KR20120100157A - 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치에 저장되어 있는 전력을 이용하여 풍력발전 단지 내 부하에 전력을 공급할 수 있도록 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 풍력발전기와 전력계통 사이에 위치한 제1전력 변환기의 DC 링크단에 연결된 에너지 저장 장치가 풍력발전기의 출력이 일정량 이상이면 충전을 수행하고, 풍력발전기의 출력이 일정량 이하이면 방전을 수행하는 데, 제어부는 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이상이면, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인하여, 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼 경우에는, 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 전력계통 스위치를 턴오프시켜 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 에너지 저장 장치에 저장되어 있는 전력을 이용하여 풍력발전 단지 내 부하에 전력을 공급함으로써, 에너지 저장 장치의 활용도를 높일 수 있게 된다.

Description

에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING POWER TO A LOAD USING ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 에너지 저장 장치에 저장되어 있는 전력을 이용하여 풍력발전 단지 내 부하에 전력을 공급할 수 있도록 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템으로, 환경 친화적이고 무한정의 자원을 이용하는 등의 여러 가지 이점이 많은 신 재생에너지원이다.
풍력발전 시스템은 생산된 전력을 사용자에게 직접 공급하는 방식과 전력계통에 공급하는 방식으로 나눌 수 있는 데, 경제성, 풍력자원의 활용도, 생산전력의 효율과 품질을 고려할 때 풍력발전기를 대규모로 병렬 연계하는 대규모 단지를 조성하여 전력을 생산하고 이를 전력계통에 연계하여 운영하는 방식이 현재의 추세이다.
한편, 풍력발전기는 바람의 세기에 따라 전력계통으로 출력하는 전력에 변동이 발생하게 된다.
이에 따라, 종래에는 도 1에 도시하는 바와 같이 풍력발전기와 전력계통 사이에 위치한 전력 변환기의 DC 링크단에 에너지 저장 장치를 연결하여 바람의 세기에 따른 풍력발전기의 출력 변동을 완화시킨다.
즉, 풍력발전기에서 전력계통으로 출력되는 전력이 일정량 이상일 경우 에너지 저장 장치는 충전을 수행하고, 풍력발전기에서 전력계통으로 출력되는 전력이 일정량 이하일 경우에는 방전을 수행하여 전력계통으로 일정한 크기의 전력이 인가되도록 한다.
그러나, 전술한 바와 같은 에너지 저장 장치는 출력 안정화만을 목적으로 활용되므로, 높은 초기 설치 비용과 유지 보수 비용에 비해 그 활용도가 낮은 문제점이 있다.
특히, 출력 변동이 크지 않은 곳에 설치된 에너지 저장 장치는 용량 대비 낮은 출력의 방전과 빈번하지 않은 운영으로 그 활용도가 더 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 에너지 저장 장치에 저장되어 있는 전력을 이용하여 풍력발전 단지 내 부하에 전력을 공급할 수 있도록 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템은, 풍력발전기와 전력계통 사이에 위치한 제1전력 변환기의 DC 링크단에 연결되어 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이상이면 충전을 수행하고, 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이하이면 방전을 수행하는 에너지 저장 장치와; 상기 에너지 저장 장치에서 출력되는 DC 전압을 풍력발전 단지 내 부하에 적합한 전압으로 변환하는 제2전력 변환기와; 상기 에너지 저장 장치에서 상기 제2전력 변환기로 인가되는 전력의 흐름을 조절하는 에너지 저장 장치 스위치와; 전력계통에서 풍력발전 단지 내 부하로 인가되는 전력의 흐름을 조절하는 전력계통 스위치와; 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싸면 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴오프시켜 상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 제어부는, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이상인 경우에만, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싸면 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴오프시켜 상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이하로 되면, 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴오프시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴온시켜 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 상기 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지면, 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴오프시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴온시켜 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법은, 풍력발전기와 전력계통 사이에 위치한 제1전력 변환기의 DC 링크단에 연결된 에너지 저장 장치가 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이상이면 충전을 수행하고, 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이하이면 방전을 수행하는 과정과; 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인하는 과정과; 상기 확인결과 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼 경우에는, 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 전력계통 스위치를 턴오프시켜 상기 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이상인 지를 확인하여 잔량이 50%이상인 경우에만, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이하로 되면, 상기 에너지 저장 장치 스위치와 전력계통 스위치를 제어하여, 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지면, 상기 에너지 저장 장치 스위치와 전력계통 스위치를 제어하여, 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법에 따르면, 에너지 저장 장치에 저장되어 있는 전력을 이용하여 풍력발전 단지 내 부하에 전력을 공급함으로써, 에너지 저장 장치의 활용도를 높일 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 장치를 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법을 설명하기 위한 처리도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 2에서, AC/DC 변환기(15)는 풍력발전기(10)에서 출력되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다.
DC/AC 변환기(20)는 AC/DC 변환기(15)에서 출력되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여, 이를 승압 변압기(25)로 출력한다.
에너지 저장 장치(Energy Storage System:ESS)(35)는 풍력발전기(10)와 제1전력계통(풍력발전기가 연계된 전력계통)(30) 사이에 위치한 AC/DC 변환기(15)와 DC/AC 변환기(20)의 DC 링크단에 연결되어 풍력발전기(10)의 출력이 일정량 이상이면 충전을 수행하고, 풍력발전기(10)의 출력이 일정량 이하이면 방전을 수행한다.
제2전력계통(40)은 일반 부하인 외부 가로등, 중요 부하인 풍력발전기 내 전기 설비, 너셀 위의 항공장애 표시등 등과 같은 풍력발전 단지 내 부하(45)에 전력을 공급한다.
전력 변환기(50)는 에너지 저장 장치(35)에서 출력되는 DC 전압을 풍력발전 단지 내 부하(45)에 적합한 전압으로 변환하여, 이를 풍력발전 단지 내 부하(45)로 출력한다.
에너지 저장 장치 스위치(55)는 에너지 저장 장치(35)에서 전력 변환기(50)로 인가되는 전력의 흐름을 조절한다. 즉, 에너지 저장 장치 스위치(55)는 제어부(65)의 제어하에 턴온 또는 턴오프되어 에너지 저장 장치(35)에서 전력 변환기(50)로 전력을 인가 또는 차단한다.
전력계통 스위치(60)는 제2전력계통(40)에서 풍력발전 단지 내 부하(45)로 인가되는 전력의 흐름을 조절한다. 즉, 전력계통 스위치(60)는 제어부(65)의 제어하에 턴온 또는 턴오프되어 제2전력계통(40)에서 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전력을 인가 또는 차단한다.
제어부(65)는 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이상인 지를 확인하여, 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이하인 경우에는 턴오프되어 있는 에너지 저장 장치 스위치(55)와 턴온되어 있는 전력계통 스위치(60)를 그대로 유지하여 제2전력계통(40)의 전력이 풍력발전 단지 내 부하(45)로 계속 전달되도록 하고, 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이상인 경우에는 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인하여, 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼 경우에는 에너지 저장 장치 스위치(55)를 턴온시키고, 전력계통 스위치(60)를 턴오프시켜 에너지 저장 장치(35)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달한다.
또한, 제어부(65)는 에너지 저장 장치(35)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달하는 중에, 주기적으로 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이하로 내려가거나, 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지는 지를 확인하여, 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이하로 내려가거나, 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지면, 에너지 저장 장치 스위치(55)를 턴오프시키고, 전력계통 스위치(60)를 턴온켜 다시 제2전력계통(40)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 풍력발전기(10)가 생성된 전력을 제1전력계통(30)으로 출력하기 시작하면(S10), 제어부(65)는 풍력발전기(10)의 출력 전력이 기설정된 값 이상인 지를 판단한다(S12).
상기한 과정 S12의 판단결과 풍력발전기(10)의 출력 전력이 기설정된 값 이상이 아니면, 에너지 저장 장치(35)는 방전을 수행한다(S14).
한편, 상기한 과정 S12의 판단결과 풍력발전기(10)의 출력 전력이 기설정된 값 이상이면, 에너지 저장 장치(35)는 충전을 수행한다(S16).
전술한 바와 같이 에너지 저장 장치(35)가 풍력발전기(10)의 출력 전력에 따라 충전 또는 방전을 수행할 때, 제어부(65)는 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이상인 지를 확인한다(S18).
상기한 과정 S18의 확인결과 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이상이 아니면, 제어부(65)는 턴오프되어 있는 에너지 저장 장치 스위치(55)와 턴온되어 있는 전력계통 스위치(60)를 그대로 유지하여 제2전력계통(40)의 전력이 풍력발전 단지 내 부하(45)로 계속 전달되도록 한다(S20).
한편, 상기한 과정 S18의 확인결과 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이상이면, 제어부(65)는 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인한다(S22).
상기한 과정 S22의 확인결과 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싸지 않은 경우에는, 상기한 과정 S20으로 진행한다.
한편, 상기한 과정 S22의 확인결과 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼 경우, 제어부(65)는 에너지 저장 장치 스위치(55)를 턴온시키고, 전력계통 스위치(60)를 턴오프시켜 에너지 저장 장치(35)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달한다(S24).
전술한 바와 같이, 에너지 저장 장치(35)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달하는 중에, 제어부(65)는 주기적으로 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이하로 내려가는 지를 확인한다(S26).
상기한 과정 S26의 확인결과 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이상이면, 제어부(65)는 턴온되어 있는 에너지 저장 장치 스위치(55)와 턴오프되어 있는 전력계통 스위치(60)를 그대로 유지하여 에너지 저장 장치(35)의 전력이 풍력발전 단지 내 부하(45)로 계속 전달되도록 한다(S28).
한편, 상기한 과정 S26의 확인결과 에너지 저장 장치(35)의 잔량이 50%이하인 경우, 제어부(65)는 에너지 저장 장치 스위치(55)를 턴오프시키고, 전력계통 스위치(60)를 턴온시켜 다시 제2전력계통(40)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달한다(S30).
또한, 제어부(65)는 에너지 저장 장치(35)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달하는 중에 주기적으로 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지는 지를 확인한다(S32).
상기한 과정 S32의 확인결과 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼 경우에는, 턴온되어 있는 에너지 저장 장치 스위치(55)와 턴오프되어 있는 전력계통 스위치(60)를 그대로 유지하여 에너지 저장 장치(35)의 전력이 풍력발전 단지 내 부하(45)로 계속 전달되도록 한다(S34).
한편, 상기한 과정 S32의 확인결과 제2전력계통(40)으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싼 경우에는, 상기한 과정 S30으로 진행하여 에너지 저장 장치 스위치(55)를 턴오프시키고, 전력계통 스위치(60)를 턴온시켜 다시 제2전력계통(40)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전달한다.
본 발명의 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전력을 공급하는 제2전력계통(40)에 발생한 사고로 인하여 제2전력계통(40)에서 풍력발전 단지 내 부하(45)로 전력을 공급하지 못하게 되는 경우, 제어부(65)는 이를 감지하여 에너지 저장 장치 스위치(55)를 턴온시키고 전력계통 스위치(60)를 턴오프시켜, 에너지 저장 장치(35)의 전력을 풍력발전 단지 내 부하(45)로 공급한다.
10. 풍력발전기, 15. AC/DC 변환기,
20. DC/AC 변환기, 25. 승압 변압기,
30. 제1전력계통, 35. 에너지 저장 장치,
40. 제2전력계통, 45. 풍력발전 단지 내 부하,
50. 전력 변환기, 55. 에너지 저장 장치 스위치,
60. 전력계통 스위치, 65. 제어부

Claims (8)

  1. 풍력발전기와 전력계통 사이에 위치한 제1전력 변환기의 DC 링크단에 연결되어 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이상이면 충전을 수행하고, 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이하이면 방전을 수행하는 에너지 저장 장치와;
    상기 에너지 저장 장치에서 출력되는 DC 전압을 풍력발전 단지 내 부하에 적합한 전압으로 변환하는 제2전력 변환기와;
    상기 에너지 저장 장치에서 상기 제2전력 변환기로 인가되는 전력의 흐름을 조절하는 에너지 저장 장치 스위치와;
    전력계통에서 풍력발전 단지 내 부하로 인가되는 전력의 흐름을 조절하는 전력계통 스위치와;
    전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싸면 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴오프시켜 상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 제어부를 포함하여 이루어지는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이상인 경우에만, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싸면 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴오프시켜 상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이하로 되면, 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴오프시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴온시켜 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 에너지 저장 장치의 전력을 상기 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 상기 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지면, 상기 에너지 저장 장치 스위치를 턴오프시키고, 상기 전력계통 스위치를 턴온시켜 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 시스템.
  5. 풍력발전기와 전력계통 사이에 위치한 제1전력 변환기의 DC 링크단에 연결된 에너지 저장 장치가 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이상이면 충전을 수행하고, 상기 풍력발전기의 출력이 일정량 이하이면 방전을 수행하는 과정과;
    전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인하는 과정과;
    상기 확인결과 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼 경우에는, 에너지 저장 장치 스위치를 턴온시키고, 전력계통 스위치를 턴오프시켜 상기 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 과정을 포함하여 이루어지는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이상인 지를 확인하여 잔량이 50%이상인 경우에만, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 비싼지를 확인하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 상기 에너지 저장 장치의 잔량이 50%이하로 되면, 상기 에너지 저장 장치 스위치와 전력계통 스위치를 제어하여, 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 중에, 전력계통으로부터 수전하는 실시간 전력요금이 풍력발전 단가보다 싸지면, 상기 에너지 저장 장치 스위치와 전력계통 스위치를 제어하여, 상기 전력계통의 전력을 풍력발전 단지 내 부하로 전달하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 이용한 부하 전력 공급 방법.
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