KR102175913B1 - Wind turbine system and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 설치 공간을 효율적으로 사용하고 설치 비용을 절감하며, ESS의 수명을 증가시키고 에너지 저장 효율을 증대할 수 있는 풍력발전 시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전 시스템은, 풍력발전기, 상기 풍력발전기와 전력망 사이에 연결되는 메인 ESS, 상기 풍력발전기에 구비되고 상기 메인 ESS 또는 상기 전력망에 선택적으로 연결되는 서브 ESS, 및 상기 서브 ESS와 메인 ESS의 충전과 방전을 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention provides a wind power generation system and a control method thereof that can efficiently use an installation space, reduce installation cost, increase the lifespan of an ESS, and increase energy storage efficiency.
A wind power generation system according to an aspect of the present invention includes a wind turbine, a main ESS connected between the wind generator and a power grid, a sub ESS provided in the wind generator and selectively connected to the main ESS or the power grid, and the sub It includes a control unit that controls charging and discharging of ESS and main ESS.
Description
본 발명은 풍력발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ESS를 포함하는 풍력발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generation system and a control method thereof, and more particularly, to a wind power generation system including an ESS and a control method thereof.
풍력발전(風力發電)이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.Wind power generation refers to a power generation method that converts wind energy into mechanical energy (rotation power) using a windmill, and this mechanical energy is converted into electrical energy by driving a generator to obtain power.
풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.Wind power is the most economical among new renewable energy sources developed so far, and because of the advantage of being able to generate electricity using wind, which is an infinite, no-cost clean energy source, active investment is being made in Europe as well as the Americas and Asia. to be.
풍력 발전이나 태양광 발전 등의 신재생 에너지원은 본질적으로 계절, 날씨 등의 환경적 요인에 따라 전력 생산량이 크게 변화하는 간헐적인 특성을 가진다. 이러한 간헐성은 발전 출력의 급격한 변동을 가져오며 그 결과로서 전력 품질이 떨어지는 결과를 초래한다. 이러한 간헐성을 극복하기 위한 고전적인 방법으로 고용량의 단일 기기를 설치하는 대신 저용량의 다수 기기를 설치하거나, 발전 설비를 넓은 영역에 걸쳐 분산 배치하는 방법 등이 적용되고 있다.Renewable energy sources, such as wind power generation or solar power generation, essentially have intermittent characteristics in which the amount of power produced varies greatly depending on environmental factors such as season and weather. Such intermittentness causes rapid fluctuations in power generation output, resulting in poor power quality. As a classic method for overcoming such intermittentness, instead of installing a single device with a high capacity, multiple devices with a low capacity are installed, or a method of distributing power generation facilities over a wide area has been applied.
최근에는 신재생 에너지원으로부터 생산된 전력을 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)에 저장하였다가 필요할 때 사용하는 시스템을 이용함으로써, 신재생에너지 확대 및 전력산업의 효율성을 제고하고 있다.Recently, power produced from a renewable energy source is stored in an energy storage system (ESS) and used when needed, thereby expanding new and renewable energy and enhancing the efficiency of the power industry.
에너지 저장 시스템(ESS)은 전력저장원, 전력변환장치(PCS), 전력관리시스템(PMS)과 같은 제반 운영시스템으로 구성된다.The energy storage system (ESS) is composed of various operating systems such as power storage sources, power conversion devices (PCS), and power management systems (PMS).
그 중에서도 전력관리시스템은 ESS를 제어하는 것으로서 현재까지 개발된 전력저장원 및 전력변환장치 등을 효율적으로 운용하여 전력 품질을 높이고 에너지 효율을 최적화하기 위해 매우 중요하다.Among them, the power management system controls the ESS and is very important to improve power quality and optimize energy efficiency by efficiently operating power storage sources and power conversion devices developed so far.
본 발명은 풍력발전기와 에너지 저장 시스템을 효율적으로 배치함으로써 설치 공간을 효율적으로 사용하고 설치 비용을 절감할 수 있는 풍력발전 시스템을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a wind power generation system capable of efficiently using an installation space and reducing installation cost by efficiently arranging a wind power generator and an energy storage system.
또한, 본 발명은 발전 전력과 부하 전력의 대소에 따라 ESS의 충전 및 방전을 효율적으로 제어함으로써, ESS의 수명을 증가시키고 에너지 저장 효율을 증대할 수 있는 풍력발전 시스템의 제어방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a control method of a wind power generation system capable of increasing the lifespan of the ESS and increasing energy storage efficiency by efficiently controlling the charging and discharging of the ESS according to the generation power and load power.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전 시스템은, 풍력발전기, 상기 풍력발전기와 전력망 사이에 연결되는 메인 ESS, 상기 풍력발전기에 구비되고 상기 메인 ESS 또는 상기 전력망에 선택적으로 연결되는 서브 ESS, 및 상기 서브 ESS와 메인 ESS의 충전과 방전을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.A wind power generation system according to an aspect of the present invention includes a wind turbine, a main ESS connected between the wind generator and a power grid, a sub ESS provided in the wind generator and selectively connected to the main ESS or the power grid, and the sub It may include a control unit that controls charging and discharging of the ESS and the main ESS.
상기 제어부는 상기 풍력발전기의 발전 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 저장하고 남는 전력이 있는 경우 상기 메인 ESS에 전력을 공급하여 저장하도록 제어할 수 있다.The control unit may control to supply and store power generated by the wind turbine to the sub ESS, and to supply and store power to the main ESS when there is remaining power.
상기 제어부는 상기 풍력발전기의 발전 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 저장하고 남는 전력이 없는 경우 상기 전력망으로 전력을 공급하도록 제어할 수 있다.The control unit may control the power generated by the wind turbine to be supplied to the sub-ESS to store and supply power to the power grid when there is no remaining power.
상기 풍력발전기는 복수개가 설치되고 각각 서브 ESS가 연결되며, 상기 메인 ESS는 각 서브 ESS에 연결될 수 있다.A plurality of wind turbines are installed and each sub-ESS is connected, and the main ESS may be connected to each sub-ESS.
상기 서브 ESS는 상기 풍력발전기의 타워 내부에 적층되어 설치될 수 있다.The sub ESS may be stacked and installed inside the tower of the wind turbine.
상기 서브 ESS는 리튬 2차전지로 구성될 수 있다.The sub ESS may be composed of a lithium secondary battery.
본 발명의 다른 측면에 따른 풍력발전 시스템의 제어방법은, 풍력발전기, 상기 풍력발전기에 구비되는 서브 ESS, 및 상기 서브 ESS와 전력망 사이에 연결되는 메인 ESS를 포함하는 풍력발전 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 풍력발전기에서 발생되는 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 충전하는 단계, 및 상기 서브 ESS에 충전하고 부하 대비 남는 전력이 있는 경우 상기 메인 ESS에 공급하여 충전하는 단계를 포함할 수 있다.A method of controlling a wind power generation system according to another aspect of the present invention is a control method of a wind power generation system including a wind power generator, a sub ESS provided in the wind power generator, and a main ESS connected between the sub ESS and a power grid. , Charging the sub-ESS by supplying power generated from the wind turbine to the sub-ESS, and charging the sub-ESS by supplying the power to the main ESS when there is power remaining compared to the load.
상기 풍력발전기의 발전 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 충전하고 부하 대비 남는 전력이 없는 경우 상기 서브 ESS로부터 상기 전력망으로 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.It may further include the step of supplying and charging the power generated by the wind turbine to the sub-ESS, and supplying power from the sub-ESS to the power grid when there is no remaining power compared to the load.
상기 서브 ESS는 상기 풍력발전기의 타워 내부에 적층되어 설치될 수 있다.The sub ESS may be stacked and installed inside the tower of the wind turbine.
상기 풍력발전기는 복수개가 설치되고 각각 서브 ESS가 연결되며, 상기 메인 ESS는 각 서브 ESS에 연결될 수 있다.A plurality of wind turbines are installed and each sub-ESS is connected, and the main ESS may be connected to each sub-ESS.
상기 서브 ESS는 리튬 2차전지로 구성될 수 있다.The sub ESS may be composed of a lithium secondary battery.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기와 에너지 저장 시스템을 효율적으로 배치함으로써 설치 공간을 효율적으로 사용하고 설치 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to an aspect of the present invention, by efficiently arranging the wind power generator and the energy storage system, it is possible to efficiently use the installation space and reduce the installation cost.
또한, 발전 전력과 부하 전력의 대소에 따라 ESS의 충전 및 방전을 효율적으로 제어함으로써, ESS의 수명을 증가시키고 에너지 저장 효율을 증대할 수 있다.In addition, by efficiently controlling the charging and discharging of the ESS according to the magnitude of the power generation and the load power, it is possible to increase the lifespan of the ESS and increase energy storage efficiency.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 풍력발전 시스템에서 서브 ESS에서 전력망으로 바로 전력이 공급되는 것을 나타내는 개략도이다.
도 3은 풍력발전기의 타워 내부에 서브 ESS가 설치된 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도이다.1 is a schematic diagram showing a wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing that power is directly supplied from the sub ESS to the power grid in the wind power generation system of FIG. 1.
3 is a view showing that the sub-ESS is installed inside the tower of the wind turbine.
4 is a flow chart showing a control method of the wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as'comprise' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a wind power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1의 풍력발전 시스템에서 서브 ESS에서 전력망으로 바로 전력이 공급되는 것을 나타내는 개략도이며, 도 3은 풍력발전기의 타워 내부에 서브 ESS가 설치된 것을 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram showing a wind power generation system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing that power is directly supplied to the power grid from the sub-ESS in the wind power generation system of FIG. 1, and FIG. 3 is a wind turbine It is a diagram showing that the sub ESS is installed inside the tower of.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템은 풍력발전기(10), 서브 ESS(20), 메인 ESS(30), 제어부를 포함한다.A wind power generation system according to an embodiment of the present invention includes a
풍력발전기(10)는 타워(12), 나셀(14), 복수의 블레이드(16)를 포함한다. 타워(12)는 지면으로부터 일정한 높이로 세워져 설치되고, 나셀(14)과 복수의 블레이드(16) 등을 지지할 수 있다. 타워(12)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 타워(12) 내부에는 발전기의 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다.The
나셀(14)은 타워(12)의 상단에 설치되는 하우징으로서, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어지지만, 원기둥 형상 등으로 이루어질 수도 있다. 나셀(14)의 내부에는 샤프트(미도시), 증속기(미도시), 브레이크(미도시), 발전기(미도시) 등이 설치될 수 있다. The
나셀(14)의 전방에는 샤프트의 전단에 결합되는 허브(미도시)가 회전가능하게 설치된다. 이 허브의 외주면에는 복수의 블레이드(16)가 원주 방향을 따라 서로 소정 간격으로 이격되도록 결합된다.A hub (not shown) coupled to the front end of the shaft is rotatably installed in front of the
허브는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 블레이드(16)는 바람에 의해 허브의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(16)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.The hub can be made of a conical protruding convexly forward to reduce wind resistance. The
샤프트는 허브와 복수의 블레이드(16)로 구성되는 로터의 회전력을 증속기로 전달한다. 샤프트는 베어링에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다.The shaft transmits the rotational force of the rotor composed of the hub and the plurality of
증속기는 기어를 이용하여 로터에 의해 회전하는 샤프트의 회전 속도를 적합한 회전 속도로 변환하는 장치로서, 증속기 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부가 마련될 수 있다. 또한, 증속기어부 내 다수의 기어의 윤활 및 냉각을 위하여 증속기 내에는 증속기용 오일이 구비될 수 있다.The gearbox is a device that converts the rotational speed of a shaft rotated by the rotor to a suitable rotational speed by using a gear, and an increaser gear unit including a plurality of gears may be provided inside the gearbox. In addition, oil for a speed increaser may be provided in the speed reducer for lubrication and cooling of a plurality of gears in the speed increase gear part.
브레이크는 증속기와 인접한 위치에 배치되어 샤프트의 회전력을 제어할 수 있다. 이 브레이크는 주로 디스크 방식을 사용할 수 있다.The brake can be placed adjacent to the gearbox to control the torque of the shaft. This brake can mainly use the disc method.
발전기는 입력되는 회전에너지를 이용하여 전력을 생산하는 장치로서, 그 내부에 회전축에 연결된 회전자와 고정자가 구비된다. 회전자가 고정자 주위로 고속 회전함으로써 전력이 발생하게 된다.A generator is a device that generates power using input rotational energy, and includes a rotor and a stator connected to a rotating shaft therein. Electric power is generated by the rotor rotating at high speed around the stator.
서브 ESS(20)는 각 풍력발전기(10)에 인접하게 설치되어 각 풍력발전기(10)에서 생산되는 전력을 받아 충전하고 필요시 전력을 방전한다.The sub ESS (20) is installed adjacent to each wind turbine (10) to receive and charge the power produced by each wind turbine (10) and discharge the power if necessary.
메인 ESS(30)는 서브 ESS(20)와 전력망(50) 사이에 연결되고, 메인 ESS(30)에는 복수의 서브 ESS(20)가 연결된다. 메인 ESS(30)는 서브 ESS(20)로부터 전력을 받아 충전하거나 전력망(50)으로 전력을 공급하기 위해 방전할 수 있다.The
서브 ESS(20)와 메인 ESS(30)의 충전 및 방전은 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 제어부는 풍력발전기(10)에서 생산되는 전력을 우선 서브 ESS(20)로 공급하여 서브 ESS(20)를 충전한다. 서브 ESS(20)가 완충되면, 제어부는 전력을 메인 ESS(30) 또는 전력망(50)으로 공급하도록 제어한다. 제어부는 서브 ESS(20)가 완충되지 않은 상태라도 전력 부하가 생기면 전력망(50)으로 전력을 공급하도록 제어할 수 있다.Charging and discharging of the
에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장 후, 전력이 필요한 시기에 전력을 선택적 및 효율적으로 사용함으로써 에너지 효율을 극대화시키는 시스템이다.Energy Storage System (ESS) is a system that maximizes energy efficiency by storing generated power in each connected system including power plants, substations, and transmission lines, and then selectively and efficiently using power when power is needed. to be.
ESS를 이용하면 특히 신재생 에너지 전력의 충전과 방전을 환경 변화에 대응하여 부하 평준화를 이룰 수 있다. 또한, 스마트 그리드 ESS는 정보통신기술을 이용한 양방향 전력공급체계를 구축할 수 있고, 송배전 전력계통의 유연성을 제고하며, 정전사태 등을 미연에 방지하고, 경제적 측면에서도 전력 관리의 효율성을 제고할 수 있다.When using ESS, it is possible to achieve load leveling in response to environmental changes, especially for charging and discharging of renewable energy power. In addition, the smart grid ESS can build a two-way power supply system using information and communication technology, improve the flexibility of the transmission and distribution power system, prevent power outages, and improve the efficiency of power management in economic terms. have.
ESS의 종류를 저장용량 별로 살펴보면, 대용량 ESS는 발전소 상에 위치하고, 용량이 수백MW급이며, 매일 수시간의 전력 저장이 가능하다. 소용량 ESS는 송배전 지점 상에 배치되고 전력소비자와 직접 연결되는데, 용량은 kW 규모이면서 수분 단위의 전력 저장이 가능하다.Looking at the type of ESS by storage capacity, a large-capacity ESS is located on a power plant, has a capacity of several hundred MW, and can store power for several hours every day. The small-capacity ESS is placed on the transmission/distribution point and is directly connected to the power consumer. The capacity is kW and can store power in units of minutes.
ESS에 사용되는 전력을 저장하기 위한 전력 저장 장치는, 양수발전장치(Pumped Hydro) 외에 리튬2차전지(Lithium Secondary Battery), 레독스 흐름(Redox Flow) 전지, NaS(나트륨-황) 전지 및 압축공기 저장 장치(Compressed Air Energy Storage), 플라이휠 전지 등이 있다.Power storage devices for storing power used in ESS include lithium secondary batteries, redox flow batteries, NaS (sodium-sulfur) batteries, and compression in addition to pumped hydro. Compressed Air Energy Storage and flywheel batteries.
양수발전장치 및 플라이휠 전지는 물리적 에너지 저장 시스템으로서 고출력 에너지를 신속히 저장할 수 있다.Pump and flywheel batteries are physical energy storage systems that can quickly store high-power energy.
리?Z 2차전지, NaS 전지 및 레독스 흐름 전지 등은 화학적 에너지 저장 시스템으로서, 특히 리?Z 2차전지 및 NaS 전지는 발전소 및 수용가(需用家) ESS 모두에 적합하게 사용할 수 있다.Li-Z secondary batteries, NaS batteries, and redox flow batteries are chemical energy storage systems. In particular, Li-Z secondary batteries and NaS batteries can be suitably used for both power plants and consumer ESSs.
특히, 리?Z 2차전지는 전력변환효율이 96%이고, 수명이 10년 가까이 되며, 방전지속시간이 15분~2시간 정도이다. 리?Z 2차전지는 상용화가 용이하고 친환경적이며 효율이 우수하다. In particular, the LiZ secondary battery has a power conversion efficiency of 96%, a lifespan of close to 10 years, and a discharge duration of about 15 minutes to 2 hours. LiZ secondary batteries are easy to commercialize, eco-friendly, and have excellent efficiency.
본 발명에서 서브 ESS(20)와 메인 ESS(30)는 모두 동일한 종류의 전지로 구성될 수 있다. 예를 들어, 서브 ESS(20)와 메인 ESS(30)는 리?Z 2차전지로 구성될 수 있다. 반면에, 서브 ESS(20)와 메인 ESS(30)는 서로 다른 종류의 전지로 구성될 수도 있다. 이때, 서브 ESS(20)의 용량보다 메인 ESS(30)의 용량이 크게 형성될 수 있다. In the present invention, both the
본 발명의 풍력발전 시스템은 메인 ESS 이외에 서브 ESS를 각 풍력발전기에 설치함으로써, 메인 ESS의 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 메인 ESS를 설치하기 위한 설치 면적 및 공간을 줄일 수 있어, 시스템 설치 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 또한, 발전 전력을 메인 ESS 또는 서브 ESS에 분산 저장함에 따라, 발전 전력을 효율적으로 저장하며 사용할 수 있다.The wind power generation system of the present invention can reduce the size of the main ESS by installing sub ESSs in each wind power generator in addition to the main ESS. Accordingly, the installation area and space for installing the main ESS can be reduced, and the system installation space can be efficiently utilized. In addition, as the generated power is distributed and stored in the main ESS or the sub ESS, the generated power can be efficiently stored and used.
제어부는 풍력발전기(10)에서 생산되는 전력을 서브 ESS(20)에 공급하여 저장하고 남는 전력이 있는 경우 메인 ESS(30)에 전력을 공급하여 저장하도록 제어한다.The controller supplies and stores the power produced by the
풍력발전기(10)에서 생산되는 전력은 시간에 따라 변동되고, 전력망(50)에서 필요한 부하 전력도 시간에 따라 변동될 수 있다. 제어부는 풍력발전기(10)에서 생산되는 전력을 일단 서브 ESS(20)에 공급하여 충전하고, 부하 전력에 대비하여 남는 전력이 있으면, 도 1에 도시한 바와 같이 메인 ESS(30)에 전력을 공급하여 메인 ESS(30)를 충전하도록 제어한다. 제어부는 전력망(50)에서 필요한 부하가 발생하면 메인 ESS(30)로부터 전력을 방전하여 전력망(50)으로 공급하도록 제어할 수 있다. 물론, 전력망(50)에서 필요한 부하가 존재하는 상태라면, 제어부는 메인 ESS(30)로 전력을 공급하여 충전함과 동시에 메인 ESS(30)로부터 전력망(50)으로 전력을 공급하도록 제어할 수도 있다.The power produced by the
제어부는 풍력발전기(10)의 발전 전력을 서브 ESS(20)에 공급하여 저장하고 남는 전력이 없는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 서브 ESS(20)에서 전력망(50)으로 전력을 공급하도록 제어한다. 이 경우, 부하 전력이 커서 발전 전력을 전력망(50)으로 공급하고도 메인 ESS(30)를 충전할 만큼 전력이 남지 않기 때문에, 제어부는 서브 ESS(20)로부터 전력망(50)으로 바로 전력을 공급하도록 제어한다. 물론, 발전 전력과 서브 ESS(20)의 충전 전력의 합이 부하 전력보다 작은 경우에는, 제어부는 발전 전력과 함께 서브 ESS(20)에 충전된 전력을 방전시켜 발전 전력과 함께 전력망(50)으로 공급하도록 제어할 수 있다.The control unit supplies and stores the power generated by the
그리고, 발전 전력이 부하 전력보다 작은 경우에는 이전에 메인 ESS(30)에 충전되어 있던 전력을 전력망(50)으로 공급하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 발전 전력이 실시간 변동하더라도 전력망(50)으로 전력을 안정적으로 공급할 수 있다.In addition, when the generated power is less than the load power, the power previously charged in the
한편, 풍력발전기(10)는 복수개(10-1. 10-2, 10-3, 10-4)가 설치되고 각각 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)가 연결되며, 메인 ESS(30)는 각 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3, 20-4))에 연결될 수 있다.On the other hand, a plurality of wind turbines 10 (10-1. 10-2, 10-3, 10-4) are installed, and each sub ESS (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) is It is connected, and the
도 1 및 도 2에는 4개의 풍력발전기(10-1. 10-2, 10-3, 10-4)가 설치되고 각 풍력발전기에 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)가 연결된 실시예가 도시되어 있다. 풍력발전기의 개수는 현장 상황에 따라 1~수십개가 설치될 수 있고, 각 풍력발전기마다 하나 이상의 서브 ESS가 연결되도록 설치될 수 있다.1 and 2, four wind turbines (10-1. 10-2, 10-3, 10-4) are installed, and sub ESSs (20-1, 20-2, 20-3, 20) are installed in each wind turbine. An embodiment in which -4) is connected is shown. The number of wind turbines may be 1 to dozens depending on the site situation, and one or more sub-ESSs may be connected to each wind turbine.
복수의 풍력발전기(10-1. 10-2, 10-3, 10-4)와 복수의 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)가 연결된 실시예의 경우, 각 풍력발전기의 발전 전력이 서로 다르므로, 각 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)에서 전력을 어디로 공급하는지는 서로 다르게 제어될 수 있다.In the case of an embodiment in which a plurality of wind turbines (10-1. 10-2, 10-3, 10-4) and a plurality of sub ESSs (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) are connected, each Since the generated power of the wind turbine is different from each other, where the power is supplied from each sub-ESS (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) can be controlled differently.
예를 들어, 현재 소정의 부하 전력이 존재하는 상태에서, 3개의 풍력발전기(10-1, 10-2, 10-3)의 발전 전력의 합이 부하 전력보다 크게 생산되고, 하나의 풍력발전기(10-4)는 전력이 생산되지 않는 경우, 발전 전력은 각 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3)로 공급되고 이어서 메인 ESS(30)로 공급되며 동시에 남는 전력이 전력망(50)으로 공급될 수 있다.For example, in a state in which a predetermined load power currently exists, the sum of the generated power of the three wind turbines 10-1, 10-2, and 10-3 is produced larger than the load power, and one wind turbine ( 10-4) is, when no power is produced, the generated power is supplied to each sub ESS (20-1, 20-2, 20-3), followed by the main ESS (30), and at the same time, the remaining power is supplied to the power grid (50 ) Can be supplied.
3개의 풍력발전기(10-1, 10-2, 10-3)의 발전 전력의 합이 부하 전력보다 작게 생산된다면, 발전 전력은 각 서브 ESS(20-1, 20-2, 20-3)로 공급되고 이어서 전력망(50)으로 바로 공급될 수 있다.If the sum of the generated power of the three wind turbines (10-1, 10-2, 10-3) is less than the load power, the generated power is transferred to each sub ESS (20-1, 20-2, 20-3). It can be supplied and then supplied directly to the
도 3에 도시된 바와 같이, 서브 ESS(20)는 풍력발전기(10)의 타워(12) 내부에 적층되어 설치되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, the
상기한 바와 같이, 타워(12) 내부에는 계단, 컨베이어 또는 승강기 등이 설치되는바, 서브 ESS(20)는 계단, 컨베이어 또는 승강기 등과 간섭되지 않도록 적층되어 설치될 수 있다.As described above, stairs, conveyors, elevators, etc. are installed inside the
이 경우, 풍력에 의해 회전되는 샤프트의 구동력에 의해 충방전시 발열되는 서브 ESS(20)로 상온의 공기를 송풍하는 공랭식 냉각장치(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 구동력으로 펌프를 구동하여 냉각수로 서브 ESS(20)를 냉각하는 수랭식 냉각장치를 구비할 수도 있다.In this case, an air-cooled cooling device (not shown) for blowing air at room temperature to the
서브 ESS(20)는 리튬 2차전지로 구성되는 것이 바람직하다. 서브 ESS(20)는 메인 ESS(30)에 비해 작은 용량의 에너지 저장 장치로서, 리튬2차전지로 구성되면 전력변환효율이 좋고 소형화하기 용이하여 타워(12) 내부에 설치하기가 유리하다.It is preferable that the
리튬 2차전지는 리튬 이온이 양극과 음극을 오가며 전위차를 발생하는 원리를 이용하는 배터리로서, 에너지 밀도와 에너지 효율이 높은 장점이 있다. A lithium secondary battery is a battery that uses the principle of generating a potential difference as lithium ions move between a positive electrode and a negative electrode, and has advantages of high energy density and energy efficiency.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 풍력발전 시스템의 제어방법을 설명한다.Next, a control method of the wind power generation system of the present invention will be described with reference to FIG. 4.
도 4에 도시된 바와 같이, 풍력발전기(10)를 작동시켜 발전, 즉 전력을 생산한다(S10). 바람이 소정 속도 이상으로 불어야 풍력발전기의 블레이드가 회전하여 발전할 것이다.As shown in Figure 4, by operating the
풍력발전기(10)가 발전하면 그 발생되는 전력을 서브 ESS(20)에 공급하여 충전한다(S20). 서브 ESS(20)에 전력이 공급되더라도 동시에 방전되는 경우 충전 전력과 방전 전력의 대소에 따라 서브 ESS(20)는 충전될 수도 있고 방전될 수도 있다.When the
이때, 제어부는 서브 ESS(20)에 충전하고 부하 대비 남는 전력이 있는지 여부를 판단한다(S30). 여기서, 부하 대비 남는 전력이란 전력망(50)에서 필요로 하는 부하 전력보다 큰 발전 전력이 생산되는 경우에 발전 전력에서 부하 전력을 빼고 남는 전력을 말한다. 또한, 남는 전력은 먼저 서브 ESS(20)에 충전되고 서브 ESS(20)가 완충된 후에도 전력이 남을 경우 메인 ESS(30)에 공급되어 충전된다.At this time, the control unit charges the
S30단계에서 서브 ESS(20)에 충전하고 부하 대비 남는 전력이 있는 경우, 서브 ESS(20)로부터 메인 ESS(30)로 그 전력을 공급하여 충전함과 동시에, 부하가 있으면 메인 ESS(30)로부터 방전시켜 전력망(50)으로 전력을 공급한다(S40).In step S30, if the sub ESS (20) is charged and there is power remaining compared to the load, the power is supplied from the sub ESS (20) to the main ESS (30) to charge it, and if there is a load, from the main ESS (30). Discharge and supply power to the power grid 50 (S40).
S30단계에서 서브 ESS(20)에 충전하고 부하 대비 남는 전력이 없는 경우, 서브 ESS(20)로부터 바로 전력망(50)으로 전력을 공급한다(S50).In step S30, when the
본 발명에 의하면, 풍력발전기와 에너지 저장 시스템을 효율적으로 배치함으로써 설치 공간을 효율적으로 사용하고 설치 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, by efficiently arranging the wind turbine generator and the energy storage system, the installation space can be efficiently used and installation cost can be reduced.
또한, 발전 전력과 부하 전력의 대소에 따라 ESS의 충전 및 방전을 효율적으로 제어함으로써, ESS의 수명을 증가시키고 에너지 저장 효율을 증대할 수 있다.In addition, by efficiently controlling the charging and discharging of the ESS according to the magnitude of the power generation and the load power, it is possible to increase the lifespan of the ESS and increase energy storage efficiency.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.As described above, one embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the relevant technical field add, change, delete or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes can be made to the present invention by means of the like, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.
10: 풍력발전기
12: 타워
14: 나셀
16: 블레이드
20: 서브 ESS
30: 메인 ESS
50: 전력망10: wind power generator
12: tower
14: Nacelle
16: blade
20: sub ESS
30: main ESS
50: power grid
Claims (11)
상기 복수의 풍력발전기와 전력망 사이에 연결되는 메인 ESS;
상기 복수의 풍력발전기의 각 타워 내부에 적층되어 설치되고 상기 메인 ESS 또는 상기 전력망에 각각 선택적으로 연결되는 복수의 서브 ESS; 및
상기 복수의 서브 ESS와 메인 ESS의 충전과 방전을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 풍력발전기의 발전 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 저장하고 남는 전력이 있는 경우 상기 메인 ESS에 전력을 공급하여 저장하도록 제어하고,
상기 제어부는 상기 풍력발전기의 발전 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 저장하고 남는 전력이 없는 경우 상기 전력망으로 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.A tower, a nacelle, a plurality of wind turbines including a plurality of blades;
A main ESS connected between the plurality of wind turbines and a power grid;
A plurality of sub-ESSs stacked and installed inside each tower of the plurality of wind turbines and selectively connected to the main ESS or the power grid; And
And a control unit for controlling charging and discharging of the plurality of sub-ESSs and main ESSs,
The control unit supplies and stores power generated by the wind turbine to the sub ESS, and controls to supply and store power to the main ESS when there is remaining power,
The control unit supplies and stores the power generated by the wind turbine generator to the sub-ESS, and controls to supply power to the power grid when there is no remaining power.
상기 서브 ESS는 리튬 2차전지로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.The method of claim 1,
The sub-ESS is a wind power generation system, characterized in that consisting of a lithium secondary battery.
상기 풍력발전기에서 발생되는 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 충전하는 단계;
상기 서브 ESS에 충전하고 부하 대비 남는 전력이 있는 경우 상기 메인 ESS에 공급하여 충전하는 단계; 및
상기 풍력발전기의 발전 전력을 상기 서브 ESS에 공급하여 충전하고 부하 대비 남는 전력이 없는 경우 상기 서브 ESS로부터 상기 전력망으로 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템의 제어방법.A plurality of wind turbines including a tower, a nacelle, and a plurality of blades, a plurality of sub ESSs stacked and installed inside each tower of the plurality of wind turbines, and a main ESS connected between the plurality of sub ESSs and the power grid, respectively. In the control method of the wind power generation system comprising,
Charging by supplying power generated from the wind turbine to the sub-ESS;
Charging the sub ESS and supplying it to the main ESS when there is power remaining relative to the load to charge; And
And supplying the power generated by the wind turbine to the sub-ESS to charge the sub-ESS, and supplying power from the sub-ESS to the power grid when there is no remaining power compared to the load.
상기 서브 ESS는 리튬 2차전지로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템의 제어방법.The method of claim 7,
The sub-ESS is a control method of a wind power generation system, characterized in that consisting of a lithium secondary battery.
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