KR102116769B1 - 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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송일재
김응석
정창교
이은용
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Abstract

본 발명은 마이크로 그리드내의 셀과 셀 사이의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율 배전 제어시스템에 있어서, 상기 셀은, 데이터를 송·수신하며, 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어하는 셀 컨트롤러와, DC 배전망에서 입력되는 전원을 내부 배전망에 공급하는 DC-DC 컨버터와, 상기 셀과 셀 사이에 전기 에너지를 수수하는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와, 상기 각 구성을 통해 공급되는 전기 에너지를 ESS에 저장하는 ESS 양방향 DC/DC 컨버터와, 신재생 에너지를 상기 내부 배전망에 공급하는 신재생 에너지 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 상기 자율배전 제어시스템을 이용하여, ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’ 하거나, ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’하는 운용방법에 관한 것이다.
따라서 클러스터 내의 병렬로 연결된 셀과 셀 사이에 에너지를 공유함으로서 DC 배전망을 통해 수전되는 전체 에너지 배전 용량을 줄일 수 있으며, 상기 셀 단위의 고장 및 메인 서버의 고장 상태에서도 각 셀의 셀 컨트롤러 간의 정보 교환을 통하여 효율적으로 에너지를 공유하도록 구성된다.

Description

마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법{Autonomous power distribution control system and its operation method for efficient integrated control of DC power between cells in micro grid}
본 발명은 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 그리드내의 셀 간의 효율적인 전력수급 및 통합제어를 위한 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
태양광발전 등 분산전원의 도입 확대에 따라 역조류(Reverse Power, Reverse Current)에 의한 계통전압의 상승과 주파수 조정력 부족 문제가 스마트 그리드 확산의 주된 제약 요인이 되고 있다.
이의 대안으로, 분산전원 및 ESS(Energy Storage System)를 구비한 개별 수용가 단위의 셀을 상호 연계한 클러스터(소형 마이크로 그리드 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 전기 에너지 사용효율을 극대화하는 연구로서, 대규모 신·재생에너지 설비의 설치를 최소화하고 각 셀(수용가)에 전기를 배전하고 셀 간의 직류전원을 효율적으로 공유하는 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 구축하고 운용하여 에너지 자립체계를 구축하는데 이바지 하고자 한다.
본 출원인은 특허 ‘직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법(제10-2019-0006596호, 2019. 01. 18)’을 출원한바 있다. 상기 발명은 DC 그리드에서 인입되는 크기가 서로 다른 전압의 직류 전력을 ‘직류 자율배전 제어시스템(DC-DACS)’을 이용하여 송배전하는 발명으로서, 다수의 복합 시스템을 제어하는 상기 직류 자율배전 제어시스템(DC-DACS)의 고장으로 다수의 셀과 시스템이 동작을 멈추는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 마이크로 그리드 내의 직류 전원을 효율적으로 통합 제어하는 메인 서버 및 셀 단위의 셀 컨트롤러가 각 구성을 동작시켜 정상 상태에서 전기 에너지를 공유 하거나, 상기 마이크로 그리드 내의 메인 서버 또는 셀 단위의 일부 구성이 고장 상태인 비정상 상태에서도 대체 구성을 이용하여 전기 에너지를 공유하도록 운용할 수 있는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법을 제공하고자 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1298500호(2013.08.14.) 대한민국 등록특허공보 제10-1644810호(2016.07.27.)
본 발명의 목적은, 마이크로 그리드 내의 셀과 셀 사이의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위하여 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 셀은, 셀 컨트롤러와, DC-DC 컨버터와, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와, ESS 양방향 DC/DC 컨버터와, 신재생 에너지 컨버터와, DC/AC 인버터를 포함하여 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 셀 컨트롤러는, 데이터를 송·수신하며, 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어되도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 셀 컨트롤러는, 시스템 자가 진단 기능을 가지는데, 상기 셀 내부의 다수의 컨버터 및 인버터 중 고장 또는 위험이 감지되면 해당 부분의 동작을 중지시키고, 메인 서버에 신호를 보내도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 DC-DC 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되며, DC 배전망에서 입력되는 전원을 내부 배전망에 공급하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터는, 병렬로 연결된 다른 셀에 전기 에너지가 부족한 경우 내부 배전망의 전기를 송전하며, 셀 내부에 전기 에너지가 부족한 경우 다른 셀로부터 전기를 수급하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ESS 양방향 DC/DC 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되며, 상기 DC 배전망, 신재생 에너지 컨버터 및 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 공급되는 전기 에너지를 ESS에 저장하거나, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 공급되는 전기 에너지가 없을 경우에는 상기 ESS의 저장된 전기 에너지를 상기 내부 배전망에 공급하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 신재생 에너지 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되며, 신재생 에너지 발전장치에서 수득되는 전기를 상기 내부 배전망에 공급하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 DC/AC 인버터는, 상기 내부 배전망의 직류 전원을 AC 부하에 공급하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 내부 배전망에 의해 상기 셀 내부에서 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터, ESS 양방향 DC/DC 컨버터, 신재생 에너지 컨버터 및 DC/AC 인버터와 서로 전기적으로 연결되도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 메인 서버는, 상기 각 셀의 셀 컨트롤러와 데이터를 송·수신하며, 상기 각 셀의 현재 부하 및 예상 부하 정보를 취합하고, 전기 에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 메인 서버는, 각 셀의 ESS의 예상 수명 및 충전량 정보를 수신하며, 각 셀의 전력 생산량, 부하 사용량, 충전량을 비교하여 부족한 셀에 전원을 공급하며, 고장 및 위험 사항을 관리자에게 통보하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 메인 셀 컨트롤러로 선정되는 셀의 셀 컨트롤러는, 상기 메인 서버의 역할과 임무를 수행하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 어느 하나의 셀의 셀 컨트롤러가 고장 또는 기능불량의 경우에는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터, DC-DC 컨버터, ESS 양방향 DC/DC 컨버터 및 상기 신재생 에너지 컨버터 중 어느 하나가 통신기능을 수행하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은, 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 이용하여 다수의 수용가(셀) 상호간 직류전원을 효율적으로 공유하기 위한 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’ 하거나, ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, DC 배전망에서 공급되는 DC 전원으로 각 셀 내부의 ESS를 충전하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 상기 각 셀의 신재생 에너지 발전장치에서 수득되는 전기는 내부 전력망에 공급되어, 상기 ESS의 잔량에 따라 충전하거나, 다른 셀에 송전하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 신재생 에너지 발전장치에서 수득되는 전기는 내부 전력망에 공급되어, 부하에 모두 사용되고, 상기 ESS에서 내부 전력망에 전기 에너지를 공급하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 어느 하나의 셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터가 고장 또는 기능불량의 경우에는 DC-DC 컨버터를 이용하여 전기 에너지를 수수하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 상기 어느 하나의 셀 컨트롤러가 고장 또는 기능불량의 경우에는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터, DC-DC 컨버터, ESS 양방향 DC/DC 컨버터 및 상기 신재생 에너지 컨버터에 탑재된 통신기능이 상기 셀 컨트롤러의 기능을 대행하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 클러스터의 메인 서버가 고장 또는 기능불량의 경우에는 상기 클러스터 내에서 각 셀의 고장여부와, 예상되는 부하 및 ESS의 전기 에너지 충전 상태를 판단하여 다수의 셀 중에서 가장 건전한 셀의 셀 컨트롤러를 메인 셀 컨트롤러로 선정하도록 구성되는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 특징은, 마이크로 그리드 내의 셀과 셀 사이의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위하여 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 다른 특징은, 상기 셀은, 셀 컨트롤러와, DC-DC 컨버터와, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와, ESS 양방향 DC/DC 컨버터와, 신재생 에너지 컨버터와, DC/AC 인버터를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 셀 컨트롤러는, 데이터를 송·수신하며, 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어되도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 셀 컨트롤러는, 시스템 자가 진단 기능을 가지는데, 상기 셀 내부의 다수의 컨버터 및 인버터 중 고장 또는 위험이 감지되면 해당 부분의 동작을 중지시키고, 메인 서버에 신호를 보내도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 DC-DC 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되며, DC 배전망에서 입력되는 전원을 내부 배전망에 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터는, 병렬로 연결된 다른 셀에 전기 에너지가 부족한 경우 내부 배전망의 전기를 송전하며, 셀 내부에 전기 에너지가 부족한 경우 다른 셀로부터 전기를 수급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 ESS 양방향 DC/DC 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되며, 상기 DC 배전망, 신재생 에너지 컨버터 및 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 공급되는 전기 에너지를 ESS에 저장하거나, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 공급되는 전기 에너지가 없을 경우에는 상기 ESS의 저장된 전기 에너지를 상기 내부 배전망에 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 신재생 에너지 컨버터는, 상기 셀 컨트롤러에 의해 제어되며, 신재생 에너지 발전장치에서 수득되는 전기를 상기 내부 배전망에 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 DC/AC 인버터는, 상기 내부 배전망의 직류 전원을 AC 부하에 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 내부 배전망에 의해 상기 셀 내부에서 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터, ESS 양방향 DC/DC 컨버터, 신재생 에너지 컨버터 및 DC/AC 인버터와 서로 전기적으로 연결되도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 메인 서버는, 상기 각 셀의 셀 컨트롤러와 데이터를 송·수신하며, 상기 각 셀의 현재 부하 및 예상 부하 정보를 취합하고, 전기 에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 메인 서버는, 각 셀의 ESS의 예상 수명 및 충전량 정보를 수신하며, 각 셀의 전력 생산량, 부하 사용량, 충전량을 비교하여 부족한 셀에 전원을 공급하며, 고장 및 위험 사항을 관리자에게 통보하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 메인 셀 컨트롤러로 선정되는 셀의 셀 컨트롤러는, 상기 메인 서버의 역할과 임무를 수행하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 어느 하나의 셀의 셀 컨트롤러가 고장 또는 기능불량의 경우에는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터, DC-DC 컨버터, ESS 양방향 DC/DC 컨버터 및 상기 신재생 에너지 컨버터 중 어느 하나가 통신기능을 수행하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 특징은, 다수의 수용가(셀) 상호간 직류전원을 효율적으로 공유된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 다른 특징은, ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’ 하거나, ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, DC 배전망에서 공급되는 DC 전원으로 각 셀 내부의 ESS를 충전하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 상기 각 셀의 신재생 에너지 발전장치에서 수득되는 전기는 내부 전력망에 공급되어, 상기 ESS의 잔량에 따라 충전하거나, 다른 셀에 송전하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 신재생 에너지 발전장치에서 수득되는 전기는 내부 전력망에 공급되어, 부하에 모두 사용되고, 상기 ESS에서 내부 전력망에 전기 에너지를 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 어느 하나의 셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터가 고장 또는 기능불량의 경우에는 DC-DC 컨버터를 이용하여 전기 에너지를 수수하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 상기 어느 하나의 셀 컨트롤러가 고장 또는 기능불량의 경우에는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터, DC-DC 컨버터, ESS 양방향 DC/DC 컨버터 및 상기 신재생 에너지 컨버터에 탑재된 통신기능이 상기 셀 컨트롤러의 기능을 대행하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유’할 때, 클러스터의 메인 서버가 고장 또는 기능불량의 경우에는 상기 클러스터 내에서 각 셀의 고장여부와, 예상되는 부하 및 ESS의 전기 에너지 충전 상태를 판단하여 다수의 셀 중에서 가장 건전한 셀의 셀 컨트롤러를 메인 셀 컨트롤러로 선정하도록 구성된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 클러스터 전체를 제어하는 메인 서버와 각 셀 단위를 제어하는 셀 컨트롤러로 구성되어 있다. 따라서 상기 메인 서버와 셀 컨트롤러는 정보를 교신하며 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하여 에너지 소비 효율을 높여 DC 배전망을 통하여 공급되는 전체 전력을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 클러스터 내의 병렬로 연결된 셀과 셀 사이에 전기 에너지를 공유할 수 있도록 구성된다. 따라서 DC 배전망을 통하여 수전하는 전체 에너지 용량을 줄임으로서 에너지 절약 및 배전 시설 용량을 감축할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 제어 명령을 메인 서버에서 셀 컨트롤러를 통해 하달되도록 구성되어 있다. 따라서 제어 명령을 받은 셀 컨트롤러는 스위치 ON/OFF, ESS 충방전, 전력 배전 및 수전 등을 한 번 더 확인한 후 명령을 수행함으로서 프로그램 오류로 인한 오동작을 미연에 방지하는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 메인 서버 및 셀 단위의 전력변환장치의 고장에 대응하도록 구성된다. 따라서 메인 서버의 고장일 경우에는 클러스터 내의 셀 컨트롤러 중에서 건전성이 가장 좋은 셀 컨트롤러를 ‘메인 셀 컨트롤러’로 선정하여 임무를 수행하고, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터가 고장일 경우에는 DC/DC 컨버터가 임무를 수행하는 대체 기능을 하도록 한 장점을 가지고 있다. 그리고 셀 컨트롤러가 고장일 경우에는 셀 내의 각 컨버터 중에서 어느 하나가 메인 서버 또는 메인 셀 컨트롤러와 통신하는 기능을 대신 수행하여 셀이 전기적으로 아웃되는 경우를 방지하도록 한 장점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 기본 셀(Cell)의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 도 1의 셀을 다수 개 병렬로 연결하여 구성되는 클러스터를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템에서 전기 에너지를 공유하는 도면이다.
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 마이크로 그리드 내 셀 간의 직류 전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은, 마이크로 그리드내의 수용가(셀)에 DC 배전망과 신재생 에너지 발전장치에 연결되어 공급되는 DC 전원을 부하에 사용하거나, ESS(Energy Storage System)에 저장하고, 송전 요청을 하는 다른 셀에 배전하여 셀 간 직류 전원의 효율적인 에너지 공유를 위한 발명이다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내 셀 간의 직류 전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 상기 마이크로 그리드 내의 직류 전원을 효율적으로 통합 제어하는 메인 서버 및 셀 단위의 셀 컨트롤러가 각 구성을 동작시켜 정상 상태에서 전기 에너지를 공유 하거나, 상기 마이크로 그리드 내의 메인 서버 또는 셀 단위의 일부 구성이 고장 상태인 비정상 상태에서 전기 에너지를 공유하도록 운용하기 위한 발명이다.
본 발명에 사용되는 용어를 설명하면, ‘셀(Cell)’은 DC 배전망과 신재생 에너지 발전장치(태양광, 풍력, 소수력 등)에 연결되어 수전되는 DC 전원을 부하에 사용하고, ESS에 충전하고, 각 셀과 전력을 자유롭게 주고받을 수 있는 최소 단위의 수용가를 말한다.
‘클러스터(Cluster)’는 다수 개의 상기 셀을 하나로 묶어 분산자원을 공유하는 마이크로 그리드의 최소 단위를 말한다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 기본 셀(Cell)의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 상기 도 1의 셀을 다수 개 병렬로 연결하여 구성되는 클러스터를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템에서 전기 에너지를 공유하는 도면이다.
<실시 예 1> 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은, 마이크로 그리드(1)내의 셀(10)과 셀(10) 사이의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위하여 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 셀(10)은, 셀 컨트롤러(100)와, DC-DC 컨버터(110)와, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)와, ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130)와, 신재생 에너지 컨버터(140)와, DC/AC 인버터(150)를 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 셀 컨트롤러(100)는, 데이터를 송·수신하며, 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어되도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 셀 컨트롤러(100)는, 시스템 자가 진단 기능을 가지는데, 상기 셀(10) 내부의 다수의 컨버터 및 인버터 중 고장 또는 위험이 감지되면 해당 부분의 동작을 중지시키고, 메인 서버(11)에 신호를 보내도록 구성된다.
또한, 이러한 본 발명의 상기 셀 컨트롤러(100)는, 신재생 에너지 발전장치(141)에서 수득되는 전기와 ESS의 충전량(State of Charge ; SOC) 정보를 비교하여, DC 전력망을 통해 입력되는 전원을 차단하여 전체 전력 사용량을 제어하도록 구성된다.
이때, 이러한 본 발명의 상기 셀 컨트롤러(100)는, 이더넷(TCP/IP) 또는 UART 통신을 이용하여 셀과 셀 사이의 정보를 교환하며, 전력량 정보 및 필요한 데이터를 송수신 하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 DC-DC 컨버터(110)는, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, DC 배전망에서 입력되는 전원을 내부 배전망(300)에 공급하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)는, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)는, 병렬로 연결된 다른 셀(10)에 전기 에너지가 부족한 경우 내부 배전망(300)의 전기를 송전하며, 셀(10) 내부에 전기 에너지가 부족한 경우 다른 셀(10)로부터 전기를 수급하도록 구성된다.
이때, 셀(10) 내부의 에너지 사용량 및 잔여 사용량 데이터는 셀 컨트롤러(100)에 의해 메인 서버(11)로 송신되고, 메인 서버(11)에서 취합된 데이터를 기반으로 각 셀에 송전 및 수전 명령을 인가한다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130)는, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, 상기 DC 배전망, 신재생 에너지 컨버터(140) 및 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)를 통해 공급되는 전기 에너지를 ESS(131)에 저장하거나, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)를 통해 공급되는 전기 에너지가 없을 경우에는 상기 ESS(131)의 저장된 전기 에너지를 상기 내부 배전망에 공급하도록 구성된다.
또한, 이러한 본 발명의 상기 ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130)는, 신재생 에너지 발전장치(태양광, 풍력, 소수력 등)에서 발전된 전기를 내부 배전망(300)에 송전하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 신재생 에너지 컨버터(140)는, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, 신재생 에너지 발전장치(141)에서 수득되는 전기를 상기 내부 배전망(300)에 공급하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 DC/AC 인버터(150)는, 상기 내부 배전망(300)의 직류 전원을 AC 부하(220)에 공급하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은, 내부 배전망(300)에 의해 상기 셀(10) 내부에서 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130), 신재생 에너지 컨버터(140) 및 DC/AC 인버터(150)와 서로 전기적으로 연결되도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 내부 배전망((Inner DC Bus : 300)에는, 고유의 DC 전압이 형성되어 있으며, 상기 DC-DC 컨버터(110), Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 신재생 에너지 컨버터(140)에서 상기 내부 배전망((Inner DC Bus : 300)에 전기를 공급할 때는 상기 내부 전력망에서 사용되는 DC 전압으로 전력변환을 하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 부하(200)는, 상기 내부 배전망((Inner DC Bus : 300)의 전기를 사용하는 DC 부하(210)와, 상기 DC/AC 인버터(150)를 통하여 AC로 변환된 전기를 사용하는 AC 부하(220)로 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템에는, 상기 셀(10)이 다수 개 연결되어 형성되는 클러스터(1.1)에 메인 서버(11)가 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 메인 서버(11)는, 상기 각 셀의 셀 컨트롤러(100)와 데이터를 송·수신하며, 상기 각 셀의 현재 부하(200) 및 예상 부하(200) 정보를 취합하고, 전기 에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어하도록 구성된다.
또한, 이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 메인 서버(11)는, 각 셀의 ESS의 예상 수명(State of Heath ; SOH) 및 충전량(State of Charge ; SOC) 정보를 수신하며, 각 셀의 전력 생산량, 부하 사용량, 충전량을 비교하여 부족한 셀에 전원을 공급하며, 고장 및 위험 사항을 관리자에게 통보하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 셀 컨트롤러(100)는, 상기 클러스터(1.1)의 메인 서버(11)가 고장 또는 기능불량의 경우에는, 상기 클러스터(1.1) 내에서 각 셀(101~n)의 고장여부와, 예상되는 부하(200) 및 ESS(1311~n)의 전기 에너지 충전 상태를 판단하여 상기 클러스터(1.1) 내의 셀(101~n) 중에서 가장 건전한 셀의 셀 컨트롤러(1001~n)를 메인 셀 컨트롤러(100’)로 선정하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템에서 메인 셀 컨트롤러(100’)로 선정되는 셀의 셀 컨트롤러(1001~n)는, 상기 메인 서버(11)의 역할과 임무를 수행하도록 구성된다.
이때, 본 발명의 상기 메인 서버(11)의 ‘고장 또는 기능불량’은, 상기 메인 서버(11)와 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n) 간에 주기적으로 통신이 이루어지지 않거나, 정상적인 통신신호(일정한 시간마다 셀 단위 정보, 컨버터 상태, 전력상태 등)가 메인 서버(11)로 전송 및 통신이 되지 않으면, 셀 컨트롤러(1001~n)에서는 상기 메인 서버(11)가 ‘고장 또는 기능불량’이 발생했다고 판단한다.
또한, 본 발명의 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 ‘고장 또는 기능불량’은, 상기 메인 서버(11)와 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n) 간에 주기적으로 통신이 이루어지지 않거나, 정상적인 통신신호(일정한 시간마다 셀 단위 정보, 컨버터 상태, 전력상태 등)가 없는 셀 컨트롤러(1001~n)에 대해서는 메인 서버(11)에서 상기 셀 컨트롤러(1001~n)가 ‘고장 또는 기능불량’이 발생했다고 판단한다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은, 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n)의 고장에 대비하여 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140)에 통신기능을 탑재하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140)에 탑재된 통신기능은 유사시 고장 또는 기능불량이 발생한 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 기능을 대행하도록 구성된다.
이때, 상기 각 컨버터(110, 120, 130, 140)는 정해진 우선순위에 따라 메인 서버(11)와 교신하며, 상기 메인 서버(11)가 고장 또는 기능불량인 경우에는 메인 셀 컨트롤러(100’)와 교신하여 당해 셀이 전기적으로 아웃되는 일이 없도록 구성된다.
<실시 예 2> 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 이용하여 운용하는 방법으로서, 다수의 수용가(셀) 상호간 직류전원을 효율적으로 공유하기 위한 방법이다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은 ‘정상 상태에서 전기 에너지를 공유(이하 ‘정상 공유’라 한다)’ 하거나, ‘비정상 상태에서 전기 에너지를 공유(이하 ‘비정상 공유’라 한다)’하도록 구성된다.
1. 정상 공유 상태의 운용방법
가. DC 배전망의 전원으로 ESS 충전하는 경우
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, DC 배전망(111)에서 공급되는 DC 전원으로 각 셀(101~n) 내부의 ESS(1311~n)를 충전하도록 구성된다.
나. 수득되는 신재생 에너지가 내부 사용량보다 많을 경우
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 상기 각 셀(101~n)의 신재생 에너지 발전장치(1411~n)에서 수득되는 전기는 내부 전력망(300)에 공급되어, 상기 ESS(1311~n)의 잔량에 따라 충전하거나, 다른 셀에 송전하도록 구성된다.
이때, 다른 셀에서 수전요청이 없는 경우에는 상기 신재생 에너지 발전장치(1411~n)로부터 수득된 전기는 DC 배전망에 수전되어 또 다른 클러스터에 배전되도록 구성된다.
다. 수득되는 신재생 에너지가 내부 사용량보다 적을 경우
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 상기 각 셀(101~n)의 신재생 에너지 발전장치(1411~n)에서 수득되는 전기는 내부 전력망(300)에 공급되어, 부하(200)에 모두 사용되고, 상기 ESS(1311~n)에서 내부 전력망(300)에 전기 에너지를 공급하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 기본 공유 장치인 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n)를 이용하여 병렬로 연결된 다른 셀(101~n)과 전기 에너지를 공유하도록 구성된다.
2. 비정상 공유 상태의 운용방법
가. Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터의 고장 및 기능불량의 경우
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 어느 하나의 셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터가 고장 또는 기능불량의 경우에는 DC-DC 컨버터(1101~n)를 이용하여 전기 에너지를 수수(授受)하도록 구성된다.
나. 셀 컨트롤러의 고장 및 기능불량의 경우
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 셀 컨트롤러(1001~n)의 고장 또는 기능불량인 경우에는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140) 중 어느 하나가 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 기능을 수행하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 각 셀(101~n)은 셀 컨트롤러(1001~n)는, 의 고장 및 기능불량에 대비하여 상기 각 컨버터(Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140))에 통신기능을 탑재하여, 유사시 상기 각 컨버터의 우선순위에 따라 메인 서버(11) 또는 메인 셀 컨트롤러(100’)와 교신하며 셀 컨트롤러(1001~n)의 임무를 수행하도록 구성된다.
다. 메인 서버 고장 또는 기능불량의 경우
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 클러스터의 메인 서버가 고장 또는 기능불량의 경우에는 상기 클러스터(1.1) 내에서 각 셀의 고장여부와, 예상되는 부하(200) 및 ESS(1311~n)의 전기 에너지 충전 상태를 판단하여 다수의 셀 중에서 가장 건전한 셀의 셀 컨트롤러(1001~n)를 메인 셀 컨트롤러(100’)로 선정하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 메인 서버(11)의 ‘고장 또는 기능불량’은, 상기 메인 서버(11)와 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n) 간에 주기적으로 통신이 이루어지지 않거나, 정상적인 통신신호(일정한 시간마다 셀 단위 정보, 컨버터 상태, 전력상태 등)가 메인 서버(11)로 전송 및 통신이 되지 않으면, 셀 컨트롤러(1001~n)에서는 상기 메인 서버(11)가 ‘고장 또는 기능불량’이 발생했다고 판단한다.
또한, 본 발명의 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 ‘고장 또는 기능불량’은, 상기 메인 서버(11)와 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n) 간에 주기적으로 통신이 이루어지지 않거나, 정상적인 통신신호(일정한 시간마다 셀 단위 정보, 컨버터 상태, 전력상태 등)가 없는 셀 컨트롤러(1001~n)에 대해서는 메인 서버(11)에서 상기 셀 컨트롤러(1001~n)가 ‘고장 또는 기능불량’이 발생했다고 판단한다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 각 셀(C1~n)에서는 DC 배전망(111)과 신재생 에너지 발전장치(1411~n)에서 전기를 수득하여, 각 ESS(1311~n)에 충전하고 부하(200)에 사용하며, 잉여 전력은 전력이 부족한 다른 셀(C1~n)로 송전하고, 수전 요청하는 셀(C1~n)이 없는 경우에는 DC 배전망에 송전하도록 구성된다.
본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은, 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n)의 고장에 대비하여 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140)에 통신기능을 탑재하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법은 ‘정상 공유’의 경우에는 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n)의 제어 하에 운용되나, 상기 각 셀(101~n)의 셀 컨트롤러(1001~n)의 고장 또는 기능불량이 발생하는 ‘비정상 공유’의 경우에는 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140)에 탑재된 통신기능이 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 기능을 대행하도록 구성된다.
이때, 상기 각 컨버터(110, 120, 130, 140)는 정해진 우선순위에 따라 메인 서버(11)와 교신하며, 상기 메인 서버(11)가 고장 또는 기능불량인 경우에는 메인 셀 컨트롤러(100’)와 교신하여 당해 셀이 전기적으로 아웃되는 일이 없도록 구성된다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 구성 중에서 일부의 셀 간의 송·수전의 예를 설명한다.
<실시 예 2-1> 정상 공유 상태의 송·수전하는 경우 : 셀(C1) → 셀(C3)
** C1셀의 상황 **
- DC 배전망(111) 및 신재생 에너지 발전장치(1411~n)에서 수득된 전기 에너지로 부하(200)가 해소되고, ESS(1311)에도 적정량 충전된 상태.
- 셀 컨트롤러(1001)는 DC 배전망과 DC/DC 컨버터(1101)간의 스위치(3011)를 폐쇄하여 수전을 중지한 상태.
- 신재생 에너지 발전장치(1411)에서는 계속해서 전기 에너지를 생산할 수 있는 상태.
** 셀 컨트롤러의 상황 보고 **
- 셀 컨트롤러(1001)는 상기 ‘C1셀의 상황’을 메인 서버(11)에 보고한다.
- 메인 서버(11)는 클러스터(1.1) 내 각 셀(C1~n)의 셀 컨트롤러(1001~n)와 교신하여 수전 요청이 있는 셀을 분석하고 최종적으로 C3셀을 선택한다.
(수전 요청이 없는 경우에는 상기 발전장치(1411)의 발전을 정지할 것을 명령하고, 이에 따라 셀 컨트롤러(1001)는 상기 발전장치와 신재생 에너지 컨버터 간의 스위치(3081)를 폐쇄한다.)
** 메인 서버의 송·수전 명령 **
- 상기 메인 서버(11)는 C1셀의 셀 컨트롤러(1001)에 송전을 명령하고, C3셀의 셀 컨트롤러(1003)에 수전을 명령한다.
- 송전 명령을 받은 C1셀의 셀 컨트롤러(1001)는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201)를 제어하여 내부 배전망(300)에서 잉여 전력을 C3셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1203)에 송전한다.
- 이때, 상기 송전은 C1셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201)와 C3셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1203) 간의 스위치(3043)가 개방되어 이루어진다.
<실시 예 2-2> 비정상 공유 상태의 송·수전하는 경우 : 셀(C1) → 셀(C3)
1. Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터의 고장 및 기능불량
- 상기 <실시 예 2-1>의 ‘C1셀의 상황’ 및 ‘셀 컨트롤러의 상황 보고’와 동일한 상태임.
** 메인 서버의 송·수전 명령 **
- 상기 메인 서버(11)는 C1셀의 셀 컨트롤러(1001)에 송전을 명령하고, C3셀의 셀 컨트롤러(1003)에 수전을 명령한다.
- 송전 명령을 받은 C1셀의 셀 컨트롤러(1001)는 DC/DC 컨버터(1101)를 제어하여 내부 배전망(300)에서 잉여 전력을 C3셀의 DC/DC 컨버터(1103)에 송전한다.
- 이때, 상기 송전은 C1셀의 DC/DC 컨버터(1101)와 C3셀의 DC/DC 컨버터(1103) 간의 스위치(5012)가 개방되어 이루어진다.
2. 셀 컨트롤러의 고장 및 기능불량
- 상기 <실시 예 2-1>의 ‘C1셀의 상황’과 동일한 상태임
- 셀 컨트롤러(1001~n)를 대신하여 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140) 중에서 우선순위의 어느 하나의 컨버터가 메인 서버(11) 또는 메인 셀 컨트롤러(100’)에 상황 보고를 한다.
** 메인 서버(또는 메인 셀 컨트롤러)의 송·수전 명령 **
- 송전 명령을 받은 C1셀의 상기 컨버터는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201)를 제어하여 내부 배전망(300)에서 잉여 전력을 C3셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1203)에 송전한다.
- 이때, 상기 송전은 C1셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201)와 C3셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1203) 간의 스위치(3043)가 개방되어 이루어진다.
3. 클러스터의 메인 서버 고장 또는 기능불량의 경우
** 메인 서버의 고장 또는 기능불량 발생 **
- 각 셀(C1~n)에서 건전성이 가장 좋은 셀의 셀 컨트롤러(1001~n)가 메인 셀 컨트롤러(100’)로 선정되어 메인 서버(11)의 역할과 임무를 수행한다.
- 상기 <실시 예 2-1>의 ‘C1셀의 상황’ 과 동일한 상태임.
** 셀 컨트롤러의 상황 보고 **
- 셀 컨트롤러(1001)는 상기 ‘C1셀의 상황’을 메인 셀 컨트롤러(100’)에 송신한다.
- 메인 셀 컨트롤러(100’)는 클러스터(1.1) 내 각 셀(C1~n)의 셀 컨트롤러(1001~n)와 교신하여 수전 요청이 있는 C3셀을 선택한다.
(수전 요청이 없는 경우에는 상기 발전장치(1411)의 전기 에너지 생산을 정지할 것을 명령하고, 이에 따라 셀 컨트롤러(1001)는 상기 발전장치와 신재생 에너지 컨버터 간의 스위치(3081)를 폐쇄한다.)
** 메인 셀 컨트롤러의 송·수전 명령 **
- 상기 메인 셀 컨트롤러(100’)는 C1셀의 셀 컨트롤러(1001)에 송전을 명령하고, C3셀의 셀 컨트롤러(1003)에 수전을 명령한다.
- 송전 명령을 받은 C1셀의 셀 컨트롤러(1001)는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201)를 제어하여 내부 배전망(300)에서 잉여 전력을 C3셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1203)에 송전한다.
- 이때, 상기 송전은 C1셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201)와 C3셀의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1203) 간의 스위치(3043)가 개방되어 이루어진다.
이러한 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법은 아래와 같은 이점을 가진다.
먼저, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 클러스터 전체를 제어하는 메인 서버와 각 셀 단위를 제어하는 셀 컨트롤러로 구성되어 있다.
따라서 상기 메인 서버와 셀 컨트롤러는 정보를 교신하며 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하여 에너지 소비 효율을 높여 DC 배전망을 통하여 공급되는 전체 전력을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 클러스터 내의 병렬로 연결된 셀과 셀 사이에 전기 에너지를 공유할 수 있도록 구성된다.
따라서 DC 배전망을 통하여 수전하는 전체 에너지 용량을 줄임으로서 에너지 절약 및 배전 시설 용량을 감축할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 제어 명령을 메인 서버에서 셀 컨트롤러를 통해 하달되도록 구성되어 있다.
따라서 제어 명령을 받은 셀 컨트롤러는 스위치 ON/OFF, ESS 충방전, 전력 배전 및 수전 등을 한 번 더 확인한 후 명령을 수행함으로서 프로그램 오류로 인한 오동작을 미연에 방지하는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템은 메인 서버 및 셀 단위의 전력변환장치의 고장에 대응하도록 구성된다.
따라서 메인 서버의 고장일 경우에는 클러스터 내의 셀 컨트롤러 중에서 건전성이 가장 좋은 셀 컨트롤러를 ‘메인 셀 컨트롤러’로 선정하여 임무를 수행하고, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터가 고장일 경우에는 DC/DC 컨버터가 임무를 수행하는 대체 기능을 하도록 한 장점을 가지고 있다.
그리고 셀 컨트롤러가 고장일 경우에는 셀 내의 각 컨버터 중에서 어느 하나가 메인 서버 또는 메인 셀 컨트롤러와 통신하는 기능을 대신 수행하여 셀이 전기적으로 아웃되는 경우를 방지하도록 한 장점을 가지고 있다.
1 : 마이크로 그리드
1.1 : 클러스터
11 : 메인 서버
10 : 셀(Cell)
101~n : 셀(C1~n)
100 : 셀 컨트롤러
1001~n : 셀 컨트롤러
100’ : 메인 셀 컨트롤러
110 : DC/DC 컨버터
1101~n : DC/DC 컨버터
111 : DC 배전망
120 : Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터
1201~n : Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터
130 : ESS 양방향 DC/DC 컨버터
1301~n : ESS 양방향 DC/DC 컨버터
131 : ESS(Energy Storage System)
1311~n : ESS
140 : 신재생 에너지 컨버터
1401~n : 신재생 에너지 컨버터
141 : 신재생 에너지 발전장치
1411~n : 신재생 에너지 발전장치
150 : DC/AC 인버터
1501~n : DC/AC 인버터
200 : 부하
210 : DC 부하
220 : AC 부하
300 : 내부 배전망(Inner DC Bus)
301 : DC 배전망과 C의 DC/DC 컨버터 간의 스위치
3011~n : DC 배전망과 C1~n의 DC/DC 컨버터 간의 스위치
302 : DC/DC 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
3021~n : C1~n의 DC/DC 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
303 : Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
3031~n : C1~n의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
304 : Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와 C1~n의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터 간의 스위치
3041~n : C1~n의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터와 C1~n의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터 간의 스위치
305 : ESS와 ESS 양방향 DC/DC 컨버터 간의 스위치
3051~n : C1~n의 ESS와 C1~n의 ESS 양방향 DC/DC 컨버터 간의 스위치
306 : ESS 양방향 DC/DC 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
3061~n : C1~n의 ESS 양방향 DC/DC 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
307 : 신재생 에너지 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
3071~n : C1~n의 신재생 에너지 컨버터와 Inner DC Bus 간의 스위치
308 : 신재생 에너지 발전장치와 신재생 에너지 컨버터 간의 스위치
3081~n : 신재생 에너지 발전장치와 C1~n의 신재생 에너지 컨버터 간의 스위치
501 : DC 배전망과 클러스터 간의 스위치
5011~n : C1~n-1의 DC/DC 컨버터와 C2~n의 DC/DC 컨버터 간의 스위치

Claims (15)

  1. 마이크로 그리드(1)내의 셀(10)과 셀(10) 사이의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율 배전 제어시스템에 있어서,
    상기 셀(10)은, 데이터를 송·수신하며, 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어되도록 구성되는 셀 컨트롤러(100)와, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, DC 배전망에서 입력되는 전원을 내부 배전망(300)에 공급하도록 구성되는 DC-DC 컨버터(110)와, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, 상기 셀(10)과 셀(10) 사이에 전기 에너지를 수수(授受)하도록 구성되는 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)와, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, 상기 DC 배전망, 신재생 에너지 컨버터(140) 및 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(120)를 통해 공급되는 전기 에너지를 ESS(131)에 저장하거나, 상기 ESS(131)의 저장된 전기 에너지를 상기 내부 배전망에 공급하도록 구성되는 ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130)와, 상기 셀 컨트롤러(100)에 의해 제어되며, 신재생 에너지 발전장치(141)에서 수득되는 전기를 상기 내부 배전망(300)에 공급하도록 구성되는 신재생 에너지 컨버터(140)와, 상기 내부 배전망(300)의 직류 전원을 AC 부하(220)에 공급하도록 구성되는 DC/AC 인버터(150)를 포함하며,
    상기 셀 컨트롤러(100)는, 시스템 자가진단 기능을 가지며, 상기 셀 내부에서 고장 또는 위험이 감지되면 해당 부분의 동작을 중지시키고, 메인 서버(11)에 신호를 보내고, 셀과 셀 사이의 정보를 교환하도록 구성되며, 상기 메인 서버(11)의 고장 또는 기능불량의 경우에는, 클러스터(1.1) 내의 셀(101~n) 중에서 가장 건전한 셀의 셀 컨트롤러(1001~n)를 메인 셀 컨트롤러(100')로 선정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀(10)이 다수 개 연결되어 형성되는 클러스터(1.1)에는, 상기 각 셀의 셀 컨트롤러(100)와 데이터를 송·수신하며, 상기 각 셀의 정보를 취합하고, 전기 에너지의 흐름을 측정·감지하여 시스템의 동작을 차단하거나 제어하도록 구성되는 메인 서버(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 셀 컨트롤러(1001~n)가 고장 또는 기능불량인 경우에는, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140) 중 어느 하나가 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 기능을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템.
  8. 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 7 중 어느 한 항의 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템을 이용하여 운용하는 방법에 있어서,
    상기 제어시스템의 운용방법은 '정상 상태에서 전기 에너지를 공유(이하 '정상 공유'라 한다)' 하거나, '비정상 상태에서 전기 에너지를 공유(이하 '비정상 공유'라 한다)' 하도록 구성되며,
    상기 '정상 공유' 운용방법은, DC 배전망(111)에서 공급되는 DC 전원으로 각 셀(101~n) 내부의 ESS(1311~n)를 충전하며, 상기 각 셀(101~n)의 신재생 에너지 발전장치(1411~n)에서 수득되는 전기가 내부 사용량보다 많을 경우에는 상기 ESS(1311~n)의 잔량에 따라 충전하거나, 다른 셀에 송전하도록 구성되며,
    상기 '비정상 공유' 운용방법은, 상기 셀(101~n) 내부의 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n) 또는 셀 컨트롤러(1001~n) 또는 클러스터(1.1)의 메인 서버(11)의 고장 또는 기능불량을 포함하며, 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 고장 또는 기능불량인 경우에는, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n), DC-DC 컨버터(1101~n), ESS 양방향 DC/DC 컨버터(130) 및 상기 신재생 에너지 컨버터(140) 중 어느 하나가 상기 셀 컨트롤러(1001~n)의 기능을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 ‘정상 공유’ 운용방법은, Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n)를 이용하여 병렬로 연결된 다른 셀(101~n)과 전기 에너지를 공유하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 ‘비정상 공유’ 운용방법에서, 상기 Cell to Cell 양방향 DC/DC 컨버터(1201~n)의 고장 또는 기능불량인 경우에는, DC-DC 컨버터(1101~n)를 이용하여 전기 에너지를 수수(授受)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 ‘비정상 공유’ 운용방법에서, 상기 메인 서버(11)의 고장 또는 기능불량인 경우에는, 상기 클러스터(1.1) 내의 병렬 연결된 다수의 셀 컨트롤러(1001~n) 중에서 하나를 메인 셀 컨트롤러(100')로 선정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 메인 셀 컨트롤러(100’)는, 각 셀의 고장여부와, 예상되는 부하(200) 및 ESS(1311~n)의 전기 에너지 충전 상태를 판단하여 가장 건전한 셀의 셀 컨트롤러(100)가 선정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드 내의 셀 간의 직류전원을 효율적으로 통합 제어하기 위한 자율배전 제어시스템의 운용방법.
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