KR102537206B1 - 계통연계형 재생에너지 발전 시스템 및 그 동작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계통연계형 재생에너지 발전 시스템에 관한 것으로서, 전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부; 상기 발전부에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부; 상기 발전부 또는 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원으로 공급하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부와 상기 계통전원 사이에 연결되는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체로 구성되는 스위칭부를 포함하고, 상기 전력 변환부에 의하여 독립적으로 부하에 에너지를 공급하거나 상기 전력 변환부에 이상이 발생하는 경우, 상기 스위칭부의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 계통연계형 재생에너지 발전 시스템 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 안정적으로 고속 동작을 하며 전압 또는 전류의 위상과 무관하게 재생에너지 발전 시스템이 독립운전을 하거나 이상 발생시 계통전원과의 연결을 독립적이고 즉각적인 회로 차단이 가능한 계통연계형 재생에너지 발전 시스템 및 그 동작방법에 관한 것이다.
계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 경우 매우 민감한 부하에 공급되는 전원으로도 사용될 수 있는데, 공급되는 전원의 안정성을 위하여 평상시에는 계통전원(Grid)으로 전원을 공급하고, 부하에 전원을 공급하기 위하여 독립운전을 하거나 상기 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우에는 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)의 회로 연결을 차단하여야 한다.
반도체 제조공정 뿐만 아니라, 바이오 및 화학 공정 등에서 사용되는 전원은 중요한 부하에 끊기지 않고 항상 공급되도록 하여 전체 공정에 공급되는 전원의 안정성을 유지해야 한다.
종래의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 경우, 계통전원(Grid)과의 회로 연결 또는 계통전원(Grid)과의 회로 연결을 차단하기 위하여 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치라고 부르기도 하는, 다이리스터(Thyristor)를 사용하는 경우가 있는데, 이러한 SCR 스위치 또는 다이리스터(Thyristor)는 전류(轉流) 현상이 필연적이므로 재생에너지 발전 시스템의 출력을 계통전원(Grid)에 연결하는 SCR 스위치 또는 다이리스터(Thyristor)의 차단 동작을 위해서는 상기 재생에너지 발전 시스템에서 계통전원(Grid)으로의 전류가(轉流)가 종료되어야 차단 동작이 완료될 수 있다.
상기 재생에너지 발전 시스템에서 계통전원(Grid)으로의 전류가(轉流)가 종료되기 위하여 8 ~ 16 ms 동안 차단 동작이 완료되지 못하여 상기 재생에너지 발전 시스템뿐만 아니라 계통전원(Grid)에도 영향을 주어 연결되어 있는 전원 라인 전체에 큰 피해를 줄 수 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1020789호는 무정전 기능을 가진 계통연계형 하이브리드 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 정전시에는 계통연결을 차단하고 태양전지의 발전전력을 부하로 보내는 무정전 기능을 가지는 것을 목적으로 하고, 태양전지(700)의 발전전력을 공급하는 PV 컨버터와, 배터리를 충-방전하는 배터리 충-방전 컨버터, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통과 부하에 공급하는 인버터를 포함하여 이루어지며, 이들은 제어부에 의해 제어되고, 충-방전 계전기는, 제어부의 제어에 따라, 인버터/정류기의 출력이 계통과 연결될 경우에는 개방되어 배터리 충-방전 컨버터와 직류모선을 분리하고, 그 외의 경우에는 단락되어 배터리 충-방전 컨버터와 직류모선을 연결한다. 한편, 계통연결 계전기는, 제어부의 제어에 따라, 계통이 정전인 경우나 배터리의 전력을 직류모선으로 보내는 경우에 개방되어 인버터/정류기와 계통을 분리하고, 그 외의 경우에는 단락되어 인버터/정류기와 계통을 연결시키고 있으나, 상기 계통연결 계전기는 기계적 스위치인 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC: Magnetic Contactor)로서 차단 동작을 위하여 소정의 시간이 소요되어 상기 태양광 발전 시스템뿐만 아니라 계통에도 영향을 주어 연결되어 있는 전원 라인 전체에 큰 피해를 줄 수 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-2039888호는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 무정전 전원 공급 장치의 출력 전원이 불안정한 경우 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하기 위하여 구동제어부에 의해서 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자를 온(On) 또는 오프(Off)하여 무정전 전원 공급 장치 또는 예비전원을 반도체 제조 공정 설비에 공급하고 있으나, 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자는 무정전 전원 공급 장치와 그 외부의 예비전원을 부하에 연결하는 구성일 뿐이고 재생 에너지 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우에 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원의 회로 연결을 차단을 위한 구성에 대해서는 구체적으로 나타내는 바가 없다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-2126209호는 과전류 보호 전원 절체 스위치에 관한 것으로서 반도체 제조 공정 설비 일부에서 단락 사고가 발생하더라도 나머지 반도체 제조 공정 설비에는 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하기 위하여 구동제어부에 의하여 제 1 스위칭 소자를 오프(Off)하고 제 2 스위칭 소자를 온(On)하기 위하여 제 2 스위치 소자의 SCR 스위치, FET(Field Effect Transistor) 양방향 스위치가 순차적으로 턴온되도록 하고 있으나, 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자는 무정전 전원 공급 장치와 그 외부의 예비전원을 부하에 연결하는 구성일 뿐이고 재생 에너지 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우에 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원의 회로 연결을 차단을 위한 구성에 대해서는 구체적으로 나타내는 바가 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)에 영향을 주지 않고 피해를 최소화하기 위하여 독립적이고 즉각적인 회로 차단이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 내부 인버터 출력을 계통전원(Grid)으로 연결하는 스위칭부가 독립적이고 빠른 시간내 전류(轉流)와 상관없이 온(On)/오프(Off)되어 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 신뢰성을 높이는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 안정적으로 고속 동작을 하며 전압 또는 전류의 위상과 무관하게 신속한 절체가 가능하도록 하여 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)의 피해를 미연에 방지하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 전압 또는 전류의 위상과 상관없이 전압 또는 전류센서에 의존하지 않고 독립적으로 신속하게 계통연계형 재생에너지 발전 시스템을 계통전원(Grid)과 연결 및 차단할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 계통연계형 재생에너지 발전 시스템에 관한 것으로서, 전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부; 상기 발전부에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부; 상기 발전부 또는 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원으로 공급하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부와 상기 계통전원 사이에 연결되는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체로 구성되는 스위칭부를 포함하고, 상기 전력 변환부에 의하여 독립적으로 부하에 에너지를 공급하거나 상기 전력 변환부에 이상이 발생하는 경우, 상기 스위칭부의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 스위칭부는 SCR 스위치를 더 포함하고, 상기 SCR 스위치는 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전력 변환부에 의하여 독립적으로 부하에 에너지를 공급하거나 상기 전력 변환부에 이상이 발생하여 상기 스위칭부의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되어 상기 전력 변환부와 계통전원 사이의 연결이 차단되고 나서, 상기 전력 변환부에 의하여 독립적으로 부하에 에너지를 공급하는 것이 중단되거나 상기 전력 변환부가 정상적으로 작동하여 상기 발전부 또는 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 에너지를 계통전원으로 공급하기 위하여 상기 스위칭부의 SCR 스위치를 먼저 턴온한 후 상기 스위칭부의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 순차적으로 턴온되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 스위칭부는 기계적 스위치를 더 포함하고, 상기 기계적 스위치는 상기 스위칭부의 SCR 스위치 및 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체와 서로 병렬 연결되도록 하고, 상기 전력 변환부에 의하여 독립적으로 부하에 에너지를 공급하거나 상기 전력 변환부에 이상이 발생하여 상기 스위칭부의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되어 상기 전력 변환부와 계통전원 사이의 연결이 차단되고 나서, 상기 전력 변환부에 의하여 독립적으로 부하에 에너지를 공급하는 것이 중단되거나 상기 전력 변환부가 정상적으로 작동하여 상기 발전부 또는 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 에너지를 계통전원으로 공급하기 위하여 상기 스위칭부의 SCR 스위치, 기계적 스위치, 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 순차적으로 턴온되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 스위칭부의 SCR 스위치, 기계적 스위치, 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 순차적으로 턴온된 후, 상기 SCR 스위치와 상기 기계적 스위치는 턴오프되고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체는 턴온이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 기계적 스위치는 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC: Magnetic Contactor)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 서로 병렬 연결되는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체, SCR 스위치, 기계적 스위치를 포함하는 스위칭부에 의하여 전력 변환부와 계통전원 사이의 연결 및 차단을 수행하는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작 방법에 관한 것으로서, 상기 전력 변환부와 상기 계통전원 사이의 연결을 회복하는 경우 상기 스위칭부의 SCR 스위치를 먼저 턴온한 후 상기 기계적 스위치가 순차적으로 턴온되도록 하는 제 1 단계(S100); 상기 스위칭부의 SCR 스위치와 기계적 스위치가 순차적으로 턴온된 후, 상기SCR 스위치 또는 기계적 스위치에 흐르는 전류가 허용전류 범위 내인 경우에 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 턴온되도록 하는 제 2 단계(S200); 상기 SCR 스위치와 상기 기계적 스위치는 턴오프되고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체는 턴온이 유지되도록 하는 제 3 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 저장된 컴퓨터프로그램일 수 있다.
본 발명의 효과는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)에 영향을 주지 않고 피해를 최소화하기 위하여 독립적이고 즉각적인 회로 차단이 가능하도록 하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 내부 인버터 출력을 계통전원(Grid)으로 연결하는 스위칭부가 독립적이고 빠른 시간내 전류(轉流)와 상관없이 온(On)/오프(Off)되어 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 신뢰성을 높이는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는 안정적으로 고속 동작을 하며 전압 또는 전류의 위상과 무관하게 신속한 절체가 가능하도록 하여 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)의 피해를 미연에 방지하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는 전압 또는 전류의 위상과 상관없이 전압 또는 전류센서에 의존하지 않고 독립적으로 신속하게 계통연계형 재생에너지 발전 시스템을 계통전원(Grid)과 연결 및 차단할 수 있도록 하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 내부 구성도를 도시한다.
도 2는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 다른 일실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 다른 일실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 경우 매우 민감한 부하에 공급되는 전원으로도 사용될 수 있는데, 공급되는 전원의 안정성을 위하여 평상시에는 계통전원(Grid)으로 전원을 공급하고, 부하에 전원을 공급하기 위하여 독립운전을 하거나 상기 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우에는 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)의 회로 연결을 즉시 차단하여야 한다.
도 1은 종래의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 내부 구성도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 종래의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템은 전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부(10), 상기 발전부(10)에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부(ESS: Energy Storage System)(20), 상기 발전부(10) 또는 상기 에너지 저장부(20)로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원(Grid)(40)으로 공급하는 전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)(30), 상기 전력 변환부(30)와 상기 계통전원(Grid)(40) 사이에 연결되는 SCR 스위치로 구성되는 스위칭부(50)를 포함한다.
상기 전력 변환부(30)는 부하에 전원을 공급하기 위하여 독립운전을 하거나 상기 재생에너지 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우에는 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)의 회로 연결을 차단하여야 한다.
SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치라고 부르기도 하는, 다이리스터(Thyristor)를 사용하는 절체회로는 전류(轉流) 현상이 필연적이므로 상기 전력 변환부(30)와 상기 계통전원(Grid)(40) 사이의 연결을 차단하기 위해서는 전압센서 또는 전류센서를 통하여 입력 받거나, 일정시간 SCR 스위치가 오프(Off) 되는 시간 구간을 두어 전류에 의한 소손을 방지하는 방식을 채택하고 있다.
그러나 이러한 방식들은 오프셋(offset) 등에 의한 연산오차로 전류(轉流)시 과전류가 발생할 수 있어서 이를 방지하기 위해서 SCR 스위치를 오프(Off)하는 시간을 반주기 이상 유지함으로써 과전류에 의한 소손은 방지될 수 있으나, 부하에 인가되는 전원이 8 ms 이상 오프(Off)됨으로써 전원에 민감한 부하의 경우 부하시스템이 셧다운(shut-down)되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)의 회로 연결을 차단하기 위하여 상기 전력 변환부(30)에서 상기 계통전원(Grid)(40)으로의 전류(轉流)가 먼저 종료되어야 회로 연결이 비로소 차단될 수 있기 때문에 8 ms ~ 16 ms 동안 회로 연결이 차단되지 못하여 상기 재생에너지 발전 시스템 뿐만 아니라 상기 계통전원(Grid)에도 악영향을 미치게 되어 연결되어 있는 전원 라인 모두에 큰 피해를 가할 수 있다.
도 2는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템은 전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부(100), 상기 발전부(100)에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부(ESS: Energy Storage System)(200), 상기 발전부(100) 또는 상기 에너지 저장부(200)로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원(400)으로 공급하는 전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)(300), 상기 전력 변환부(300)와 상기 계통전원(Grid)(400) 사이에 연결되는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)로 구성되는 스위칭부(500)를 포함한다.
상기 발전부(100)는 태양광, 풍력 등의 재생에너지로부터 전기에너지를 생산하고, 상기 전력 변환부(300)는 상기 발전부(100)에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 상기 계통전원(Grid)(400)으로 공급하거나, 상기 에너지 저장부(200)로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원(400)으로 공급할 수 있고, 내부에 인버터를 구비하여 출력되는 전원의 위상과 주파수를 변환할 수 있다.
상기 스위칭부(500)는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)를 포함하고, 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 양방향 스위치 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 양방향 스위치와 같이 온(On)/오프(Off)를 위하여 별도의 회로를 부가할 필요없이 ‘능동적인’ 스위칭 제어가 가능하다.
이러한 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 반도체(501)는 오프(Off)를 위한 별도의 회로를 부가하여 ‘수동적인’ 스위칭이 가능한 SCR 스위치와는 달리 게이트에 온(On) 신호와 오프(Off) 신호의 인가만으로 응답시간이 수 ㎲ 이하에서 동작 가능하다.
상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)는 독립적이고 즉각적인 회로 차단이 가능하므로 상기 재생에너지 발전 시스템 뿐만 아니라 상기 계통전원(Grid)(40)에도 악영향을 미연에 방지할 수 있고, 상기 계통전원(Grid)(400)에 더 많은 복수의 재생에너지 발전 시스템이 연결될수록 그 사이의 연결 및 차단에 지연이 발생하면 각각의 재생에너지 발전 시스템이 소용량이라 하더라도 상기 계통전원(Grid)(400)에 큰 피해를 줄 수 있지만, 본 발명은 상기 재생에너지 발전 시스템과 상기 계통전원(Grid)(400) 사이의 연결 및 차단이 즉각적으로 이루어지므로 이러한 누적적인 피해를 최소화할 수 있다.
상기 스위칭부(500)의 동작은 제어부에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부에 대한 도시는 생략한다.
도 3은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 다른 일실시예를 도시한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템은 전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부(100), 상기 발전부(100)에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부(ESS: Energy Storage System)(200), 상기 발전부(100) 또는 상기 에너지 저장부(200)로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원(400)으로 공급하는 전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)(300), 상기 전력 변환부(300)와 상기 계통전원(Grid)(400) 사이에 연결되는 스위칭부(500)를 포함한다.
특히, 상기 스위칭부(500)는 앞서 도 2에 도시된 구성과 대비하여 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)에 SCR 스위칭(502)와 기계적 스위치인 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC: Magnetic Contactor)(503)를 병렬로 더 연결하여 포함하고 있다.
상기 전력 변환부(300)의 운전 전에는, 스위칭부(500)의 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온하거나 또는 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)를 턴온한 후 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 순차적으로 턴온되도록 한다.
상기 계통전원(Grid)(400)으로부터의 과전류가 발생하는 경우를 대비하여 상기 스위칭부(500)의 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503), SCR 스위치(502), 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501) 중에서 내량이 높은 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온하거나 또는 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(501)를 턴온한 후, 흐르는 전류가 허용 전류보다 작은 경우에 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 순차적으로 턴온되도록 한다.
높은 스위칭 속도와 높은 내량을 고려하여 상기 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온한 후, 다음으로 스위칭 속도는 높지만 내량이 낮은 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 턴온할 수 있고, 상기 전력 변환부(300)의 운전 전이므로 스위칭 속도는 느리지만 높은 내량을 고려하여 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)를 턴온한 후, 다음으로 스위칭 속도는 높지만 내량이 낮은 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 턴온할 수 있다.
상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 순차적으로 턴온되면 상기 SCR 스위치(520)와 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(510)는 턴오프되도록 하고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)는 턴온이 유지되도록 하여 상기 전력 변환부(300)가 부하에 전원을 공급하기 위하여 독립운전을 하거나 상기 재생에너지 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우를 대비하게 된다.
결국, 상기 전력 변환부(30)는 부하에 전원을 공급하기 위하여 독립운전을 하거나 상기 재생에너지 발전 시스템에 이상이 발생하거나 수리가 필요한 경우에는 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)(400)의 회로 연결을 차단하기 위하여 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)를 턴오프하여 즉각적으로 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)(400)의 회로 연결을 차단할 수 있다.
상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)(400)의 회로 연결이 차단된 후에 다시 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)(400)의 회로 연결을 위하여 스위칭부(500)의 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온한 후, 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503), 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 순차적으로 턴온되도록 하여 상기 재생에너지 발전 시스템과 계통전원(Grid)(400)의 회로 연결이 이루어진다.
결국, 스위칭부(500)의 SCR 스위치(502)와 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501) 중에서 부하로부터의 단락 전류가 발생하는 경우를 대비하여 내량이 높은 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온한 후, 바로 내량이 더 높은 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)도 턴온한다.
높은 스위칭 속도와 내량을 고려하여 상기 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온한 후, 스위칭 속도는 낮지만 내량은 더 높은 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)를 턴온하고, 마지막으로 스위칭 속도는 높지만 내량이 낮은 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 턴온하게 된다.
물론, 상기 SCR 스위치(502)와 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)를 흐르는 전류가 허용 전류보다 작은 경우에 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 턴온하게 되는 것이다.
상기 계통전원(Grid)(400)으로부터 과전류가 발생하는 경우 내량이 높은 상기 SCR 스위치(502)를 먼저 턴온하여 소손을 방지할 수 있게 되고, 바로 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)도 턴온되도록 하여 과전류의 위험이 있거나 과전류가 감지되는 경우에도 소손을 더욱 더 방지할 수 있게 된다.
이후에 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)를 흐르는 전류가 허용 전류보다 작은 경우에 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)가 순차적으로 턴온되면 상기 SCR 스위치(502)와 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(503)는 턴오프되도록 하고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(501)는 턴온이 유지되도록 한다.
상기 스위칭부(500)의 동작은 제어부에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부에 대한 도시는 생략한다.
도 4는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템은 전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부(100), 상기 발전부(100)에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부(ESS: Energy Storage System)(200), 상기 발전부(100) 또는 상기 에너지 저장부(200)로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원(400)으로 공급하는 전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)(300), 상기 전력 변환부(300) 또는 계통전원(400)으로부터 전원을 공급받는 부하(600), 상기 전력 변환부(300)와 상기 부하(600) 사이에서 회로 연결 및 차단을 수행하는 제 1 스위치(510), 상기 계통전원(400)과 상기 부하(600) 사이에서 회로 연결 및 차단을 수행하는 제 2 스위치(520)을 포함하고 있다.
여기에서 상기 전력 변환부(300)와 상기 계통전원(Grid)(400) 사이에 연결되는 스위칭부(500)의 도시는 생략하고 있다.
상기 전력 변환부(300)로부터 상기 부하(600)로 전원이 공급되고 있는 중에 상기 전력 변환부(300)에 이상이 발생하는 경우 제 1 스위치(510)의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511)의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위치(520)의 SCR 스위치(522)를 먼저 턴온한 후, 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)가 순차적으로 턴온되도록 하여 계통전원(400)으로부터 부하로 전원이 투입되어 상기 계통전원(Grid)(400)으로부터 과전류가 발생하는 경우 내량이 높은 상기 SCR 스위치(522)를 먼저 턴온하여 소손을 방지할 수 있게 된다.
이후에 상기 SCR 스위치(522)를 흐르는 전류가 허용 전류보다 작은 경우에 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)가 순차적으로 턴온되면 상기 SCR 스위치(522)는 턴오프되도록 하고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)는 턴온이 유지되도록 하여 상기 전력 변환부(300)가 정상으로 회복하는 경우를 대비한다.
제 1 스위치(510) 및 제 2 스위치(520)는 각각 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511, 521)를 포함하고, 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511, 521)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 양방향 스위치 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 양방향 스위치와 같이 온(On)/오프(Off)를 위하여 별도의 회로를 부가할 필요없이 ‘능동적인’ 스위칭 제어가 가능하다.
이러한 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 반도체(511, 521)는 오프(Off)를 위한 별도의 회로를 부가하여 ‘수동적인’ 스위칭이 가능한 SCR 스위치와는 달리 게이트에 온(On) 신호와 오프(Off) 신호의 인가만으로 응답시간이 수 ㎲ 이하에서 동작 가능하다.
제 1 스위치(510), 제 2 스위치(520)의 동작은 제어부에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부에 대한 도시는 생략한다.
도 5는 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 본 발명의 일실시예와 비교하여 제 2 스위치(520)에 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(523)가 더 포함되어 병렬로 연결되고 있다.
상기 전력 변환부(300)로부터 상기 부하(600)로 전원이 공급되고 있는 중에 상기 전력 변환부(300)에 이상이 발생하는 경우 제 1 스위치(510)의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511)의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위치(520)의 SCR 스위치(522)를 먼저 턴온한 후, 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(523)와 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)가 순차적으로 턴온되도록 하여 계통전원(400)으로부터 부하로 전원이 투입된다.
상기 계통전원(Grid)(400)으로부터 과전류가 발생하는 경우 내량이 높은 상기 SCR 스위치(522)를 먼저 턴온하여 소손을 방지할 수 있게 되고, 바로 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(523)도 턴온되도록 하여 과전류의 위험이 있거나 과전류가 감지되는 경우에도 소손을 더욱 더 방지할 수 있게 된다.
이후에 상기 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(523)를 흐르는 전류가 허용 전류보다 작은 경우에 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)가 순차적으로 턴온되면 상기 SCR 스위치(522)와 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(523)는 턴오프되도록 하고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)는 턴온이 유지되도록 하여 상기 전력 변환부(300)가 정상으로 회복하는 경우를 대비한다.
제 1 스위치(510), 제 2 스위치(520)의 동작은 제어부에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부에 대한 도시는 생략한다.
도 6은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 본 발명의 일실시예와 비교하여 제 1 스위치(510)에 SCR 스위치(512)와 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(513)가 더 포함되어 병렬로 연결되고 있다.
상기 계통전원(Grid)(400)으로부터 상기 부하(600)로 전원이 공급되고 있는 중에 상기 전력 변환부(300)가 정상으로 회복하는 경우 제 2 스위치(520)의 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(521)의 게이트에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 1 스위치(510)의 SCR 스위치(512)를 먼저 턴온한 후, 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(513)와 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511)가 순차적으로 턴온되도록 하여 상기 전력 변환부(300)로부터 상기 부하(600)로 전원이 즉각적으로 투입된다.
상기 전력 변환부(300)로부터 과전류가 발생하는 경우 내량이 높은 상기 SCR 스위치(512)를 먼저 턴온하여 소손을 방지할 수 있게 되고, 바로 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(513)도 턴온되도록 하여 과전류의 위험이 있거나 과전류가 감지되는 경우에도 소손을 더욱 더 방지할 수 있게 된다.
이후에 상기 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(513)를 흐르는 전류가 허용 전류보다 작은 경우에 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511)가 순차적으로 턴온되면 상기 SCR 스위치(512)와 상기 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC)(513)는 턴오프되도록 하고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체(511)는 턴온이 유지되도록 하여 상기 전력 변환부(300)에 이상이 발생하는 경우를 대비한다.
제 1 스위치(510), 제 2 스위치(520)의 동작은 제어부에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부에 대한 도시는 생략한다.
도 7은 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 또 다른 일실시예를 도시한다.
도 7을 참조하면, 도 3과 도 5에 도시된 본 발명의 일실시예를 전체적으로 보여주는 것으로서 전력 변환부(300)와 계통전원(Grid)(400) 사이에 스위칭부(500)가 연결되고, 상기 전력 변환부(300)와 부하(600) 사이에서 회로 연결 및 차단을 수행하는 제 1 스위치(510), 상기 계통전원(400)과 상기 부하(600) 사이에서 회로 연결 및 차단을 수행하는 제 2 스위치(520)을 포함하고 있다.
상기 스위칭부(500), 제 1 스위치(510), 제 2 스위치(520)의 동작 방법은 이미 앞에서 설명한 바와 같고, 상기 스위칭부(500), 제 1 스위치(510), 제 2 스위치(520)의 동작은 제어부에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부에 대한 도시는 생략한다.
본 발명은 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 계통전원, 부하간의 절체 시간 및 절체 시점 제어 이상에 의하여 시스템이 소손될 수 있는 것을 방지할 수 있고, 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 계통전원, 계통연계형 재생에너지 발전 시스템과 부하, 계통전원과 부하 사이에 연결하는 스위칭부, 제 1 스위치, 제 2 스위치에 병렬로 연결되어 있는 SCR 스위치는 대용량 부하에 연결하기 위하여 아주 짧은 시간만 적용되기 때문에 방열을 위한 구성을 최소화할 수 있으며, 스위칭부, 제 1 스위치, 제 2 스위치에 의한 연결/해제를 전류의 크기나 위상과 상관없이 독립적으로 연결하거나 끊을 수 있기 때문에 전류(轉流)와 상관없이 사용자가 온/오프 함으로써 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 신뢰성을 더욱 더 높일 수 있다.
또한 본 발명의 스위칭부, 제 1 스위치, 제 2 스위치는 병렬 구조이므로 기존의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템에 변경을 가하지 않고도 적용할 수 있고, 종래의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템는 전류(轉流)상태를 관찰해야만 스위치 전환이 가능하지만 본 발명의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템은 전류(轉流)를 관찰하지 않고 사용자가 원하는 시점에서 스위치 전환을 자유롭게 할 수 있기 때문에 제품의 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
또한 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작 방법은 컴퓨터프로그램으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다는 점에서 하나의 하드웨어 또는 개별적인 하드웨어에서 구동되는 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 또한 본 발명인 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작 방법은 컴퓨터프로그램으로서 기록매체에 저장되어 구현될 수도 있다.
10, 100: 발전부
20, 200: 에너지 저장부(ESS: Energy Storage System)
30, 300: 전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)
40, 400: 계통전원(Grid)
50, 500: 스위칭부
501, 511, 521: 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체
502, 512, 522: SCR 스위치
503, 513, 523: 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC: Magnetic Contactor)
510: 제 1 스위치
520: 제 2 스위치
600: 부하
20, 200: 에너지 저장부(ESS: Energy Storage System)
30, 300: 전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)
40, 400: 계통전원(Grid)
50, 500: 스위칭부
501, 511, 521: 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체
502, 512, 522: SCR 스위치
503, 513, 523: 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC: Magnetic Contactor)
510: 제 1 스위치
520: 제 2 스위치
600: 부하
Claims (8)
- 계통연계형 재생에너지 발전 시스템에 있어서,
전기에너지를 생산하여 출력하는 발전부;
상기 발전부에서 생산되어 출력되는 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부;
상기 발전부 또는 상기 에너지 저장부로부터 출력되는 전기에너지를 부하 또는 계통전원으로 공급하는 전력 변환부;
상기 전력 변환부와 상기 계통전원 사이에 연결되는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체, SCR 스위치, 기계적 스위치가 서로 병렬로 연결되는 스위칭부를 포함하고,
상기 전력 변환부와 상기 계통전원 사이의 연결을 회복하는 경우 상기 스위칭부의 SCR 스위치를 먼저 턴온한 후 상기 기계적 스위치가 순차적으로 턴온되도록 하고,
상기 스위칭부의 SCR 스위치와 기계적 스위치가 순차적으로 턴온된 후, 상기 SCR 스위치 또는 기계적 스위치에 흐르는 전류가 허용전류 범위 내인 경우에 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 턴온되도록 하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭부의 SCR 스위치, 기계적 스위치, 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 순차적으로 턴온된 후, 상기 SCR 스위치와 상기 기계적 스위치는 턴오프되고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체는 턴온이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기계적 스위치는 릴레이 또는 마그네틱 콘택터(MC: Magnetic Contactor)인 것을 특징으로 하는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템.
- 서로 병렬 연결되는 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체, SCR 스위치, 기계적 스위치를 포함하는 스위칭부에 의하여 전력 변환부와 계통전원 사이의 연결 및 차단을 수행하는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작 방법에 있어서,
상기 전력 변환부와 상기 계통전원 사이의 연결을 회복하는 경우 상기 스위칭부의 SCR 스위치를 먼저 턴온한 후 상기 기계적 스위치가 순차적으로 턴온되도록 하는 제 1 단계(S100);
상기 스위칭부의 SCR 스위치와 기계적 스위치가 순차적으로 턴온된 후, 상기SCR 스위치 또는 기계적 스위치에 흐르는 전류가 허용전류 범위 내인 경우에 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체가 턴온되도록 하는 제 2 단계(S200);
상기 SCR 스위치와 상기 기계적 스위치는 턴오프되고 상기 능동적인 스위칭 제어가 가능한 전력용 스위칭반도체는 턴온이 유지되도록 하는 제 3 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작방법.
- 제 7 항의 계통연계형 재생에너지 발전 시스템의 동작방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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