KR102464533B1 - 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법 - Google Patents

분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102464533B1
KR102464533B1 KR1020180147779A KR20180147779A KR102464533B1 KR 102464533 B1 KR102464533 B1 KR 102464533B1 KR 1020180147779 A KR1020180147779 A KR 1020180147779A KR 20180147779 A KR20180147779 A KR 20180147779A KR 102464533 B1 KR102464533 B1 KR 102464533B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
load
power
distribution
dense
microgrid
Prior art date
Application number
KR1020180147779A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200061924A (ko
Inventor
차대석
오승열
송성근
최정식
정규창
Original Assignee
한국전자기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020180147779A priority Critical patent/KR102464533B1/ko
Publication of KR20200061924A publication Critical patent/KR20200061924A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102464533B1 publication Critical patent/KR102464533B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/123—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Abstract

본 발명은 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드를 복수개 포함하고, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드는 분산 부하와, 상기 분산 부하에 직류 전원을 공급하는 신재생 에너지 시스템, 상기 신재생 에너지 시스템이 생산한 전원을 저장하거나 상기 분산 부하에 공급하는 에너지 저장 시스템, 상기 신재생 에너지 시스템과 상기 에너지 저장 시스템 및 상기 분산 부하와 관련한 전력량 정보를 수집하는 ADR을 포함하고, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 ADR과 통신 채널을 형성하는 프로슈머 컨트롤러, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들에 직류 배전으로 전력을 공급하는 AD/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템을 개시한다.

Description

분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법{Discrete Current Micro-grid System for distribution of load and operating method thereof}
본 발명은 부하 분산에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직류 전류 기반의 마이크로그리드 시스템을 통하여 보다 고효율의 부하 분산을 달성할 수 있는 분산 부하를 위한 DC 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.
에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System, 이하에서는 ESS라 칭함)는 전기에너지를 화학적 에너지로 변환시켜 저장하는 장치로서, 휴대용 전자기기나 전기 자동차의 전원으로 최근 각광을 받고 있다. 특히, 신재생 에너지를 중심으로 에너지 산업이 재편되면서 필요한 시점에 전기를 사용할 수 있는 기술인 스마트 그리드와 이를 실현 가능하게 할 수 있는 분산 전원의 저장소로서의 ESS의 역할이 증대되고 있다. 특히, 최근 저탄소 녹색 성장 정책기조에 따른 신재생 에너지원의 필요성 증가에 따른 전력 품질 안정화 및 전력 운영 효율 제고의 필요성이 증대되고 있는 실정에 따라 ESS 설비는 빠르게 보급되고 있다.
한편, 단일 세트로 구성된 ESS 설비는 ESS의 충전 용량이 커질수록 장비의 가격이 급격하게 비싸지며, 또한 ESS에 저장할 수 있는 에너지량에 한계가 있으므로 만충 상태에서 ESS를 계속적으로 운영한다는 것은 의미가 없으며, 이로 인해 외부 계통 전력에 의존하지 않고 ESS 설비만으로 에너지 사용량을 충족시키기는 어려운 것이 현실이다.
또한, 신재생 에너지를 이용한 마이크로그리드 시스템은 태양의 일사량이나 부하 환경에 따라 잉여전력 및 부족 전력이 발생하는데, 마이크로그리드 내에 잉여전력이 발생 시 버려지는 에너지로 간주되며 이는 시스템의 이용률을 저하 시킬 수 있다. 특히, 마이크로그리드 설계 시 부하량 및 순간 피크를 감안하여 설계가 진행되며 이는 정격 용량 보다는 피크부하에 맞춰 설계되기 때문에 투자 비용면에서 손실이 발생하는 문제가 있다.
한국등록특허공보 제10-1545060호(2015.08.10.)
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 분산 부하 예컨대, 가정집 하나에 독립된 마이크로그리드 시스템을 구성하고, 다수의 MG 간(다수의 집들 간) LVDC(Low-voltage DC) 망 연계를 통해 손실을 저감할 수 있는 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법을 제공함에 있다.
그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드를 복수개 포함할 수 있다. 여기서, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드는 분산 부하와, 상기 분산 부하에 직류 전원을 공급하는 신재생 에너지 시스템, 상기 신재생 에너지 시스템이 생산한 전원을 저장하거나 상기 분산 부하에 공급하는 에너지 저장 시스템, 상기 신재생 에너지 시스템과 상기 에너지 저장 시스템 및 상기 분산 부하와 관련한 전력량 정보를 수집하는 ADR을 포함하고, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 ADR과 통신 채널을 형성하는 프로슈머 컨트롤러, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들에 직류 배전으로 전력을 공급하는 AD/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템(예: 마이크로그리드)은 상기 AC/DC 컨버터와 연결되어 상기 AD/DC 컨버터가 제공하는 직류 전력에 관한 요금을 산정하는 DC 메터, 상기 DC 메터를 통해 전달된 직류 전력의 전압을 감압하여 상기 분산 부하에 전달하는 양방향 DC/DC 컨버터, 상기 분산 부하의 전단에 배치되는 인버터를 더 포함할 수 있다.
상기 프로슈머 컨트롤러는 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 ADR로부터 전력량 정보를 수집하고, 상기 전력량 정보에 따라 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 전력 판매 또는 구매를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 AC/DC 컨버터는 상기 프로슈머 컨트롤러 제어에 대응하여 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 잉여 전력을 교류 전력으로 변환하여 밀집형 부하에 전달할 수 있다.
또는, 상기 AC/DC 컨버트는 상기 프로슈머 컨트롤러 제어에 대응하여 다른 마이크로그리드 시스템으로부터 교류 전력을 수입하여 직류로 변환한 후 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들 중 전력 부족을 나타내는 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드에 공급할 수 있다.
본 발명의 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템 운용 방법은 분산 부하에 연결된 신재생 에너지 시스템 및 에너지 저장 시스템의 전력량 정보를 수집하는 단계, 상기 전력량 정보가 잉여 전력을 나타내는지 또는 부족 전력을 나타내는지 확인하는 단계, 상기 전력량 정보가 잉여 전력을 나타내는 경우, 상기 분산 부하의 잉여 전력을 교류 전력으로 변환하고, 변환된 교류 전력을 밀집형 부하에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 전력량 정보가 부족 전력을 나타내는 경우, 다른 마이크로그리드로부터 직류 전력을 구매하여 상기 분산 부하에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 전력량 정보가 부족 전력을 나타내는 경우, 부하 밀집형 지역으로부터 교류 전력을 구매하여 직류 전력으로 변환한 후 상기 분산 부하에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 직류 배전을 통해 전력을 전송함으로써, 교류 배전에 비하여 전력 전송손실에 대한 개선 효과를 제공하며, MG(Micro-grid) 설계 시 피크 부하 대응에 대한 비용 개선이 가능하며 에너지 프로슈머 기술을 통해 MG 설계 사양을 평상시 부하 수준으로 감안할 수 있으며, 피크 부하 발생 시 다른 MG에서 에너지를 구매하는 방식으로 전체 시스템의 투자 비용을 줄일 수 있다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 적용 환경의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부하 밀집형 지역에 포함되는 세부 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템의 일부 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 마이크로그리드 시스템 중 마이크로그리드의 운용 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 마이크로그리드 시스템의 운용 방법의 다른 한 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 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.
또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
상술한 용어들 이외에, 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
아울러, 본 발명의 범위 내의 실시 예들은 컴퓨터 실행가능 명령어 또는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 데이터 구조를 가지거나 전달하는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는, 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 가능한 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, CD-ROM 또는 기타 광 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 기타 자기 저장장치, 또는 컴퓨터 실행가능 명령어, 컴퓨터 판독가능 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 된 소정의 프로그램 코드 수단을 저장하거나 전달하는 데에 이용될 수 있고, 범용 또는 특수 목적 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 기타 매체와 같은 물리적 저장 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
이하에서 설명하는 본 발명은 분산된 부하를 가지는 도서지역과 같이 전력 수급이 매우 불안정하고 제한된 송전되는 지역(ex. 동남아 지역의 개도국)에 맞춘 마이크로그리드 시스템으로서, 신재생 에너지 및 ESS로 구성된 독립형 형태의 마이크로그리드를 구성하여 전력 안정성 중심으로 운영하여, 특수 환경지역 내 주민의 전화사업으로 활용할 수도 있다. 또한, 본 발명은 원거리에 위치한 분산형 수용가 부하에 직류 배전 기반의 독립형 마이크로그리드 시스템과 에너지 프로슈머 기술을 적용하여 연속 부조일수 등 환경에 강인하고 안정적인 전력 수급이 가능한 장점을 제공할 수 있다. 예로서, AC 220V 배전 전압을 DC 380V로 승압하는 효과가 있어 전류가 감소되면서도(예: 380/220 = 1.73 배 감소), 전력 손실은 1.73배 줄어드는 효과가 있어 선로의 전력 손실을 약 33.5%개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로그리드 시스템 적용 환경의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 마이크로그리드 시스템 환경(10)은 전력원(11), 부하 밀집형 지역(100), 부하 분산형 지역(300) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다. 상기 부하 분산형 지역(300)는 복수개의 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들(예: 310)가 포함될 수 있다. 상기 복수개의 본 발명의 마이크로그리드 시스템 환경(10)은 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템(200, 300)을 포함하며, 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템(200, 300)은 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들(300) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다.
상기 전력원(11)은 전력을 생산하여 공급하는 주체로서, 한국 전력원 또는 발전소 등이 될 수 있다. 상기 전력원(11)은 교류 전력을 생성하고, 생성된 교류 전력을 부하 밀집형 지역(100)에 직접적으로 공급할 수 있다.
상기 부하 밀집형 지역(100)은 상기 전력원(11)에 직접적으로 연결되면서 에너지 저장 시스템 및 신재생 에너지 시스템을 포함하면서, 밀집형 부하에 전력을 공급할 수 있는 지역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 부하 밀집형 지역(100)은 일정 가구수 이상 밀집된 아파트 단지나 주택 단지들을 포함할 수 있다. 상기 부하 밀집형 지역(100)은 전력원(11)에서 전달된 전력을 교류 배전을 통해 수신하고, 수신된 교류 전력을 사용할 수 있다. 상기 부하 밀집형 지역(100)은 제어부(200)(예: 프로슈머 컨트롤러(220))의 제어에 대응하여 밀집형 부하에 전력을 공급하고, 밀집형 부하에 공급되는 전력의 부족 또는 잉여에 따라 전력 거래를 수행할 수 있다.
상기 부하 분산형 지역(300)은 상기 부하 밀집형 지역(100)과 다르게 부하들이 분산된 형태로 배치된 지역을 포함할 수 있다. 이러한 부하 분산형 지역(300)은 예컨대, 산간 지역 등 가구들이 지정된 거리 이상으로 떨어져 배치된 환경을 포함할 수 있다. 또는, 상기 부하 분산형 지역(300)은 동남아와 같은 개도국에서 가정집들이 일정 간격 이상 이격되어 배치된 지역을 포함할 수 있다. 상기 부하 분산형 지역(300)은 각 분산 부하에서 사용되는 전력을 공급할 수 있도록 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드는 각 가정집 단위(또는 적어도 하나의 가정집 단위)로 구축될 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 부하 밀집형 지역(100)과 부하 분산형 지역(300) 간의 전력 거래를 지원할 수 있는 AC/DC 컨버터(210) 및 각 지역에서의 전력량 상태, 전력량 필요 상태 등을 분석하고 판단할 수 있는 프로슈머 컨트롤러(220)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부하 밀집형 지역에 포함되는 세부 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 부하 밀집형 지역(100)은 밀집형 부하(101), 제1 PMU(111)(Phasor Measurement Unit), 제1 신재생 에너지 시스템(110)(Photovoltaics, PV), 제1 에너지 저장 시스템(120)(Energy storage system, ESS), 전력 관리 시스템(130)(예: power management system, PMS), 제2 PMU(121), 제3 PMU(103)를 포함할 수 있다.
상기 밀집형 부하(101)는 앞서 언급한 바와 같이 복수의 가정집들이나 사무소 등 전력을 소비하는 소비 주체들이 일정 밀집도 이상으로 밀집된 지역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 밀집형 부하(101)는 아파트 단지, 오피스텔 단지, 빌딩 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 PMU(111)는 상기 제1 신재생 에너지 시스템(110)의 전단에 배치되어, 제1 신재생 에너지 시스템(110)의 전력 위상을 측정하고, 측정된 위상 값을 전력 관리 시스템(130)에 전달할 수 있다. 또한, 상기 제1 PMU(111)는 제1 신재생 에너지 시스템(110)에서 공급된 전력을 교류 전력을 변환하고, 변환된 전력을 밀집형 부하(101) 또는 AC/DC 컨버터(210)에 전달할 수 있다.
제1 신재생 에너지 시스템(110)은 부하 밀집형 지역(100)에 배치되어 태양광이나 풍력, 수력 등 환경을 통해 에너지를 생산할 수 있는 생산 설비를 포함하는 시스템일 수 있다. 이러한 제1 신재생 에너지 시스템(110)은 예컨대, 아파트 단지나 공장 지대에 배치되어 일정 크기의 전력을 생산하는 태양광 센서들을 포함할 수 있다. 상기 제1 신재생 에너지 시스템(110)이 생산한 전력을 밀집형 부하(101)에 바로 공급되거나 또는 제1 에너지 저장 시스템(120)에 전달되어 저장될 수 있다.
상기 제1 에너지 저장 시스템(120)은 제1 신재생 에너지 시스템(110) 및 밀집형 부하(101), AC/DC 컨버터(210)에 연결될 수 있다. 상기 제1 에너지 저장 시스템(120)은 제1 신재생 에너지 시스템(110)이 생산한 전력을 저장할 수 있다. 또는, 상기 제1 에너지 저장 시스템(120)은 사전 저장된 전력을 제어부(200) 제어에 대응하여 밀집형 부하(101)에 전달할 수 있다.
제2 PMU(121)는 제1 에너지 저장 시스템(120)의 전단에 배치되어, 제1 에너지 저장 시스템(120)의 전력 위상을 측정하고, 측정된 값을 전력 관리 시스템(130)에 전달할 수 있다. 또한, 상기 제2 PMU(121)는 교류를 직류로 변환하여 제1 에너지 저장 시스템(120)에 전달하거나, 제1 에너지 저장 시스템(120)에 저장된 직류를 교류로 변환하여 밀집형 부하(101)에 전달하거나 AC/DC 컨버터(210)에 전달할 수 있다.
상기 제3 PMU(103)는 전력원(11)과 밀집형 부하(101) 사이에 배치되어, 전력원(11)에서 공급되는 전력의 위상을 측정하고, 측정된 위상 값을 전력 관리 시스템(130)에 전달할 수 있다.
상기 전력 관리 시스템(130)은 제1 PMU(111), 제2 PMU(121) 및 제3 PMU(103)와 통신하고, 각 PMU들로부터 측정 위상 값을 수집할 수 있다. 상기 전력 관리 시스템(130)은 상기 PMU들로부터 전달된 값을 분석하여 밀집형 부하(101)에 전력이 부족한지 또는 남는지를 확인할 수 있다. 상기 전력 관리 시스템(130)은 부족한 전력 또는 남는 전력에 대한 처리를 수행할 수 있다. 이러한 전력 관리 시스템(130)은 프로슈머 컨트롤러(220)와 통신 채널을 형성하고, 프로슈머 컨트롤러(220)의 제어에 따라 전력 관리를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템의 일부 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템(200, 300)은 벽지 산간에 있는 마이크로그리드(예: 가정집)들을 대상으로 구축될 수 있으며, 예를 들어, 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들(300) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드(310)는 분산 부하(301), 인버터(314), DC 메터(315), 제2 에너지 저장 시스템(312), 제2 신재생 에너지 시스템(311), DC/DC 컨버터(313), ADR(303)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 AC/DC 컨버터(210)는 마이크로그리드(310)의 DC 메터(315)를 통해 전력을 공급할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 AC/DC 컨버터(210)는 DC Link 공유를 위한 양방향 중앙 인버터로서 집중식 마이크로그리드 시스템의 상용전력을 DC로 변환하는 역할을 가지고 있으며, 직류배전 전압은 750V로 유지할 수 있다. 양방향 중앙 인버터(예: 상기 AC/DC 컨버터(210))는 전력 송전 손실을 최소화를 위해 직류 배전 (750V)으로 구성될 수 있다. 상기 프로슈머 컨트롤러(220)는 각 마이크로그리드들에 배치된 ADR(303)과 통신 채널을 형성하고, 각 ADR(303)로부터 수집된 정보(각 가정집의 전력량)를 기반으로 잉여 전력 부족 또는 잉여 상태를 판단하고, 에너지 거래를 수행할 수 있다. 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드(310)는 부하 분산형 지역(300)에 복수개가 배치될 수 있다.
상기 제2 에너지 저장 시스템(312)은 앞서 도 2에서 설명한 제1 에너지 저장 시스템(120)과 동일 또는 유사한 구성일 수 있다. 이러한 제2 에너지 저장 시스템(312)은 전압/전류 제어를 통해 DC Link 단 전압을 380V로 유지 시켜줄 수 있다.
상기 제2 신재생 에너지 시스템(311)은 앞서 도 2에서 설명한 제1 신재생 에너지 시스템(110)과 동일 또는 유사한 구성일 수 있다. 이러한 제2 신재생 에너지 시스템(311)은 제2 에너지 저장 시스템(312)과 연계하여 마이크로그리드(예: 가정집)의 전류 제어를 수행할 수 있다.
상기 ADR(303)은 전력 변환 기기들의 정보를 수집하며, 특히 제2 에너지 저장 시스템(312)의 SoC(State Of Charge, 충전상태)를 통해 잉여전력이나 부족전력을 판단할 수 있다. 이러한 ADR(303)은 프로슈머 컨트롤러(220)와 통신 채널을 형성하고, 잉여 전력 또는 부족 전력에 관한 전력 거래를 수행할 수 있다. 상기 ADR(303)은 부족전력 발생 시에는 잉여전력을 가지는 가정집에 우선적으로 에너지 거래 요청을 수행할 수 있다.
상기 양방향 DC/DC 컨버터(313)는 DC 메터(315)를 통해 전달된 직류 전력(750V 전압)을 분산 부하(301)에서 사용할 수 있는 형태의 전압 예컨대 380V로 감압하고, 이를 제2 에너지 저장 시스템(312) 또는 인버터(314) 등에 전달할 수 있다. 이러한 양방향 DC/DC 컨버터(313)는 제2 에너지 저장 시스템(312) 및 제2 신재생 에너지 시스템(311)과 연계하여 마이크로그리드(310) 내의 전류 제어를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템은 전력 수급이 어려운 도서 지역을 위한 마이크로그리드 시스템으로서, 가정집 하나 당 에너지 저장 시스템(Energy Storage System), 신재생 에너지(PV), 직류 배전을 위한 양방향 DC/DC 컨버터(750V to 380V), 분산 부하(301)(또는 가정집) 전력 공급을 위한 단상 DC/AC 인버터, ADR(Auto Demand Response), DC 메터(315)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템(200, 300)은 전력 손실 저감과 전력 변환 기기의 원가 절감을 위해 380V의 DC Link로 구성되며, 가정집에 공급되는 최종단 전력은 상용 전원에 맞춘 단상 AC 220V 또는 110V로 이루어질 수 있다. 상기 DC 메터(315)는 전력 계산을 통한 거래 요금을 산정할 수 있다.
한편, 부하 분산형 지역(300)에는 복수의 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드(310)들이 배치되며, 각 마이크로그리드들 간의 연결을 통해 전체 부하 분산형 마이크로그리드 시스템(예: 300, 200)이 구축될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 마이크로그리드 시스템 중 마이크로그리드의 운용 방법의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드 시스템(200, 300)의 마이크로그리드 운용과 관련하여, ADR(303)은 401 단계에서, 마이크로그리드의 전력량 정보를 수집할 수 있다. 예컨대, 상기 ADR(303)은 제2 에너지 저장 시스템(312)과 제2 신재생 에너지 시스템(311)을 통해 제공될 수 있는 전력량을 확인할 수 있다. 또한, ADR(303)은 분산 부하(301)의 사용 전력량 또는 예측 전력량을 확인할 수 있다.
상기 ADR(303)은 403 단계에서, 해당 마이크로그리드의 잉여 전력 또는 부족 전력 발생이 있는 분산 부하(301)를 기반으로 확인할 수 있다.
상기 ADR(303)은 405 단계에서 분산 부하(301) 간 전력 거래를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 ADR(303)은 부하 분산형 지역(300)에 위치한 다른 ADR과 통신 채널을 형성할 수 있다. 또는, 상기 ADR(303)은 프로슈머 컨트롤러(220)에 잉여 전력 정보 또는 부족 전력 정보를 제공할 수 있다.
상기 ADR(303)은 다른 마이크로그리드로부터 부족 전력을 구매하거나 또는 다른 마이크로그리드에 잉여 전력을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분산형 마이크로그리드 시스템의 운용 방법의 다른 한 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 부하 분산형 마이크로그리드 시스템 운용과 관련하여, 가 마이크로그리드에 포함된 ADR(303)은 전력량 정보를 수집하고, 수집된 전력량 정보를 프로슈머 컨트롤러(220)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 프로슈머 컨트롤러(220)는 501 단계에서 부하 분산형 지역(300)에 배치된 마이크로그리드들의 전력량 정보를 수집할 수 있다.
상기 프로슈머 컨트롤러(220)는 503 단계에서, 분산 부하에서 부족전력이 발생하는지 확인할 수 있다. 이와 관련하여, 프로슈머 컨트롤러(220)는 수집된 전력량 정보를 비교하여 현재 또는 일정 시간 범위 내에서 부하 분산형 지역(300)의 전체 전력량이 부족한지 남는지를 확인할 수 있다. 상기 프로슈머 컨트롤러(220)는 부하 분산형 지역(300) 내에서 부족 전력이 발생한 경우, 505 단계에서, 양방향 중앙 컨버터(예: 상기 AC/DC 컨버터(210))를 통해 전력을 구입할 수 있다. 상기 전력 구입은 예컨대, 부하 밀집형 지역(100)에 마련된 제1 에너지 저장 시스템(120) 또는 제1 신재생 에너지 시스템(110)이거나 또는 전력원(11) 중 적어도 하나로부터 수행될 수 있다. 상기 양방향 중앙 컨버터는 전력 구입 시, 750V 전압의 전력을 수입하고, 프로슈머 컨트롤러(220)의 제어에 따라 수입된 전력을 필요한 마이크로그리드에 공급하도록 제어할 수 있다.
부하 분산형 지역(300) 내에서 부족 전력 발생이 없는 경우, 상기 프로슈머 컨트롤러(220)는 507 단계에서 부하 분산형 지역(300) 내에 잉여 전력이 발생하는지 확인할 수 있다. 상기 프로슈머 컨트롤러(220)는 잉여 전력이 발생한 경우, 509 단계에서 상기 잉여 전력을 양방향 중앙 컨버터를 통해 판매할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로슈머 컨트롤러(220)는 상기 AC/DC 컨버터(210)를 통하여 상기 밀집형 부하(101)에 잉여 전력을 제공할 수 있다. 상기 잉여 전력 제공에 따라 발생한 비용은 해당 잉여 전력을 공급한 마이크로그리드에 제공할 수 있다.
상술한 본 발명의 부하 분산형 DC 마이크로그리드 시스템(200, 300)은 DC 구성을 통한 전력손실 저감과 전력변환기기의 원가 절감 가능 및 시스템 간소화를 가능케 하며, 마이크로그리드 간의 잉여전력에 대한 이용률을 높일 수 있는 에너지 프로슈머 기술을 제공할 수 있다. 특히, 에너지 프로슈머 기술을 적용하여 분산형 부하의 피크전력에 대한 마이크로그리드 구축 시 초기 투자비용 절감할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명은 MG 간 LVDC 망 연계를 통한 전력 전송 손실 저감 효과(약 33% 이상 개선 가능)를 제공하며, MG 간 LVDC 망 연결이 가능하기 때문의 기존의 2 Stage(DC/DC + DC/AC)는 1 Stage(DC/DC)로 구성될 수 있어 약 35%의 원가 절감의 개선 효과를 제공할 수 있다. 이를 보다 상세히 하면, DC 변환 시, 기존 AC 망 구성과 대비하여, 2 스테이지 구성 시 파워 스택(Power stack)을 50% 절감할 수 있으며, 수동 소자를 50% 절감할 수 있고, 1 스테이지 구성 시, 기존 AC 망 구성과 대비하여 파워 스택 40% 절감 및 수동 소자 35% 절감을 달성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다.
또한, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 통상의 기술자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
10: 마이크로그리드 시스템 환경
11: 전력원
100: 부하 밀집형 지역
101: 밀집형 부하
103, 111, 121: PMU
110: 제1 신재생 에너지 시스템
120: 제1 에너지 저장 시스템
130: 전력 관리 시스템
200: 제어부
210: AC/DC 컨버터
220: 프로슈머 컨트롤러
300: 부하 분산형 지역
310: 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드
301: 분산 부하
303: ADR
311: 제2 신재생 에너지 시스템
312: 제2 에너지 저장 시스템
313: 양방향 DC/DC 컨버터
314: 인버터
315: DC 메터

Claims (8)

  1. 전력원에 직접 연결되면서 제1 신재생 에너지 시스템 및 제1 에너지 저장 시스템을 포함하고, 밀집형 부하에 전력을 공급하는 부하 밀집형 지역 시스템;
    복수의 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드를 포함하는 부하 분산형 지역 시스템; 및
    상기 부하 밀집형 지역 시스템 및 상기 부하 분산형 지역 시스템 간의 전력 거래를 지원하는 AC/DC 컨버터 및 각 지역 시스템에서의 전력량 상태 및 전력량 필요 상태를 분석하고, 판단하는 프로슈머 컨트롤러를 포함하는 제어부;를 포함하되,
    상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드는
    분산 부하;
    상기 분산 부하에 직류 전원을 공급하는 제2 신재생 에너지 시스템;
    상기 제2 신재생 에너지 시스템이 생산한 전원을 저장하거나 상기 분산 부하에 공급하는 제2 에너지 저장 시스템;
    상기 제2 신재생 에너지 시스템과 상기 제2 에너지 저장 시스템 및 상기 분산 부하와 관련한 전력량 정보를 수집하고, 부족 전력 발생 시, 잉여 전력을 가지는 지역에 우선적으로 에너지 거래 요청을 하는 ADR;
    상기 AC/DC 컨버터와 연결되어 상기 AC/DC 컨버터가 제공하는 직류 전력에 관한 요금을 전력 계산을 통해 산정하는 DC 메터;
    상기 DC 메터를 통해 전달된 직류 전력의 전압을 감압하여 상기 분산 부하에 전달하는 양방향 DC/DC 컨버터; 및
    상기 분산 부하의 전단에 배치되는 인버터;를 포함하고,
    상기 프로슈머 컨트롤러는
    상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 ADR로부터 전력량 정보를 수집하고, 상기 전력량 정보에 따라 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 전력 판매 또는 구매를 제어하고,
    상기 AC/DC 컨버터는
    상기 프로슈머 컨트롤러 제어에 대응하여 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들의 잉여 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 잉여 전력을 구매한 부하 밀집형 지역 시스템에 전달하고,
    상기 부하 밀집형 지역 시스템으로부터 구매된 교류 전력을 직류로 변환한 후 상기 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드들 중 전력 부족을 나타내는 부하 분산형 직류 배전 마이크로그리드에 공급하되, 전력 계산을 통한 거래 요금을 산정하는 DC 메터를 통해 공급하고,
    상기 부하 밀집형 지역 시스템은
    상기 제1 신재생 에너지 시스템에서 공급된 전력을 교류 전력을 변환하고, 변환된 전력을 상기 밀집형 부하 또는 상기 부하 밀집형 지역 시스템 내부의 AC/DC 컨버터에 전달하는 제1 PMU; 및
    교류를 직류로 변환하여 상기 제1 에너지 저장 시스템에 전달하거나, 상기 제1 에너지 저장 시스템에 저장된 직류를 교류로 변환하여 상기 밀집형 부하에 전달하거나 상기 부하 밀집형 지역 시스템 내부의 AC/DC 컨버터에 전달하는 제2 PMU;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 부하를 위한 마이크로그리드 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020180147779A 2018-11-26 2018-11-26 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법 KR102464533B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180147779A KR102464533B1 (ko) 2018-11-26 2018-11-26 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180147779A KR102464533B1 (ko) 2018-11-26 2018-11-26 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200061924A KR20200061924A (ko) 2020-06-03
KR102464533B1 true KR102464533B1 (ko) 2022-11-09

Family

ID=71087826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180147779A KR102464533B1 (ko) 2018-11-26 2018-11-26 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102464533B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230058207A (ko) 2021-10-22 2023-05-03 대호전기 주식회사 블록체인 기반 lvdc 배전시스템
KR102616425B1 (ko) * 2022-01-19 2023-12-20 광운대학교 산학협력단 직류 마이크로그리드 시스템을 위한 분산 협조 부하 분담 제어 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004015882A (ja) * 2002-06-05 2004-01-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 分散電源システムおよびその運用方法、並びに運用プログラム
JP2011229268A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Toppan Printing Co Ltd 電力制御システムおよび電力制御方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101545060B1 (ko) 2013-11-26 2015-08-17 정유철 Ess 분산제어 기반의 스마트그리드 통합 전력제어시스템
KR101602916B1 (ko) * 2014-05-26 2016-03-14 재단법인대구경북과학기술원 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004015882A (ja) * 2002-06-05 2004-01-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 分散電源システムおよびその運用方法、並びに運用プログラム
JP2011229268A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Toppan Printing Co Ltd 電力制御システムおよび電力制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200061924A (ko) 2020-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10516268B2 (en) Power management device and system
US10756546B2 (en) Methods of advanced grid and microgrid support functionalities through hybrid fuel cell systems
US11757304B2 (en) Versatile site energy router
EP3358694B1 (en) Control device
KR102194001B1 (ko) 부하환경을 고려한 마이크로그리드 시스템 및 그 운영방법
Purvins et al. Application of battery-based storage systems in household-demand smoothening in electricity-distribution grids
US10656663B2 (en) Apparatuses including utility meter, power electronics, and communications circuitry, and related methods of operation
Kucevic et al. Reducing grid peak load through the coordinated control of battery energy storage systems located at electric vehicle charging parks
KR101602916B1 (ko) 스마트 마이크로그리드 운영장치 및 그 방법
JP2017521034A (ja) 送電網ネットワークのゲートウェイアグリゲーション
WO2016176727A1 (en) Operation scheduling of power generation, storage and load
JP2012075224A (ja) 再生可能エネルギーの蓄電システム
CN108123497B (zh) 一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统
US11415598B2 (en) Methods and systems for connecting and metering distributed energy resource devices
Teleke et al. Nanogrids with energy storage for future electricity grids
KR102464533B1 (ko) 분산 부하를 위한 직류 배전 마이크로그리드 시스템 및 이의 운용 방법
Carpinelli et al. Optimal operation of electrical energy storage systems for industrial applications
Meng et al. Distributed generation and storage optimal control with state estimation
KR102234560B1 (ko) 저압직류(lvdc) 배전망을 이용한 분산형 부하와 밀집형 부하 연계 시스템 및 그 운용 방법
Siraj et al. Optimal power dispatch in solar‐assisted uninterruptible power supply systems
JP6761313B2 (ja) 電力料金精算システム
JP2017022919A (ja) 電力融通システム及びそれを具備する住宅街区
Li et al. Housing development building management system (HDBMS) for optimized electricity bills
Li et al. Intelligent housing development building management system (hdbms) for optimized electricity bills
CN109919501A (zh) 基于区块链的社区分布式电网的运行与交易结算方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)