KR102644293B1

KR102644293B1 - Dc 그리드 배전시스템

Info

Publication number: KR102644293B1
Application number: KR1020200161450A
Authority: KR
Inventors: 이율재; 김태윤; 정판검; 김태진
Original assignee: 대호전기 주식회사
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2024-03-07
Also published as: KR20220073405A

Abstract

본 발명은 DC 그리드 배전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전압 불안정으로 인한 시스템 효율 저하를 방지할 수 있는 DC 그리드 배전시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템은 배터리부 측에서 공급되는 DC 전원을 안정화시킴으로써, 직류배전시스템에 부하가 투입되거나 제거될 때 발생하는 전압 불안정으로 인한 시스템 효율 저하를 방지할 수 있고, 피크 전압의 감소에 따라 보다 낮은 정격 전압을 갖는 소자들을 사용할 수 있어 장치의 호환성을 향상시킬 수 있다.

Description

DC 그리드 배전시스템{DC grid distribution system}

본 발명은 DC 그리드 배전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전압 불안정으로 인한 시스템 효율 저하를 방지할 수 있는 DC 그리드 배전시스템에 관한 것이다.

직류배전시스템은 리액턴스 성분이 없어 무효전력으로 인한 손실이 없고 주파수가 존재하지 않으므로 표피 효과(skin effect)가 없어, 교류 배전 시스템보다 배전 효율이 높은 장점이 있다.

이에 더불어, 최근에는 신재생에너지를 활용한 발전이 상용화되고 있으며, 고효율의 전력변환장치, DC 부하 등의 개발에 힘입어 직류배전시스템이 각광받고 있다.

직류배전시스템은 전원단, 배전단 및 부하단으로 구성될 수 있고, 전원단에서 공급되는 직류전압(전원단 전압)은 배전단을 통해 부하단에 연결된 각 부하에 인가될 수 있다.

다만, 직류배전시스템에 다수의 부하가 연결된 경우, 부하에 포함된 전력변환장치 등의 상호작용으로 인해 전원단 전압에 불안정이 발생한다. 특히, 직류배전시스템에 부하가 투입되거나 부하가 제거될 때, 일정 시간의 과도구간(transient region)에서 전원단 전압의 불안정이 발생한다.

직류배전시스템에 부하가 투입되면 순간적으로 전원단 전압이 감소하며, 감소된 전원단 전압은 일정 시간 동안의 오실레이션(ocillation)을 통해 과도구간 이후 다시 정상 상태로 회복된다. 또한, 직류배전시스템에서 부하가 제거되면 순간적으로 전원단 전압이 증가하며, 증가된 전원단 전압은 일정 시간 동안의 오실레이션을 통해 과도구간 이후 다시 정상 상태로 회복한다.

이러한 과도구간에서의 오실레이션은 전원단 전압에 주파수 성분을 생성하고, 생성된 주파수 성분은 직류배전시스템에 악영향을 미치는 문제가 있다.

대한민국 제10-1431047호 대한민국 공개특허 10-2019-0014739 대한민국 공개특허 10-2016-0081067

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 DC 배전의 전원단에서 공급되는 직류 전원을 안정화시킬 수 있는 DC 그리드 배전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템은 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광발전모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 태양광발전부와; 상기 태양광발전부에서 생산된 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 부하단 측으로 공급하는 배터리부와; 상기 태양광발전부와 연결되고, 상기 태양광발전부에서 생산된 전력을 변환하여 출력하는 적어도 하나 이상의 제1 DC/DC컨버터를 포함하는 제1전력변환부와; 상기 제1전력변환부와 상기 배터리부 사이에 접속되어 상기 배터리부를 충전할 시에는 상기 제1전력변환부에서 출력되는 전력을 변환하여 상기 배터리부 측으로 출력하고, 상기 배터리부를 방전할 시에는 상기 배터리부에 출력되는 전력을 변환하여 부하단 측으로 전력을 공급하기 위한 메인공급라인으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제2 DC/DC컨버터를 포함하는 제2전력변환부와; 배전판넬과, 상기 배전판넬에 설치되고 상기 메인공급라인에 접속되는 메인배선차단기와, 상기 메인배선차단기에 접속되는 메인부스바와, 일 측이 상기 메인부스바 또는 상기 메인부스바로부터 분기되는 복수의 분기부스바에 각각 접속되고 타 측은 부하단 측으로 전력을 공급하기 위한 복수의 서브공급라인에 각각 접속되는 서브배선차단기를 포함하는 배전부;를 구비하고, 상기 메인부스바에는 상기 서브공급라인들에 부하를 연결 또는 제거시 상기 제2전력변환부에서 출력되는 DC 전력의 변동성을 억제 및 전력을 안정화시키기 위한 전력안정화부가 접속된 것을 특징으로 한다.

상기 전력안정화부는 상기 메인부스바에 접속되는 콘덴서를 포함하고, 상기 콘덴서 용량은 1000마이크로패럿인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템은 배터리부 측에서 공급되는 DC 전원을 안정화시킴으로써, 직류배전시스템에 부하가 투입되거나 제거될 때 발생하는 전압 불안정으로 인한 시스템 효율 저하를 방지할 수 있고, 피크 전압의 감소에 따라 보다 낮은 정격 전압을 갖는 소자들을 사용할 수 있어 장치의 호환성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템을 나타낸 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템의 배전부 및 전력안정화부를 나타낸 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC 그리드 배전시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템(1)이 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템(1)은 태양광발전부(10)와, 배터리부(20)와, 전력변환부와, 배전부(50)와, 전력안정화부(60)를 포함한다.

태양광발전부(10)는 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광발전모듈(11)을 적어도 하나 이상 포함하여 구성된다.

배터리부(20)는 태양광발전부(10)에서 생산된 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 부하단 측으로 공급하는 것으로서 출력단이 제1전력변환부(30)에 접속된다.

전력변환부는 제1전력변환부(30)와 제2전력변환부(40)를 포함하여 구성된다.

제1전력변환부(30)는 태양광발전부(10)의 출력단에 연결되고, 태양광발전부(10)에서 생산된 DC 전력을 DC 전력으로 변환하여 출력하는 DC/DC컨버터(31)로 구성된다. DC/DC컨버터(31)는 태양광발전모듈(11)의 개수에 따라 복수로 구성될 수 있다.

제1전력변환부(30)의 DC/DC컨버터(31)는 태양광발전모듈(11)의 접속수에 따라 용량이 달라질 수 있다. 일 예로 하나의 태양광발전모듈(11)이 접속되는 경우 125KW를 적용할 수 있고, 두 개의 태양광모듈이 접속되는 경우 250KW를 적용할 수 있다.

제2전력변환부(40)는 제1전력변환부(30)와 배터리부(20) 사이에 접속되어 배터리부(20)를 충전할 시, 제1전력변환부(30)에서 출력되는 DC 전력을 DC 전력으로 변환하여 배터리부(20) 측으로 출력한다. 그리고, 제2전력변환부(40)는 배터리부(20)를 방전할 시, 배터리부(20)에 출력되는 DC 전력을 DC 전력으로 변환하여 부하단 측으로 전력을 공급하기 위한 메인공급라인(L1)으로 출력한다. 제2전력변환부(40)는 DC/DC컨버터(41)로 구성되고, 배터리부(20)의 개수 및 제1전력변환부(30)의 DC/DC컨버터(31)의 개수에 따라 복수로 구성될 수 있다.

배전부(50)는 배터리부(20)에 저장된 DC 전력을 부하단 측으로 공급 및 분배하기 위한 것으로서, 입력단 측이 제2전력변환부(40)와 연결된 메인공급라인(L1)과 접속되고, 출력단 측이 부하단 측과 연결된 서브공급라인(L2)과 접속된다.

배전부(50)는 배전판넬(미도시)과, 메인배선차단기(51)와, 메인부스바(52)와, 서브배선차단기(53)를 포함하여 구성된다.

배전판넬은 메인배선차단기(51) 등 각종 전기 및 전자 장치가 설치 및 고정되는 부분으로 통상의 배전함 구조를 가진다.

메인배선차단기(51)는 배전판넬에 설치되고 메인공급라인(L1)에 접속되어 메인공급라인(L1)을 개폐시킨다.

메인부스바(52)는 메인배선차단기(51)에 접속되는 부분으로, 양극과 음극 한 쌍으로 구성된다.

서브배선차단기(53)는 메인부스바(52)에 다이렉트로 또는 접속케이블을 통해 접속되고, 타 측은 부하단 측으로 전력을 공급하기 위한 복수의 서브공급라인(L2)에 각각 접속되어 서브공급라인(L2)을 개폐시킨다. 서브배선차단기(53)는 메인부스바(52)에 직접 접속될 수도 있으나 이와 다르게 메인부스바(52)로부터 분기되는 복수의 분기부스바에 각각 접속될 수도 있다.

전력안정화부(60)는 서브공급라인(L2)들에 부하를 연결하거나 제거할 시 제2전력변환부(40)에서 출력되는 DC 전력의 변동성을 억제 및 전력을 안정화시키기 위한 것으로서, 메인부스바(52)에 병렬 접속된다.

전력안정화부(60)는 메인부스바(52)에 접속되는 적어도 하나 이상의 콘덴서를 포함하여 구성할 수 있으며, 이들을 병렬 접속시킬 수 있다. 그리고, 콘덴서 용량은 1000마이크로패럿(㎌)으로 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 DC 그리드 배전시스템은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 : 태양광발전부
11 : 태양광발전모듈
20 : 배터리부
30 : 제1전력변환부
40 : 제2전력변환부
50 : 배전부
60 : 전력안정화부

Claims

태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광발전모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 태양광발전부와;
상기 태양광발전부에서 생산된 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 부하단 측으로 공급하는 배터리부와;
상기 태양광발전부와 연결되고, 상기 태양광발전부에서 생산된 전력을 변환하여 출력하는 적어도 하나 이상의 제1 DC/DC컨버터를 포함하는 제1전력변환부와;
상기 제1전력변환부와 상기 배터리부 사이에 접속되어 상기 배터리부를 충전할 시에는 상기 제1전력변환부에서 출력되는 전력을 변환하여 상기 배터리부 측으로 출력하고, 상기 배터리부를 방전할 시에는 상기 배터리부에 출력되는 전력을 변환하여 부하단 측으로 전력을 공급하기 위한 메인공급라인으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제2 DC/DC컨버터를 포함하는 제2전력변환부와;
배전판넬과, 상기 배전판넬에 설치되고 상기 메인공급라인에 접속되는 메인배선차단기와, 상기 메인배선차단기에 접속되는 메인부스바와, 일 측이 상기 메인부스바 또는 상기 메인부스바로부터 분기되는 복수의 분기부스바에 각각 접속되고 타 측은 부하단 측으로 전력을 공급하기 위한 복수의 서브공급라인에 각각 접속되는 서브배선차단기를 포함하는 배전부;를 구비하고,
상기 메인부스바에는 상기 서브공급라인들에 부하를 연결 또는 제거시 상기 제2전력변환부에서 출력되는 DC 전력의 변동성을 억제 및 전력을 안정화시키기 위한 전력안정화부가 접속되며,
상기 제1 DC/DC컨버터는 상기 태양광발전부의 출력단에 연결되고, 상기 태양광발전모듈의 접속수에 따라 서로 다른 용량을 갖는 것이 적용되고,
상기 제2 DC/DC컨버터는 상기 배터리부의 개수 및 상기 제1 DC/DC컨버터의 개수에 대응되는 개수로 구성된 것을 특징으로 하는 DC 그리드용 배전시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력안정화부는 상기 메인부스바에 접속되는 콘덴서를 포함하고,
상기 콘덴서 용량은 1000마이크로패럿인 것을 특징으로 하는 DC 그리드용 배전시스템.