에 직접 연결될 수도 있다.

태양광 발전기(32)는 해당 태양광 발전기(32)의 형식에 따라 직류 모선(40) 또는 교류 모선(42)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전기(32)는 직류-직류 컨버터(36)를 통해 직류 모선(40)에 연결될 수 있고, 직류-교류 인버터(38)를 통해 교류 모선(42)에 연결될 수도 있다.

폐열 회수장치(46)는 디젤 발전기(10)측에 설치된다. 폐열 회수장치(46)는 동절기에 전력 저장장치(44)를 보관하는 보관실의 기온이 미리 설정된 온도 이하로 떨어지지 않도록 한다. 다시 말해서, 폐열 회수장치(46)는 디젤 발전기(10)의 폐열을 회수하여 전력 저장장치(44)의 난방에 활용함으로써, 기온에 따른 전력 저장장치(44)의 정격용량 저하 현상을 방지할 수 있으며 난방에 따른 비용을 절감할 수 있다.

미설명 부호 48은 교류 모선(42)에 연결된 전기 수용가이고, 50은 통신선이고, 52는 열배관이다. 그 외로, 직류 모선(40) 및 교류 모선(42)에 연결되는 각종의 기기들은 전력선을 통해 서로 연결된다.

도 5는 도 4에 도시된 양방향 전력 변환기의 내부 구성도이다.

양방향 전력 변환기(20)는 양방향 전력변환부(21), 기상데이터 수신부(22), 부하패턴 생성부(23), 태양광 발전기 출력량 예측부(24), 풍력 발전기 출력량 예측부(25), 전력 저장장치 충전상태 제어부(26), 시스템 상태 제어부(27), 디젤 발전기 관리부(28), 및 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)를 포함한다.

양방향 전력변환부(21)는 직류 모선(40)의 전력량 또는 교류 모선(42)의 전력량의 잉여/부족 상태에 따라 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜 전력 저장장치(44) 또는 전기 수용가(48)에게로 전력을 공급한다.

기상데이터 수신부(22)는 외부로부터의 기상 데이터(예컨대, 기상관측기 데이터, 기상청 데이터 등)를 수신한다.

부하패턴 생성부(23)는 기상데이터 수신부(22)에 수신된 기상 데이터를 근거로 양방향 전력 변환기(20)의 부하패턴을 생성하고 부하량을 예측한다.

태양광 발전기 출력량 예측부(24)는 기상데이터 수신부(22)에 수신된 기상 데이터를 근거로 태양광 발전기(32)의 출력량을 예측한다.

풍력 발전기 출력량 예측부(25)는 기상데이터 수신부(22)에 수신된 기상 데이터를 근거로 풍력 발전기(30)의 출력량을 예측한다.

본 발명의 특허청구범위에 기재된 신재생에너지 발전기 출력량 예측부의 예로는 태양광 발전기 출력량 예측부(24) 및 풍력 발전기 출력량 예측부(25)를 열거할 수 있다.

전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 전력 저장장치(44)의 충전상태를 감시하고, 전력 저장장치(44)의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기(10)를 자동으로 기동시킨다. 바람직하게, 전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 전력 저장장치(44)의 충전상태 감시중에 전력 저장장치(44)의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려가면 부하패턴 생성부(23)에서의 예측 부하량과 태양광 발전기 출력량 예측부(24) 및 풍력 발전기 출력량 예측부(25)에서의 예측 발전량을 근거로 필요한 충전량을 계산한 후, 계산된 필요한 충전량을 근거로 디젤 발전기(10)를 자동으로 기동시킨다.

시스템 상태 제어부(27)는 양방향 전력 변환기(20)의 상태를 감시하고, 양방향 전력 변환기(20)에 이상(예컨대, 고장)이 발생한 것으로 판단되면 디젤 발전기(10)에 기동명령을 전송한다. 바람직하게, 시스템 상태 제어부(27)는 양방향 전력 변환기(20)에 이상이 발생한 것으로 판단되면 양방향 전력 변환기(20)의 고장상황을 통신을 통하여 관리자에게 전송한다.

디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 운전시간 및 연료량을 감시하고, 디젤 발전기(10)의 상태를 감시한다. 바람직하게, 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 총 누적 운전시간이 미리 설정된 누적 운전시간보다 크면 통신을 통해 디젤 발전기(10)의 총 누적 운전시간을 관리자에게 전송한다. 한편, 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량이 미리 설정된 연료량보다 적게 되면 통신을 통해 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량을 관리자에게 전송한다. 한편, 디젤 발전기 관리부(28)는 전력 저장장치(44)에 저장된 전력이 부족하고 신재생에너지 발전기(풍력 발전기(30), 태양광 발전기(32))의 출력이 적은 상황에서 디젤 발전기(10)가 고장난 것으로 판단되면 디젤 발전기(10)의 고장상황을 통신을 통해 관리자에게 전송한다. 그리고, 디젤 발전기 관리부(28)는 양방향 전력 변환기(20)가 부하에 전력을 공급하는 도중에 부하량이 일정시간 동안 전력변환기 정격을 초과하게 되면 디젤 발전기(10)를 자동으로 기동시킨다.

전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 전력 저장장치(44)를 보관하는 전력 저장장치 보관실(도시 생략)의 기온을 감시하고, 그 결과에 따라 전력 저장장치 보관실의 온도 유지를 제어한다. 바람직하게, 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 측정된 전력 저장장치 보관실의 온도가 미리 설정된 온도보다 작으면 전력 저장장치 보관실의 온도 유지가 이루어지도록 제어한다. 이때, 디젤 발전기(10)가 운전중이면 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 디젤 발전기(10)에 설치된 폐열 회수장치(46)를 가동시키는 반면에, 디젤 발전기(10)가 정지중이면 전력 저장장치 보관실의 난방기를 가동시킨다.

한편, 도 5에는 각 부(21 ~ 29)를 총괄제어할 수 있는 제어부를 도시하지 않았지만, 상기 각 부(21 ~29)가 서로 유기적으로 결합되어 작용하는 것으로 이해하면 된다. 물론, 총괄제어 역할을 하는 제어부를 별도로 두어서 서로간의 정보 교류 및 제어모드 설정 등에 대해 보다 명확하게 할 수도 있으나, 당업자라면 상술한 설명 및 이하의 설명으로도 충분히 본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그의 제어방법을 쉽게 이해하리라 본다.

도 6은 도 1에 도시된 양방향 전력 변환기의 내부 회로도이다.

양방향 전력 변환기(20)는 DC입력부 및 인버터부를 포함한다. DC입력부는 전력 저장장치(44)와 같은 에너지저장시스템(Battery Energy Storage System; BESS)에 연결된다. 인버터부는 다수의 스위칭소자(IGBT)를 포함하고 DC입력부와 변압기(TRANS1) 사이에 설치된다.

전력 저장장치(44)의 직류 전력은 DC입력부를 통해 인버터부에서 교류 전력으로 변환되어 출력되고, 변압기(TRANS1)를 통해 입력되어 오는 교류 전력은 인버터부에서 직류 전력으로 변환되어 DC입력부를 통해 전력 저장장치(44)에게로 저장된다.

이와 같은 양방향 전력 변환기(20)를 사용하면 디젤 발전기(10)의 잉여 전력을 별도의 정류기없이 전력 저장장치(44)에 저장할 수 있다. 또한, 교류 모선(42)에 연결된 신재생에너지 발전기(풍력 발전기(30), 태양광 발전기(32))로부터 생산된 전력이 전기 수용가(48)에서 필요한 전력보다 많은 경우 전력 저장장치(44)에 저장할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 신재생에너지의 설치장소에 제한을 받지 않게 되며 설치비도 절감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법을 쉽게 이해할 수 있도록 하나의 플로우차트로 나타내면 좋겠지만, 하나의 플로우차트로 나타내면 너무 복잡하여 양방향 전력 변환기(20)의 각각의 구성요소별로 분리하여 설명하기로 한다. 당업자라면 이하의 도 7 내지 도 18의 도면 및 그에 대한 설명으로도 충분히 본 발명의 실시예에 따른 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법을 이해할 수 있으리라 본다.

도 7은 도 4에 도시된 부하패턴 생성부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 7은 양방향 전력 변환기(20)에서 일일 부하패턴을 생성하고 익일 부하량을 예측하는 방법을 나타낸다.

양방향 전력 변환기(20)의 부하패턴 생성부(23)는 실시간으로 부하량을 측정하고 내부의 메모리(도시 생략)에 저장한다(S10).

이어, 부하패턴 생성부(23)는 저장된 전일 부하패턴과 기상관측기에서 측정된 전일 최고온도를 결합하여 일일 부하패턴으로 저장한다(S12).

그에 따라, 부하패턴 생성부(23)는 한달간 누적된 일일 부하패턴을 이용하여 기온별 평균을 내어, 기온별 부하패턴으로 저장한다. 이때, 부하패턴 생성부(23)는 주중과 주말 부하패턴을 각각 저장한다(S14).

이어, 익일 부하패턴을 예측하기 위하여, 부하패턴 생성부(23)는 우선적으로 기상청 등으로부터의 익일 기상예측 데이터를 수신하여 익일 최고온도를 판단한다(S16).

그리고 나서, 부하패턴 생성부(23)는 그 익일 최고온도를 이용하여 일년전 동월의 해당온도 부하패턴을 내부의 메모리(도시 생략)에서 호출한다(S18).

이후, 부하패턴 생성부(23)는 호출한 일년전 동월의 해당온도 부하패턴과 전일 부하패턴의 평균을 취하여 익일 부하패턴으로 생성한다(S20). 그 생성된 익일 부하패턴은 내부의 메모리(도시 생략)에 저장된다.

여기서, 저장된 전일 부하패턴과 생성된 익일 부하패턴을 예시하면 보면 도 8과 같다. 도 8은 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 부하패턴, 태양광 발전량 패턴, 풍력 발전량 패턴의 예를 나타낸 파형도이다. 각각의 패턴(즉, 부하패턴, 태양광 발전량 패턴, 풍력 발전량 패턴)은 일정시간 단위로 측정될 수 있고 예측된 데이터는 해당하는 구성요소의 메모리(도시 생략)에 저장하여 사용된다. 즉, 부하패턴은 부하패턴 생성부(23)의 메모리(도시 생략)에 저장되고, 태양광 발전량 패턴은 태양광 발전기 출력량 예측부(24)의 메모리(도시 생략)에 저장되고, 풍력 발전량 패턴은 풍력 발전기 출력량 예측부(25)의 메모리(도시 생략)에 저장된다. 물론, 각각의 구성요소에 메모리를 두지 않고, 도 5에 도시된 양방향 전력 변환기(20)의 내부에 하나의 메모리를 포함시키고서 그 하나의 메모리에 모든 패턴 및 기타 데이터들이 저장되게 하여도 된다.

도 9는 도 4에 도시된 태양광 발전기 출력량 예측부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 9는 태양광 발전기(32)의 시간대별 출력패턴을 생성하는 방법을 나타낸다.

먼저, 관리자는 양방향 전력 변환기(20)에 일사량 및 기온에 따른 태양광 발전기 출력 데이터를 입력한다(S30). 이때, 데이터 입력은 전력변환기 설치시에 1회만 입력한다. 태양광 발전기(32)는 그 특성상 일사량과 온도에 따라 출력량(출력 전력)이 결정된다.

이후, 양방향 전력 변환기(20)의 태양광 발전기 출력량 예측부(24)는 기상청 데이터에서 익일 시간대별 일사량과 기온을 수신한다(S32).

이어, 태양광 발전기 출력량 예측부(24)는 수신된 일사량과 기온을 일사량 및 기온에 따른 태양광 발전기 출력 데이터와 비교하여 익일 태양광 발전기 출력패턴을 생성한다(S34). 그 생성된 익일 부하패턴은 내부의 메모리(도시 생략)에 저장된다. 이렇게 생성된 출력패턴의 일 예를 도 8에 예시하였다.

도 10은 도 4에 도시된 풍력 발전기 출력량 예측부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 10은 풍력 발전기의 시간대별 출력패턴을 생성하는 방법을 나타낸다.

먼저, 관리자는 양방향 전력 변환기(20)에 풍속에 따른 풍력 발전기 출력 데이터를 입력한다(S40). 이때, 데이터 입력은 전력변환기 설치시에 1회만 입력한다. 풍력 발전기(30)는 그 특성상 풍속에 따라 출력량(출력 전력)이 결정된다.

이후, 양방향 전력 변환기(20)의 풍력 발전기 출력량 예측부(25)는 기상청 데이터에서 익일 시간대별 풍속을 수신한다(S42).

이어, 풍력 발전기 출력량 예측부(25)는 수신된 풍속을 풍속에 따른 풍력 발전기 출력 데이터와 비교하여 익일 풍력 발전기 출력패턴을 생성한다(S44). 그 생성된 익일 부하패턴은 내부의 메모리(도시 생략)에 저장된다. 이렇게 생성된 출력패턴의 일 예를 도 8에 예시하였다.

도 11은 도 4에 도시된 전력 저장장치 충전상태 제어부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 11은 전력 저장장치(44)의 충전상태를 제어하기 위한 방법을 나타낸다.

양방향 전력 변환기(20)의 전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 항상 전력 저장장치(44)의 충전상태를 감시한다(S50).

전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 감시중에 전력 저장장치(44)의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려가면 (S52에서 "예") 태양광 발전기 출력량 예측부(24)에서 계산된 예측 발전량과 풍력 발전기 출력량 예측부(25)에서 계산한 예측 발전량의 합이 부하패턴 생성부(23)에서 계산한 예측 부하량보다 같거나 크게 될 때가지 필요한 충전량을 계산한다(S54). 필요한 충전량 계산을 통하여 불필요한 과충전을 방지할 수 있다.

이와 같이, 전력 저장장치(44)의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려간 경우에는 전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 디젤 발전기(10)를 자동으로 기동시켜 전력을 생산하게 한다. 이때, 디젤 발전기(10)의 효율을 극대화시키기 위하여 디젤 발전기(10)의 출력을 최대로 하여 운전한다. 그리고, 이 경우에서의 디젤 발전기(10)의 운전모드는 유효전력 제어모드가 된다(S56). 여기서는, 전력 저장장치 충전상태 제어부(26)가 직접 디젤 발전기(10)를 자동 기동시키는 것으로 하였는데, 디젤 발전기 관리부(28)를 통해 디젤 발전기(10)의 자동 기동이 이루어지도록 하여도 된다. 디젤 발전기(10)가 부하에 전력을 공급하고 남은 잉여 전력은 양방향 전력전력 변환기(20)의 양방향 기능을 통하여 전력 저장장치(44)에 저장된다.

이후, 디젤 발전기(10)가 운전되는 도중에 신재생에너지의 출력(즉, 풍력 발전기 및 태양광 발전기의 출력의 합계)이 일정시간동안 부하량을 초과하게 되면(S58에서 "예") 전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 디젤 발전기(10)를 자동으로 정지시킨다(S62). 그에 따라, 양방향 전력 변환기(20)가 부하에 전력을 공급한다. 여기서, 상기 S58 및 S62는 부하패턴 생성부(23), 태양광 발전기 출력량 예측부(24), 풍력 발전기 출력량 예측부(25), 및 디젤 발전기 관리부(28)의 연계동작에 의해 행해지는 것으로 이해할 수도 있다.

반대로, 부하량이 신재생에너지의 출력보다 큰 상황(S58에서 "아니오")에서 디젤 발전기(10)를 이용하여 전력 저장장치(44)에 충전한 총 충전량이 계산한 충전량보다 크게 되면(S60에서 "예") 전력 저장장치 충전상태 제어부(26)는 디젤 발전기(10)를 정지시킨다(S62). 여기서, 상기 S58, S60, 및 S62는 부하패턴 생성부(23), 태양광 발전기 출력량 예측부(24), 풍력 발전기 출력량 예측부(25), 전력 저장장치 충전상태 제어부(26), 및 디젤 발전기 관리부(28)의 연계동작에 의해 행해지는 것으로 이해할 수도 있다.

만약, S60에서 총 충전량이 계산한 충전량보다 작게 되면 디젤 발전기(10)를 계속 동작시켜 전력 저장장치(44)를 충전하도록 한다.

도 12는 도 4에 도시된 디젤 발전기 관리부에서 부하량이 전력변환기의 정격용량을 상회할 경우의 제어방법을 설명하는 플로우차트이다.

먼저, 양방향 전력 변환기(20)가 부하에 전력을 공급하는 상태로 있다(S70).

그와 같이 양방향 전력 변환기(20)가 부하에 전력을 공급하는 도중에 부하량이 일정시간 동안 해당 양방향 전력 변환기(20)의 정격을 초과하게 되면(S72에서 "예") 양방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)를 자동으로 기동시킨다(S74). 이때, 상술한 도 11의 제어방법과 달리, 디젤 발전기(10)의 출력은 최대출력을 유지하지 않는다. 그 이유는 디젤 발전기(10)를 가능하면 사용하지 않기 위함이며, 이때 디젤 발전기(10)의 출력량은 양방향 전력 변환기(20)가 제어한다.

디젤 발전기(10)가 기동함에 따라 디젤 발전기(10)는 생산되는 전력을 부하에 공급한다(S76).

이후, 양방향 전력 변환기(20)의 출력과 디젤 발전기(10)의 출력의 합계가 부하량보다 크면(S78에서 "크다") 양방향 전력 변환기(20)는 스스로 출력을 감소시킨다(S80). 만약, 부하량의 크기가 더 크면(S78에서 "작다") 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 출력을 증가시키는 명령을 디젤 발전기(10)에게로 송신하고, 그에 따라 디젤 발전기(10)는 출력을 증가한다(S82). 만약, 양방향 전력 변환기(20)의 출력과 디젤 발전기(10)의 출력의 합계가 부하량과 같으면(S78에서 "같다") 현 상태를 유지한다(S84).

이후, 일정시간 동안 부하량이 양방향 전력 변환기(20)의 정격보다 작으면(S86에서 "예") 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)를 정지시킨다(S88). 그렇지 않으면(S86에서 "아니오") 디젤 발전기(10)가 부하에 전력을 계속 공급한다.

도 13은 도 4에 도시된 시스템 상태 제어부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 13은 양방향 전력 변환기(20)가 고장났을 때의 제어방법을 나타낸다.

양방향 전력 변환기(20)의 시스템 상태 제어부(27)는 항상 양방향 전력 변환기(20)의 상태를 감시한다(S90).

만약, 양방향 전력 변환기(20)에 이상이 발생하여 더 이상 전력을 공급할 수 없게 되면(S92에서 "예"), 시스템 상태 제어부(27)는 디젤 발전기(10)에 즉시 기동명령을 전송한다(S94). 이때, 디젤 발전기(10)의 제어모드는 전압/주파수 제어모드가 된다. 이는 상술한 도 11 및 도 12의 제어모드와 다른 방식인데, 도 11 및 도 12에서는 마이크로그리드의 전압과 주파수를 전력 변환기가 제어해 주었기 때문이다. 그러나, 도 13에서는 양방향 전력 변환기(20)가 더 이상 전압과 주파수를 제어할 수 없기 때문에 디젤 발전기(10)가 전압과 주파수를 제어하는 모드로 동작하여야 한다. 상기 S94에서는, 시스템 상태 제어부(27)가 직접 디젤 발전기(10)를 자동 기동시키는 것으로 하였는데, 디젤 발전기 관리부(28)를 통해 디젤 발전기(10)의 자동 기동이 이루어지도록 하여도 된다.

이후, 시스템 상태 제어부(27)는 관리자에게 통신을 통하여 양방향 전력 변환기(20)의 고장상황(예컨대, 소정의 메시지 형태)을 전송한다(S96).

양방향 전력 변환기(20)의 고장상황을 인지한 관리자는 양방향 전력 변환기(20)의 고장을 수리하고(S98), 다시 양방향 전력 변환기(20)를 기동하여 정상상태로 되돌린다(S100).

그에 따라, 양방향 전력 변환기(20)는 재기동후 디젤 발전기(10)에 정지명령을 전송한다(S102).

도 14 내지 도 16은 도 4에 도시된 디젤 발전기 관리부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다.

먼저, 양방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 운전시간 감시 방법에 대해 도 14를 참고하여 설명한다.

통상적으로, 디젤 발전기(10)는 누적 운전시간에 따라 엔진오일 교체 등 주기적인 유지보수가 필요하다. 그런데, 기존 방법에서는 사람이 직접 운전시간을 수기로 기록하거나, 자동으로 기록이 된다고 하더라도 관리자가 상주하여 관리를 하기 때문에 많은 비용이 소요되었다.

본 발명의 실시예에서는, 양방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 관리부(28)는 항상 디젤 발전기(10)의 운전시간을 감시한다(S110).

디젤 발전기(10)가 양방향 전력 변환기(20)의 명령에 의하여 가동을 시작하면(S112에서 "예") 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 운전시간을 누적하여 내부의 메모리(도시 생략)에 기록한다(S114).

그리고 나서, 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 총 누적 운전시간과 미리 설정된 누적 운전시간을 비교한다(S116).

그 비교 결과, 디젤 발전기(10)의 총 누적 운전시간이 미리 설정된 누적 운전시간보다 크게 되면(S116에서 "예"), 디젤 발전기 관리부(28)는 자동으로 관리자에게 디젤 발전기(10)의 총 누적 운전시간을 통신으로 전송한다(S118). 이때, 미리 설정된 운전시간은 하나 이상의 값으로 지정된다.

이어, 디젤 발전기(10)의 총 누적 운전시간을 수신한 관리자는 충 운전시간에 해당하는 유지보수를 시행한다(S120).

이번에는, 양방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 연료량 감시 방법에 대해 도 15를 참고하여 설명한다.

디젤 발전기가 지속적으로 운전하기 위해서는 연속적인 연료 공급이 필요하다. 이를 위해, 기존에는 관리자가 연료탱크의 연료 잔여량을 수시로 확인하였기 때문에, 관리자가 늘 상주하여야 했고, 그로 인해 많은 비용이 소요되는 단점이 있었다.

본 발명의 실시예에서는, 양방방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량을 항상 감시한다(S130).

그리고, 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량과 미리 설정된 연료량을 비교한다(S132).

그 비교 결과, 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량이 미리 설정된 연료량보다 적게 되면(S132에서 "아니오") 디젤 발전기 관리부(28)는 관리자에게 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량을 통신으로 전송한다(S134).

그에 따라, 디젤 발전기(10)의 잔여 연료량을 수신한 관리자는 디젤 발전기(10)의 연료량을 보충한다(S136).

이번에는, 양방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 상태 감시 및 그에 따른 양방향 전력 변환기(20)의 동작 방법에 대해 도 16을 참고하여 설명한다.

전력 저장장치(44)에 저장된 전력이 부족하고, 신재생에너지의 출력이 적은 상황에서 디젤 발전기(10)가 고장나게 되면 양방향 전력 변환기(20)는 부하에 정상적으로 전력을 공급할 수 없다. 따라서, 양방향 전력 변환기(20)는 디젤 발전기(10)의 상태를 감시하여 디젤 발전기(10)가 기동할 수 없는 상황에 대비해야 한다.

그에 따라, 본 발명의 실시예에서는 양방향 전력 변환기(20)의 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 상태를 항상 감시한다(S140).

감시 결과, 디젤 발전기(10)에 고장이 발생하면(S142에서 "예") 양방향 전력 변환기(20)는 스스로 비상운전 상태로 전환한다(S144). 그리고 나서, 디젤 발전기 관리부(28)는 관리자에게 디젤 발전기(10)의 고장상황을 통신으로 전송한다(S146). 이후, 디젤 발전기(10)의 고장상황을 수신한 관리자는 디젤 발전기(10)의 고장을 수리하게 된다(S148).

만약, 양방향 전력 변환기(20)가 비상운전중에 부하량이 증가하여 양방향 전력 변환기(20)의 정격을 초과하게 되면(S150에서 "예") 양방향 전력 변환기(20)는 미리 지정된 부하들중에서 최우선순위의 부하를 차단한다. 만약, 다시 부하량이 정격을 초과하면 다음 순서로 지정된 부하를 차단한다(S152).

이후, 디젤 발전기(10)의 수리가 완료되면(S148에서의 수리 완료 또는 S154에서 "예") 양방향 전력 변환기(20)는 정상운전 상태로 전환한다(S156). 그리고, 디젤 발전기 관리부(28)는 디젤 발전기(10)의 상태를 감시하게 된다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 전력 저장장치 보관실의 난방을 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.

폐열 회수장치(46)가 디젤 발전기(10)를 둘러싸도록 설치된다. 열배관(52)이 전력 저장장치 보관실(54)의 내벽을 따라 여러 바퀴 감긴 상태로 설치된다. 그리고, 열배관(52)은 폐열 회수장치(46)에 연결된다.

그에 따라, 디젤 발전기(10)의 운전시 발생되는 폐열은 폐열 회수장치(46)를 통하여 회수되어 열배관(52)을 거쳐 전력 저장장치 보관실(54)로 보내진다. 이와 같이, 열배관(52)이 전력 저장장치 보관실(54)의 내벽을 따라 여러 바퀴 감긴 상태로 설치되어 있으므로 전력 저장장치 보관실(54)의 온도를 유지할 수 있다.

한편, 디젤 발전기(10)가 가동되지 않는 상황에 대비하기 위하여, 전력 저장장치 보관실(54)에는 별도의 난방기가 구비됨이 바람직하다.

도 18은 도 4에 도시된 전력 저장장치 보관실 기온 관리부의 작용을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 18은 전력 저장장치 보관실의 온도를 유지하는 방법을 나타낸다.

양방향 전력 변환기(20)의 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 전력 저장장치 보관실(54)의 기온을 감시한다(S160).

그리고, 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 측정되는 온도와 미리 설정된 온도를 비교한다(S162).

그 비교 결과, 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 작게 되면(S162에서 "아니오") 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 전력 저장장치 보관실(54)의 온도 유지를 위한 절차가 진행된다.

만약, 디젤 발전기(10)가 운전중이면(S164에서 "예") 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 폐열 회수장치(46)를 가동하여 전력 저장장치 보관실(54)의 난방을 실시한다(S166). 반대로, 디젤 발전기(10)가 정지중이면(S164에서 "아니오") 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 난방기를 가동하여 난방을 실시한다(S168).

이와 같은 난방 실시중에, 전력 저장장치 보관실(54)에 대한 측정 온도가 미리 설정된 온도보다 높게 되면(S170에서 "예") 전력 저장장치 보관실 기온 관리부(29)는 폐열 회수장치(46) 또는 난방기의 가동을 중단한다(S172).

만약, 난방 실시중에, 전력 저장장치 보관실(54)에 대한 측정 온도가 미리 설정된 온도보다 낮으면(S170에서 "아니오") 지속적으로 난방을 실시한다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 신재생에너지는 풍력 발전기 및 태양광 발전기 외에 제 3의 신재생에너지로 구성될 수 있다. 그리고, 독립형 마이크로그리드 시스템의 정격용량을 증가시키기 위하여 양방향 전력 변환기를 여러대 설치하여 병렬로 운전할 수도 있다. 이때, 다수의 양방향 전력 변환기는 마스터(master)-슬레이브(slave) 역할을 지정한다. 또한, 지역에 따라 신재생에너지의 출력이 부족하거나 설치량이 부족할 경우 디젤 발전기의 수량을 추가할 수도 있다. 이와 같은 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 디젤 발전기
20 : 양방향 전력 변환기
21 : 양방향 전력변환부
22 : 기상데이터 수신부
23 : 부하패턴 생성부
24 : 태양광 발전기 출력량 예측부
25 : 풍력 발전기 출력량 예측부
26 : 전력 저장장치 충전상태 제어부
27 : 시스템 상태 제어부
28 : 디젤 발전기 관리부
29 : 전력 저장장치 보관실 기온 관리부
30 : 풍력 발전기
32 : 태양광 발전기
34 : 교류-직류 정류기
36 : 직류-직류 컨버터
38 : 직류-교류 인터버
40 : 직류 모선
42 : 교류 모선
44 : 전력 저장장치
46 : 폐열 회수장치

Claims

디젤 발전기, 신재생에너지 발전기 및 전력 변환기를 포함하는 마이크로그리드 시스템에 있어서,
상기 전력 변환기는, 교류 모선을 통해 상기 디젤 발전기와 공통으로 연결되고, 직류 모선 또는 상기 교류 모선을 통해 상기 신재생에너지 발전기에 연결되고,
상기 전력 변환기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 양방향 변환이 가능하되, 상기 직류 모선의 전력량 또는 상기 교류 모선의 전력량의 잉여 여부에 따라 상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환시키거나 상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환시키며,
상기 전력 변환기는, 상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환시켜 상기 교류 모선을 통해 출력하거나 상기 교류 전력을 상기 직류 전력으로 변환시켜 상기 직류 모선을 통해 전력 저장장치에 저장하는 양방향 전력변환부; 측정되는 부하량 및 외부로부터의 기상 데이터를 근거로 상기 전력 변환기의 부하패턴을 생성하고, 상기 부하패턴으로 후일의 부하량을 예측하는 부하패턴 생성부; 외부로부터 입력되는 신재생에너지 발전기의 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 상기 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 신재생에너지 발전기 출력량 예측부; 상기 전력 저장장치의 충전상태를 감시하고, 상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 상기 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 전력 저장장치 충전상태 제어부; 상기 전력 변환기의 상태를 감시하고, 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기에 기동명령을 전송하는 시스템 상태 제어부; 및 상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고, 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 디젤 발전기 관리부;를 포함하고,
상기 전력 저장장치 충전상태 제어부는 상기 감시중에 상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려가면 상기 부하패턴 생성부에서의 예측 부하량 및 상기 신재생에너지 발전기 출력량 예측부에서의 예측 발전량을 근거로 필요한 충전량을 계산한 후, 상기 계산된 필요한 충전량을 근거로 상기 디젤 발전기를 자동으로 기동시키며,
상기 전력 저장장치 충전상태 제어부는,
상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려간 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대로 하여 운전시키고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되,
상기 디젤 발전기가 운전되는 도중에 신재생에너지의 출력이 일정시간동안 부하량을 초과하게 되거나, 부하량이 신재생에너지의 출력보다 큰 상황에서 상기 디젤 발전기를 이용하여 상기 전력 저장장치에 충전한 총 충전량이 계산한 충전량보다 크게 되면, 상기 디젤 발전기를 자동으로 정지시키며,
상기 디젤 발전기 관리부는,
부하량이 상기 전력변환기의 정격용량을 상회할 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대출력으로 유지하지 않고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되,
상기 전력변환기의 출력과 상기 디젤 발전기의 출력의 합계가, 부하량 보다 크면 상기 전력변환기의 출력을 감소시키고, 부하량 보다 작으면 상기 디젤 발전기의 출력을 증가시키며, 부하량과 같으면 현 상태를 유지하고,
상기 시스템 상태 제어부는,
상기 전력변환기가 고장난 경우에, 상기 디젤 발전기의 제어모드를 전압/주파수 제어모드로 기동하되, 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 전력 변환기의 고장상황을 통신을 통하여 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 디젤 발전기 관리부는 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간이 미리 설정된 누적 운전시간보다 크면 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간을 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 디젤 발전기 관리부는 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량이 미리 설정된 연료량보다 적게 되면 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량을 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 디젤 발전기 관리부는 상기 전력 저장장치에 저장된 전력이 부족하고 상기 신재생에너지 발전기의 출력이 적은 상황에서 상기 디젤 발전기가 고장난 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기의 고장상황을 통신을 통해 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 신재생에너지 발전기 출력량 예측부는,
외부로부터 입력되는 일사량 및 기온에 따른 태양광 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 태양광 발전기의 출력량을 예측하는 태양광 발전기 출력량 예측부; 및
외부로부터 입력되는 풍속에 따른 풍력 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 풍력 발전기의 출력량을 예측하는 풍력 발전기 출력량 예측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전력 변환기는, 상기 전력 저장장치를 보관하는 전력 저장장치 보관실의 기온을 감시하고 그 결과에 따라 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지를 제어하는 전력 저장장치 보관실 기온 관리부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전력 저장장치 보관실 기온 관리부는 측정된 상기 전력 저장장치 보관실의 온도가 미리 설정된 온도보다 작으면 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지가 이루어지도록 제어하되, 상기 디젤 발전기가 운전중이면 상기 디젤 발전기에 설치된 폐열 회수장치를 가동시키는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전력 저장장치 보관실 기온 관리부는 측정된 상기 전력 저장장치 보관실의 온도가 미리 설정된 온도보다 작으면 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지가 이루어지도록 제어하되, 상기 디젤 발전기가 정지중이면 상기 전력 저장장치 보관실의 난방기를 가동시키는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템.
전력 변환기를 포함하는 마이크로그리드 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 전력 변환기의 양방향 전력변환부가, 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 교류 모선을 통해 출력하거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜 직류 모선을 통해 전력 저장장치에 저장하는 단계;
상기 전력 변환기의 부하패턴 생성부가, 측정되는 부하량과 외부로부터의 기상 데이터를 근거로 상기 전력 변환기의 부하패턴을 생성하고 상기 부하패턴으로 후일의 부하량을 예측하는 단계;
상기 전력 변환기의 신재생에너지 발전기 출력량 예측부가, 외부로부터 입력되는 신재생에너지 발전기의 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 단계;
상기 전력 변환기의 전력 저장장치 충전상태 제어부가, 상기 전력 저장장치의 충전상태를 감시하고 상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계;
상기 전력 변환기의 시스템 상태 제어부가, 상기 전력 변환기의 상태를 감시하고 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기에 기동명령을 전송하는 단계; 및
상기 전력 변환기의 디젤 발전기 관리부가, 상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계;를 포함하고,
상기 전력 변환기를, 교류 모선을 통해 상기 디젤 발전기와 공통으로 연결시키고, 직류 모선 또는 상기 교류 모선을 통해 상기 신재생에너지 발전기에 연결시키며,
상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계는, 상기 감시중에 상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려가면 상기 전력 저장장치의 부하패턴을 생성하고 부하량을 예측하는 단계에서의 예측 부하량 및 상기 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 단계에서의 예측 발전량을 근거로 필요한 충전량을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 필요한 충전량을 근거로 상기 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계를 포함하고,
상기 전력 저장장치의 충전 잔량에 따라 디젤 발전기를 자동으로 기동시키는 단계는,
상기 전력 저장장치의 충전 잔량이 설정값 이하로 내려간 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대로 하여 운전시키고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되,
상기 디젤 발전기가 운전되는 도중에 신재생에너지의 출력이 일정시간동안 부하량을 초과하게 되거나, 부하량이 신재생에너지의 출력보다 큰 상황에서 상기 디젤 발전기를 이용하여 상기 전력 저장장치에 충전한 총 충전량이 계산한 충전량보다 크게 되면, 상기 디젤 발전기를 자동으로 정지시키며,
상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는,
부하량이 상기 전력변환기의 정격용량을 상회할 경우에, 상기 디젤 발전기의 출력을 최대출력으로 유지하지 않고, 상기 디젤 발전기의 운전모드를 유효전력 제어모드로 기동시키되,
상기 전력변환기의 출력과 상기 디젤 발전기의 출력의 합계가, 부하량 보다 크면 상기 전력변환기의 출력을 감소시키고, 부하량 보다 작으면 상기 디젤 발전기의 출력을 증가시키며, 부하량과 같으면 현 상태를 유지하고,
상기 전력 변환기의 상태를 감시하고 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단되면 상기 디젤 발전기에 기동명령을 전송하는 단계는,
상기 전력변환기가 고장난 경우에, 상기 디젤 발전기의 제어모드를 전압/주파수 제어모드로 기동하되, 상기 전력 변환기에 이상이 발생한 것으로 판단됨에 따라 상기 전력 변환기의 고장상황을 통신을 통하여 관리자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법.
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청구항 12에 있어서,
상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간이 미리 설정된 누적 운전시간보다 큼에 따라 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 총 누적 운전시간을 관리자에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법.
청구항 12에 있어서,
상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량이 미리 설정된 연료량보다 적게 됨에 따라 통신을 통해 상기 디젤 발전기의 잔여 연료량을 관리자에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법.
청구항 12에 있어서,
상기 디젤 발전기의 운전시간 및 연료량을 감시하고 상기 디젤 발전기의 상태를 감시하는 단계는 상기 전력 저장장치에 저장된 전력이 부족하고 상기 신재생에너지 발전기의 출력이 적은 상황에서 상기 디젤 발전기가 고장난 것으로 판단됨에 따라 상기 디젤 발전기의 고장상황을 통신을 통해 관리자에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법.
청구항 12에 있어서,
상기 신재생에너지 발전기의 출력량을 예측하는 단계는,
외부로부터 입력되는 일사량 및 기온에 따른 태양광 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 태양광 발전기의 출력량을 예측하는 단계; 및
외부로부터 입력되는 풍속에 따른 풍력 발전기 출력데이터 및 상기 기상 데이터를 근거로 풍력 발전기의 출력량을 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법.
청구항 12에 있어서,
상기 전력 저장장치를 보관하는 전력 저장장치 보관실의 기온을 감시하고 그 결과에 따라 상기 전력 저장장치 보관실의 온도 유지를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 마이크로그리드 시스템의 제어방법.