KR20130051772A - 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130051772A
KR20130051772A KR1020110117108A KR20110117108A KR20130051772A KR 20130051772 A KR20130051772 A KR 20130051772A KR 1020110117108 A KR1020110117108 A KR 1020110117108A KR 20110117108 A KR20110117108 A KR 20110117108A KR 20130051772 A KR20130051772 A KR 20130051772A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
voltage
load
battery
power supply
Prior art date
Application number
KR1020110117108A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101764651B1 (ko
Inventor
박경락
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020110117108A priority Critical patent/KR101764651B1/ko
Publication of KR20130051772A publication Critical patent/KR20130051772A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101764651B1 publication Critical patent/KR101764651B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • H02J3/44—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator with means for ensuring correct phase sequence
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

태양광 발전장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치와 연계되어 부하에 전력을 공급하는 전력공급장치가 출력된 발전전력을 부하에 직접 공급하거나, 이를 배터리에 저장하거나, 또는 배터리에 저장된 에너지를 부하에 공급하는 경우에 있어서 교류전압으로의 변환 없이 직류-직류 변환만 수행하도록 구현함으로써 시스템 구현이 보다 간단하고 부품감소에 따라 제품 비용이 감소된다. 또, 상기 출력된 발전전력 및/또는 배터리에 저장된 에너지를 계통이 아닌 부하에 직접 공급하도록 구현함으로써, 정전 발생시 에너지가 저장된 배터리를 무전정전원장치로 사용할 수 있고, 변환효율의 감소로 인하여 배터리에 저장된 전력을 보다 안정적으로 사용할 수 있다.

Description

태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법{POWER APPLYING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING CONNECTING PHOTOVOLTAIC POWER GENERATING APPARATUS}
본 발명은 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 태양광 발전 장치로부터 발전된 전력 또는 배터리에 저장된 전력을 직류 부하에 공급하는 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
석유 등의 연료의 고갈 및 환경 파괴의 문제로 인해 재생 에너지에 관심이 높아지고 있다. 특히, 에너지원으로 풍력, 태양광, 연료전지 등에 관심이 높아지고 있는데, 이들을 이용하는 경우에는, 각각 독립적이고 전용의 전력변환장치와 이를 제어하는 장치를 제조 또는 사용한다.
예를 들어, 풍력을 이용하는 경우에는, 교류-직류 변환장치(AC-직류 Converter, 컨버터)와 직류-교류 변환장치(직류-AC Converter, Inverter, 인버터)를 직렬로 연결하여 부하 또는 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 풍속과 터빈의 속도에 의하여 발생하는 최대전력을 추종하도록 하는 최대 출력점 추종제어를 사용한다.
한편, 연료전지 또는 태양광을 이용하는 경우에는, 직류-직류 변환장치(직류-직류 Converter 또는 직류-직류 Booster)와 직류-교류 변환장치(Inverter)를 이용하여 부하 및 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 운전조건이나 태양광 일사 조건에 따라 얻을 수 있는 최대전력을 출력하기 위한 제어 알고리즘 및 이를 탑재한 제어장치를 사용한다.
본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 부하에 공급하는데 있어서, 교류(AC)전압으로 변환하는 과정을 거칠 필요가 없도록 구현함으로써, 회로 및 시스템 구성이 간단한 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법을 제공하는데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 부하에 공급하는데 있어서, 상기 출력된 발전전력 및/또는 배터리에 저장된 에너지를 계통이 아닌 부하에 직접 공급하도록 구현함으로써, 독립적 운영이 가능하고 전력의 흐름이 단순해지는 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력공급장치는, 태양광 발전장치와 연계되어 직류부하에 전력을 공급하는 전력공급장치로서, 상기 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 발전전력 및 직류 부하의 전력량에 따라 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력하여 상기 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 제1 직류전압을 정류하여 상기 직류부하에 공급하는 전력변환부와; 상기 제2 직류전압을 저장하는 배터리와; 상기 전력변환부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
실시예에서, 상기 전력변환부는, 상기 태양광 발전장치로부터 발전된 전력을 승압하여 제1 직류전압을 출력하는 MPPT 컨버터와; 상기 제어부의 구동에 따라, 상기 제1 직류전압을 배터리에 적합한 제2 직류전압으로 변환하거나 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하는 양방향 컨버터와; 상기 직류부하의 입력단에 구비되고, 상기 MPPT 컨버터 및 양방향 컨버터 중 적어도 하나로부터 출력되는 제1 직류전압을 정류하여 상기 직류부하에 공급하는 직류전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 직류전원공급부로부터 출력된 정류전압을 상기 직류부하에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 양방향 컨버터는, 상기 제어부의 구동에 따라, 상기 제1 직류전압을 상기 제2 직류전압으로 변환하여 상기 배터리에 제공하거나 또는 상기 배터리에 저장된 제2 직류 전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하여 직류 링크 캐패시터에 제공하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 발전전력 및 직류부하의 전력량을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 비교 결과, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량보다 작으면 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하여 상기 직류전원공급부에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 비교 결과, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량보다 크면 상기 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하여 상기 직류전원공급부에 제공하고, 그 잉여전력은 제2 직류전압으로 변환하여 상기 배터리에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 본 발명에 따른 전력공급장치는 상기 직류전원공급부 및 직류부하 사이에 구비되는 적어도 하나의 릴레이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 릴레이는, 상기 제어부로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 구비된 릴레이스위치의 온-오프 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 전력변환부는, 상기 MPPT 컨버터의 출력단 및 상기 직류전원공급부의 입력단에 구비되어 상기 제1 직류전압을 평활하는 직류 링크 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시예에 따른 전력공급장치의 제어방법은, 태양광 발전장치와 연계되어 직류부하에 전력을 공급하는 전력공급장치의 제어방법으로서, 상기 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하는 제1과정과; 상기 발전전력 및 직류부하의 전력량에 따라, 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력 여부를 결정하고 출력된 제2 직류전압을 제1 직류전압으로 변환하는 제2과정과; 상기 제1 직류전압을 정류하는 제3과정과; 제어명령에 따라, 상기 제1 직류전압을 상기 직류 부하에 공급하는 제4과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제1과정 및 제2과정은, 상기 제1 직류전압을 평활하여 직류전원공급부에 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제2과정은, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량보다 작으면, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력하여 상기 제1 직류전압으로 변환하는 과정인 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 제2과정은, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량 이상이면, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력을 정지하고, 상기 직류부하의 전력량을 초과하는 발전전력을 상기 제2 직류전압으로 변환하여 배터리에 공급하는 과정인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치와 연계되어 부하에 전력을 공급하는 전력공급장치가, 출력된 발전전력을 부하에 직접 공급하거나, 이를 배터리에 저장하거나, 또는 배터리에 저장된 에너지를 부하에 공급하는 경우에 있어서 교류전압의 변환 없이 직류-직류 변환만 수행하도록 구현함으로써 시스템 구현이 간단하고 부품감소에 따른 제품 비용이 감소하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 부하에 공급하는데 있어서, 상기 출력된 발전전력 및/또는 배터리에 저장된 에너지를 계통이 아닌 부하에 직접 공급하도록 구현함으로써, 정전 발생시 에너지가 저장된 배터리를 무전정전원장치로 사용할 수 있고, 변환효율의 감소로 인하여 배터리에 저장된 전력을 보다 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 제고된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치를 포함하는 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 개략적인 회로 구성도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 보다 상세한 회로 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력공급장치(200)는, 태양광 발전장치(100)와 연계되어 발전전력을 공급받고, 상기 발전전력의 전압을 직류부하(300)에 적합한 전압으로 변환하여 상기 직류부하(300)에 제공한다. 여기서, 상기 전력공급장치(200), 태양광 발전장치(100), 및 직류부하(300)는 하나의 시스템으로 구현될 수 있으며, 상기 전력공급장치(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력변환부(210), 제어부(230), 및 배터리(250)를 포함하여 이루어진다.
상기 태양광 발전장치(100)는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발전하고, 상기 발전된 전력을 전력공급장치(200)에 출력한다.
상기 직류부하(300)는 상기 태양광 발전장치(100)로부터 출력된 발전전력 및/또는 배터리(250)에 저장된 에너지를 소비한다. 즉, 상기 직류부하(300)는 전력을 공급받는 일종의 수요자로서 단방향성을 갖는다. 본 발명에서는 직류전압을 사용하는 가정용 부하(이에 한정되지 않음)를 고려하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력변환부(210)는, 상기 태양광 발전장치(100)로부터 출력되는 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 발전전력 및 직류부하(300)의 전력량에 따라 배터리(250)에 저장된 제2 직류전압을 출력하여 상기 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 제1 직류전압을 정류하여 직류부하(300)에 공급한다또, 상기 배터리(150)는 제2 직류전압을 저장하고, 상기 제어부(230)는 상기 전력변환부(210)의 각 동작들을 제어한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전력공급장치(200)의 회로 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 전력공급장치(200)는 MPPT 컨버터(211), 양방향 DC 컨버터(212), 직류 링크 캐패시터(213), 및 직류전원공급부(215)를 포함하는 전력변환부(210)와, 제어부(230), 및 배터리(250)를 포함하여 이루어진다. 여기서 상기 직류전원공급부(215) 및 직류부하(300) 사이에는 전류의 흐름을 연결하거나 차단하기 위한 적어도 하나의 릴레이(270)가 구비될 수 있다.
상기 MPPT 컨버터(211)는 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 전력을 승압하여 제1 직류전압을 출력한다. 즉, 상기 MPPT 컨버터(211)는, 태양광 발전장치(100)로부터 출력된 직류전압을 일정 범위의 직류전압으로 승압하여 제1 직류전압을 출력하는 부스트 DC-DC 컨버터 기능을 수행한다. 이때, 상기 제1 직류전압은 예를 들어 380V일 수 있다.
상기 MPPT 컨버터(211)는 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 IGBT 스위칭 소자(S1), 다이오드 소자, 및 리액터(Lpv)를 포함하는 단방향 DC-DC컨버터로 구현될 수 있다. 또, 상기 MPPT 컨버터(211)는, 제어부(230)의 제어명령에 따라, 상기 태양광 발전장치(100)로부터 출력되는 발전전력의 MPPT(Maximum Power Point Tracking)를 제어한다. 여기서, 상기 MPPT제어란, 일사량에 크게 의존하는 태양광 발전장치(100)의 특성에 따라, 변화하는 직류전압의 값이 특정 기준값을 추종하도록 제어하는 것을 가리키며, 이를 위해 상기 제어부(230)는 태양광 발전장치(100)의 최대 전력점을 추종하는 알고리즘을 내장할 수 있다. 이러한 MPPT제어는, 예를 들어 도 3에서, 제어부(230)의 구동에 따라, 상기 MPPT 컨버터(211)에 구비된 IGBT 스위칭 소자(S1)를 동작함으로써 수행될 수 있다.
상기 양방향 DC 컨버터(212)는 제어부(230)의 구동에 따라, 상기 제1 직류전압을 배터리(250)에 적합한 제2 직류전압으로 변환한다. 여기서, 상기 제1 직류전압은 예를 들어, 380V이고 상기 제2 직류전압은 120V일 수 있다. 또, 상기 양방향 DC 컨버터(212)는 상기 배터리(250)에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환한다. 이를 위해, 상기 양방향 DC 컨버터(212)는 적어도 하나의 IGBT 스위칭 소자(S2)를 구비할 수 있다. 상기 양방향 DC 컨버터(212)는 제어부(230)의 구동에 따라, 상기 제1 직류전압을 상기 제2 직류전압으로 변환하여 배터리(250)에 제공하거나 또는 상기 배터리(250)에 저장된 제2 직류 전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하여 직류 링크 캐패시터(213)에 제공한다. 예를 들어, 상기 제1 직류전압이 380V이고, 상기 제2 직류전압이 120V라 가정하자. 그런 경우, 제어부(230)로부터 배터리(250) 충전의 제어명령이 수신되면, 상기 양방향 DC 컨버터(212)는 380V의 직류전압을 120V의 직류전압으로 변환하여 배터리(250)에 제공한다. 또, 상기 제어부(230)로부터 배터리(250) 방전의 제어명령이 수신되면, 상기 양방향 DC 컨버터(212)는 배터리(250)로부터 출력된 120V의 직류전압을 380V의 직류전압으로 변환한 다음, 예를 들어 직류 링크 캐패시터(213)에 공급할 수 있다.
상기 직류 링크 캐패시터(213)는 입력되는 전압을 평활화하고 직류 링크 전압으로 저장한다. 구체적으로, 상기 직류 링크 캐패시터(213)는 MPPT 컨버터(211)의 출력단과 직류전원공급부(215)의 입력단에 구비되어, 입력된 제1 직류전압을 평활한다. 즉, 상기 직류 링크 캐패시터(213)는, 상기 MPPT 컨버터(211)로부터 출력되거나 또는 배터리(250)로부터 양방향 DC 컨버터(212)를 거쳐 출력된 직류전압을 입력받아 평활화하고 직류 링크 전압 레벨로 저장한다.
상기 직류전원공급부(215)는 직류부하(300)의 입력단에 구비되어서, 상기 MPPT 컨버터(211) 및/또는 양방향 DC 컨버터(212)로부터 출력되는 제1 직류전압을 정류한다. 상기 직류전원공급부(215)는 한 쌍의 IGBT 스위칭소자(S4, S5)를 구비한 단방향 DC-DC인버터일 수 있고, 역률 개선 회로를 더 구비할 수 있다. 또, 상기 직류전원공급부(215)는, 제어명령에 따라 상기 정류된 제1 직류전압을 상기 직류부하(300)에 공급한다.
상기 제어부(230)는 본 발명에 따른 전력공급장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 상기 제어부(230)는 상기 직류전원공급부(215)로부터 출력된 정류전압을 상기 직류부하(300)에 공급하도록 제어한다. 또, 상기 제어부(230)는 태양광 발전장치(100)로부터 출력된 발전전력의 전력량과 직류부하(300)의 전력량을 비교하고, 비교 결과에 따라, 배터리(250)에 저장된 제2 직류전압의 출력 여부를 결정한다. 또, 상기 제어부(230)는 상기 MPPT 컨버터(211)의 MPPT제어를 수행하거나, 배터리(260)의 충전/방전이 수행되도록 하여 상기 양방향 DC 컨버터(212)의 전압 및 전류의 흐름을 제어하거나, 상기 직류전원공급부(215)의 역률보상(Power Factor Correction, PFC)의 제어 및 구동을 제어한다.
제어부(230)의 비교 결과, 태양광 발전장치(100)로부터 출력된 발전전력의 전력량이 상기 직류부하(300)의 전력량보다 작으면 배터리(250)에 저장된 제2 직류전압을 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 제1 직류전압을 직류전원공급부(215)에 공급한다. 한편, 제어부(230)의 비교 결과, 태양광 발전장치(100)로부터 출력된 발전전력의 전력량이 상기 직류부하(300)의 전력량 이상이면, 상기 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하여서 상기 직류전원공급부(215)에 제공하고, 잉여전력은 제2 직류전압으로 변환하여서 상기 배터리(250)에 공급한다.
상기 릴레이(270)는 상기 직류전원공급부(215) 및 직류부하(300) 사이에 구비된다. 상기 릴레이(270)는 제어부(230)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 구비된 릴레이스위치의 온-오프 동작을 수행함으로써 직류부하(300)에 공급되는 전류 및 전압을 개폐한다. 보다 구체적으로, 직류전원공급부(215)로부터 직류부하(300)에 전원을 공급하기 위해, 릴레이(270)에 구비된 스위칭 소자, 예를 들어 IGBT를 턴 온시키고, 상기 직류부하(300)에의 전원공급을 차단하기 위해 상기 IGBT를 턴 오프시킨다. 이와 같은 스위칭 소자의 동작은 제어부(230)로부터 수신되는 제어명령에 의한다.
상기 배터리(250)는, 상기 직류부하(300)에 공급하고 남은 발전전력을 저장한다. 도시되지는 않았지만, 상기 배터리(250)는 복수의 배터리 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되는 것으로 구현될 수 있다. 상기 배터리(250)는 배터리용 리액터(Lbatt) 및 배터리 내부에 저장된 에너지를 외부로 출력하는 적어도 하나의 IGBT스위칭 소자를 포함하여 이루어질 수 있다. 또, 상기 배터리(250)는 제어부(230)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여 배터리의 충전/방전의 동작을 수행하는 배터리제어장치(Battery Management System. BMS)를 더 구비할 수 있다.
이와 같이 배터리제어장치(BMS)를 구비한 경우에는, 제어부(250)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 배터리(250)에 저장된 제2 직류전압을 상기 양방향 DC 컨버터(212)에 방전하거나 또는 상기 양방향 DC 컨버터(212)에 의해 변환된 제2 직류전압을 배터리(250)에 충전하도록 하는 동작이 상기 배터리제어장치(BMS)에 의해 제어된다. 상기 배터리(250)와 배터리제어장치(BMS)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일체로 구성되어 배터리 팩의 형태를 취할 수 있다. 또, 상기 배터리제어장치(BMS)는 배터리(250)에 연결되어 배터리의 상태를 유지하고 관리한다.
이와 같이, 태양광 발전장치(100)로부터 출력되는 발전전력을 부하(300), 특히 직류부하에 공급하는데 있어서, 직류-교류 또는 교류-직류 변환을 거치지 않고, 상기 발전전력 및/또는 배터리(250)에 저장된 에너지를 직류전압으로 직접 공급할 수 있다.
상기 설명한 본 발명의 실시예에 따른 전력공급장치의 예시 제어방법을 기술하면 다음과 같다.
먼저, 연계된 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 제1 직류전압으로 변환한다(제1과정). 이때, 상기 제1 직류전압은 예컨대, DC 컨버터를 이용하여 발전전력의 전압을 승압한 것이다. 그런 다음, 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력과 직류부하의 전력량에 따라, 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력 여부를 결정한다. 그리고 상기 결정에 따라 배터리로부터 출력된 제2 직류전압을 제1 직류전압으로 변환한다(제2과정).
예를 들어, 태양광 발전장치로부터 출력되는 전력량이 직류부하의 전력량보다 많으면, 상기 직류부하에 요구되는 만큼의 전력을 공급하고 남은 전력을 배터리에 충전한다. 이때는 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력할 필요가 없다. 한편, 태양광 발전장치로부터 출력되는 전력량이 직류부하의 전력량보다 적으면, 부족한 만큼의 전력량을 배터리로부터 보충해주어야 한다. 즉, 이때는 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력하도록 제어하고 배터리로부터 출력된 제2 직류전압을 제2 직류전압으로 변환하는 과정을 수행한다. 그런 다음 상기 전력공급장치는, 상기 제1과정 및/또는 제2과정으로 출력된 제1 직류전압을 정류한다(제3과정). 그리고, 제어부의 제어명령에 따라, 정류된 제1 직류전압을 직류부하에 공급한다(제4과정).
한편, 태양광 발전장치로부터 출력된 발전전력과 배터리에 저장된 에너지가의 총합이 부하의 전력요구량을 만족시키지 못하는 경우에는, 상기 부하가 전력공급소로부터 필요한 전력을 공급받을 수 있어야 한다. 이를 위해, 전력공급소와 본 발명에 따른 전력공급장치(200)는 서로 통신이 가능하도록 구현될 수 있고, 그에 따라 남는 전력과 부족한 전력을 유연하게 관리 및 처리할 수 있다. 이러한 예로서, 상기 전력공급장치(200)는 통신부(미도시)를 구비하여 상기 전력공급소와 통신할 수 있고, 상기 통신부은 유무선 통신 방식, 위성 통신 방식 등 가용한 통신 방식과 이에 대응하는 프로토콜을 구비할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전력공급장치의 제어방법은, 태양광 발전장치로부터 출력된 발전전력을 부하에 직접 공급하거나, 이를 배터리에 저장하거나, 또는 배터리에 저장된 에너지를 부하에 공급하는 경우에 있어서 교류-직류 또는 직류-교류의 변환 없이 직류-직류 변환만 수행하도록 제어함으로써 시스템 구현이 간단하고 부품감소에 따른 제품 비용을 감소시킬 수 있다.
여기서, 상기 제1과정 및 제2과정은, 상기 제1 직류전압을 평활하여 직류전원공급부에 공급하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 직류전원공급부의 입력단에는 적어도 하나의 직류 링크 캐패시터를 구비할 수 있고, 상기 직류 링크 캐패시터는 평활화한 직류전압을 일정 레벨로 유지하여 저장할 수 있다. 태양광 발전장치와 연계된 전력공급장치는, 초기 시동시에는 직류 링크 캐패시터에 전원을 저장하고 있지 않다. 직류부하의 전력공급요구에 따라, 본 발명에 따른 전력공급장치가 시동되면, 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력이 상기 직류 링크 캐패시터에 공급되어 저장된다. 이때, 상기 발전전력이 직류부하의 요구전력량을 충족시키기에 부족하면, 배터리에 저장된 에너지를 출력하여 상기 직류 링크 캐패시터에 공급한다.
실시예에서, 상기 태양광 발전장치로부터 출력된 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량보다 작으면, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력하여 상기 제1 직류전압으로 변환한다. 반면, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량 이상이면, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력을 정지하고, 상기 직류부하의 전력량을 초과하는 만큼의 발전전력을 상기 제2 직류전압으로 변환하여 배터리에 공급하는 과정을 수행한다. 즉, 태양광 발전장치로부터 출력된 발전전력의 전력량이 부하에 전력을 공급하기에 충분하면 그 직류전압을 부하에 직접 공급하고, 상기 발전전력의 전력량이 가동된 모든 부하에 전력을 공급하기에 부족하면, 배터리에 저장된 에너지를 출력하여 부하에 공급한다. 이와 같이 배터리는 계통으로부터 전원공급이 없는 경우 무정전 전원장치로 사용되며, 이를 위해, 상기 태양광 발전장치로부터 출력된 발전전력의 잉여분은 계통이 아닌 상기 배터리에 저장한다. 그에 따라, 교류-직류 또는 직류-교류의 변환을 수행할 필요없이 발전전력의 직류전압을 직접 부하에 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어방법은, 태양광 발전장치와 연계되어 부하에 전력을 공급하는 전력공급장치가 출력된 발전전력을 부하에 직접 공급하거나, 이를 배터리에 저장하거나, 또는 배터리에 저장된 에너지를 부하에 공급하는 경우에 있어서 교류전압의 변환 없이 직류-직류 변환만 수행하도록 구현하여 시스템 구현을 보다 간단히하고 부품감소에 따른 제품 비용이 감소시킨다. 또, 상기 출력된 발전전력 및/또는 배터리에 저장된 에너지를 계통이 아닌 부하에 직접 공급하도록 구현함으로써, 정전 발생시 에너지가 저장된 배터리를 무전정전원장치로 사용할 수 있고, 변환효율의 감소로 인하여 배터리에 저장된 전력을 보다 안정적으로 사용할 수 있다.
100 - 태양광 발전장치 200 - 전력공급장치
210 - 전력변환부 211 - MPPT 컨버터
212 - 양방향 DC 컨버터 213 - 직류 링크 캐패시터
215 - 직류전원공급부 230 - 제어부
250 - 배터리 270 - 릴레이부
300 - 직류부하

Claims (14)

  1. 태양광 발전장치와 연계되어 직류부하에 전력을 공급하는 전력공급장치로서,
    상기 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 발전전력 및 직류부하의 전력량에 따라 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력하여 상기 제1 직류전압으로 변환하고, 상기 제1 직류전압을 정류하여 상기 직류부하에 공급하는 전력변환부;
    상기 제2 직류전압을 저장하는 배터리; 및
    상기 전력변환부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 태양광 발전장치로부터 발전된 전력을 승압하여 제1 직류전압을 출력하는 MPPT 컨버터;
    상기 제어부의 구동에 따라, 상기 제1 직류전압을 배터리에 적합한 제2 직류전압으로 변환하거나 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하는 양방향 컨버터; 및
    상기 직류부하의 입력단에 구비되며, 상기 MPPT 컨버터 및 양방향 컨버터 중 적어도 하나로부터 출력된 제1 직류전압을 정류하여 상기 직류부하에 공급하는 직류전원공급부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 직류전원공급부로부터 출력된 정류전압을 상기 직류부하에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 양방향 컨버터는,
    상기 제어부의 구동에 따라, 상기 제1 직류전압을 상기 제2 직류전압으로 변환하여 상기 배터리에 제공하거나 또는 상기 배터리에 저장된 제2 직류 전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하여 직류 링크 캐패시터에 제공하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전전력 및 직류부하의 전력량을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교 결과, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량보다 작으면 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하여 상기 직류전원공급부에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교 결과, 상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량 이상이면, 상기 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하여 상기 직류전원공급부에 제공하고, 잉여전력은 제2 직류전압으로 변환하여 상기 배터리에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 직류전원공급부 및 직류부하 사이에 구비되는 적어도 하나의 릴레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 릴레이는,
    상기 제어부로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 구비된 릴레이스위치의 온-오프 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 전력변환부는,
    상기 MPPT 컨버터의 출력단 및 상기 직류전원공급부의 입력단에 구비되어 상기 제1 직류전압을 평활하는 직류 링크 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
  11. 태양광 발전장치와 연계되어 직류부하에 전력을 공급하는 전력공급장치의 제어방법으로서,
    상기 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력을 제1 직류전압으로 변환하는 제1과정;
    상기 발전전력 및 직류부하의 전력량에 따라, 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력 여부를 결정하고 출력된 제2 직류전압을 제1 직류전압으로 변환하는 제2과정; 및
    상기 제1 직류전압을 정류하는 제3과정; 및
    제어명령에 따라, 상기 제1 직류전압을 상기 직류 부하에 공급하는 제4과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치의 제어방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1과정 및 제2과정은,
    상기 제1 직류전압을 평활하여 직류전원공급부에 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치의 제어방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량보다 작으면, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 출력하여 상기 제1 직류전압으로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치의 제어방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 발전전력의 전력량이 상기 직류부하의 전력량 이상이면, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압의 출력을 정지하고, 상기 직류부하의 전력량을 초과하는 만큼의 발전전력을 상기 제2 직류전압으로 변환하여 배터리에 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급장치의 제어방법.
KR1020110117108A 2011-11-10 2011-11-10 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법 KR101764651B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110117108A KR101764651B1 (ko) 2011-11-10 2011-11-10 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110117108A KR101764651B1 (ko) 2011-11-10 2011-11-10 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130051772A true KR20130051772A (ko) 2013-05-21
KR101764651B1 KR101764651B1 (ko) 2017-08-03

Family

ID=48661645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110117108A KR101764651B1 (ko) 2011-11-10 2011-11-10 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101764651B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018079989A1 (ko) * 2016-10-31 2018-05-03 엘에스산전 주식회사 태양광 발전 제어 방법
KR20180052322A (ko) * 2016-11-10 2018-05-18 한국항공우주연구원 듀얼모드 배터리팩 시스템
US11329500B2 (en) * 2019-01-30 2022-05-10 Industrial Technology Research Institute Charging and discharging device and charging and discharging method
WO2023146176A1 (ko) * 2022-01-26 2023-08-03 주식회사 엘지에너지솔루션 Pv-ess 직접 연계형 에너지관리 시스템 및 태양광발전 시스템 연동 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102358178B1 (ko) * 2020-09-28 2022-02-11 한국에너지기술연구원 풍력발전 및 태양광발전 연계형 전기충전 시스템 및 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018079989A1 (ko) * 2016-10-31 2018-05-03 엘에스산전 주식회사 태양광 발전 제어 방법
KR20180052322A (ko) * 2016-11-10 2018-05-18 한국항공우주연구원 듀얼모드 배터리팩 시스템
US11329500B2 (en) * 2019-01-30 2022-05-10 Industrial Technology Research Institute Charging and discharging device and charging and discharging method
WO2023146176A1 (ko) * 2022-01-26 2023-08-03 주식회사 엘지에너지솔루션 Pv-ess 직접 연계형 에너지관리 시스템 및 태양광발전 시스템 연동 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101764651B1 (ko) 2017-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10404071B2 (en) Power system for multiple power sources
JP5342598B2 (ja) 電力変換器
US9077202B1 (en) Power converter with series energy storage
US9293923B2 (en) Energy storage system and controlling method of the same
Kotra et al. Energy management of hybrid microgrid with hybrid energy storage system
CN111953016B (zh) 一种移动式多能源微电网控制方法及系统
JP5541982B2 (ja) 直流配電システム
JP2011200096A (ja) 蓄電システム
CN103441566A (zh) 一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统及方法
CN112290583A (zh) 直流耦合离网制氢系统及其控制柜供电装置和控制方法
WO2012144358A1 (ja) 電力供給装置、電力供給装置の制御方法、および直流給電システム
KR20130054754A (ko) 태양광 발전 장치 연계형 전원공급시스템
CN203674793U (zh) 在线式工频不间断电源
CN103178549A (zh) 一种用于光伏辅助并网发电的控制系统及控制方法
WO2013000185A1 (zh) 并网逆变装置
CN202798128U (zh) 一种具有自启动功能的独立光伏供电系统
KR101764651B1 (ko) 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법
KR100844401B1 (ko) 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치
KR20150085227A (ko) 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
CN112544025A (zh) 具有一个或更多个源的微电网控制器
KR20200086835A (ko) Ups를 이용한 수용가 부하 관리 시스템
KR101587488B1 (ko) 계통 연계형 시스템에서의 고효율 배터리 충방전 시스템 및 방법
JP2012222972A (ja) 無停電電源システム
CN103795116A (zh) 一种电源转换及控制装置、供电方法和系统
RU2662791C1 (ru) Инверторный зарядно-разрядный преобразовательный комплекс локальной сети с разнородными источниками энергии

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right