KR102402372B1 - Power conversion system for capacitive deionization module linked photovoltaic module, method of regenerating energy using thereof and computer readable medium - Google Patents
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Abstract
축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템, 이를 이용한 에너지 회생 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록매체가 제공된다. 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템은, 축전식 탈염 모듈과, 상기 축전식 탈염 모듈에 태양광에 의한 전력을 공급하는 태양광 모듈과, 정수시에 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 변환한 직류 전압 및 상기 태양광 모듈로부터 공급된 직류 전압을 상기 축전식 탈염 모듈에 공급하며, 퇴수시에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원으로 회생시키는 양방향 전력 변환 모듈과, 상기 태양광 모듈 및 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하는 단일의 프로세서를 포함할 수 있다.A photovoltaic module-linked power conversion system of a capacitive desalination module, an energy recovery method using the same, and a computer-readable recording medium are provided. The photovoltaic module-linked power conversion system of the capacitive desalination module includes a capacitive desalination module, a photovoltaic module for supplying power by sunlight to the capacitive desalination module, and an AC voltage supplied from an AC power source during water purification. Bidirectional power that supplies the converted DC voltage and the DC voltage supplied from the solar module to the capacitive desalination module, and converts the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into AC voltage when water is discharged to be regenerated into the AC power source It may include a conversion module and a single processor for controlling the solar module and the bidirectional power conversion module.
Description
본 발명은, 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템, 이를 이용한 에너지 회생 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic module-linked power conversion system of a capacitive desalination module, an energy recovery method using the same, and a computer-readable recording medium.
축전식 탈염 기술(Capacitive DeIonization, CDI)은 전기 흡착 기술의 일종으로, 전극에 전위를 인가하였을 때 전극 표면에 형성되는 전기 이중층에서의 흡착 반응에 의해 이온성 물질들이 전극 표면으로 이동하며 흡착되며(이온 흡착 반응), 전극의 흡착 용량이 한계에 다다르면 하전된 전극을 단락시켜 이온성 물질들을 탈착(이온 탈착 반응)시킴으로써 전극을 재생시키게 된다.Capacitive DeIonization (CDI) is a kind of electro-adsorption technology. When an electric potential is applied to the electrode, the ionic substances move and adsorb to the electrode surface by the adsorption reaction in the electric double layer formed on the electrode surface ( ion adsorption reaction), when the adsorption capacity of the electrode reaches its limit, the electrode is regenerated by short-circuiting the charged electrode to desorb ionic materials (ion desorption reaction).
이처럼 전기 흡착 기술은 전극의 전위만을 변화시켜 이온들을 흡, 탈착 시킬 수 있기 때문에 운전이 매우 간편하고 또한 인가되는 전위가 전기분해가 일어나지 않는 낮은 전압에서 운전되기 때문에 에너지 소모량이 기존의 탈염공정에 비해 현저히 줄일 수 있는 특징이 있다.As described above, the electro-absorption technology is very easy to operate because it can absorb and desorb ions by changing only the potential of the electrode. Also, since the applied potential is operated at a low voltage where electrolysis does not occur, energy consumption is lower than that of the existing desalination process. There are features that can be significantly reduced.
하지만, 기존 축전식 탈염 모듈에서는 전극에 이온성 물질이 흡착된 후 전극을 재생할 때는 하전된 전극을 단락시켜 저항을 통해 열에너지로 소모시키게 되므로 에너지 회수가 되지 못하여 전력 손실이 발생되거나 저항의 발열로 인한 화재의 위험이 있다.However, in the existing capacitive desalination module, when the electrode is regenerated after the ionic material is adsorbed to the electrode, the charged electrode is short-circuited and consumed as thermal energy through the resistor. There is a risk of fire.
따라서, 전체적인 에너지 소모를 줄이기 위해 태양광과 같은 신재생 에너지와 연계한 전력 변환 시스템을 이용할 수 있다. 그러나 기존 태양광 전력 변환 시스템에 축전식 탈염 모듈을 그대로 연결할 경우, 태양광 모듈로부터 인가 받은 전원을 그리드(grid)와 전압 크기를 맞추도록 DC/DC 전력 변환한 후, 다시 DC/AC 전력 변환을 하여야 하며, 여기에 그리드(grid)로부터 AC 전원을 인가 받아 다시 DC 전원으로 변환하고, 전기적 절연과 전압 크기를 맞추기 위해 다시 DC/DC 전력 변환이 이루어지므로, 복잡한 계통을 거쳐서 연계되기 때문에 전체적인 전력 변환 과정이 복잡하고, 그 과정에서 비용 및 전력 손실이 많이 발생하는 문제점이 있다.Therefore, in order to reduce overall energy consumption, it is possible to use a power conversion system in connection with renewable energy such as sunlight. However, if the capacitive desalination module is directly connected to the existing solar power conversion system, the power received from the solar module is converted to DC/DC power to match the grid and voltage level, and then DC/AC power conversion is performed again. Here, AC power is received from the grid, converted back to DC power, and DC/DC power conversion is performed again to match the electrical insulation and voltage size. The process is complicated, and there is a problem in that cost and power loss occur a lot in the process.
본 발명은, 태양광 모듈 및 축전식 탈염 모듈을 하나의 시스템으로 통합하여 제어 응답성을 높일 수 있음과 동시에 신재생 에너지를 이용하여 전력 효율을 높일 수 있는 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템, 이를 이용한 에너지 회생 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체를 제공하고자 한다.The present invention integrates a photovoltaic module and a capacitive desalination module into one system to increase control responsiveness, and at the same time, a capacitive desalination module that can increase power efficiency by using renewable energy An object of the present invention is to provide a conversion system, an energy recovery method using the same, and a computer-readable recording medium.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 축전식 탈염 모듈; 상기 축전식 탈염 모듈에 태양광에 의한 전력을 공급하는 태양광 모듈; 정수시에 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 변환한 직류 전압 및 상기 태양광 모듈로부터 공급된 직류 전압을 상기 축전식 탈염 모듈에 공급하며, 퇴수시에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원으로 회생시키는 양방향 전력 변환 모듈; 및 상기 태양광 모듈 및 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하는 단일의 프로세서;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a capacitive desalination module; a solar module for supplying power by sunlight to the capacitive desalination module; The DC voltage converted from the AC voltage supplied from the AC power supply during water purification and the DC voltage supplied from the photovoltaic module are supplied to the capacitive desalination module, and the DC voltage across the capacitive desalination module is converted to an AC voltage when water is discharged. a bidirectional power conversion module that converts to and regenerates the AC power; and a single processor for controlling the solar module and the bidirectional power conversion module.
본 발명의 일 실시예에 따른, 태양광 모듈은, 상기 양방향 전력 변환 모듈에 연결되며, 상기 축전식 탈염 모듈에 제공되도록, 태양광 전압을 DC/DC 변환하여 승압시킨 전압을 상기 양방향 전력 변환 모듈에 제공할 수 있다.The photovoltaic module according to an embodiment of the present invention is connected to the bidirectional power conversion module, and converts the photovoltaic voltage to DC/DC so as to be provided to the capacitive desalination module and converts the voltage to the boosted voltage of the bidirectional power conversion module can be provided to
본 발명의 일 실시예에 따른, 태양광 모듈은 제7 상부 스위치와, 상기 제7 상부 스위치와 직렬 연결된 제7 하부 스위치와, 인덕터로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the solar module may include a seventh upper switch, a seventh lower switch connected in series with the seventh upper switch, and an inductor.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈은, 상기 양방향 전력 변환 모듈에 승압 시킨 전압을 제공할 수 있으며, 바람직하게는 상기 태양광 전압을 승압시켜 상기 DC 링크 커패시터에 공급할 수 있다.The solar module according to an embodiment of the present invention may provide the boosted voltage to the bidirectional power conversion module, and preferably boost the solar voltage and supply it to the DC link capacitor.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일의 프로세서는, 상기 태양광 모듈의 실제 전압 및 실제 전류 측정치로부터 MPPT 알고리즘을 통해 전류 지령치와, 상기 전류 지정치 및 실제 전류 측정치간 오차를 산출하며, 상기 산출된 오차에 따라 최대 전력을 출력하도록, 상기 제7 상부 스위치 및 상기 제7 하부 스위치를 상보적으로 스위칭할 수 있다.A single processor according to an embodiment of the present invention calculates an error between the current command value, the current designated value and the actual current measurement value through the MPPT algorithm from the actual voltage and actual current measurement values of the solar module, and the calculated The seventh upper switch and the seventh lower switch may be complementarily switched to output maximum power according to an error.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 축전식 탈염 모듈에 통합된 태양광 모듈을 이용해 시스템의 신뢰성을 높이고 전체적인 시스템 가격을 절약할 수 있으며, 단일의 프로세서를 통해 축전식 탈염 모듈과 연계된 태양광 모듈 및 양방향 전력 변환 모듈을 제어함으로써, 전력 변환 과정이 단순화되어 전력 손실 및 그에 따른 비용 손실을 방지할 수 있으며, 에너지 재활용에 따른 환경 비용을 줄일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by using the solar module integrated in the capacitive desalination module, the reliability of the system can be increased and the overall system price can be saved, and the solar module associated with the capacitive desalination module through a single processor And by controlling the bidirectional power conversion module, the power conversion process can be simplified to prevent power loss and consequent cost loss, and reduce environmental costs due to energy recycling.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 퇴수 모드에서 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전원으로 회생시켜 에너지를 회수함으로써, 전력 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, there is an advantage in that the power efficiency can be increased by converting the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into an AC voltage in the water discharge mode and regenerating it into an AC power source to recover energy.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템에 포함된 양방향 전력 변환 모듈의 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템에 포함된 양방향 전력 변환 모듈 및 이에 연결된 태양광 모듈의 회로도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템에 포함된 단일 프로세서의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 제어 모드를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈을 이용한 에너지 회생 장치의 정수 모드의 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈을 이용한 에너지 회생 장치의 퇴수 모드의 파형도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 정수 모드에서의 전류 흐름도를 도시한 것이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 퇴수 모드에서의 전류 흐름도를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템을 이용한 에너지 회생 방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a block diagram of a photovoltaic module-linked power conversion system of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram for explaining the operation of the capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
3A is a circuit diagram of a bidirectional power conversion module included in a solar module-linked power conversion system of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
3B is a circuit diagram of a bidirectional power conversion module included in a photovoltaic module-linked power conversion system of a capacitive desalination module and a photovoltaic module connected thereto according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are block diagrams of a single processor included in a solar module-linked power conversion system of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
5 shows a control mode of the capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram of a water purification mode of an energy regeneration device using a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
7 is a waveform diagram of a drain mode of an energy regeneration device using a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
8A is a diagram illustrating a current flow in a water purification mode of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
8B is a diagram illustrating a current flow in a drain mode of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating an energy regeneration method using a photovoltaic module-linked power conversion system of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited only to the embodiments described below. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for a clearer description, and elements indicated by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템(100)의 블록도이다.1 is a block diagram of a photovoltaic module-linked
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템(100)은, 축전식 탈염 모듈(120)과, 원수 내의 이온성 물질을 제거하기 위해 축전식 탈염 모듈(120)에 정수 전원 및 퇴수 전원을 인가하는 양방향 전력 변환 모듈(110)과, 상기 축전식 탈염 모듈에 태양광에 의한 전력을 공급하는 태양광 모듈(130)과, 태양광 모듈(130) 및 양방향 전력 변환 모듈(110)을 제어하는 단일의 프로세서(140)를 포함할 수 있다.First, as shown in Figure 1, the solar module-linked
특히 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 양방향 전력 변환 모듈(110)은 퇴수 모드에서 축전식 탈염 모듈 양단(120)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전원(10)(즉, 계통 전원, Grid)으로 회생시킬 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, the above-described bidirectional
한편, 도 2는 상술한 도 1에 도시된 축전식 탈염 모듈(120)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.On the other hand, Figure 2 is a conceptual diagram for explaining the operation of the
축전식 탈염 모듈(Capacitive DeIonization, CDI)(120)은 전극에 전위를 인가하였을 때 전극 표면에 형성되는 전기 이중층에서의 흡착 반응에 의해 이온성 물질들이 전극 표면으로 이동하며 흡착되며, 전극의 흡착 용량이 한계에 다다르면 하전된 전극을 방전시켜 이온성 물질들을 탈착시킴으로써 전극을 재생시키게 된다.In the capacitive deionization module (CDI) 120 , ionic materials are moved and adsorbed to the electrode surface by an adsorption reaction in the electric double layer formed on the electrode surface when a potential is applied to the electrode, and the adsorption capacity of the electrode When this limit is reached, the electrode is regenerated by discharging the charged electrode and desorbing the ionic material.
구체적으로, 우선 정수 모드에는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 양전극(121a)에 양전위를, 음전극(121b)에 음전위를 인가하면, 원수(W1) 내의 음이온들(122)는 양전극(121a)에, 원수(W1) 내의 양이온들(123)은 음전극(121b)에 흡착하게 된다('이온 흡착 반응'이라 함).Specifically, first, in the water purification mode, as shown in FIG. 2A , when a positive potential is applied to the
이후 퇴수 모드에서는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 양전극(121a)에는 음전위를, 음전극(121b)에는 양전위를 인가하거나 또는 전극(121a, 121b)을 단락시키게 되며, 이때 전극(121a, 121b)에 흡착된 이온성 물질들은 전극(121a, 121b)으로부터 탈착하게 된다('이온 탈착 반응'이라 함).Then, in the withdrawal mode, as shown in (b) of FIG. 2 , a negative potential is applied to the
이후, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 이온성 물질들을 포함하는 농축수(W2)가 외부로 배출될 수 있다.Thereafter, as shown in (c) of FIG. 2, the concentrated water W2 containing ionic substances may be discharged to the outside.
본 발명에서는 상술한 이온 탈착 반응시에 전극(121a, 121b)을 단락시키는 대신에 축전식 탈염 모듈(120) 하전된 전극(121a, 121b)에 의한 직류 전압을 교류 전원(10)으로 회생시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, instead of short-circuiting the
이와 별도로, 극성 변환 모듈(도 3의 330 참조, 후술함)을 두어 퇴수 모드에서 DC 링크 커패시터(도 3의 320 참조, 후술함)의 직류 전압의 극성을 변환하여 축전식 탈염 모듈(120)에 제공함으로써 축전식 탈염 모듈(120)에 부착된 잔류 이온을 완전히 제거할 수도 있음은 물론이다.Separately, a polarity conversion module (see 330 in FIG. 3, to be described later) is placed to convert the polarity of the DC voltage of the DC link capacitor (refer to 320 in FIG. 3, to be described later) in the withdrawal mode to the
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템(100)에 포함된 양방향 전력 변환 모듈(110)의 회로도이다.3A is a circuit diagram of the bidirectional
상술한 양방향 전력 변환 모듈(110)은, 정수 모드에는 교류 전원(10)으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 정수 전원을 축전식 탈염 모듈(120)에 공급하며, 퇴수 모드에서는 축전식 탈염 모듈(120) 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 퇴수 전원을 교류 전원(10)으로 회생시킬 수 있다.The above-described bidirectional
구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 양방향 전력 변환 모듈(110)은 절연용 변압기(312)와, 절연용 변압기(312)의 1차측 전압(Vpri)을 형성하는 제1 모듈(311)과, 절연용 변압기(312)의 2차측 전압(Vsec)을 형성하는 제2 모듈(313)과, 제2 모듈(313)과 축전식 탈염 모듈(도 1의 120 참조) 사이에 배치되어 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 모듈(311), 절연용 변압기(312), 제2 모듈(313)을 포함하는 회로(310)는 메인 모듈이다.Specifically, as shown in FIG. 3A , the bidirectional
상술한 제1 모듈(311)은, 제1 상부 스위치(T1) 및 제2 상부 스위치(T2)로 구성된 한 쌍의 상부 스위치(T1, T2)와, 한 쌍의 상부 스위치(T1, T2)와 직렬 연결된 제1 하부 스위치(B1) 및 제2 하부 스위치(B2)로 구성된 한 쌍의 하부 스위치(B1, B2)와, 2개의 전압 분배용 커패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.The above-described
한편, 제2 모듈(313)은, 병렬 연결된 제1 레그(T3, B3) 및 제2 레그(T4, B4)를 포함하는 풀 브리지 구조로, 제1 레그(T3, B3)는 직렬 연결된 제3 상부 스위치(T3)와 제3 하부 스위치(B3)로 구성되고, 제2 레그(T4, B4)는 직렬 연결된 제4 상부 스위치(T4)와 제4 하부 스위치(B4)로 구성될 수 있다.Meanwhile, the
한편, 극성 변환 모듈(330)은 병렬 연결된 제3 레그(T5, B5) 및 제4 레그(T6, B6)를 포함하는 풀 브리지 구조로, 제3 레그(T5, B5)는 직렬 연결된 제5 상부 스위치(T5)와 제5 하부 스위치(B5)로 구성되고, 제4 레그(T6, B6)는 직렬 연결된 제6 상부 스위치(T6)와 제6 하부 스위치(B6)로 구성되며, 퇴수 모드에서 축전식 탈염 모듈(120)에 부착된 잔류 이온을 제거하기 위해 DC 링크 커패시터(320)의 직류 전압의 극성을 변환하여 축전식 탈염 모듈(120)에 제공할 수 있다.On the other hand, the
한편, 미설명된 도면부호 340은 인덕터(L)와 커패시터(C)로 구성된 L-C 필터이며, CT2는 축전식 탈염 모듈(120)로 흐르는 전류(Io)를 측정하는 전류 센서이며, CT1는 교류 전원(10)에서 흐르는 전류(Is)를 측정하는 전류 센서이며, SPD(Serge Protection Device)는 서지 보호 디바이스이며, GRID FUSE는 과전류를 방지하는 퓨즈이며, RY_GRID는 일종의 릴레이이며, CO는 입력단의 커패시터이며, ACL은 입력단의 인덕터를 의미한다.On the other hand,
한편, 도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 링크 커패시터(320)에 병렬 연결된 태양광 모듈(130)에 대한 회로도이다.Meanwhile, FIG. 3B is a circuit diagram of the
태양광 모듈(130)은 승압형 컨버터(Boost Converter)를 포함하며, 태양광 모듈의 전압을 승압시켜 DC 링크 커패시터(320)에 공급하며, 양방향 전력 변환 모듈(110)이 정수 모드에서 교류 전원(10)으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 정수 전원을 축전식 탈염 모듈(120)에 공급할 때, 상기 승압된 태양광 모듈의 전압을 같이 축전식 탈염 모듈(120)에 제공할 수 있다.The
도 3b에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(130)은 제7 상부 스위치(T7), 제7 상부 스위치(T7)와 직렬 연결된 제7 하부 스위치(B7)와, 제7 상부 스위치(T7) 및 제7 하부 스위치(B7)의 오프동안 전력을 충전하고, 제7 상부 스위치(T7) 및 제7 하부 스위치(B7)를 상보적 제어하는 동안 태양광 모듈(130)의 전압을 승압시키는 인덕터로 구성되며, 이를 통해 양방향 전력 변환 모듈(110)과 계통 연계가 가능하도록 승압된 전압을 축전식 탈염 모듈(120)에 제공할 수 있다.As shown in Figure 3b, the
한편, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템(100)에 포함된 단일의 프로세서(140)의 블록도로, 양방향 전력 변환 모듈(110) 및 태양광 모듈(130)을 제어하기 위한 것이다.On the other hand, Figures 4a to 4c is a block diagram of a
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1, 도 3b 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 단일의 프로세서(140)는 태양광 모듈(130)의 전압을 승압시켜 DC 링크 커패시터(320)에 공급하도록 태양광 모듈(130)을 더 제어할 수 있으며, 이를 위해 단일의 프로세서(140)는, 도 4a에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1, 3B and 4A , a
구체적으로, 단일의 프로세서(140)는 최대 전력을 가지는 전류 지령치(Ipv*)를 산출하기 위해, MPPT 모듈(401)을 통해 입력 받은 상기 태양광 모듈의 실제 전압 및 실제 전류 측정치(Vpv, Ipv)로부터 전류 지령치(Ipv*)를 산출할 수 있다. 상기 MPPT 모듈(401)은 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 수행하는 모듈로서, P&O(Perturb and Observe) 방식 등 최대 전력을 추종하기 위한 방식을 사용할 수 있으며, 상기 방식으로 제한되지 않는다.Specifically, the
오차 연산기(402)는 MPPT 모듈(401)로부터 출력되는 전류 지령치(Ipv*) 와 실제 전류 측정치(Ipv)간의 오차를 연산할 수 있다.The
전류 제어기(403)는, 상기 오차만큼 전류를 제어할 수 있으며, 전류 제어를 통해 상기 제7 상부 스위치(T7) 및 상기 제7 하부 스위치(B7)의 듀티비를 제어하는 스위칭 신호(ST7, SB7)를 생성하여 스위치 온오프 시간을 조절할 수 있다.The
단일의 프로세서(140)는 상기 구성을 통해 태양광 모듈(130)의 제7 상부 스위치(T7) 및 제7 하부 스위치(B7)를 상보적으로 스위칭할 수 있다. 전류 제어기(413)를 통해 제7 하부 스위치(B7)의 듀티비만 제어하고, 제7 상부 스위치(T7)는 오프 시킬 수도 있으나, 제7 상부 스위치(T7) 및 상기 제7 하부 스위치(B7)를 상보적 스위칭하여 동기정류로 전력 효율을 높일 수 있다.The
한편, 도 1, 도 3a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 단일의 프로세서(140)는 정수 모드에서 절연용 변압기(312)의 1차측 전압(Vpri)의 위상이 2차측 전압(Vsec)의 위상보다 기 설정된 위상차(Phase Shift, PS)만큼 앞서도록 양방향 전력 변환 모듈(110)을 제어하며, 퇴수 모드에서는 절연용 변압기(312)의 2차측 전압(Vsec)의 위상이 1차측 전압(Vpri)의 위상보다 기 설정된 위상차(PS)만큼 앞서도록 양방향 전력 변환 모듈(110)을 제어할 수 있다. 상술한 위상차(PS)는 '외부 레그 위상차(outer leg phase shift)'로도 지칭될 수 있다.On the other hand, as shown in Figures 1, 3a and 4b, the
여기서, 기 설정된 위상차는 하기 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.Here, the preset phase difference may be determined according to Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, PS는 기 설정된 위상차, Vs*는 교류 전압(Vs)의 지령치, Ts는 스위칭 주기, n은 절연용 변압기(312)의 턴비, Vdc는 DC 링크 커패시터(320)의 전압 크기일 수 있다.Here, PS is a preset phase difference, Vs * is a command value of the AC voltage (Vs), Ts is a switching period, n is a turn ratio of the
이를 위해 단일의 프로세서(140)는, 도 4b에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.For this purpose, a
구체적으로, PI 제어기(404)는 오차 연산기(407)로부터 출력되는 DC 링크 커패시터(320)에 저장된 직류 전압의 지령치(Vdc*) 및 실제 직류 전압(Vdc) 간의 오차 신호를 입력받아 유효 전력의 전류 크기(Id*)를 출력할 수 있다. 이때, DC 링크 커패시터(320)에 저장된 직류 전압의 지령치(Vdc*)가 계통전압의 피크값 이상일 경우, 계통 송전을 위해 직류 전압의 지령치(Vdc*)를 MPPT 모듈(401)로부터 출력되는 전압 지령치(Vpv*)보다 높게 설정할 수 있다.Specifically, the
승산기(406)는 PLL(Plase Locked Loop)(405)을 통해 얻은 교류 전압(Vs)의 위상에 사인 함수(sin wt)를 곱한 값과 위에서 구한 전류 크기(Id*)를 곱하여 교류 전류의 지령치(Is*)를 얻을 수 있다.The
오차 연산기(407)는 승산기(406)로부터 출력되는 교류 전류의 지령치(Is*)와 실제 교류 전류(Is)간의 오차를 연산할 수 있다.The
교류 전류의 지령치(Is*)와 실제 교류 전류(Is)간의 오차는 비례 공진 제어기(PR, 408)를 통해 교류 전원의 지령치(Vs*)로 변환될 수 있다.The error between the command value Is * of the AC current and the actual AC current Is may be converted into a command value Vs * of the AC power supply through the proportional
이후, 교류 전원의 지령치(Vs*)는 위상차 연산부(409)로 입력되며, 위상차 연산부(409)는 상술한 수학식 1에 의해 위상차(PS)를 연산할 수 있다.Thereafter, the command value Vs * of the AC power is input to the phase
한편, 스위칭 로직(410)에서는 위에서 구한 위상차(PS)와 교류 전원(Vs)의 부호에 기초하여 양방향 전력 변환 모듈(110)의 제1 모듈(311)의 스위치들(T1, B1, T2, B2)을 스위칭하기 위한 스위칭 신호(ST1, SB1, ST2, SB2)와 제2 모듈(313)의 스위치들(T3, B3, T4, B4)을 스위칭하기 위한 스위칭 신호들(ST3, SB3, ST4, SB4)을 생성할 수 있다. 스위칭 신호들(ST1, SB1, ST2, SB2, ST3, SB3, ST4, SB4)을 생성하는 로직은 상술한 수학식 1 및 다음과 같이 동작하도록 제어될 수 있는 한 다양한 방법으로 구현 가능하며(가장 단순하게는 ST1 신호를 기준으로 타이머를 이용하여 구현될 수 있음), 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.On the other hand, in the switching
구체적으로, 단일의 프로세서(140)는 제1 모듈(311)의 제1 상부 스위치(T1)와 제1 하부 스위치(B1), 그리고 제2 상부 스위치(T2)와 제2 하부 스위치(B2)를 상보적으로 스위칭하며, 제2 모듈(313)의 제1 레그(T3, B3)를 구성하는 제3 상부 스위치(T3) 및 제3 하부 스위치(B3), 그리고 제2 레그(T4, B4)를 구성하는 제4 상부 스위치(T4) 및 제4 하부 스위치(B4)를 상보적으로 스위칭할 수 있다.Specifically, the
또한, 본 발명에서 제1 레그(T3, B3)를 구성하는 제3 상부 스위치(T3) 및 제3 하부 스위치(B3)의 스위칭 신호의 위상과 제2 레그(T4, B4)를 구성하는 제4 상부 스위치(T4) 및 제4 하부 스위치(B4)의 스위칭 신호의 위상 간의 위상차('내부 레그 위상차(inner leg phase shift'라 함)는, 위에서 구한 위상차(PS)의 1/2의 값을 가지도록 스위칭될 수 있다.In addition, in the present invention, the phase of the switching signal of the third upper switch (T3) and the third lower switch (B3) constituting the first leg (T3, B3) and the fourth constituting the second leg (T4, B4) The phase difference between the phases of the switching signals of the upper switch T4 and the fourth lower switch B4 (referred to as 'inner leg phase shift') has a value of 1/2 of the phase difference PS obtained above. can be switched to
더하여, 도 4c에 도시된 바와 같이, 모드 선택 스위치(413)는 전류 모드를 위해 축전식 탈염 모듈(120)에 흐르는 전류(Io)와 전류 지령치(Io*)간의 오차를 입력받거나 또는 전압 모드를 위해 축전식 탈염 모듈(120)의 직류 전압(Vo)과 직류 전압 지령치(Vo*) 간의 오차를 선택적으로 입력 받을 수 있다.In addition, as shown in Fig. 4c, the
따라서, 모드 선택 스위치(413)가, 하기 도 5에 도시된 바와 같이, 입력받은 오차에 따라 전류 모드(CC(+), CC(-))와 전압 모드(CV)를 결정하면, 전류 제어기(414)가 결정된 모드에 따라 전류를 제어할 수 있으며, 스위칭 로직(415)도 결정된 모드에 따라 극성 변환 모듈(330)의 스위치들(T5, B5, T6, B6)을 스위칭하기 위한 스위칭 신호들(ST5, SB5, ST6, SB6)을 생성할 수 있다. 스위칭 신호들(ST5, SB5, ST6, SB6)을 생성하는 로직은 도 8a 및 8b와 같이 동작하도록 제어될 수 있는 한 다양한 방법으로 구현 가능하며(가장 단순하게는 ST5 신호를 기준으로 타이머를 이용하여 구현될 수 있음), 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Accordingly, when the
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 제어 모드를 도시한 것이다. On the other hand, Figure 5 shows a control mode of the capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제어 모드는 전류 모드(CC(+), CC(-))와 전압 모드(CV)로 구분되어 제어될 수 있다. 전류 모드 중 CC(+)는 부하 전류(Io)가 (+)로 교류 전원(Vs)에서 축전식 탈염 모듈(120)로 에너지가 공급되는 모드이며, 전류 제어 모듀 중 CC(-)는 부하 전류(Io)가 (-)로 축전식 탈염 모듈(120)에서 교류 전원(Vs)으로 에너지가 회생되는 모드일 수 있다.As shown in FIG. 5 , the control mode according to an embodiment of the present invention may be divided into a current mode (CC(+), CC(-)) and a voltage mode (CV) to be controlled. In the current mode, CC(+) is a mode in which the load current (Io) is (+) and energy is supplied from the AC power supply (Vs) to the
즉, 단일의 프로세서(140)는 정수 모드 축전식 탈염 모듈(120)에 일정한 직류 전류(Io)가 제공되도록 양방향 전력 변환 모듈(110)을 전류 모드(CC(+))로 제어하되, 축전식 탈염 모듈(120)의 양단의 전압(Vo)이 목표 전압에 도달하면 축전식 탈염 모듈(120)에 일정한 직류 전압이 인가되도록 전압 모드(CV)로 제어하며, 퇴수 모드에서는 축전식 탈염 모듈(120)로부터 일정한 직류 전류(Io)가 출력되도록 양방향 전력 변환 모듈(110)을 전류 모드(CC(-))로 제어할 수 있다.That is, the
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 통합 운전 시스템의 정수 모드의 파형도로, (a)는 절연용 변압기의 1차측 전압(Vpri) 파형, 절연용 변압기의 2차측 전압(Vsec) 파형, IL는 절연용 변압기의 1차측으로 흐르는 전류 파형이며, (b)는 교류 전압(Vs)의 부호가 (+)인 경우의 스위치(T1, T2, B1, B2)의 스위칭 신호(ST1, ST2, SB1, SB2)의 파형이며, (c)는 교류 전압(Vs)의 부호가 (-)인 경우의 스위치(T1, T2, B1, B2)의 스위칭 신호(ST1, ST2, SB1, SB2)의 파형이며, (d)는 스위치(T3, B3, T4, B4)에 대한 스위칭 신호(ST3, SB3, ST4, SB4)이다. 도 6에서는 데드 타임을 고려하여 스위칭 신호를 생성하였다.On the other hand, Figure 6 is a waveform diagram of the water purification mode of the integrated operation system of the capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention, (a) is the primary side voltage (Vpri) waveform of the insulation transformer, the secondary side of the insulation transformer Voltage (Vsec) waveform, IL is the current waveform flowing to the primary side of the insulation transformer, (b) is the switching of the switches (T1, T2, B1, B2) when the sign of the AC voltage (Vs) is (+) Waveforms of the signals ST1, ST2, SB1, SB2, (c) is the switching signal ST1, ST2, of the switches T1, T2, B1, B2 when the sign of the AC voltage Vs is (-) Waveforms of SB1 and SB2, (d) is the switching signals ST3, SB3, ST4, and SB4 for the switches T3, B3, T4, and B4. In FIG. 6, a switching signal is generated in consideration of the dead time.
도 6에 도시된 바와 같이, 단일의 프로세서(140)는 교류 전압(Vs)의 부호에 따라 스위치(T1, T2, B1, B2)의 스위칭 신호(ST1, ST2, SB1, SB2)를 제어하며, 교류 전원(10)으로부터 축전식 탈염 모듈(120)로 전력을 공급할 때, 즉 정수 모드에는 절연용 변압기의 1차측 전압(Vpri)의 위상이 2차측 전압(Vsec)의 위상보다 기 설정된 위상차(PS)만큼 앞서도록 스위칭됨을 알 수 있다.6, the
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 통합 운전 시스템의 퇴수 모드의 파형도로, (a)는 절연용 변압기의 1차측 전압(Vpri) 파형, 절연용 변압기의 2차측 전압(Vsec) 파형, IL는 절연용 변압기의 1차측으로 흐르는 전류 파형이며, (b)는 교류 전압(Vs)의 부호가 (+)인 경우의 스위치(T1, T2, B1, B2)의 스위칭 신호(ST1, ST2, SB1, SB2)의 파형이며, (c)는 교류 전압(Vs)의 부호가 (-)인 경우의 스위치(T1, T2, B1, B2)의 스위칭 신호(ST1, ST2, SB1, SB2)의 파형이며, (d)는 스위치(T3, B3, T4, B4)에 대한 스위칭 신호(ST3, SB3, ST4, SB4)이다. 도 7에서는 데드 타임을 고려하여 스위칭 신호를 생성하였다.On the other hand, Figure 7 is a waveform diagram of the discharge mode of the integrated operation system of the capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention, (a) is a primary side voltage (Vpri) waveform of the insulation transformer, the secondary side of the insulation transformer Voltage (Vsec) waveform, IL is the current waveform flowing to the primary side of the insulation transformer, (b) is the switching of the switches (T1, T2, B1, B2) when the sign of the AC voltage (Vs) is (+) Waveforms of the signals ST1, ST2, SB1, SB2, (c) is the switching signal ST1, ST2, of the switches T1, T2, B1, B2 when the sign of the AC voltage Vs is (-) Waveforms of SB1 and SB2, (d) is the switching signals ST3, SB3, ST4, and SB4 for the switches T3, B3, T4, and B4. In FIG. 7, a switching signal is generated in consideration of the dead time.
도 7에 도시된 바와 같이, 단일의 프로세서(140)는 교류 전압(Vs)의 부호에 따라 스위치(T1, T2, B1, B2)의 스위칭 신호(ST1, ST2, SB1, SB2)를 제어하며, 교류 전원(10)으로부터 축전식 탈염 모듈(120)로 전력을 공급할 때, 즉 퇴수 모드에서는 절연용 변압기의 2차측 전압(Vsec)의 위상이 1차측 전압(Vpri)의 위상보다 기 설정된 위상차(PS)만큼 앞서도록 스위칭됨을 알 수 있다.7, the
마지막으로, 도 8a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈(120)의 정수 모드에서 극성 변환 모듈(330)의 전류 흐름도를 도시한 것이며, 도 8b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 퇴수 모드에서 극성 변환 모듈(330)의 전류 흐름도를 도시한 도면이다.Finally, Figure 8a shows a current flow diagram of the
도 8a에 도시된 바와 같이, 축전식 탈염 모듈(120)이 정수 모드를 수행할 경우, 도 4c에 도시된 스위칭 로직(415)은, 극성 변환 모듈(330)에서 제3 레그(T5, B5)의 제5 상부 스위치(T5)는 상시 ON 시키는 스위칭 신호(ST5)를 생성하며, 제4 레그(T6, B6)의 제6 상부 스위치(T6)와 제6 하부 스위치(B6)를 상보적으로 제어하도록 스위칭 신호(ST6, SB6)를 생성할 수 있다. 마치 배터리 충전 운전과 유사하게 동작한다.As shown in FIG. 8A , when the
반면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 축전식 탈염 모듈(120)이 퇴수 모드를 수행할 경우, 도 4c에 도시된 스위칭 로직(415)은, 극성 변환 모듈(330)에서 제4 레그(T6, B6)의 제6 하부 스위치(B6)는 상시 ON 시키는 스위칭 신호(SB6)를 생성하며, 제3 레그(T5, B5)의 제5 상부 스위치(T5)와 제5 하부 스위치(B5)를 상보적으로 제어하도록 스위칭 신호(ST5, SB5)를 생성할 수 있다. 마치 배터리 방전 운전과 유사하게 동작한다.On the other hand, as shown in Fig. 8b, when the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 축전식 탈염 모듈에 통합된 태양광 시스템을 이용해 시스템의 신뢰성을 높이고 전체적인 시스템 가격을 절약할 수 있으며, 단일의 프로세서를 통해 축전식 탈염 모듈과 연계된 태양광 모듈 및 양방향 전력 변환 모듈을 제어함으로써, 전력 변환 과정이 단순화되어 전력 손실 및 그에 따른 비용 손실을 방지할 수 있으며, 에너지 재활용에 따른 환경 비용을 줄일 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, by using the solar system integrated in the capacitive desalination module, the reliability of the system can be increased and the overall system price can be saved, and the capacitive desalination module and the capacitive desalination module through a single processor By controlling the associated photovoltaic module and the bidirectional power conversion module, the power conversion process can be simplified, thereby preventing power loss and consequent cost loss, and reducing environmental costs due to energy recycling.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 퇴수 모드에서 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전원으로 회생시켜 에너지를 회수함으로써, 전력 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, there is an advantage in that the power efficiency can be increased by converting the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into an AC voltage in the water discharge mode and regenerating it into an AC power source to recover energy.
한편, 도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템을 이용한 에너지 회생 방법을 설명하는 흐름도이다.Meanwhile, FIG. 9 is a flowchart illustrating an energy regeneration method using a solar module-linked power conversion system of a capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템을 이용한 에너지 회생 방법을 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 8b와 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an energy regeneration method using the solar module-linked power conversion system of the capacitive desalination module will be described with reference to FIGS. 1 to 9 . However, for the sake of simplification of the invention, descriptions of overlapping parts with respect to FIGS. 1 to 8B will be omitted.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템을 이용한 에너지 회생 방법은, 1 to 9, the energy regeneration method using the solar module-linked power conversion system of the capacitive desalination module according to an embodiment of the present invention,
양방향 전력 변환 모듈(110)에서, 정수시에 교류 전원(10)으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 축전식 탈염 모듈(120)에 공급하는 단계에 의해 개시될 수 있다(S901).In the bidirectional
이때, 태양광 모듈(130)로부터 DC/DC 변환되어 인가된 전압이, 상기 교류 전원(10)으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환시킨 전압이 저장된 DC 링크 커패시터(320)에 제공되어 축전식 탈염 모듈(120)로 공급될 수 있다.At this time, the voltage applied by DC/DC conversion from the
다음, 양방향 전력 변환 모듈(110)은 퇴수시에 축전식 탈염 모듈(120) 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전원(10)으로 회생시킬 수 있다(S902).Next, the bidirectional
상술한 양방향 전력 변환 모듈(110)은, 양방향 전력 변환 모듈(110)은 절연용 변압기(312)와, 절연용 변압기(312)의 1차측 전압(Vpri)을 형성하는 제1 모듈(311)과, 절연용 변압기(312)의 2차측 전압(Vsec)을 형성하는 제2 모듈(313)과, 제2 모듈(313)과 축전식 탈염 모듈(도 1의 120 참조) 사이에 배치되어 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터(320)를 포함하여 구성될 수 있음은 상술한 바와 같다.The above-described bi-directional
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 단일의 프로세서(140)는 정수 모드에서는 절연용 변압기(312)의 1차측 전압(Vpri)의 위상이 2차측 전압(Vsec)의 위상보다 기 설정된 위상차(Phase Shift, PS)만큼 앞서도록 양방향 전력 변환 모듈(110)을 제어하며, 퇴수 모드에서는 절연용 변압기(312)의 2차측 전압(Vsec)의 위상이 1차측 전압(Vpri)의 위상보다 기 설정된 위상차(PS)만큼 앞서도록 양방향 전력 변환 모듈(110)을 제어할 수 있음은 상술한 바와 같다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 단일의 프로세서를 통해 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 및 양방향 전력 변환 모듈을 제어함으로써, 통신 이상 등을 방지하여 시스템의 신뢰성을 높이고, 신호 간의 지연 등을 방지하여 제어 응답성을 높일 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, by controlling the photovoltaic module and the bidirectional power conversion module of the capacitive desalination module through a single processor, communication abnormality is prevented, and the reliability of the system is increased, and the By preventing delay, etc., control responsiveness can be improved.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 축전식 탈염 모듈에 통합된 태양광 모듈을 이용해 시스템의 신뢰성을 높이고 전체적인 시스템 가격을 절약할 수 있으며, 전력 변환 과정이 단순화되어 전력 손실 및 그에 따른 비용 손실을 방지할 수 있으며, 에너지 재활용에 따른 환경 비용을 줄일 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, by using the solar module integrated in the capacitive desalination module, the reliability of the system can be increased and the overall system price can be saved, and the power conversion process is simplified so that the power loss and consequent cost loss can be prevented, and environmental costs due to energy recycling can be reduced.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 퇴수 모드에서 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전원으로 회생시켜 에너지를 회수함으로써, 전력 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, there is an advantage in that the power efficiency can be increased by converting the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into an AC voltage in the water discharge mode and regenerating it into an AC power source to recover energy.
상술한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 축전식 탈염 모듈의 태양광 모듈 연계 전력 변환 시스템을 이용한 에너지 회생 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The energy regeneration method using the solar module-linked power conversion system of the capacitive desalination module according to the embodiment of the present invention described above may be produced as a program to be executed in a computer and stored in a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. And a functional program, code, and code segments for implementing the method can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention pertains.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, '프로세서'는 다양한 방식, 예를 들면 프로세서, 프로세서에 의해 수행되는 프로그램 명령들, 소프트웨어 모듈, 마이크로 코드, 컴퓨터 프로그램 생성물, 로직 회로, 애플리케이션 전용 집적 회로, 펌웨어 등에 의해 구현될 수 있다.In addition, in describing the present invention, 'processor' is used in various ways, for example, a processor, program instructions executed by the processor, software module, microcode, computer program product, logic circuit, application-specific integrated circuit, firmware, etc. can be implemented by
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings. It is intended to limit the scope of rights by the appended claims, and it is to those of ordinary skill in the art that various types of substitutions, modifications and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. it will be self-evident
10: 교류 전원, 110: 양방향 전력변환모듈
120: CDI 모듈, 121a: 양전극
121b: 음전극, 122: 음이온
123: 양이온, 130: 태양광 모듈
140: 단일의 프로세서,
310: 메인 모듈, 311: 제1 모듈
312: 절연용 변압기, 313: 제2 모듈
320: DC 링크 커패시터, 330: 극성 변환 모듈
340: L-C 필터, 401: MPPT 모듈,
402: 오차 연산기, 403: 전류 제어기,
404: PI 제어기, 405: PLL,
406: 승산기, 407: 오차 연산기,
408: 비례 공진 제어기, 409: 위상차 연산부,
410: 스위칭 로직, 411, 412: 오차 연산기,
413: 모드 선택 스위치, 414: 전류 제어기,
415: 스위칭 로직10: AC power, 110: bidirectional power conversion module
120: CDI module, 121a: positive electrode
121b: negative electrode, 122: negative ion
123: positive ion, 130: solar module
140: single processor;
310: main module, 311: first module
312: isolation transformer, 313: second module
320: DC link capacitor, 330: polarity conversion module
340: LC filter, 401: MPPT module,
402: error calculator, 403: current controller;
404: PI controller, 405: PLL,
406: multiplier, 407: error calculator;
408: proportional resonance controller, 409: phase difference calculating unit,
410: switching logic, 411, 412: error calculator;
413: mode selection switch, 414: current controller;
415: switching logic
Claims (15)
상기 축전식 탈염 모듈에 태양광에 의한 전력을 공급하는 태양광 모듈;
정수시에 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 변환한 직류 전압 및 상기 태양광 모듈로부터 공급된 직류 전압을 상기 축전식 탈염 모듈에 공급하며, 퇴수시에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원으로 회생시키는 양방향 전력 변환 모듈; 및
상기 태양광 모듈 및 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하는 단일의 프로세서;를 포함하며,
상기 양방향 전력 변환 모듈은,
정수 모드에는 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 정수 전원을 축전식 탈염 모듈에 공급하고,
퇴수 모드에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 퇴수 전원을 상기 교류 전원으로 회생시키며,
상기 단일의 프로세서는,
정수 모드에서, 상기 축전식 탈염 모듈에 일정한 직류 전류가 제공되도록 상기 양방향 전력 변환 모듈을 전류 모드로 제어하되, 상기 축전식 탈염 모듈의 양단의 전압이 목표 전압에 도달하면 상기 축전식 탈염 모듈에 일정한 직류 전압이 인가되도록 전압 모드로 제어하고,
퇴수 모드에서, 상기 축전식 탈염 모듈로부터 일정한 직류 전류가 출력되도록 상기 양방향 전력 변환 모듈을 전류 모드로 제어하는 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
Capacitive desalination module;
a solar module for supplying power by sunlight to the capacitive desalination module;
The DC voltage converted from the AC voltage supplied from the AC power source during water purification and the DC voltage supplied from the solar module are supplied to the capacitive desalination module, and the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module is converted to AC voltage when water is discharged. a bidirectional power conversion module that converts to and regenerates the AC power; and
Includes; a single processor for controlling the solar module and the bidirectional power conversion module,
The bidirectional power conversion module,
In the water purification mode, the purified water converted from the AC voltage supplied from the AC power supply to the DC voltage is supplied to the capacitive desalination module.
Regenerating the evacuation power that converts the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into AC voltage into the AC power in the evacuation mode,
The single processor,
In the water purification mode, the bidirectional power conversion module is controlled in the current mode so that a constant DC current is provided to the capacitive desalination module, and when the voltage at both ends of the capacitive desalination module reaches a target voltage, the capacitive desalination module is constant Control in voltage mode so that DC voltage is applied,
A solar-linked power conversion system of a capacitive desalination module for controlling the bi-directional power conversion module in a current mode so that a constant direct current is output from the capacitive desalination module in a drain mode.
상기 태양광 모듈은, 상기 양방향 전력 변환 모듈에 연결되며, 상기 축전식 탈염 모듈에 제공되도록, 태양광 전압을 DC/DC 변환하여 승압시킨 전압을 상기 양방향 전력 변환 모듈에 제공하는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
According to claim 1,
The photovoltaic module is connected to the bidirectional power conversion module, and provides a voltage boosted by DC/DC conversion of a solar voltage to the bidirectional power conversion module so as to be provided to the capacitive desalination module, a capacitive desalination module of solar power conversion system.
상기 양방향 전력 변환 모듈은,
절연용 변압기;
상기 절연용 변압기의 1차측 전압을 형성하는 제1 모듈;
상기 절연용 변압기의 2차측 전압을 형성하는 제2 모듈; 및
상기 제2 모듈과 상기 축전식 탈염 모듈 사이에 배치되어 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터;
를 포함하는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
According to claim 1,
The bidirectional power conversion module,
Isolation transformer;
a first module for forming a primary voltage of the insulation transformer;
a second module for forming a secondary-side voltage of the insulation transformer; and
a DC link capacitor disposed between the second module and the capacitive desalination module to store a DC voltage;
Including, a solar-linked power conversion system of the capacitive desalination module.
상기 축전식 탈염 모듈에 태양광에 의한 전력을 공급하는 태양광 모듈;
정수시에 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 변환한 직류 전압 및 상기 태양광 모듈로부터 공급된 직류 전압을 상기 축전식 탈염 모듈에 공급하며, 퇴수시에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원으로 회생시키는 양방향 전력 변환 모듈; 및
상기 태양광 모듈 및 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하는 단일의 프로세서;를 포함하며,
상기 양방향 전력 변환 모듈은,
절연용 변압기;
상기 절연용 변압기의 1차측 전압을 형성하는 제1 모듈;
상기 절연용 변압기의 2차측 전압을 형성하는 제2 모듈; 및
상기 제2 모듈과 상기 축전식 탈염 모듈 사이에 배치되어 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터;를 포함하고,
상기 제1 모듈은, 제1 상부 스위치 및 제2 상부 스위치로 구성된 한 쌍의 상부 스위치와, 상기 한 쌍의 상부 스위치와 직렬 연결된 제1 하부 스위치 및 제2 하부 스위치로 구성된 한 쌍의 하부 스위치와, 2개의 전압 분배용 커패시터로 구성되며,
상기 제2 모듈은, 병렬 연결된 제1 레그 및 제2 레그를 포함하는 풀 브리지 구조로, 상기 제1 레그는 직렬 연결된 제3 상부 스위치와 제3 하부 스위치로 구성되고, 상기 제2 레그는 직렬 연결된 제4 상부 스위치와 제4 하부 스위치로 구성되는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
Capacitive desalination module;
a solar module for supplying power by sunlight to the capacitive desalination module;
The DC voltage converted from the AC voltage supplied from the AC power source during water purification and the DC voltage supplied from the solar module are supplied to the capacitive desalination module, and the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module is converted to AC voltage when water is discharged. a bidirectional power conversion module that converts to and regenerates the AC power; and
Includes; a single processor for controlling the solar module and the bidirectional power conversion module,
The bidirectional power conversion module,
Isolation transformer;
a first module for forming a primary voltage of the insulation transformer;
a second module for forming a secondary-side voltage of the insulation transformer; and
a DC link capacitor disposed between the second module and the capacitive desalination module to store a DC voltage;
The first module includes a pair of upper switches including a first upper switch and a second upper switch, and a pair of lower switches including a first lower switch and a second lower switch connected in series with the pair of upper switches; , consisting of two voltage division capacitors,
The second module has a full-bridge structure including a first leg and a second leg connected in parallel, wherein the first leg is composed of a third upper switch and a third lower switch connected in series, and the second leg is connected in series Consisting of a fourth upper switch and a fourth lower switch, a solar-linked power conversion system of a capacitive desalination module.
상기 태양광 모듈은, 제7 상부 스위치와, 상기 제7 상부 스위치와 직렬 연결된 제7 하부 스위치와, 인덕터로 구성되는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
3. The method of claim 2,
The solar module includes a seventh upper switch, a seventh lower switch connected in series with the seventh upper switch, and an inductor, a solar-linked power conversion system for a capacitive desalination module.
상기 태양광 모듈은, 상기 태양광 전압을 승압시켜 상기 DC 링크 커패시터에 공급하는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
5. The method of claim 4,
The solar module boosts the solar voltage and supplies it to the DC link capacitor, a solar-linked power conversion system for a capacitive desalination module.
상기 단일의 프로세서는,
상기 태양광 모듈의 실제 전압 및 실제 전류 측정치로부터 MPPT 알고리즘을 통해 전류 지령치와, 상기 전류 지령치 및 실제 전류 측정치간 오차를 산출하며,
상기 산출된 오차에 따라 최대 전력을 출력하도록, 상기 제7 상부 스위치 및 상기 제7 하부 스위치를 상보적으로 스위칭하는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
7. The method of claim 6,
The single processor,
Calculate the current command value and the error between the current command value and the actual current measurement value through the MPPT algorithm from the actual voltage and actual current measurement values of the solar module,
Complementarily switching the seventh upper switch and the seventh lower switch to output maximum power according to the calculated error, a solar-linked power conversion system for a capacitive desalination module.
상기 단일의 프로세서는,
정수 모드에서, 상기 절연용 변압기의 1차측 전압의 위상이 2차측 전압의 위상보다 기 설정된 위상차(PS)만큼 앞서도록 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하며,
퇴수 모드에서, 상기 절연용 변압기의 2차측 전압의 위상이 1차측 전압의 위상보다 기 설정된 위상차(PS)만큼 앞서도록 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
5. The method of claim 4,
The single processor,
In the integer mode, controlling the bidirectional power conversion module so that the phase of the primary voltage of the insulation transformer is ahead by a preset phase difference (PS) than the phase of the secondary voltage,
In the withdrawal mode, the phase of the secondary voltage of the insulation transformer is ahead of the phase of the primary voltage by a preset phase difference (PS) to control the bi-directional power conversion module, the capacitive desalination module solar-linked power conversion system .
기 설정된 상기 위상차(PS)는,
하기의 수학식:
에 따라 구하며, 여기서 Vs*는 상기 교류 전압의 지령치, Ts는 스위칭 주기, n은 상기 절연용 변압기의 턴비, Vdc는 상기 DC 링크 커패시터의 전압 크기인, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
10. The method of claim 9,
The preset phase difference PS is,
Equation:
where Vs * is the command value of the AC voltage, Ts is the switching period, n is the turn ratio of the insulation transformer, and Vdc is the voltage level of the DC link capacitor, the solar-linked power conversion system of the capacitive desalination module .
상기 축전식 탈염 모듈에 태양광에 의한 전력을 공급하는 태양광 모듈;
정수시에 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 변환한 직류 전압 및 상기 태양광 모듈로부터 공급된 직류 전압을 상기 축전식 탈염 모듈에 공급하며, 퇴수시에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원으로 회생시키는 양방향 전력 변환 모듈; 및
상기 태양광 모듈 및 상기 양방향 전력 변환 모듈을 제어하는 단일의 프로세서;를 포함하며,
상기 양방향 전력 변환 모듈은,
절연용 변압기;
상기 절연용 변압기의 1차측 전압을 형성하는 제1 모듈;
상기 절연용 변압기의 2차측 전압을 형성하는 제2 모듈; 및
상기 제2 모듈과 상기 축전식 탈염 모듈 사이에 배치되어 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터;를 포함하고,
상기 단일의 프로세서는,
상기 제1 모듈의 제1 상부 스위치와 제1 하부 스위치, 그리고 제2 상부 스위치와 제2 하부 스위치를 상보적으로 스위칭하며,
상기 제2 모듈의 제1 레그를 구성하는 제3 상부 스위치 및 제3 하부 스위치, 그리고 제2 레그를 구성하는 제4 상부 스위치 및 제4 하부 스위치를 상보적으로 스위칭하며,
상기 제1 레그를 구성하는 제3 상부 스위치 및 제3 하부 스위치의 스위칭 신호의 위상과 제2 레그를 구성하는 제4 상부 스위치 및 제4 하부 스위치의 스위칭 신호의 위상 간의 위상차는,
기 설정된 위상차(PS)의 1/2의 값을 가지는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
Capacitive desalination module;
a solar module for supplying power by sunlight to the capacitive desalination module;
The DC voltage converted from the AC voltage supplied from the AC power source during water purification and the DC voltage supplied from the solar module are supplied to the capacitive desalination module, and the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module is converted to AC voltage when water is discharged. a bidirectional power conversion module that converts to and regenerates the AC power; and
Includes; a single processor for controlling the solar module and the bidirectional power conversion module,
The bidirectional power conversion module,
Isolation transformer;
a first module for forming a primary voltage of the insulation transformer;
a second module for forming a secondary-side voltage of the insulation transformer; and
a DC link capacitor disposed between the second module and the capacitive desalination module to store a DC voltage;
The single processor,
Complementarily switching the first upper switch and the first lower switch of the first module, and the second upper switch and the second lower switch,
Complementarily switching the third upper switch and the third lower switch constituting the first leg of the second module, and the fourth upper switch and the fourth lower switch constituting the second leg,
The phase difference between the phases of the switching signals of the third upper switch and the third lower switch constituting the first leg and the phases of the switching signals of the fourth upper switch and the fourth lower switch constituting the second leg,
Having a value of 1/2 of the preset phase difference (PS), the solar-linked power conversion system of the capacitive desalination module.
상기 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템은,
퇴수 모드에서, 상기 축전식 탈염 모듈에 부착된 잔류 이온을 제거하기 위해 상기 DC 링크 커패시터의 직류 전압의 극성을 변환하여 상기 축전식 탈염 모듈에 제공하는 극성 변환 모듈;
을 더 포함하는, 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템.
5. The method of claim 4,
The solar-linked power conversion system of the capacitive desalination module,
a polarity conversion module that converts the polarity of the DC voltage of the DC link capacitor to remove the residual ions attached to the capacitive desalination module in the evacuation mode and provides it to the capacitive desalination module;
Further comprising, a solar-linked power conversion system of the capacitive desalination module.
정수시에 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 축전식 탈염 모듈에 공급하는 제1 단계; 및
퇴수시에 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원으로 회생시키는 제2 단계;를 포함하며,
상기 제1 단계는 정수 모드에서 교류 전원으로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 정수 전원을 축전식 탈염 모듈에 공급하고, 상기 축전식 탈염 모듈에 일정한 직류 전류가 제공되도록 상기 양방향 전력 변환 모듈을 전류 모드로 제어하되, 상기 축전식 탈염 모듈의 양단의 전압이 목표 전압에 도달하면 상기 축전식 탈염 모듈에 일정한 직류 전압이 인가되도록 전압 모드로 제어하며,
상기 제2 단계는 퇴수 모드에서 상기 축전식 탈염 모듈 양단의 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 퇴수 전원을 상기 교류 전원으로 회생시키며, 상기 축전식 탈염 모듈로부터 일정한 직류 전류가 출력되도록 상기 양방향 전력 변환 모듈을 전류 모드로 제어하는 축전식 탈염 모듈의 태양광 연계 전력 변환 시스템을 이용한 에너지 회생 방법.
A capacitive desalination module, a photovoltaic module for supplying power by sunlight to the capacitive desalination module, and bidirectional power for applying purified water and drain power to the capacitive desalination module to remove ionic substances in raw water In the energy regeneration method of a solar-linked power conversion system of a capacitive desalination module including a conversion module,
a first step of converting an AC voltage supplied from an AC power source into a DC voltage during water purification and supplying it to the capacitive desalination module; and
A second step of converting the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into an AC voltage and regenerating the DC voltage into the AC power when the water is discharged.
The first step is to supply the purified power that converts the AC voltage supplied from the AC power to the DC voltage in the water purification mode to the capacitive desalination module, and the bidirectional power conversion module to provide a constant DC current to the capacitive desalination module Control in current mode, but control in voltage mode so that a constant DC voltage is applied to the capacitive desalination module when the voltage at both ends of the capacitive desalination module reaches a target voltage,
The second step is to regenerate the drain power that converts the DC voltage at both ends of the capacitive desalination module into the AC voltage in the drain mode to the AC power source, and the bidirectional power conversion module so that a constant DC current is output from the capacitive desalination module An energy regeneration method using a photovoltaic-linked power conversion system of a capacitive desalination module that controls in a current mode.
A computer-readable recording medium recording a program for executing the method of claim 14 on a computer.
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KR20210147650A (en) | 2021-12-07 |
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