KR200344088Y1 - 1kW ~ 5kW class linked small wind power generator - Google Patents
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Abstract
본 고안은 1kW∼5kW급 소형풍력발전기를 이용하여 바람에너지에 의해 발전되는 전기를 상용전기와 연계하여 전기를 사용하는 목적으로 사용되는 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a 1kW to 5kW-class system-type small wind power generator that is used for the purpose of using electricity in connection with commercial electricity by using 1kW to 5kW-class small wind power generators.
이를 실현하기 위하여 본 고안은, 바람에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력발전기가 있으며, 풍력발전기에서 발전된 전기를 상용전원과 연계하는 소형 풍력 연계 계통형 인버터가 있으며, 상용전원과 발전전원을 연결하는 분전반으로 형성 된다.In order to realize this, the present invention, there is a wind power generator for converting wind energy into electrical energy, there is a small wind power grid-type inverter that connects electricity generated from the wind generator with commercial power, distribution panel connecting commercial power and power generation power Is formed.
이때 풍력발전과 상용전원을 연계하며, 바람이 많아 풍력발전용량이 부하용량보다 큰 경우는 풍력발전의 잉여전력이 상용전원으로 송전되며, 바람이 약해 풍력발전용량이 부하용량보다 작을 경우는 풍력발전과 상용전원이 복합되어 부하전원으로 공급되며, 바람이 없어 풍력발전이 발전을 않는 경우는 상용전원으로 부하전원의 전기를 공급한다.At this time, wind power is connected to commercial power, and if the wind power capacity is larger than the load capacity due to the wind, the surplus power of wind power is transmitted to the commercial power. If the wind power capacity is less than the load capacity, the wind power generation And commercial power are mixed and supplied to the load power. If there is no wind and wind power does not generate power, the electricity of the load power is supplied to the commercial power.
따라서, 본 고안은 풍력발전과 소형 풍력 연계 계통형 인버터의 연출로 인하여 소규모의 풍력발전을 상용전기와 연계하여 발전함으로 소형풍력발전의 경제성과 대체에너지의 발전 효과를 한층 더 부각시키는 것을 특징으로 한 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치를 제공한다.Therefore, the present invention is characterized in that the development of small wind power generation in conjunction with commercial electricity due to the production of wind power generation and small wind linked inverters to further highlight the economics of small wind power generation and the effect of alternative energy generation. Provides 1kW ~ 5kW class linked small wind power generator.
Description
본 고안은 상용전원과 풍력발전을 연계하여 부하전원에 전기를 사용하는 것에 있어서, 바람의 힘을 이용하여 풍력발전기의 날개를 회전케 하며 날개 축과 풍력발전기의 발전기축을 직결하여 날개 회전으로 인하여 발전기의 동력으로 사용하여 풍력발전기의 발전기에서 전기를 발전하며, 기 발전된 전기는 상용전원과 연계하여, 바람이 많아 풍력발전용량이 부하용량보다 큰 경우는 풍력발전의 잉여전력이상용전원으로 송전되며, 바람이 약해 풍력발전용량이 부하용량보다 작을 경우는 풍력발전과 상용전원이 같이 부하전원으로 송전되며, 바람이 없어 풍력발전이 발전을 않는 경우는 상용전원으로 부하전원을 공급한다. 소규모의 풍력발전을 연계함으로 소규모의 풍력발전의 확대보급과 대체에너지의 발전효과를 원활하게 할 수 있는 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치에 관 한 것이다.The present invention uses electricity for load power in connection with commercial power and wind power generation, and uses the power of wind to rotate the blades of the wind power generator. It generates electricity from the generator of the wind power generator by using it as the power of the wind turbine. The electricity generated in advance is connected to the commercial power source, and if the wind power generation capacity is larger than the load capacity because the wind is large, it is transmitted to the surplus power of the wind power generation. If the wind power generation capacity is less than the load capacity, the wind power and the commercial power are transmitted to the load power together. If the wind power does not generate due to the wind, the power supply is supplied to the commercial power. It is about a 1kW to 5kW class grid-type small wind power generation system that can facilitate the expansion and dissemination of small-scale wind power generation and the effect of alternative energy.
풍력 발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기력학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다. 풍력 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개(blade)와 허브(hub)로 구성된 회전자와 회전에 의하여 발전기를 구동시킨다.Wind power generation is a technology that uses the aerodynamic characteristics of the kinetic energy of the air flow to rotate the rotor to convert it into mechanical energy and obtain electricity from the mechanical energy. Wind generators are classified into a horizontal type and a vertical type according to the direction of the rotation axis with respect to the ground, and the generators are driven by a rotor and a rotation composed of blades and hubs as main components.
풍력발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 신 에너지 발전 기술이다. 또한 풍력 발전단지의 면적 중에서 실제로 이용되는 면적은 풍력 발전기의 기초부, 도로, 계측 및 중앙 제어실 등으로 전체 단지 면적의 1%에 불과하며, 나머지 99%의 면적은 목축, 농업 등의 다른 용도로 이용할 수 있다. 일반적으로 발전 방식에 따른 소요 면적은 풍력 1,335 m2/GWh, 석탄 3,642 m2/GWh, 태양열 3,561 m2/GWh 그리고 태양광 발전 3,237 m2/GWh로서 풍력 발전이 가장 작은 면적을 필요로 한다.Wind power generation uses pollution-free and infinite wind scattered everywhere, so it has little impact on the environment, and can efficiently use the land, and in the case of large-scale power generation complexes, power generation costs can compete with existing power generation methods. New energy generation technology. In addition, the actual area of the wind farm is only 1% of the total area, such as the foundation of wind generators, roads, instrumentation and central control rooms, and the remaining 99% is used for other purposes such as farming and agriculture. It is available. In general, the area required for power generation is wind power 1,335 m2 / GWh, coal 3,642 m2 / GWh, solar heat 3,561 m2 / GWh, and solar power generation 3,237 m2 / GWh.
종래 및 현재의 풍력발전기의 형태에 따라 농형 유도발전기, 권선형 유도발전기, 일반 권선형동기발전기, 영구자석여자 동기발전기로 구별되며, 이들의 기본구성은 아래에 그 특징은 다음과 같다.According to the conventional and current forms of wind power generators are divided into squirrel cage induction generator, winding type induction generator, general winding type synchronous generator, permanent magnet excitation synchronous generator, and their basic configuration is as follows.
1) 농형 유도발전기 : 발전기의 구조는 간단하나, 출력특성상 운전의 폭이 매우 좁다.1) Squirrel cage induction generator: The structure of generator is simple, but the width of operation is very narrow due to the output characteristics.
2) 권선형 유도발전기 : 가변속 정주파수 운전이 가능하고, 회전자 회로를 통한 여자제어로 운전영역의 확장이 가능하다. 발전기 자체의 한정된 출력비(출력/무게 : kW/kg) 때문에 부피가 크고, gear가 필요하기 때문에 발전기 지지대 등 튼튼한 하부구조가 필요하다.2) Winding type induction generator: Variable speed constant frequency operation is possible, and the operation range can be extended by excitation control through rotor circuit. Due to the limited output ratio (output / weight: kW / kg) of the generator itself, it is bulky and requires a strong infrastructure such as a generator support because it requires gears.
3) 일반 권선형 동기발전기 : 가변속 정전압 운전이 가능하고, 전력변환장치에 의한 정전압 정주파수 변환이 가능하므로 터빈선택의 폭이 넓은 편이다. 다극기 제작에 의한 기어없는 형태의 발전기가 가능하고, 높은 효율과 역율을 나타내고 있다.3) General winding type synchronous generator: Variable speed constant voltage operation is possible, and constant voltage constant frequency conversion by power converter is possible, so the choice of turbine is wide. It is possible to produce a gearless generator by producing a multipole, and exhibit high efficiency and power factor.
4) 영구자석여자 동기발전기 : 새로운 영구자석 재료와 설계기술의 발달로 높은 출력밀도를 가지는 영구자석여자 동기기가 산업의 전반에 적용되고 있는데 이를 풍력발전에 적용시 다음과 같은 장점이 있다.4) Permanent Magnet Exciter: With the development of new permanent magnet materials and design technology, the permanent magnet exciter with high power density is applied throughout the industry. It has the following advantages when applied to wind power generation.
- 넓은 운전범위와 고효율-Wide operating range and high efficiency
- 발전기의 고출력비(kW/kg)-High power ratio of generator (kW / kg)
- 경량화된 발전기와 기어없는 구조에 의한 하부구조의 경량화-Light weight of substructure by light weight generator and gearless structure
- 유지보수의 간략화(slip ring과 브러스 필요없음)-Simplified maintenance (no slip ring and brush)
연계설비의 구성은 계통연계 보호장치(보호계전장치, 차단기, 개폐기)+변압기+측정설비+보상장치(필터, 역률보상장치 등) 등으로 구성되어 계통과의 병렬운전을 안전하게 수행하게 한다. 특히, 유도발전기의 경우 소프트기동을 위한 한류리액터, 역률보상용 콘덴서와 이의 투입 ·해열제어장치 등이 포함되어야 하며, 자기여자에 의한 철공진현상방지를 위한 용량선정도 고려해야한다.The system consists of grid-connected protection devices (protective relays, circuit breakers, switchgear) + transformers + measuring equipment + compensation devices (filters, power factor correction device, etc.) to perform parallel operation with the system safely. In particular, the induction generator should include a Hallyu reactor for soft start, a power factor correction capacitor and its input / heat control device, and should also consider the capacity line to prevent iron resonance by magnetic excitation.
측정설비로서는 인버터의 제어에 필요한 피이드백요소인 전압, 전류, 주파수 등을 측정할 수 있는 설비로 이들은 보안감시용으로도 필요하다. 또한 역조류가 있는 경우는 전력회사와의 전력요금산정에 필요한 유효전력량계 및 무효전력량계를 설치할 필요가 있다.As a measuring equipment, it is a equipment that can measure the feedback elements such as voltage, current, frequency, etc., necessary for the control of the inverter. They are also necessary for security monitoring. In addition, if there is a reverse algae, it is necessary to install an active electricity meter and a reactive electricity meter required for calculating the electricity bill with the utility company.
또한, 풍력발전의 발전방식으로서는 독립형 발전방식과 연계 계통형 발전방식 으로 두 가지 형태로 구분 되어 있다. 독립형 발전방식은 상용전원이 없는 지역에서 풍력발전에서 발전된 전기를 축전지에 축전하여 축전지의 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 전력변환장치를 사용하며 부하전력에 전기를 사용하며, 주로 소형 풍력발전기를 사용하였으며, 연계 계통형 발전방식은 상용전원과 연계하여 발전하는 방식으로 축전지를 사용하지 않으며 풍력발전기에서 발전된 전기는 상용전원의 전력선에 연결하여 부하측에 전기를 공급하는 방식으로 주로 중형급 이상 대형급 풍력발전기의 형태로 사용하고 있다.In addition, wind power generation is divided into two types: a stand-alone power generation system and a linked grid power generation method. Independent power generation system uses a power converter that converts electricity generated from wind power into a storage battery and converts the DC power of the battery into an AC power in an area without commercial power, and uses electricity for load power. The interlocking grid type power generation system generates electricity by connecting with commercial power and does not use storage battery. The electricity generated from wind power generator is connected to the power line of commercial power and supplies electricity to the load side. We are using in form.
또한, 1kW~5kW급 소형풍력발전은 풍력발전기에서 발전된 전력은 축전지에 축전하여 필요시에 따라 축전지의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환기를 사용하여 부하전원에 전기를 사용하는 독립형으로만 사용하였으며, 10kW급 이상 풍력발전을 이용하여 미 전화지역 및 상용전기가 미치지 못하는 지역에 사용하며,10kW급 이상 풍력발전을 이용하여 발전된 전기는 독립형과 연계형으로 구분하여 전기를 사용한다.In addition, 1kW ~ 5kW-class small wind power is used as a stand-alone type that uses electricity for load power by using a power converter that converts the DC power of the battery into AC power as needed by accumulating power generated in the wind power generator. It is used in the US telephone area and the area where commercial electricity does not reach by using wind power generation above 10kW, and electricity generated by using wind power generation above 10kW is divided into independent type and linked type.
독립형은 상용전기와는 무관하게 풍력발전에서 발전된 전기를 축전지에 충전하여 축전지의 직류전원을 부하전원인 교류전원으로 전력변환기를 이용하여 전기를 사용하며, 연계 계통형은 풍력발전에서 발전된 전기를 축전지에 축전하지 않고 상용전원과 연계해서 상용전원으로 전송하는 대단위 연계 계통형 발전방식과 중. 대형 연계 계통형 발전방식이 있다.Independent type charges electricity generated from wind power to storage battery regardless of commercial electricity, and uses electricity by using power converter as direct current power of battery. It is a large scale systemic power generation system that transmits power to commercial power in conjunction with commercial power without accumulating electricity. There is a large grid system.
대규모의 연계형 발전방식은 풍력발전단지를 조성하여 중 대형급 (중형 : 250kW∼750kW / 대형 1MW~2MW)의 풍력발전기를 설치하여 상용전원과 연계하여 운용하는 발전방식이며 소규모의 연계형 발전방식은 중형이하(10kW급 이상)의 풍력발전을 설치하여 상용전원과 연계하여 운용하는 형태이다.The large scale combined power generation method is to create wind farms and install wind power generators of medium and large scale (medium size: 250kW ~ 750kW / large 1MW ~ 2MW) to operate in conjunction with commercial power. Wind turbines of medium size or less (10kW or more) are installed and operated in conjunction with commercial power.
또한, 현재의 1kW~5kW급 소형풍력발전기는 도서지역 및 전기 공급이 않되 는 지역 즉 미전화지역에서만 사용되고 있는 실정이다. 따라서 상용전기가 공급되는 지역에서는 상용전기와 연계 계통하여 전기를 발전할 수 없는 문제점이 있다.In addition, the current 1kW ~ 5kW small wind power generator is used only in the island area and the non-telephone area that does not supply electricity. Therefore, there is a problem that can not generate electricity in connection with the commercial electricity in the area where commercial electricity is supplied.
또한, 그 동안의 풍력발전에 투자된 연구개발비는 많았다고 판단되나, 연구 개발비가 주로 중. 대형급 풍력발전의 자체 구성 성분의 개발에 집중적으로 치중되어 있었다고 보여 지며, 전체의 시스템, 운영 및 적용에 관련된 지원이 부족하였기 때문에 일부의 기술을 제대로 활용 하는데 문제점이 있다.In addition, the research and development costs invested in wind power generation have been high. It seems to have been concentrated on the development of its own components of the large-scale wind power generation, and there is a problem in utilizing some technologies properly because of the lack of support for the whole system, operation and application.
또한, 상용전기가 공급되며 풍속이 좋은 경우 10kW급 이상의 소형풍력을 설치하여 가정 및 건물에서 운용하기에는 많은 투자에 의한 경제성이 없는 문제점이있다.In addition, when commercial electricity is supplied and the wind speed is good, there is a problem in that it is not economical due to a lot of investment to operate in homes and buildings by installing a small wind power of 10kW or more.
또한, 가정 및 소형건물에 1kW∼5kW급 소형풍력발전기를 설치하여 상용전원과 연계 계통하여 운용하려 해도 1kW~5kW급 소형 풍력 연계 계통 인버터가 개발되지 않아 설치를 할 수 없는 문제점 마져 있는 것이다.In addition, even if 1kW ~ 5kW class small wind power generators are installed in homes and small buildings to be operated in conjunction with commercial power supply, 1kW ~ 5kW class small wind power system inverter has not been developed, so it cannot be installed.
이에 본 고안은 종래의 1kW∼5kW급 소형 풍력발전기의 독립형 콘트롤러(풍력발전기에서 발전된 전력을 축전지에 자동으로 충전시키며, 축전지의 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터 기능이 첨가된 장치)를 1kW~5kW급 소형 풍력 연계 계통 인버터를 개발함에 따라 풍력발전기에서 발전된 전력이 축전지에 축전되는 것이 아니라 상용전원과 부하전원으로 송전되는 기능으로서 소규모로 가정 및 건물에 풍력발전을 이용하여 상용전원과 연계운용하기에는 1kW~5kW급 소형풍력발전기가 가장 경제성이 있으며 대체에너지의 일부인 풍력발전의 저변 확대 및 경제적인 방법과 효율적인 방법에 주력을 한 것이다.Therefore, the present invention is a 1kW ~ 5kW class independent wind turbine stand-alone controller (device with an inverter function that automatically charges the power generated in the wind power generator, and converts the DC power of the battery into an AC power) 1kW ~ With the development of the 5kW small wind power inverter, the power generated from the wind power generator is not stored in the battery but is transmitted to commercial power and load power. The 1kW ~ 5kW class wind turbines are the most economical and focused on expanding the base of wind power generation, which is part of the alternative energy, and economic and efficient methods.
본 고안은 상기한 바와 같이 종래의 소형풍력발전기에서 발전된 전력을 상용전원과 연계계통하지 못하는 발전방식의 문제점해소와 풍력발전에 적합한 환경과 지역에서의 가정 및 소형 건물에서의 풍력발전을 효과적으로 이용함으로 환경오염을 여러 방면에서 예방할 수 있으며 또한, 화력발전에 의한 고 유가시대를 대비 할 수 있는 경제력을 보강 할 수 있으며, 대체에너지의 보급과 이용을 극대화하기 위하여 고안된 것으로서, 본 고안은 MPPT(최대 전압점 추적) 알리고즘을 적용하여 풍력발전기로부터 최대의 전력을 끌어낼 수 있도록 풍력발전의 전압 동작점을 조절하며, 불필요한 자력의 손실을 최소화 하기위해 바람이 불지 않아 전기가 발전하지 않을 시에는 자동으로 Stand-by(제어시스템만 동작) 모드로 전환된다.The present invention solves the problems of the power generation system in which the power generated in the conventional small wind power generator is not connected to the commercial power source, and effectively uses the wind power generation in homes and small buildings in the environment and region suitable for wind power generation. It is designed to prevent environmental pollution in various ways, and to reinforce economic power to prepare for the high oil price era by thermal power generation. It is designed to maximize the dissemination and utilization of alternative energy. Point tracking) By applying the algorithm, it adjusts the voltage operating point of the wind power generation to draw the maximum power from the wind power generator, and it automatically stands when the electricity is not generated because the wind is not blown to minimize the loss of unnecessary magnetic force. Switch to -by (control system only) mode.
또한, 풍력발전기가 정지하고 있다가 회전하여 전기를 발전하면 전원의 전압과 주파수가 허용범위내(전압 : A/C 220V 士10%, 주파수 : 60Hz 士5Hz)에 도달하면 발전전원은 상용전원과 계통한다.In addition, when the wind power generator stops and rotates to generate electricity, when the voltage and frequency of the power supply reach the allowable range (voltage: A / C 220V 1010%, frequency: 60Hz 5Hz), System.
또한, 계통 전원의 전압과 주파수가 허용범위를 벗어나면 인버터는 즉시 연결을 단락하게 되며, 계통전원이 정상 상태로 돌아오면 인버터는 다시 계통으로 연결되어 전원을 공급한다. 바람이 적어서 풍력발전기로부터 인버터에 유입되는 전원이 거의 없거나 최소 수치 이하인 경우에는 시스템이 Stand-by(제어시스템만 동작) 상태가 되며 계통 전원으로부터 인버터를 단락 시킨다. 이때의 이 모드 하에서 인버터는 제어시스템만 동작을 한다. Stand-by(제어시스템만 동작)상태는 인버터의 자체소비전력을 최대한 줄이므로 발전효율을 증가시킴으로 경제성있는 대체에너지의 전기를 공급하는 것을 목적으로 한다.In addition, if the voltage and frequency of the grid power supply are out of the allowable range, the inverter immediately disconnects the connection. When the grid power returns to the normal state, the inverter is connected to the grid again to supply power. If there is little wind and the power from the wind turbine is little or less than the minimum value, the system is in stand-by state and the inverter is shorted from the grid power. In this mode, the inverter operates only the control system. The stand-by (control system only) state aims to supply economically viable alternative energy by increasing power generation efficiency because the inverter's own power consumption is reduced as much as possible.
상기된 목적을 달성하기 위해 본 고안은 상용전원이 정전 시에는 예비축전지를 사용하여 비상부하에 전원의 전압을 공급할 수 있으며 비상부하는 상용전원이 공급 시에도 사용한다. 즉 비상부하는 상용전원이 공급되어 상용전원과 풍력발전전원을 연계 계통하여 사용하며, 상용전원이 정전 시에도 비상부하는 전기를 공급 받으며, 상용전원이 정전 시 비상부하에 전기를 공급받는 시간은 비상전기 사용 부하량과 축전지량에 의해서 결정되며, 이때에는 독립형 발전방식이 되는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention can supply the voltage of the power supply to the emergency load by using a spare battery when the commercial power supply is outage, and is also used when the commercial power supply to the emergency load. In other words, the commercial load is supplied with commercial power, and the commercial power source is used in conjunction with the wind power generation system.The commercial power is supplied with the emergency load even in the event of a power outage, and the commercial power is supplied with the emergency load during the power outage. It is determined by the amount of emergency electricity used and the amount of battery, and this time, it is a stand-alone power generation method.
따라서 상용전원이 정전 시에는 AUTO 스위치가 인버터와 분전반 사이에 전원을 단락 시키며, 인버터는 풍력발전의 전원과 축전지의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 비상부하에 전원의 전압을 공급 한다.Therefore, when commercial power is outage, AUTO switch short-circuits power between inverter and distribution board. Inverter converts DC power of wind power and storage battery into AC power to supply power voltage to emergency load.
AUTO 스위치는 상용전원이 정전시에 단락되어 상용전원이 복귀되면 원상태로 원 위치한다. 따라서 AUTO 스위치는 상용전원이 정전시 비상부하에만 전원이 공급될 수 있게 하며 인버터의 용량과 축전지의 용량에 따라 비상부하를 설정한다.The AUTO switch returns to its original position when the commercial power supply is short-circuited during a power outage and the commercial power supply returns. Therefore, the AUTO switch allows the power to be supplied only to the emergency load in case of power failure, and sets the emergency load according to the capacity of the inverter and the capacity of the battery.
따라서, 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치의 인버터는 상용전원시에는 상용전원과 연계 계통하여 발전하며 상용전원이 정전시에는 독립형으로 발전한다.Therefore, the inverter of the 1kW ~ 5kW class grid-type small wind power generation system is generated in conjunction with the commercial power source in the commercial power source, and the commercial power source is generated in the stand-alone type in case of power failure.
또한, 상용전원이 공급되면 예비축전지는 Digital Signal Processor Control에 의해 충전되며 예비축전지의 만충전시에는 상용전원과 연계 계통된다. 또한 Digital Signal Processor Control과 축전지사이에는 더미부하가 있으며 더미부하는 상용전원이 정전시 풍력발전에 의해 축전지가 만충전이 되었을 시에는 AUTO 콘트롤이 더미부하에 축전지의 전원을 송전시킨다. 더미부하는 예비축전지의 과충전을 방지하는 장치이며, Digital Signal Processor Control에 의해 축전지가 저전압시(상용전원이 장시간 정전시에 바람도 없어 풍력발전도 장기간 않는 경우)에는 인버터의 작동이 정지되며 비상부하의 전력 공급도 중단 된다. 따라서 본 고안은 독립형 발전장치와 연계 계통형 발전장치의 장점만을 부각하여 고안 한 것으로 대체에너지의 일환인 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치의 효과를 극대화 할 수 있도록 한 수단을 제공한다.In addition, when commercial power is supplied, the reserve battery is charged by the Digital Signal Processor Control. When the reserve battery is fully charged, the reserve battery is connected to the commercial power source. In addition, there is a dummy load between the Digital Signal Processor Control and the battery. When the commercial power supply is fully charged due to wind power generation during the power failure, the AUTO control transmits the battery power to the dummy load. The dummy load is a device that prevents overcharging of the spare battery, and the inverter is stopped when the battery is low voltage (when there is no wind for long time power failure due to the Digital Signal Processor Control), and the emergency load is not applied. Power supply is also interrupted. Therefore, the present invention is designed to highlight only the advantages of the stand-alone power generation system and the interlocking grid type generator, and provides a means for maximizing the effect of the 1kW to 5kW interlocking grid type wind turbine as part of the alternative energy.
또한, Digital Signal Processor Control은 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치의 모든 제어기능을 당당하는 Control으로서 풍력발전기에서 발전된 전기를 MPPT 알리고즘을 적용하여 풍력발전의 전원의 전압과 주파수가 허용범위내(전압 : A/C 220V 士10%, 주파수 : 60Hz 士5Hz)에 도달하면 PCB 및 IGBT를 이용 풍력발전전원을 상용전원과 연계 계통한다.In addition, Digital Signal Processor Control is a control that handles all the control functions of the 1kW ~ 5kW class grid-type small wind power generation system. By applying MPPT algorithm to the electricity generated from the wind turbine, the voltage and frequency of the wind turbine's power supply are allowed. When the internal voltage is reached (voltage: A / C 220V 1010%, frequency: 60Hz 士 5Hz), wind power is connected to commercial power by using PCB and IGBT.
또한, 계통 전원의 전압과 주파수가 허용범위를 벗어나면 인버터는 즉시 연결을 단락하게 되며, 계통전원이 정상 상태로 돌아오면 인버터는 다시 계통으로 연결되어 전원을 공급한다. 또한, 풍력발전의 용량증설에 따라 연계 계통형 인버터의 용량을 증가시킬 필요가 없이 여러대의 연계 계통형 인버터를 병렬로 연결하여 병렬운전을 할 수 있다.In addition, if the voltage and frequency of the grid power supply are out of the allowable range, the inverter immediately disconnects the connection. When the grid power returns to the normal state, the inverter is connected to the grid again to supply power. In addition, it is possible to perform parallel operation by connecting several linked grid inverters in parallel without increasing the capacity of the linked grid inverter according to the capacity expansion of wind power generation.
또한, Digital Signal Processor Control과 PC를 연결하여 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치의 전체적인 현황을 모니터링하여 실시간 발전되는 풍력발전의 상황과 상용전원의 상태, 부하전원의 현황을 PC모니터에 보여주는 것과 동시에 모든 상황의 데이터을 컴퓨터에 저장하여 원하는 목록을 쉽게 찾아 볼 수 있으며, 양방향 무선통신 및 유선통신을 이용하여 원격으로 연계 계통형 인버터 및 각종 스위치를 ON, OFF 할 수 있다.In addition, by connecting the Digital Signal Processor Control to the PC, the overall status of the 1kW to 5kW class grid-type small wind power generation system can be monitored to show the status of wind power generation, commercial power status and load power status on the PC monitor. At the same time, the data of all situations can be saved in the computer and the desired list can be easily searched, and the linked inverter and various switches can be turned on and off remotely using two-way wireless communication and wired communication.
또한, 대체에너지의 일환인 풍력발전을 효과적으로 이용하기 위한 수단으로 풍력발전에 적합한 환경과 지역에서의 가정 및 소형 건물에서 손쉽게 설치가 가능하며 무인 동작이 가능한 발전시설을 실형 할 수 있는 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치를 제공하는데 있다.In addition, as a means to effectively use wind power generation as a part of alternative energy, it can be easily installed in homes and small buildings in an environment suitable for wind power generation and in the region, and can implement power generation facilities capable of unmanned operation. It is to provide a linked grid small wind power generator.
제 1도는 본 고안에 관련하는 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치 전체 블럭도1 is an overall block diagram of a 1 kW to 5 kW interlocking grid type wind turbine according to the present invention.
제 2도는 본 고안에 관련하는 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치 구성도2 is a schematic diagram of a 1kW ~ 5kW class linked small wind power generator according to the present invention
제 3도는 본 고안에 관련하는 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치 전력운용 개념도3 is a conceptual diagram of the power operation of the 1kW ~ 5kW-class grid-type small wind power generators related to the present invention
제 4도는 본 고안에 관련하는 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치 개통도4 is a schematic diagram of a 1 kW to 5 kW class linked small wind power generator according to the present invention.
이를 실현하기 위하여 본 고안은 풍력발전기, 연계형 인버터, 예비용 축전지, AUTO 스위치, 분전반으로 구성된다.In order to realize this, the present invention consists of a wind power generator, an associated inverter, a spare battery, an AUTO switch, and a distribution panel.
풍력발전기 부분은 희토류 금속성의 영구자석을 이용한 다극형 동기발전 방식이다.The wind turbine part is a multi-pole synchronous power generation system using rare earth metallic permanent magnets.
희토류 금속 영구자석 발전기는 효율이 높고 안정성이 높으며 용도가 광범위한 풍력발전기이다.Rare earth metal permanent magnet generators are wind turbines with high efficiency, high stability and widespread use.
본 시스템은 직기동 시스템으로서 풍력 날개와 발전기축을 직접결합 하여 기기장치의 안전성을 높였다.This system is a direct acting system that directly combines the wind vane and generator shaft to increase the safety of the equipment.
또한, 회전날개는 3개 이고 꼬리날개는 강풍보호용 자동식 또는 수동식 꼬리날개 제침 장치가 있어야 하며, 풍력발전기의 무게와 강풍에 견딜 수 있게 구조 계산된 타워가 있으며, 날개재질은 다층목재접착 및 유리섬유를 이용하여 기후에 의해 변형하지도 않고 마모에 잘 견딜 수 있을 것이다.In addition, there are three rotary blades and the tail wing should have automatic wind or manual tail blade dehumidification device for strong wind protection, and it has a calculated tower to withstand the weight and strong wind of the wind turbine, and the wing material is multi-layer wood bonding and glass fiber. It will be able to withstand wear without being deformed by the climate.
목재의 종류에 특별한 요구가 없으며 삼나무, 녹나무 등을 주로 사용한다.There are no special requirements for the type of timber, and cedar and camphor are mainly used.
날개의회전 직경은 3.7m이며, 발전기에서 나오는 전원 케이블은 케이불꼬임을 방지하기 위해서 풍력발전기 동체부분과 타워 윗부분의 사이에 Brush Type을 설치한다.The blade diameter is 3.7m and the power cable from the generator is installed with a brush type between the wind turbine body and the top of the tower to prevent kinks.
Brush Typed은 풍력발전기에서 발전한 전기를 전원케이블을 통하여 연계 계통형 인버터의 입력단자에 연결하는 봐 풍향에 의해서 풍력발전기의 동체가 회전할 경우 전원케이블의 꼬임을 방지하는 부품으로서 풍력발전기 동체부분과 타워 윗부분을 연결할 때 그 사이에 설치하는 부품이다.Brush Typed is a component that prevents twisting of power cable when the wind turbine's body rotates due to wind direction by connecting the electricity generated from the wind turbine to the input terminal of the linked grid inverter through the power cable. When connecting the upper part, it is the part installed between them.
또한, 발전기가 최초 회전하는 풍속은 3.5m/sec 이며, 최대 발전 풍속은 14m/sec이며, 풍력발전기의 회전 속도는 150~900 RPM 이다.In addition, the wind speed of the generator for the first rotation is 3.5m / sec, the maximum generation wind speed is 14m / sec, the rotation speed of the wind generator is 150 ~ 900 RPM.
본 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치에는 예비축전지가 설치되어 있는 봐 기존의 10kW급 이상 연계 계통형 인버터는 상용전원이 정전시에는 연계 계통형 인버터가 자동으로 OFF되어 대체에너지의 발전에도 기 발전된 전기를 사용하게 못하였으나, 본 고안은 예비축전지를 설치하여 상용전원의 정전시에도 비상부하의 전기는 계속해서 사용할 수 있다.In the 1kW to 5kW class grid-type small wind power generation system, a spare battery is installed. In the case of the existing 10kW class or more grid-type inverter, the grid-type inverter is automatically turned off when commercial power is interrupted, so that it is possible to develop alternative energy. Although it was not possible to use the electricity generated in advance, the present invention can install the reserve battery, the electricity of emergency load can continue to be used even in the event of a power failure of commercial power.
따라서, 상용전원이 정전시에는 비상부하의 전력만을 공급하는 1kW∼5kW급 풍력발전 독립형 시스템으로 사용 할 수도 있다.Therefore, the commercial power supply may be used as a stand-alone system of 1 kW to 5 kW wind power generation that supplies only emergency load power in case of power failure.
이때에는 반드시 AUTO스위치는 절연변압기와 분전반 사이의 전원을 필히 단락시켜야 한다. 이유는 상용전원이 정전시에 연계 게통인버터가 상용전원으로 계통이 되면 연계 계통인버터는 그 즉시 과부하 때문에 기기에 치명적인 손상을 입게 된다.In this case, the AUTO switch must short-circuit the power between the isolation transformer and the distribution panel. The reason is that when the commercial power supply is interrupted and the linkage inverter is switched to the commercial power supply, the linked system inverter immediately damages the equipment due to the overload.
따라서, 본 시스템은 AUTO스위치에서 상용전원이 정전시 분전반으로 공급되는 전원의 전류를 상용전원이 정전시 그 즉시 단락 시킨다.Therefore, this system short-circuits the current of the power supplied from the AUTO switch to the distribution board when the commercial power is outage.
또한, 상용전원이 정전시 운전모드를 독립형 시스템으로 변경하여 비상부하에 전원을 공급사용 시에는 축전지의 과 충전을 방지하는 기능으로서 AUTO콘트롤과 더미부하를 작동 시킨다. 따라서, 더미부하는 독립형 시스템으로 운전시 축전지의 전원이 D/C 130V가 되면 AUTO콘트롤에서 더미부하로 전원이 공급되며 더미부하의 용량은 풍력발전기의 용량과 동일해야 한다. 또한, 풍력 발전시스템의 발전 전압은D/C 0V∼189V 이며 연계 계통형 인버터의 정격입력전압은 D/C 110V 이며, 축전지의 정격 전압도 D/C 110V로 하며 축전지의 저전압 설정은 D/V 97.2V 이며 만 충전은 D/C 129.6V 이다.In addition, when the commercial power supply changes the operation mode to a stand-alone system in case of power failure, the AUTO control and the dummy load are operated as a function to prevent overcharging of the battery when the power supply is used for emergency load. Therefore, when the dummy load is a stand-alone system when the battery power is D / C 130V, the power is supplied from the AUTO control to the dummy load and the capacity of the dummy load should be equal to the capacity of the wind turbine. In addition, the generation voltage of the wind power generation system is D / C 0V ~ 189V, the rated input voltage of the linked grid inverter is D / C 110V, the rated voltage of the battery is also D / C 110V, and the low voltage setting of the battery is D / V. It is 97.2V and the charging is D / C 129.6V.
따라서, 상용전원이 정전시 축전지의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 비상부하에 전기를 사용하며, 풍력발전에 의해 축전지의 전원이 D/C 129.6V 이상이 되면 더미부하로 축전지의 전원이 공급되며 풍력발전이 없이 계속해서 비상부하의 전기를 사용하면 축전지의 전원이 D/V 97.2V 이하 일 경우에는 비상부하의 전기도 공급이 중단된다.Therefore, the commercial power converts the DC power of the battery into AC power in case of power failure, and uses electricity for emergency load. When the power of the battery becomes higher than D / C 129.6V by wind power, the battery power is supplied to the dummy load. If the continuous load of electricity is used without wind power, the supply of emergency load will be stopped when the battery power is below D / V 97.2V.
비상부하의 사용시간과 사용전기의 량은 설치현장 조건에 맞추어 설치한다.The use time of the emergency load and the amount of electricity used shall be installed in accordance with the installation site conditions.
연계 계통형 인버터의 출력의 상수는 1상 2선이며, PWM방식과 IGBT소자를 사용하며, 정격출력전압은 계통전압 220V 士10%이며, 주파수 변동률은 계통선과 동기운전 60Hz 士5Hz이다.The output constant of the connected grid type inverter is 1 phase 2 wire, PWM type and IGBT element are used. The rated output voltage is 220V voltage 10% and the frequency variation rate is 60Hz 5Hz.
풍력발전기는 정지해 있다가 바람이 3.5m/sec 이면 회전이 시작된다.The wind turbine is stationary and starts spinning when the wind is 3.5m / sec.
풍력발전 날개회전이 기동 후에는 전원이 D/C 0V에서부터 서서히 상승하게 되며 D/C 97V 가 되면 전원의 전압과 주파수가 허용범위에 위치하게 된다. 이때 전원과 전류가 형성되면서 상용전원과 연계 계통하게 되며 이때 바람의 풍속은 4∼4.5m/sec가 된다. 풍속이 점점 높아지면 전류가 상승되면서 발전량은 증가 된다.After the wind turbine blade starts, the power will gradually rise from D / C 0V. When D / C 97V, the voltage and frequency of the power will be within the allowable range. At this time, the power and current are formed and connected to the commercial power system, and the wind speed is 4 to 4.5m / sec. As wind speeds increase, the amount of power increases as the current increases.
1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치의 전력운용방법은 바람이 좋은 경우(풍력발전용량이 부하용량보다 큰 경우)에는 풍력발전기에서 발전된 전력이 부하용량에서 전기를 사용하며 잉여전력은 상용전원으로 송전되며, 바람이 약한 경우(풍력발전용량이 부하용량보다 작은 경우)에는 우선적으로 풍력발전에서 발전된 전력이 부하전력에 사용되며 부족한 전력은 상용전력에서 보충되며, 바람이 없는 경우(풍력발전 시스템이 발전하지 않는 경우)에는 부하전기의 전력은 상용전원에서 공급된다.In the power operation method of the 1kW ~ 5kW class grid-type small wind power generator, when the wind is good (when the wind power generation capacity is larger than the load capacity), the power generated by the wind power generator uses electricity at the load capacity. When the wind is weak (wind power capacity is less than the load capacity), the power generated from wind power is used for the load power first, and the insufficient power is supplemented by commercial power, and there is no wind (wind power generation system). In the absence of this generation, the load electric power is supplied from a commercial power source.
또한, 풍력발전의 용량증설에 따라 연계 계통형 인버터의 용량을 증가시킬 필요가 없이 여러대의 연계 계통형 인버터를 병렬로 연결하여 병렬운전을 할 수 있다.In addition, it is possible to perform parallel operation by connecting several linked grid inverters in parallel without increasing the capacity of the linked grid inverter according to the capacity expansion of wind power generation.
또한, 중앙감시 장치를 설치하고 컴퓨더와 연결하여 모든 기능의 관한 이상유무 및 현재상태를 모니터링 해서 발전용량 및 사용전력을 컴퓨터 기록장치에 보관하여 관리자가 관리 및 필요시에 기록데이터를 볼 수 있으며, 외부와의 통신이 가능하며 기본사양은 RS-422을 사용하며 사용자 요구에 따라 전화선을 이용하여 모뎀 설치가 가능하며 원격으로 각종 제어도 할 수 있다.In addition, by installing a central monitoring device and connecting to a computer, monitors the status of abnormalities and current status of all functions, and keeps the generated capacity and power in a computer recording device so that the administrator can manage and view the recorded data when necessary. It is possible to communicate with outside, and basic specification uses RS-422, and modem can be installed by telephone line according to user's requirement and various control can be done remotely.
이로서, 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치를 풍력발전에 적합한 환경과 지역에서의 가정 및 소형 건물에서 설치하여 경제적인 대체에너지를 사용한다.As a result, the 1kW to 5kW class linked small wind power generators are installed in homes and small buildings in the environment and region suitable for wind power generation and use economical alternative energy.
이와 같이 구성된 본 고안은 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치의 설치 이용으로 인하여 소형풍력발전에 적합한 환경과 지역에서의 가정 및 소형 건물에서 설치하여 기존의 대체에너지시설에 비해 경제적이며 실용성 있는 대체에너지를 사용하며, 연계 계통형 시스템과 독립형 시스템을 호환성 있게 사용할 수 있으며 예비축전지를 설치함으로서, 상용전원이 정전시에 비상전원의 부하를 사용할 수 있는 시스템의 성능을 극대 화 하였으며, 기대효과와 활용방안을 서술 하였다.The present invention constructed as described above is installed in homes and small buildings in the environment and region suitable for small wind power generation due to the installation and use of the 1kW to 5kW system-type small wind power generation system. By using alternative energy, interlocking grid system and independent system can be used interchangeably, and by installing spare battery, it maximizes the performance of system that can use emergency load in case of power failure. The application method is described.
1) 기대효과1) Expected effect
ㅇ 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전기술 부양ㅇ Supporting 1kW ~ 5kW class linked small wind power generation technology
ㅇ 광범위한 지역에 연계 계통형 소형풍력발전시스템 개발로 전력수급에 대비ㅇ Prepared for electricity supply and demand by developing small wind power generation system linked to a wide range of regions
ㅇ 1kW∼5kW급 연계 계통형 소형풍력발전시스템 개발로 청정에너지 보급기반 조성ㅇ Build a clean energy supply base by developing a system-type small wind power generation system linked to 1kW ~ 5kW
ㅇ 기계, 전기 및 전자 등의 복합기술 개발로 관련기술의 파급효과와 고용 창출 등의 부수 효과 기대ㅇ Expect side effects such as ripple effect of related technology and job creation by developing complex technology such as mechanical, electrical and electronic
ㅇ 새로운 기술에 대한 특허출원을 통해서 기술보호ㅇ Technology protection through patent application for new technology
ㅇ 선진외국과의 연계 계통형 소형풍력에 관한 기술 교류 가능ㅇ Technology exchange for small wind power system linked with advanced foreign countries is possible
ㅇ 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치 사업에 실용화 방안 제시ㅇ Proposal for practical use in the 1kW ~ 5kW class grid-type small wind power generator business
ㅇ 소형풍력의 독립형 발전시스템 운전에 의한 전력공급의 불안정성을 해소하여 안정된 상용전원과 연계 전력 공급 효과ㅇ Relieves the instability of power supply by operating small wind power independent power generation system, and stable power supply and linked power supply effect
ㅇ 소형풍력발전 시범설치 이후 보급 확대와 시장 창출에 의한 새로운 기업 특성 및 수입 대체효과ㅇ New company characteristics and import substitution effect by expanding supply and creating market after installation of small scale wind power plant
ㅇ 태양광, 풍력 Hybrid 시스템 이외의 연료전지, 소수력 등과도 복합발전이 가능하며 연구결과를 타 에너지원과의 응용기술 개발에 기여ㅇ Combined power generation is possible with fuel cell and small hydro power in addition to photovoltaic and wind hybrid system, and contributes the research results to the development of application technology with other energy sources.
ㅇ 저가형 원격계측시스템 개발에 의한 향후 보급시스템에 대한 운전현황분석 용이ㅇ Easy operation status analysis for future distribution system by developing low-cost remote measurement system
2) 활용방안2) Application
ㅇ 도서 수요전력 및 기상조건에 따른 최적의 연계 계통형 인버터 구성기술 및 제어장치 개발로 국내 기술에 의한 대체에너지전원의 활용가능성 부여ㅇ Optimizing utilization of alternative energy sources by domestic technology by developing optimal linked system inverter composition technology and control device according to island power demand and weather conditions
ㅇ 소형풍력발전에 적합한 환경과 지역에서의 가정 및 소형 건물에 대체에너지 발전사업의 모델로 적극 추진ㅇ Actively promotes alternative energy generation projects for homes and small buildings in the environment and area suitable for small wind power generation
ㅇ 장기계획에 의거 자연에너지 발전시스템의 관련기술에 의한 대단히 쾌적한 도시 건설ㅇ Very pleasant city construction by related technology of natural energy power generation system according to long-term plan
ㅇ 소규모 시스템 개발에 의한 산간벽지 등으로 응용분야 확대ㅇ Expand application fields to mountain wallpaper by developing small-scale systems
ㅇ 동남아시아, 유럽, 미주 등 무궁한 시장을 겨냥한 해외시장 확대사업으로 활용ㅇ Used as an overseas market expansion project targeting endless markets such as Southeast Asia, Europe and the Americas
ㅇ 여러 가지 형태의 복합발전시스템의 응용에 활용ㅇ Utilization of various types of combined power generation system
ㅇ 실증운전을 통한 연계 계통 인버터의 구축 및 실용화 방안 제시ㅇ Proposal of establishment and practical use of linked system inverter through demonstration operation
본 고안은 1kW~5kW급 연계 계통형 소형풍력발전장치로서 종래의 독립형 소형풍력발전장치에 비해 탁월한 경제성과 상용전원과의 연계 계통을 통한 대체에너지를 부각시킬 수 있으며, 탁월한 경제성을 보장 받으며, 예비축전지를 사용함으로서 새로운 대체에너지의 부각을 확립할 수 있는 특 장점을 지닌 것이다.The present invention is a 1kW ~ 5kW class linked small wind power generation system, which is more economical than conventional stand alone small wind power generation devices, and can show the alternative energy through the linkage system with commercial power. The use of accumulators has the special advantage of establishing the rise of new alternative energy.
Claims (6)
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