KR102048047B1 - Solar-based autonomous stand-alone micro grid system and its operation method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광발전의 발전량을 조절하는 DC-DC 컨버터를 활용한 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전기(10), 벅-부스트 기능을 구비하고 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(20), 수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기(30), 디젤 발전기(30)에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치(40), 배터리를 구비하고 DC-DC 컨버터(20) 및 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치(50), 에너지저장장치(50)의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 인버터(60), 및 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계(70)를 포함하여 구성되며, 전력변환장치(40)를 OFF하고 태양광 발전(10)을 작동 ON하고 에너지저장장치(50)와 DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하도록 하며, 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 인버터(60)가 자동으로 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a photovoltaic-based autonomous independent microgrid system and a method of operating the photovoltaic system using a DC-DC converter that automatically adjusts the amount of generation of photovoltaic power generation according to a charging voltage of an energy storage device. An autonomous standalone microgrid system and a method of operating the same.
The solar-based autonomous stand-alone microgrid system of the present invention, the solar power generator 10, a DC-DC converter having a buck-boost function and level-converts the DC power supplied from the solar power generation (10) ( 20), at least one diesel generator 30 that is manually operated, a power converter 40 for converting the AC power supplied by the diesel generator 30 into direct current power, a battery having a DC-DC converter 20 And an energy storage device 50 for storing the DC power supplied from the power converter 40, an inverter 60 for converting the DC power of the energy storage device 50 into AC power and providing the power to the power load 80. And a power meter 70 for sensing and measuring the amount of power provided to the power load 80, the power converter 40 is turned off and the photovoltaic power generation 10 is turned on and the energy storage device 50 is turned on. In the state where the DC-DC converter 20 and the inverter 60 are turned on In this case, the battery of the energy storage device 50 is charged. When the voltage of the battery is greater than or equal to a predetermined maximum voltage, the DC-DC converter 20 automatically stops charging. It is characterized in that the power supply to the power load 80 is automatically stopped.
Description
본 발명은 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광 발전의 발전량을 조절하는 DC-DC 컨버터를 활용한 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic-based autonomous independent microgrid system and a method of operating the photovoltaic system using a DC-DC converter that automatically adjusts the amount of generation of photovoltaic power generation according to a charging voltage of an energy storage device. An autonomous standalone microgrid system and a method of operating the same.
최근 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염려가 없는 대체에너지 개발을 위해 노력하고 있다. 대체에너지 개발의 일환으로 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄 액화 가스화, 수소에너지 등의 신 재생에너지가 개발되고 있다. 신 재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말하는 것으로서, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래의 에너지원으로 주목받고 있다.Recently, efforts are being made to develop alternative energy that does not affect the environment and is not depleted. As part of the development of alternative energy, renewable energy such as solar heat, photovoltaic power generation, biomass, wind power, hydropower, geothermal, marine energy, waste energy, fuel cell, coal liquefied gasification and hydrogen energy is being developed. Renewable energy refers to energy used by converting existing fossil fuels or by converting renewable energy including sunlight, water, geothermal energy, and bioorganisms, and as an energy source of the future for a sustainable energy supply system. I am getting it.
일반적으로 이러한 신 재생에너지는 에너지 저장장치 및 부하와 연동하여 하나의 시스템화한 전력공급방식인 마이크로그리드(Microgrid)를 이루게 되는데, 마이크로그리드는 독립적으로 전력과 열 등을 공급하는 소규모 전력 네트워크로, 최근 신 재생 에너지 등을 이용한 소규모 분산전원(Distributed generator)의 대두와 함께 전력 시스템의 새로운 패러다임으로 등장하고 있다. 마이크로그리드는 다수의 소규모 분산전원과 부하의 집합체로서, 기존의 전력망과 연계 또는 분리 운전될 수 있는 소규모 전력망(grid)으로 요약될 수 있으며, 주 계통의 지/단락 사고 및 심각한 전력 품질 문제 발생시 주 계통으로부터 분리하여 분산전원만을 이용하여 마이크로그리드의 부하에 지속적인 전력 공급을 유지할 수 있는 전력시스템이다.In general, such renewable energy forms a microgrid, which is a systemized power supply system, in conjunction with an energy storage device and a load. A microgrid is a small power network that independently supplies power and heat. Along with the rise of small-scale distributed generators using renewable energy, it is emerging as a new paradigm of power systems. A microgrid is a collection of many small distributed sources and loads, which can be summarized as a small grid that can be linked to or disconnected from an existing grid. It is a power system that can separate the system and maintain the continuous power supply to the microgrid load using only distributed power supply.
종래의 특허 문헌1에는 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템 중 DC 마이크로그리드 시스템과 이를 이용한 AC 및 DC 마이크로그리드 시스템이 개시되었는데, DC 마이크로그리드 시스템은 적어도 하나의 분산전원과, 분산전원의 전력을 직류로 변환하는 전력변환장치와, 전력변환장치에 연결된 보호 스위치를 구비하는 에너지 저장장치와, DC 전력 부하(load) 및 분산전원의 전체 전력과 DC 전력 부하 전력의 차이에 따라 상기 전력변환장치의 출력 전압을 조절하여 상기 에너지 저장장치의 충전과 방전 모드를 제어하는 제어부로 이루어지고, AC 및 DC 복합 마이크로그리드 시스템은 상술한 DC 마이크로그리드 시스템이 AC 마이크로그리드 시스템과 양방향 전력변환기로 연결되는 구성이다.Conventional Patent Document 1 discloses a DC microgrid system and a AC and DC microgrid system using the same among local power supply systems centered on independent distributed power sources. The DC microgrid system includes at least one distributed power source and a distributed power source. An energy storage device having a power converter for converting the electric power into direct current, a protection switch connected to the power converter, and the power according to a difference between the total power of the DC power load and the distributed power supply and the DC power load power. It is composed of a control unit for controlling the charging and discharging mode of the energy storage device by adjusting the output voltage of the converter, AC and DC composite microgrid system is the above-described DC microgrid system is connected to the AC microgrid system and the bidirectional power converter It is a configuration.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광 발전의 발전량을 조절하기 위한 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above is an object for automatically adjusting the amount of generation of photovoltaic power generation according to the charging voltage state of the energy storage device.
또한, 본 발명은 태양광 발전을 통해 생산되는 DC 전압이 벅-부스트 기능을 탑재한 DC-DC 컨버터를 거쳐 에너지저장장치의 소정 최대전압까지 전압을 상승시켜 충전을 하며 최대전압 도달시 DC-DC 컨버터의 구동을 자동으로 멈추고, 최소전압 도달시 인버터의 구동을 멈춤으로써, 안정적인 에너지저장장치 운전을 수행하기 위한 다른 목적이 있다.In addition, the present invention, the DC voltage produced by the solar power generation is charged by increasing the voltage to a predetermined maximum voltage of the energy storage device via a DC-DC converter equipped with a buck-boost function, when the maximum voltage reaches DC-DC Another purpose is to perform a stable energy storage device operation by automatically stopping the drive of the converter and stopping the drive of the inverter when the minimum voltage is reached.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전, 벅-부스트 기능을 구비하고 상기 태양광 발전으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터, 수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기, 상기 디젤 발전기에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치, 배터리를 구비하고 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 전력변환장치로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치, 상기 에너지저장장치의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하에 제공하는 인버터, 및 상기 전력 부하에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계를 포함하여 구성되며,In order to achieve the above object, the photovoltaic-based autonomous independent microgrid system of the present invention includes a photovoltaic power generation and a buck-boost function, and a DC-DC level converting and outputting the DC power supplied from the photovoltaic power generation. A converter, one or more diesel generators operated manually, a power converter for converting the AC power supplied by the diesel generator into direct current power, a battery, and the direct current power supplied from the DC-DC converter and the power converter; It includes an energy storage device for storing, an inverter for converting the DC power of the energy storage device into AC power to provide to the power load, and a power meter for sensing and measuring the amount of power provided to the power load,
상기 전력변환장치를 OFF 하고, 상기 태양광 발전을 작동 ON 하고, 상기 에너지저장장치와 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 인버터를 ON 한 상태에서 상기 에너지저장장치의 상기 배터리를 충전하도록 하며, 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압을 초과하면 상기 DC-DC 컨버터가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 미만이면 상기 인버터가 자동으로 전력 부하에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 한다.The power converter is turned off, the photovoltaic power generation is turned on, and the battery of the energy storage device is charged while the energy storage device, the DC-DC converter, and the inverter are turned on. When the voltage exceeds a predetermined maximum voltage, the DC-DC converter automatically stops charging, and when less than the predetermined minimum voltage, the inverter automatically stops supplying power to the power load.
또한, 상기 DC-DC 컨버터, 상기 에너지저장장치, 상기 전력변환장치의 출력측, 상기 인버터의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 상기 디젤 발전기, 상기 전력변환장치의 입력측, 및 상기 인버터의 출력측은 AC 링크에 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the DC-DC converter, the energy storage device, the output side of the power converter, the input side of the inverter is connected to the DC link, the diesel generator, the input side of the power converter, and the output side of the inverter is an AC link It is characterized in that connected to.
또한, 부하의 사용이 없는 주간에는 상기 태양광 발전이 정상 발전하여 상기 에너지저장장치의 배터리를 충전하는 충전모드; 상기 태양광 발전이 정상 발전하지 않는 야간에는 상기 에너지저장장치의 배터리 전압이 소정 최소전압 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드; 부하의 사용이 있는 주간에는 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드; 야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 상기 에너지저장장치의 보호를 위하여 상기 인버터가 운전 정지되는 경우에는 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드; 및 상기 디젤 발전기를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에는 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드;로 각각 운전되는 것을 특징으로 한다.In addition, the charging mode for charging the battery of the energy storage device by the normal power generation during the day when no load is used; A discharge mode to use the load as long as the battery voltage of the energy storage device does not fall below a predetermined minimum voltage at night when the solar power is not normally generated; A charge / discharge mode for simultaneously carrying out the charge mode and the discharge mode during the day when the load is used; When the battery is discharged due to lack of solar power or the inverter is stopped for protection of the energy storage device due to the lack of solar power at night or during the rainy days, the diesel generator and the power converter are turned on. Manual charging mode to charge; And when it is necessary to charge the battery through the diesel generator and at the same time the use of the load, the manual charge and discharge mode to proceed simultaneously with the manual charging mode and the discharge mode;
또한, 상기 인버터는 상기 디젤 발전기의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치에 연결되어 상기 에너지저장장치의 전력이 상기 인버터를 거쳐 상기 전력 부하에 공급되며, 상기 디젤 발전기가 가동되는 수동 운전모드에서는 상기 제1 스위치가 연결된 상태에서 상기 에너지저장장치의 충전 및 상기 전력 부하로의 전력 공급이 이루어지나, 상기 에너지저장장치에 전력이 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 상기 전력 부하로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 상기 제1 스위치에서 제2 스위치로 전환됨으로써 상기 인버터를 거치지 않고 상기 디젤 발전기를 통해 상기 전력 부하에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the inverter is connected to the first switch in the autonomous operation mode in which the operation of the diesel generator is stopped, the power of the energy storage device is supplied to the power load via the inverter, in the manual operation mode in which the diesel generator is operated Charging the energy storage device and supplying power to the power load are performed while the first switch is connected, but power is rapidly stored in the energy storage device before power is switched to the autonomous operation mode. In the case of supplying, the switch is manually switched from the first switch to the second switch to supply power to the electric power load through the diesel generator without passing through the inverter.
또한, 상기 인버터를 거치지 않고 상기 디젤 발전기를 통해 상기 전력 부하에 전력을 공급하는 경우에도 상기 전력변환장치를 통해 상기 에너지저장장치의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 상기 제2 스위치에서 상기 제1 스위치로 자동으로 전환 복귀됨으로써 상기 자율 운전모드로 진입 대기하는 것을 특징으로 한다.In addition, even when the electric power load is supplied to the electric power load through the diesel generator without passing through the inverter, charging of the energy storage device is continued through the power converter, and the voltage of the battery is higher than a predetermined minimum voltage. When the second switch is automatically switched back to the first switch to return to the autonomous driving mode, characterized in that the standby.
한편, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법은, 자율 운전모드 시작에 따라 상기 전력변환장치를 OFF 하고, 상기 태양광 발전과 상기 에너지저장장치와 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 인버터를 ON 한 상태에서, 상기 에너지저장장치의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계, 및 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압을 초과하면 상기 DC-DC 컨버터가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 미만이면 상기 인버터가 자동으로 전력 부하에 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the operation method of the solar-based autonomous independent microgrid system of the present invention, the power conversion device is turned off according to the start of the autonomous operation mode, the solar power generation and the energy storage device and the DC-DC converter and the Charging the battery of the energy storage device until a predetermined maximum voltage is reached while the inverter is turned on; and the DC-DC converter automatically charges when the voltage of the battery exceeds the predetermined maximum voltage. And stops the power supply to the power load automatically if the inverter is less than a predetermined minimum voltage.
또한, 충전중인 상기 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압 미만이면 수동 운전모드로 진행하여 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 ON 하여 상기 배터리를 충전하도록 하고, 상기 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압을 초과하면 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 OFF 하여 상기 자율 운전모드로 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, if the voltage of the battery being charged is less than the predetermined minimum voltage to go to the manual operation mode to turn on the diesel generator and the power converter to charge the battery, the voltage of the battery is the predetermined minimum voltage If exceeded, characterized in that it comprises the step of driving in the autonomous operation mode by turning off the diesel generator and the power converter.
따라서, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법은 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광발전의 발전량을 조절할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the photovoltaic-based autonomous independent microgrid system and its operating method of the present invention have an effect of automatically adjusting the amount of generation of photovoltaic power generation according to the charging voltage state of the energy storage device.
또한, 본 발명은 태양광 발전을 통해 생산되는 DC 전압이 BUCK-BOOST 기능을 탑재한 DC-DC 컨버터를 거쳐 에너지저장장치의 소정 최대전압까지 전압을 상승시켜 충전을 하며 최대전압 도달시 DC-DC 컨버터 구동을 자동으로 멈추고, 최소전압 도달시 인버터의 구동을 자동으로 멈추도록 함으로써, 안정적인 에너지저장장치 운전을 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, the DC voltage produced by the solar power generation is charged by raising the voltage to a predetermined maximum voltage of the energy storage device via a DC-DC converter equipped with a BUCK-BOOST function and when the maximum voltage reaches DC-DC By stopping the drive of the converter automatically and automatically stops the drive of the inverter when the minimum voltage is reached, it is possible to perform a stable energy storage device operation.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram of a solar-based autonomous autonomous microgrid system according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a solar-based autonomous autonomous microgrid system according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of operating a solar-based autonomous standalone microgrid system according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 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.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전(10), DC-DC 컨버터(Converter, 20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(Power Conditioning System, 40), 에너지저장장치(Energy Storage System, 50), 인버터(Inverter, 60), 전력계(Power meter, 70) 및 전력 부하(80)를 포함하여 구성되며, 추가로 에너지관리시스템(Energy Management System, 90)을 포함할 수 있다.1 is a block diagram of a solar-based autonomous independent microgrid system according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of a solar-based autonomous independent microgrid system according to the present invention. As shown in Figure 1 and 2, the photovoltaic autonomous stand-alone microgrid system of the present invention, the
태양광 발전(10)은 태양광 모듈을 구비하고 태양 에너지를 이용하여 직류전력을 발전하는 장치이다.The
DC-DC 컨버터(20)는 벅-부스트(Buck-boost) 기능을 구비하고 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 역할을 한다.The DC-
레귤레이터(전압을 일정하게 해주는 장치나 회로)에는 2가지가 있는데 리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터가 있으며, 스위칭 방식이 DC-DC 컨버터이다. 벅-부스트 컨버터는 출력전압이 입력전압보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있는 컨버터로서, 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 특성을 모두 가지고 있다.There are two types of regulators (devices or circuits that make the voltage constant). There are linear regulators and switching regulators. The switching method is a DC-DC converter. The buck-boost converter is a converter in which the output voltage may be lower or higher than the input voltage, and has both characteristics of the buck converter and the boost converter.
디젤 발전기(30)는 하나 이상 구비되되, 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 인버터(60)가 운전되지 않는 경우에, 수동으로 운전되어 교류전력을 생산하게 된다.One or
전력변환장치(40)는 디젤 발전기(30)에 의해 발전되는 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 역할을 한다. The
에너지저장장치(50)는 배터리를 구비하고, DC-DC 컨버터(20) 및 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 역할을 한다.The
인버터(60)는 에너지저장장치(50)에 저장된 직류전력을 실생활에서 사용할 수 있는 전기형태인 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 역할을 하며, 후술하는 자율 운전모드 및 수동 운전모드 모두에서 ON 상태를 유지하도록 하는데, 이것은 인버터(60)가 계통 간의 충돌을 방지하도록 구성됨으로써 가능해진다.The
인버터(60)는 디젤 발전기(30)의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결되어 에너지저장장치(50)의 전력이 인버터(60)를 거쳐 전력 부하(80)에 공급되며, 디젤 발전기(30)가 가동되는 수동 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결된 상태에서 에너지저장장치(50)의 충전 및 전력 부하(80)로의 전력 공급이 이루어지나, 에너지저장장치(50)에 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 전력 부하(80)로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 제1 스위치(61)에서 제2 스위치(62)로 전환 연결됨으로써 인버터(60)를 거치지 않고 디젤 발전기(30)를 통해 전력 부하(80)에 전력을 공급하도록 한다.In the
이때, 전력변환장치(40)를 통해 에너지저장장치(50)의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 제2 스위치(62)에서 제1 스위치(61)로 전환 복귀되어 자율 운전모드를 준비하도록 한다.At this time, the charging of the
전력계(70)는 인버터(60)를 통해 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 역할을 한다.The
여기서, DC-DC 컨버터(20), 에너지저장장치(50), 전력변환장치(40)의 출력측, 인버터(60)의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40)의 입력측, 및 인버터(60)의 출력측은 AC 링크에 연결된다.Here, the DC-
에너지관리시스템(90)은 DC-DC 컨버터(20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40), 에너지저장장치(50), 인버터(60), 전력계(70) 등과 유무선 통신으로 연결됨으로써, 태양광 발전상태 및 에너지저장장치(50)의 SOC(State of charge) 상태, 인버터(60)의 전력공급 및 전력계(70)를 통한 부하사용량, 그리고 디젤 발전기(30)의 발전량 및 전력변환장치(40)를 통한 충전량 등을 관리자가 모니터링 하면서 관리할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 에너지저장장치(50)의 안전적인 운영을 위하여, 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 태양광 발전(10)을 작동 ON 하고, DC-DC 컨버터(20)와 에너지저장장치(50) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하도록 하며, 배터리의 전압이 소정의 최대전압(예를 들어 800V)을 초과하면 자동으로 DC-DC 컨버터(20)의 운전을 정지(대기)하도록 한다.In the present invention, for the safe operation of the
본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은 다양한 모드로 운영될 수 있는데, 상세하게는 부하의 사용이 없는 주간에는 태양광 발전(10)이 정상 발전하여 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하는 충전모드로 운영된다.The solar cell-based autonomous stand-alone microgrid system of the present invention can be operated in various modes. In detail, during the day when no load is used, the
또한, 태양광 발전(10)이 정상 발전하지 않는 야간에는 에너지저장장치(50)의 배터리 전압이 소정 최소전압(예를 들어 720V) 미만으로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드로 운영된다.In addition, at night when the
또한, 부하의 사용이 있는 주간에는 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드로 운영된다.In addition, during the day in which the load is used, the battery is operated in the charge / discharge mode which simultaneously proceeds the charging mode and the discharge mode.
또한, 야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 인버터(60)가 자동 운전 정지되는 경우(상기 SOC가 소정 최소전압 미만인 경우)에는, 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드로 운영된다.In addition, when the battery is discharged due to the lack of solar power due to the rainy weather during which night or the sun does not rise for a few days or the
또한, 디젤 발전기(30)를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에는, 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드로 운전될 수 있다.In addition, when it is necessary to charge the battery through the
본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법은, 자율 운전모드 시작에 따라 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 태양광 발전(10)과 에너지저장장치(50), DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서, 에너지저장장치(50)의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계와, 배터리의 전압이 소정의 최대전압을 초과하면 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며 소정의 최소전압 미만이면 인버터(60)가 자동으로 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성된다.In the solar cell-based autonomous stand-alone microgrid system according to the present invention, the
이때, 충전중인 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압 미만이면 수동 운전모드로 진행하여 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하도록 하고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압을 초과하면 전력변환장치(40) 및 디젤 발전기(30)를 OFF 하여 자율 운전모드로 운전되도록 한다.At this time, if the voltage of the battery being charged is less than the predetermined minimum voltage to go to the manual operation mode to turn on the
도 3은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다. 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 자율 운전모드를 시작하면(S100), 전력변환장치(40)는 OFF 하고, 태양광 발전(10)과 에너지저장장치(50)와 DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)는 운전을 시작하여 배터리의 충전을 진행하게 된다(S110). 3 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of operating a solar-based autonomous standalone microgrid system according to the present invention. As shown in FIG. 3, when the autonomous driving mode is started (S100), the
이후에 SOC가 소정 최소전압인 720V 미만인지 계속 판단하도록 하는데(S120), 이때 720V를 초과한 상태이면 다시 SOC가 소정 최대전압인 800V인지를 판단하고(S130), 800V를 초과한 경우에는 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 자동으로 정지되고(S140), 800V에 도달하지 않은 경우에는 충전을 계속 진행하도록 상기 (S120) 단계를 수행하게 된다. Subsequently, it is determined whether or not the SOC is less than the predetermined minimum voltage of 720V (S120). If the state exceeds 720V, it is again determined whether the SOC is 800V of the predetermined maximum voltage (S130). Operation of the
상기 (S140) 단계 이후에도 지속적으로 SOC가 800V인지를 판단하도록 하여(S150), 800V 미만인 경우에는 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 운전을 시작하면서(S160) 상기 (S120) 단계를 수행하도록 하고, 800V를 초과한 경우에는 상기 (S140) 단계를 수행하여 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 정지(대기)하도록 한다.After the step (S140) to continuously determine whether the SOC is 800V (S150), if less than 800V DC-
한편, 상기 (S120) 단계에서 판단하여 SOC가 소정 최소전압인 720V 미만인 경우에는 인버터(60)의 운전이 자동으로 정지되고(S170) 수동 운전모드를 시작하게 된다(S200). 즉, 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 충전을 진행하게 된다(S210).On the other hand, if the SOC is determined in the step (S120) is less than the predetermined minimum voltage 720V, the operation of the
이후에, SOC가 720V 미만인지를 판단하도록 하는데(S220), 720V 미만인 경우에는 계속 수동 운전모드에서 충전을 진행하지만, 720V를 초과한 경우에는 수동 운전하고 있는 전력변환장치(40) 및 디젤 발전기(30)는 인버터(60)가 자율 운전모드로 자동으로 전환(S230)되는 것을 확인한 후 OFF 함으로써(S240) 수동 운전모드를 빠져나가게 되고, 다시 자율 운전모드인 (S110) 단계 이후를 진행하도록 한다.After that, it is determined whether the SOC is less than 720V (S220), but if it is less than 720V, the charging is continued in the manual operation mode. When exceeding 720V, the
한편, 인버터(60)는 자율 운전모드 및 수동 운전모드 모두에서 ON 상태를 유지하게 된다.On the other hand, the
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.The present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, but is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
10 : 태양광 발전 20 : DC-DC 컨버터(Converter)
30 : 디젤 발전기 40 : 전력변환장치(PCS)
50 : 에너지저장장치(ESS) 60 : 인버터(Inverter)
61 : 제1 스위치 62 : 제2 스위치
70 : 전력계(Power meter) 80 : 전력 부하
90 : 에너지관리시스템(EMS)10: solar power generation 20: DC-DC converter (Converter)
30: diesel generator 40: power converter (PCS)
50: Energy storage device (ESS) 60: Inverter
61: first switch 62: second switch
70: power meter 80: power load
90: Energy Management System (EMS)
Claims (7)
태양광 발전(10),
벅-부스트 기능을 구비하고 상기 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(20),
수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기(30),
상기 디젤 발전기(30)에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치(40),
배터리를 구비하고 상기 DC-DC 컨버터(20) 및 상기 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치(50),
상기 에너지저장장치(50)의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 인버터(60), 및
상기 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계(70)를 포함하여 구성되며,
상기 전력변환장치(40)를 OFF 하고 상기 태양광 발전(10)을 작동 ON 하며, 상기 에너지저장장치(50)와 상기 DC-DC 컨버터(20) 및 상기 인버터(60)를 ON 한 상태에서 상기 에너지저장장치(50)의 상기 배터리를 충전하도록 하며, 상기 배터리의 전압이 최대전압인 800V를 초과하면 상기 DC-DC 컨버터(20)는 자동으로 발전량을 조절하여 운전이 정지되도록 하며, 최소전압인 720V 미만이면 상기 인버터(60)는 자동으로 운전이 정지되도록 하기 위하여,
상기 에너지저장장치(50)의 SOC(State of Charge)가 최소전압인 720V 미만인지 판단하고, 720V를 초과한 상태이면, SOC가 최대전압인 800V인지를 판단하고, 800V를 초과하면 상기 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 자동으로 정지되고, 800V에 도달하지 않으면 충전을 계속 진행하도록 하고, SOC가 800V인지를 판단하여 800V 미만이면 상기 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 운전을 시작하고,
상기 SOC가 최소전압인 720V 미만인지 판단하여 720V 미만이면 상기 인버터(60)의 운전이 자동으로 정지되고, 수동 운전모드를 시작하게 되며, 상기 디젤 발전기(30)와 상기 전력변환장치(40)를 온 하여 충전을 진행하고, 이후에 SOC가 720V 미만인지 다시 판단하여 720V 미만이면 계속 수동 운전모드에서 충전을 진행하고, 720V 초과한 경우 수동 운전하고 있는 상기 디젤 발전기(30)와 상기 전력변환장치(40)는 상기 인버터(60)가 자율 운전모드로 자동으로 전환된 후, 상기 디젤 발전기(30)와 상기 전력변환장치(40)를 오프하여 수동 운전모드를 빠져나가서 SOC가 최소전압인 720V 미만인지 판단하는 자율 운전모드 단계를 진행하며,
상기 인버터(60)는 상기 디젤 발전기(30)의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결되어 상기 에너지저장장치(50)의 전력이 상기 인버터(60)를 거쳐 상기 전력 부하(80)에 공급되며, 상기 디젤 발전기(30)가 가동되는 수동 운전모드에서는 상기 제1 스위치(61)가 연결된 상태에서 상기 에너지저장장치(50)의 충전 및 상기 전력 부하(80)로의 전력 공급이 이루어지나, 상기 에너지저장장치(50)에 전력이 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 상기 전력 부하(80)로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 상기 제1 스위치(61)에서 제2 스위치(62)로 전환 연결됨으로써 상기 인버터(60)를 거치지 않고 상기 디젤 발전기(30)를 통해 상기 전력 부하(80)에 전력을 공급하도록 하며,
상기 인버터(60)를 거치지 않고 상기 디젤 발전기(30)를 통해 상기 전력 부하(80)에 전력을 공급하는 경우에도 상기 전력변환장치(40)를 통해 상기 에너지저장장치(50)의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 최소전압인 720V 이상이 되면 상기 제2 스위치(62)에서 상기 제1 스위치(61)로 자동으로 전환 복귀됨으로써 상기 자율 운전모드를 준비하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
In solar-based autonomous standalone microgrid system,
Solar power (10),
A DC-DC converter 20 having a buck-boost function and level converting and outputting DC power supplied from the photovoltaic power generation 10;
One or more diesel generators 30 that are manually operated,
Power converter 40 for converting the AC power supplied by the diesel generator 30 into direct current power,
An energy storage device 50 having a battery and storing DC power supplied from the DC-DC converter 20 and the power converter 40;
An inverter 60 converting the DC power of the energy storage device 50 into AC power and providing the power load 80 to the power load 80;
It is configured to include a power meter 70 for detecting and measuring the amount of power provided to the power load 80,
The power converter 40 is turned off and the photovoltaic power generation 10 is turned on, and the energy storage device 50, the DC-DC converter 20, and the inverter 60 are turned on. The battery of the energy storage device 50 is charged, and when the voltage of the battery exceeds 800 V, the maximum voltage, the DC-DC converter 20 automatically adjusts the amount of power generation so that the operation is stopped. If the inverter 60 is less than 720V to stop the operation automatically,
It is determined whether the SOC (State of Charge) of the energy storage device 50 is less than 720V, the minimum voltage, and if the state is over 720V, it is determined whether the SOC is 800V, the maximum voltage, if it exceeds 800V, the DC-DC When the operation of the converter 20 is automatically stopped, and if it does not reach 800V, the charging is continued. If the SOC is 800V, the DC-DC converter 20 automatically starts the operation if it is less than 800V.
If the SOC is less than 720V, which is the minimum voltage, if the voltage is less than 720V, the operation of the inverter 60 is automatically stopped, and a manual operation mode is started. The diesel generator 30 and the power converter 40 After the charging is turned on, the SOC is again determined to be less than 720V, and if it is less than 720V, the charging is continued in the manual operation mode. 40, after the inverter 60 is automatically switched to the autonomous operation mode, the diesel generator 30 and the power converter 40 are turned off to exit the manual operation mode to determine whether the SOC is less than the minimum voltage of 720V. Proceed autonomous driving mode step to determine,
In the autonomous driving mode in which the drive of the diesel generator 30 is stopped, the inverter 60 is connected to a first switch 61 so that the power of the energy storage device 50 passes through the inverter 60 to the power load ( 80, the manual operation mode in which the diesel generator 30 is operated, charging of the energy storage device 50 and supplying power to the power load 80 are performed while the first switch 61 is connected. However, when power is sufficiently stored in the energy storage device 50 and the power is to be supplied to the power load 80 before the autonomous operation mode is switched, the second switch is manually switched from the first switch 61. By switching to the (62) to supply power to the power load 80 through the diesel generator 30 without passing through the inverter 60,
Even when the electric power load 80 is supplied through the diesel generator 30 without passing through the inverter 60, the energy storage device 50 is continuously charged through the power converter 40. When the voltage of the battery reaches a minimum voltage of 720V or more, the solar-based light source, characterized in that the autonomous driving mode is prepared by automatically switching back to the first switch 61 from the second switch 62. Autonomous standalone microgrid system.
부하의 사용이 없는 주간에, 상기 태양광 발전(10)이 정상 발전하여 상기 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하는 충전모드;
상기 태양광 발전(10)이 정상 발전하지 않는 야간에, 상기 에너지저장장치(50)의 배터리 전압이 최소전압 미만으로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드;
부하의 사용이 있는 주간에, 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드;
야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 상기 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 상기 인버터(60)가 운전되지 않는 경우에, 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드; 및
상기 디젤 발전기(30)를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에, 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드;로 각각 운전되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.The method according to claim 1,
In the day when there is no use of the load, the charging mode for charging the battery of the energy storage device 50 by the normal power generation 10;
A discharge mode to use the load as long as the battery voltage of the energy storage device 50 does not fall below a minimum voltage at night when the solar power generation 10 is not normally generated;
A charge / discharge mode for simultaneously carrying out the charge mode and the discharge mode during the day of the use of a load;
When the inverter 60 is not operated for the protection of the energy storage device 50 or the battery is discharged due to the lack of solar power due to the rain at night or the sun does not rise for several days, the diesel generator 30 And a manual charging mode for charging the battery by turning on the power converter 40; And
When it is necessary to charge the battery through the diesel generator 30 and at the same time the use of the load, the manual charge mode and the discharge mode at the same time the simultaneous charging and discharging mode; each of the solar light characterized in that it is operated Based autonomous standalone microgrid system.
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