KR20110027438A - 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템 - Google Patents

복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기와 태양광 발전기를 활용한 복합 하이브리드 발전 시스템을 소형으로 구축하고, 주전원의 단전 상황에서는 자동으로 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템은 독립 전원이 요구되는 부하로 전원을 공급하는 주전원수단, 바람에 의해 전력이 생성되는 풍력 발전기 및 태양광에 의해 전력이 생성되는 태양광 발전기를 포함하는 보조전원수단, 상기 보조전원수단으로부터 생성되는 전력이 축전되는 2차 전지, 상기 축전된 2차전지의 충전 및 방전을 제어하는 충방전 컨트롤러 및 상기 부하로 공급되는 주전원에 대한 실시간 감시와 단전 상황을 파악하며 보조전원 및 주전원의 공급량을 조절하여 평시 또는 주전원의 단전 시 각 상황에 적합한 전원을 부하에 공급하는 전원 제어장치를 포함한다.
Figure P1020090085531
복합 발전, 풍력 발전기, 태양광 발전기

Description

복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템{emergency power source supply system using multiple power generation}
본 발명은 독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기와 태양광 발전기를 활용한 복합 하이브리드 발전 시스템을 소형으로 구축하고, 주전원의 단전 상황에서는 자동으로 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 독립 전원이 요구되는 부하는 전원 공급 면에 있어서 안정성 확보의 어려움으로 상기 부하를 적용한 특정 시스템이 안정적으로 구현되기 어려운 현실이다.
안정적인 전원을 공급받는다 하더라도 단전 상황 시 대체할 수 있는 전원 공급 시스템을 구현한 경우 그 비용의 문제에 있어서 투자비용 대비 그 실효성과 투자 비용의 회수에 어려움이 따른다.
그 이유는 대부분의 독립형 발전기는 휘발유나 디젤 연료를 이용한 발전으로 이를 활용함에 따라 그 발전기에 비상 전원을 공급하는 시스템을 구성하기는 현실 적으로 힘든 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 독립 전원이 요구되는 부하로 평상시에는 주전원의 발전 시 필요한 연료 절감과 안정적인 전원공급을 보조해줄 수 있는 보조전원으로서의 활용과, 단전 등의 비상 시에는 부하에 직접적으로 안정적인 전원을 공급할 수 있는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제에 의한 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템은 독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 있어서, 독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 주전원수단; 바람에 의해 전력이 생성되는 풍력 발전기 및 태양광에 의해 전력이 생성되는 태양광 발전기를 포함하는 보조전원수단; 상기 보조전원수단으로부터 생성되는 전력이 축전되는 2차 전지; 상기 축전된 2차전지의 충전 및 방전을 제어하는 충방전 컨트롤러; 및 상기 충방전 컨트롤러 및 주전원수단과 연결되고, 상기 부하로 공급되는 주전원에 대한 실시간 감시와 단전 상황을 파악하며, 상기 충방전 컨트롤러로부터 전달되는 보조전원 및 상기 주전원의 공급량을 조절하여 평시 또는 주전원의 단전 시 각 상황에 적합한 전원을 상기 부하에 공급하는 전원 제어장치;를 포함하여 구성된다.
이때 상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단으로부터 상기 2차전지로 축전되는 전력량 및 상기 2차전지의 충전 또는 방전에 따라 변동되는 전력량을 가공 하여 데이터화하며 이를 표출하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
또한 상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단으로부터 상기 2차전지에 축전되는 전력을 상기 부하의 사용 전압에 대응하는 전원으로 가공하기 위한 전원가공부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단을 통해 발전되는 전력의 역전압을 차단하기 위한 역전압 방지회로를 더 포함할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단으로부터 2차전지에 축전되는 전력의 과충전을 방지하기 위한 과충전 방지회로를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 보조전원수단의 풍력 발전기는 소형의 수직형 구조로 구성되며, 태양광 발전기는 상기 주전원수단 상에 설치되는 것이 특징이다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명 복합발전을 이용한 비상전원 공급 시스템은 청정 에너지를 사용하여 보조전원으로서의 역할과 비상 시 비상전원의 역할을 대체함으로써 시스템의 이용 효율을 극대화할 수 있고, 기존 독립 전원과 하이브리드 형태의 발전 시스템을 함께 구축함으로서 경제적이고 실효성 있는 발전 시스템을 구성하며 일반적으로 사용하고 있는 디젤 발전기의 이용률을 감소시킬 수 있으므로 연료 절감의 효과와 안정적인 전원공급으로 독립 전원이 요구되는 부하가 적용되는 특정 시스템의 안정적인 시스템 유지에 유용한 장점이 있다.
이하 본 발명의 실시예을 첨부되는 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한 다.
도 1은 본 발명 복합발전을 이용한 비상전원 공급 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충방전 컨트롤러를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평상 시 보조 전원 공급에 대한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Black out 시 비상 전원 공급에 대한 흐름도이다.
본 발명은 독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기(200)와 태양광 발전기(210)를 활용한 복합 하이브리드 발전 시스템을 소형으로 구축하고, 주전원의 단전 상황에서는 자동으로 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있는 복합발전을 이용한 비상전원 공급 시스템에 관한 것이다.
다시 말해 평상 시에는 상기 복합 하이브리드 발전 시스템을 통한 보조전원과 주전원을 조합하여 부하로 전원공급이 이루어지고, Black out 시와 같이 주전원이 공급되지 않는 상황에서는 상기 보조전원을 비상전원으로 대체하여 상기 부하로 안정적인 전원 공급이 이루어지도록 한다.
도 1은 상술한 복합발전을 이용한 비상전원 공급 시스템의 구성을 나타내는 도면으로 이를 참조하면, 본 발명은 주전원수단(10), 보조전원수단(20), 2차전지(30), 충방전 컨트롤러(40) 및 전원제어장치(50)를 포함하여 구성된다.
상기 주전원수단(10)은 독립 전원이 요구되는 부하(60)로 전원을 공급하기 위한 통상의 발전기를 의미하며, 일반적으로 주전원을 생성하기 위해 디젤 또는 가솔린과 같은 석유 연료가 사용된다.
한편 상기 보조전원수단(20)에서 생성되는 전력은 상기 주전원과의 조합으로 상기 부하(60)로 공급되거나, 상기 주전원의 단전 시 비상전원으로 대체되어 상기 부하로 공급될 수 있다. 이때 상기 보조전원수단(20)은 바람과 태양광과 같은 청정에너지를 활용한 복합 하이브리드 발전을 통해 전력을 생성하게 된다.
다시 말해 상기 보조전원수단(20)은 바람에 의해 전력이 생성되는 풍력 발전기(200) 및 태양광에 의해 전력이 생성되는 태양광 발전기(210)를 포함하여 구성되는 복합 하이브리드 발전을 구축하고, 상기 풍력 발전기(200)과 태양광 발전기(210)로부터 생성되는 전력은 상기 부하(60)의 보조전원 또는 비상전원으로 사용될 수 있다.
여기에서 상기 풍력 발전기(200)는 1m 이상의 중소형 발전기가 아닌 1m 미만의 소형 풍력 발전기로 제작되어 독립 전원이 필요한 부하가 설치되는 장소의 풍향에 관계없이 효율을 발생시킬 수 있도록 수직형 구조로 제작되는 것이 바람직하다.
또한 상기 태양광 발전기(210)는 상기 태양광 발전기(210)를 이루는 복수의 집광모듈이 기존의 주전원을 생성하는 주전원수단(10) 상에 구비되도록 구성함으로써 설치 장소의 구애를 받지않고, 최소 공간만으로 본 발명에 따른 전원 공급 시스템을 구축하는 것이 바람직하다.
뿐만 아니라 상술한 풍력 발전기(200) 및 태양광 발전기(210)를 포함한 상기 보조전원수단(20)은 상기 부하(60)의 정격 용량 또는 사용 용량에 따라 그에 적합 한 모델과 사양으로 선택 및 설계되어야 함은 당연하다.
한편 상기 보조전원수단(20)으로부터 생성되는 전력은 상기 2차전지(30)로 축전된다.
상기 2차전지(30)는 충방전 컨트롤러(40)와 연결되고, 상기 2차전지(30)에 축전되는 상기 보조전원수단(20)의 전력은 상기 충방전 컨트롤러(40)의 제어에 의해 실시간으로 충전 및 방전된다.
여기에서 상기 충방전 컨트롤러(40)는 풍력 발전이나 태양광 발전 등과 같은 청정 에너지로부터 상호 단점을 보완하여 에너지를 상기 2차전지(30)에 축전함으로써 필요한 부하(60)에 전원을 공급하게 된다.
예를 들면 풍력 발전의 경우 24시간 발전 가능하나, 출력 변동이 심하고 풍속의 경우 여름에는 낮고 겨울에는 높은 경향이 있다. 반면 태양광 발전은 태양이 있는 낮 시간에만 발전 가능하며 일사량은 풍력과 달리 여름이 많고 겨울에는 적은 경향이 있다. 이와 같이 일몰, 일출에 따라 또는 계절에 따라 상호 발전되는 발전량이 상이한 전력들을 상기 충방전 컨트롤러(40)를 통해 일괄적으로 상기 2차전지(30)로 축전한다.
또한 상기 충방전 컨트롤러(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 디스플레이부(400), 전원가공부(410), 과충전 방지회로(420) 및 역전압 방지회로(430)를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부(400)는 상기 보조전원수단(20)으로부터 상기 2차전지(30)에 축전되는 전력량을 파악하여 수치화에 필요한 데이터로 가공하고 이를 운영자 또는 클라이언트에게 확인 가능하도록 표출한다. 또한 상기 충방전 컨트롤러(40)에 의해 충전 또는 방전됨에 따라 변동되는 상기 2차전지(30)의 전력량을 파악하여 수치화에 필요한 데이터로 가공하고 이를 표출한다.
상기 전원가공부(410)는 상기 보조전원수단(20)으로부터 상기 2차전지(30)에 축전되는 전력을 상기 부하(60)의 사용 전압에 대응하도록 가공한다. 즉, 상기 전원가공부(410)는 상기 2차전지(30)에 축전된 전력을 상기 부하(60)의 사용 전압에 적합한 전원으로 출력되도록 하며, 이를 위해 인버터 또는 컨버터와 같은 변환기가 포함될 수 있다.
상기 과충전 방지회로(420)는 상기 보조전원수단(20)으로부터 2차전지(30)에 축전되는 전력의 과충전을 방지함으로써 상기 2차전지(30)의 수명을 연장시킨다.
또한 상기 역전압 방지회로(430)는 상기 보조전원수단(20)을 통해 발전되는 전력의 역전압을 차단하여 상기 충방전 컨트롤러(40)와 연결되는 2차전지(30) 및 부하(60)를 보호한다.
그 밖에도 상기 충방전 컨트롤러(40)는 상기 부하(60) 및 2차전지(30)를 보호하기 위해 다양한 전자회로가 구성됨이 바람직하다. 예를 들면 상기 충방전 컨트롤러(40)는 상기 2차전지(30)에 대한 저전압 보호회로, 과전압 보호회로, 과전류 보호회로, 과열 보호회로 합선 보호회로 및 낙뢰 등에 의한 서지 보호회로 등이 포함될 수 있다.
한편, 상기 전원제어장치(50)는 상기 충방전 컨트롤러(40) 및 주전원수단(10)과 연결되고, 상기 부하(60)로 공급되는 주전원에 대한 실시간 감시를 수행 하며 상기 주전원에 대한 단전 상황을 파악하게 된다.
또한 상기 전원제어장치(50)는 상기 충방전 컨트롤러(40)로부터 전달되는 보조전원 및 상기 주전원의 공급량을 조절하여 평시 또는 주전원의 단전 시 각 상황에 적합한 전원을 상기 부하(60)에 공급하게 된다.
구체적으로, 도 3 내지 도 4를 참조하여 평시 또는 주전원의 단전 시 상기 전원제어장치(50)의 제어에 따른 전원 공급 방법의 바람직한 예를 살펴보기로 한다.
먼저 독립 전원을 공급받는 부하(60)는 평상 시 주전원수단(10)으로부터 전원을 공급받게 되고, 풍력 발전기(200)와 태양광 발전기(210)를 포함한 보조전원수단(20)을 통해 생성되는 보조전원은 상기 2차전지(30)에 축전된다.
이때 상기 2차전지(30)의 충전이 완료될 경우 상기 충방전 컨트롤러(40)는 상기 2차전지(30)의 전원을 주전원의 보조전원으로서 상기 전원제어장치(50)로 전달하고 상기 전원제어장치(50)에서는 상기 보조전원의 사용률을 높이고 주전원의 사용률을 낮추도록 제어함으로써 상기 주전원수단(10)의 연료소모를 최소화하게 된다.
뿐만 아니라 상기 전원제어장치(50)는 부하(60)로 공급되는 전원에 대한 예상 소비 전력을 파악하고 잉여(剩餘) 전압이 발생되는 경우, 이를 상기 충방전 컨트롤러(40)를 통해 회송하여 상기 2차전지(30)에서 충전되도록 한다.
한편 독립 전원을 공급받는 부하(60)에 주전원의 공급이 멈추거나 차단될 경우 상기 전원제어장치(50)는 Black out(단전) 상황을 감지하여 상기 보조전원수 단(20)으로부터 생성되는 보조전원을 비상전원으로 대체하여 상기 부하(60)로 안정적인 전원공급을 제공한다.
다시 말해 도 4에 도시된 바와 같이 주전원의 Black out 발생 시, 상기 보조전원수단(20)을 통해 생성되는 보조전원은 상기 전원제어장치(50)의 제어에 의해 상기 충방전 컨트롤러(40)를 거쳐 바로 전원제어장치(50)로 전달되고 직접 상기 부하(60)로 공급되어 비상전원으로서의 역할을 하게 된다.
이때 상기 부하(60)에 대한 부족한 전원은 상기 2차전지(30)에 충전된 전력과의 조합으로 전원을 공급하게 된다. 또한 상기 전원제어장치(50)는 상기 보조전원수단(20)의 비상전원을 부하로 공급하는 동시에 상기 보조전원수단(20)으로부터 생성되는 전력의 잉여 시에는 상기 충방전 컨트롤러(40)를 통해 상기 2차전지(30)에 재충전하게 된다.
이처럼 본 발명은 태양광과 풍력 에너지, 즉 청정에너지를 사용하여 보조전원으로서의 역할과 비상전원의 역할을 동시에 수행함으로써 시스템의 이용 효율을 극대화할 수 있고 기존의 독립 전원과 하이브리드 형태의 발전 시스템을 함께 구축하여 경제적이고 실효성 있는 전원 공급 시스템을 구성할 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충방전 컨트롤러를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평상 시 보조 전원 공급에 대한 흐름도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Black out 시 비상 전원 공급에 대한 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 주전원수단 20 : 보조전원수단
30 : 2차전지 40 : 충방전 컨트롤러
50 : 전원제어장치 60 : 부하
200 : 풍력 발전기 210 : 태양광 발전기
400 : 디스플레이 410 : 전원 가공부
420 : 과충전 방지회로 430 : 역전압 방지회로

Claims (7)

  1. 독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 있어서,
    독립 전원이 요구되는 부하에 전원을 공급하기 위한 주전원수단;
    바람에 의해 전력이 생성되는 풍력 발전기 및 태양광에 의해 전력이 생성되는 태양광 발전기를 포함하는 보조전원수단;
    상기 보조전원수단으로부터 생성되는 전력이 축전되는 2차 전지;
    상기 축전된 2차전지의 충전 및 방전을 제어하는 충방전 컨트롤러; 및
    상기 충방전 컨트롤러 및 주전원수단과 연결되고, 상기 부하로 공급되는 주전원에 대한 실시간 감시와 단전 상황을 파악하며, 상기 충방전 컨트롤러로부터 전달되는 보조전원 및 상기 주전원의 공급량을 조절하여 평시 또는 주전원의 단전 시 각 상황에 적합한 전원을 상기 부하에 공급하는 전원 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단으로부터 상기 2차전지로 축전되는 전력량 및 상기 2차전지의 충전 또는 방전에 따라 변동되는 전력량을 가공하여 데이터화하며 이를 표출하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단으로부터 상기 2차전지에 축전되는 전력을 상기 부하의 사용 전압에 대응하는 전원으로 가공하기 위한 전원가공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단을 통해 발전되는 전력의 역전압을 차단하기 위한 역전압 방지회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 컨트롤러는 상기 보조전원수단으로부터 2차전지에 축전되는 전력의 과충전을 방지하기 위한 과충전 방지회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보조전원수단의 풍력 발전기는 소형의 수직형 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 보조전원수단의 태양광 발전기는 상기 주전원수단 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 복합 발전을 이용한 비상전원 공급 시스템.
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