KR20110112678A

KR20110112678A - 분산 전원을 이용한 전력 제어 시스템

Info

Publication number: KR20110112678A
Application number: KR1020100031930A
Authority: KR
Inventors: 이동근; 김영기; 오재열; 소철호
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13
Also published as: WO2011126221A3; WO2011126221A2

Abstract

본 발명에 따른 전력 제어 시스템은 전력망에 접속되어 부하에 공급되는 전력을 제어하는 것으로서, 전력의 충, 방전 기능을 제공하는 배터리 유닛; 연료를 소모하여 전력을 생성하는 분산 전원; 상기 전력망으로부터 전력을 공급받아 상기 배터리 유닛에 충전하는 한편, 상기 배터리 유닛에서 방전되는 전력과, 상기 분산 전원에서 생성되는 전력을 상기 전력망에 부합하도록 변환한 후 상기 부하에 공급하는 파워 컨디셔닝 시스템; 및 상기 부하에 예비전력이 요구되는 경우 상기 배터리 유닛 및 상기 분산 전원 중 적어도 어느 하나로부터 부하로 전력 공급이 이루어지도록 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분산 전원을 이용한 전력 제어 시스템{POWER CONTROL SYSTEM BY USING DISTRIBUTED GENERATION}

본 발명은 전력 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부하(Load)에 피크(Peak) 상황이나 정전 상황이 발생했을 때 예비전력을 공급하는 기능을 갖는 전력 제어 시스템에 관한 것이다.

배터리를 예비전력의 전원으로 사용하는 전력 제어 시스템은 심야 등 전력 수요량이 적은 시간에 배터리에 전력을 충전해 두었다가 부하가 피크치 이상으로 전력을 소모한 시점에 배터리의 전력을 전력계통으로 방전하여 전력을 보충하는 기능을 수행한다.

도 1에는 종래기술에 따른 전력 제어 시스템의 주요 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 전력 제어 시스템은 기존 전력망(Grid)(10)과 부하(30) 사이에 접속되는 파워 컨디셔닝 시스템(Power Conditioning System: PCS)(50)과, 파워 컨디셔닝 시스템(50)에 연결되어 전력을 충, 방전하는 배터리 유닛(60)과, 부하측 센서(40)로부터 입력되는 측정값에 따라 파워 컨디셔닝 시스템(50)과 배터리 유닛(60)를 제어하는 콘트롤러(70)를 포함한다.

파워 컨디셔닝 시스템(50)은 배터리 유닛(60)로부터 전력을 공급받아 전력망(10)의 전압과 주파수에 걸맞게 변환한 후 부하(30)에 공급하는 기능을 수행한다.

배터리 유닛(60)는 심야 전력 등과 같이 전력 수요량이 적은 시간에 공급되는 저렴한 전력을 충전해 두었다가 전력의 필요시 콘트롤러(70)의 제어에 따라 방전하도록 동작된다. 통상적으로 배터리 유닛(60)은 에너지 저장용량은 크나 응답속도가 느린 납축전지로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 전력 제어 시스템은 전력망(10)으로부터 제공되는 전력을 저장했다가 사용하는 특성상 심야 등 에너지 소모가 적은 시점에만 전력을 저장하고 피크 부하시에만 전력을 공급하는 등 운용 범위가 매우 한정적이다.

특히, 상기 전력 제어 시스템은 배터리 유닛(60)의 한정된 용량으로 인해 전력계통의 정전시에는 적용이 곤란하고, 주로 납축전지로 구성되는 배터리 유닛(60)은 수명이 짧을 뿐만 아니라 응답속도가 너무 느려서 피크 부하시 빠르게 대응하지 못하는 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 피크 부하시 뿐만 아니라 전력계통의 정전 상황에서도 예비전력을 신속하고 안정적으로 공급할 수 있는 구조를 가진 전력 제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전력의 충, 방전 기능을 제공하는 배터리 유닛; 연료를 소모하여 전력을 생성하는 분산 전원; 상기 전력망으로부터 전력을 공급받아 상기 배터리 유닛에 충전하는 한편, 상기 배터리 유닛에서 방전되는 전력과, 상기 분산 전원에서 생성되는 전력을 상기 전력망에 부합하도록 변환한 후 상기 부하에 공급하는 파워 컨디셔닝 시스템; 및 상기 부하에 예비전력이 요구되는 경우 상기 배터리 유닛 및 상기 분산 전원 중 적어도 어느 하나로부터 부하로 전력 공급이 이루어지도록 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

상기 배터리 유닛은 울트라 커패시터 또는 슈퍼 커패시터로 구성된 제1 배터리와, 납축전지로 구성된 제2 배터리를 포함할 수 있다.

상기 콘트롤러는, 상기 배터리 유닛의 방전 시 상기 제1 배터리를 상기 제2 배터리에 비해 우선적으로 방전시키는 것이 바람직하다.

상기 분산 전원은 연료전지 또는 가스터빈으로 구성될 수 있다.

전력 제어 시스템는 정전 발생시 전력망과 부하를 분리하는 전력계통측 스위치;를 포함할 수 있다.

또한, 전력 제어 시스템은 배터리 유닛 및 분산 전원과 파워 컨디셔닝 시스템 사이에 개재된 전력전환용 스위치;를 포함할 수 있다.

상기 콘트롤러는, 상기 배터리 유닛의 전력이 일차적으로 공급된 이후에 상기 분산 전원의 전력이 공급되도록 상기 전력전환용 스위치를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 부하에 피크 상황이 발생했을 때 대용량의 배터리에 의한 전력 방전 동작 이전에 응답속도가 빠른 배터리에 의한 전력 공급이 이루어지므로 신속한 대응이 가능한 장점이 있다.

또한, 배터리에 의해 전력 공급이 이루어진 후에는 분산 전원에서 전력을 생산하여 공급하도록 동작하므로 부하에 장시간의 정전 상황이 발생하더라도 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 전력 제어 시스템의 주요 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 주요 구성도,
도 3은 본 발명에 따라 제공되는 제1 배터리 유닛, 제2 배터리 유닛, 분산 전원의 전력 용량과 공급 순서를 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 주요 구성이 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 제어 시스템은 전력망(10)에 접속된 부하(30)에 예비전력을 제공하는 배터리 유닛(100) 및 분산 전원(Distributed Generation: DG)(101)과, 전력의 변환과 공급 기능을 수행하는 파워 컨디셔닝 시스템(102)과, 부하(30)에 피크 또는 정전 상황이 발생했을 때 예비전력의 공급이 이루어지도록 제어하는 콘트롤러(105)를 포함한다.

부하(30)가 접속되는 전력망(10)으로는 기존의 한전 전력계통망이 해당될 수 있다. 부하(30)는 전력망(10)으로부터 전력을 공급받아 동작하고, 부하(30)가 피크에 이르거나 정전이 발생할 경우에는 전력 제어 시스템으로부터 예비전력을 공급받아 동작하게 된다.

배터리 유닛(100)은 상대적으로 용량은 작으나 응답속도가 빠른 제1 배터리(100a)와, 상대적으로 응답속도는 느리나 용량이 큰 제2 배터리(100b)를 포함한다. 바람직하게, 제1 배터리(100a)로는 울트라 커패시터 또는 슈퍼 커패시터가 채용되고, 제2 배터리(100b)로는 납축전지가 채용될 수 있다.

분산 전원(101)은 전력망(10)과는 별개로 전력을 생산하여 공급하는 장치로서, 주입된 연료를 소모하여 전기를 발생시키는 통상의 연료전지나 가스터빈 등이 채용될 수 있다.

파워 컨디셔닝 시스템(102)은 전력망(10)으로부터 전력을 공급받아 배터리 유닛(100)에 충전하는 기능을 수행한다. 또한, 파워 컨디셔닝 시스템(102)은 부하(30)에 예비전력의 공급이 필요한 상황이 발생했을 때 배터리 유닛(100)에서 방전되는 전력이나, 분산 전원(101)에서 생성되는 전력을 전력망(10)의 송전 규격에 맞게 변환하여 부하(30)에 전달하는 기능을 수행한다.

콘트롤러(105)는 부하(30)에 예비전력이 요구되는 경우 배터리 유닛(100) 및/또는 분산 전원(101)의 전력이 부하(30)로 공급되도록 파워 컨디셔닝 시스템(102)의 동작을 제어한다.

콘트롤러(105)는 부하(30)에 예비전력이 필요한 상황이 발생했을 때 일차적으로 배터리 유닛(100)에서 전력이 방전되도록 제어하고, 배터리 유닛(100)의 전력만으로 불충분한 상황이거나 정전이 발생한 경우에는 대용량의 전력 제공이 가능한 분산 전원(101)에서 전력을 생산, 공급하도록 제어한다. 이와 관련하여 도 3에는 본 발명에 따라 제공되는 제1 배터리(100a), 제2 배터리(100b), 분산 전원(DG)(101)의 전력 용량과 공급 순서가 개략적으로 도식화되어 있다.

배터리 유닛(100)의 전력을 방전하는 경우, 콘트롤러(105)는 응답속도가 상대적으로 빠른 제1 배터리(100a)를 우선적으로 방전시키고, 이후에 상대적으로 전력 용량이 큰 제2 배터리(100b)를 방전시키는 제어를 수행한다.

상기와 같은 콘트롤러(105)의 전력 공급 제어를 위하여, 전력망(10)에는 정전 발생시 전력망(10)과 부하(30)를 분리하기 위한 전력계통측 스위치(106)가 설치되고, 배터리 유닛(100) 및 분산 전원(101)과 파워 컨디셔닝 시스템(102) 사이에는 전력전환용 스위치(103)가 구비된다.

또한, 전력망(10)과 파워 컨디셔닝 시스템(102) 사이에는 파워 컨디셔닝 시스템(102)의 출력 전력 및 전력계통의 전압과 전력의 크기, 위상, 주파수에 대한 정보를 콘트롤러(105)에 전송하기 위한 PCS측 센서(104)가 구비되고, 부하(30)측에는 부하(30)에서 소모하는 전력과 전압, 전류의 상태에 대한 데이터를 콘트롤러(105)에 전송하기 위한 부하측 센서(107)가 구비된다. PCS측 센서(104)와 부하측 센서(107)로는 PT(Potential Transformer)나 CT(Current Transformer)가 채용 가능하다.

콘트롤러(105)는 파워 컨디셔닝 시스템(102), 배터리 유닛(100), 분산 전원(101), 전력계통측 스위치(106), 전력전환용 스위치(103) 등의 정보 및 상태를 지속적으로 모니터링하고, PCS측 센서(104), 부하측 센서(107)로부터 데이터를 수집하여 부하(30)에 대한 전력의 공급을 제어한다.

그러면, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 제어 시스템의 동작 과정을 설명하기로 한다.

부하(30)에 전력이 필요한 상황이 발생했을 때(단계 S100), 전력 제어 시스템의 콘트롤러(105)에서는 현재 부하(30)가 피크 상태인지 정전 상태인지 여부를 판단한다(단계 S101).

상기 판단 결과 현재 부하(30)가 피크 상태인 경우에는 배터리 유닛(100)을 방전시켜 배터리 전력을 부하(30)에 공급하는 방전 제어를 수행한다. 방전 제어 과정에서는 일차적으로 제1 배터리(100a)의 전력을 방전시켜 신속하게 부하(30)에 공급되는 전력을 보충하고(단계 S103), 이어서 제2 배터리(100b)의 전력을 방전시켜 보다 큰 용량의 전원을 부하(30)에 제공한다(단계 S105).

이후 부하(30)에 대한 전력의 보충이 배터리 유닛(100)의 충전 전력으로 충분한지 여부를 판단하여 배터리 유닛(100)의 충전 전력이 충분하지 않은 것으로 인식된 경우에는 분산 전원(101)에서 전력을 생산하여 부하(30)에 공급하도록 제어한다(단계 S107, S109, S110).

한편, 단계 S101의 판단 결과 현재 부하(30)가 정전 상태인 경우에는 전력망(10)에 연계된 전력계통측 스위치(106)를 이용하여 전력계통과 부하(30)를 분리하고(단계 S102), 배터리 유닛(100)의 전력과 분산 전원(101)의 전력을 순차적으로 부하(30)에 공급하는 제어를 수행한다(단계 S104, S106, S108).

배터리 유닛(100)의 전력 공급 과정에서는 일차적으로 제1 배터리(100a)의 전력을 방전시켜 신속하게 부하(30)에 전력을 보충하고(단계 S104), 이어서 제2 배터리(100b)의 전력을 방전시켜 부하(30)에 공급한다(단계 S106).

분산 전원(101)의 전력 공급 과정에서는 분산 전원(101)을 동작시켜 연료로부터 생산되는 대용량의 전력을 부하(30)에 공급한다(단계 S108).

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 제어 시스템은 제1 배터리(100a), 제2 배터리(100b), 분산 전원(DG)(101)의 순서로 부하(30)에 전력을 공급하도록 동작한다. 이에 따라, 부하(30)의 피크 상태시 신속한 전력 공급이 가능하며, 부하에 장시간의 정전 상황이 발생하더라도 충분한 전력을 안정적으로 공급할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 전력망 20: 전력 케이블
30: 부하 100: 배터리 유닛
101: 분산 전원 102: 파워 컨디셔닝 시스템
103: 전력전환용 스위치 104: PCS측 센서
105: 콘트롤러 106: 전력계통측 스위치
107: 부하측 센서

Claims

전력망에 접속되어 부하에 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어 시스템에 있어서,
전력의 충, 방전 기능을 제공하는 배터리 유닛;
연료를 소모하여 전력을 생성하는 분산 전원;
상기 전력망으로부터 전력을 공급받아 상기 배터리 유닛에 충전하는 한편, 상기 배터리 유닛에서 방전되는 전력과, 상기 분산 전원에서 생성되는 전력을 상기 전력망에 부합하도록 변환한 후 상기 부하에 공급하는 파워 컨디셔닝 시스템; 및
상기 부하에 예비전력이 요구되는 경우 상기 배터리 유닛 및 상기 분산 전원 중 적어도 어느 하나로부터 부하로 전력 공급이 이루어지도록 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 유닛은 울트라 커패시터 또는 슈퍼 커패시터로 구성된 제1 배터리와, 납축전지로 구성된 제2 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 콘트롤러는, 상기 배터리 유닛의 방전 시 상기 제1 배터리를 상기 제2 배터리에 비해 우선적으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 분산 전원은 연료전지 또는 가스터빈으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
정전 발생시 전력망과 부하를 분리하는 전력계통측 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 유닛 및 분산 전원과, 파워 컨디셔닝 시스템 사이에 개재된 전력전환용 스위치;를 더 포함하고,
상기 콘트롤러는, 상기 배터리 유닛의 전력이 일차적으로 공급된 이후에 상기 분산 전원의 전력이 공급되도록 상기 전력전환용 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.