KR20140013553A - Hybrid photovoltaic system - Google Patents

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KR20140013553A
KR20140013553A KR1020120081039A KR20120081039A KR20140013553A KR 20140013553 A KR20140013553 A KR 20140013553A KR 1020120081039 A KR1020120081039 A KR 1020120081039A KR 20120081039 A KR20120081039 A KR 20120081039A KR 20140013553 A KR20140013553 A KR 20140013553A
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power
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power generation
battery
generation system
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KR1020120081039A
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김월영
김해영
박재현
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김월영
박재현
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Abstract

Provided is a method of controlling a power supply system for supplying power to a load in conjunction with a generation system, a battery and a system, including a determining step whether connection of the system with the load and a method of controlling to operate as independent power generating system or in grid-connected power generation system. [Reference numerals] (10) Switch 1; (2) System; (3) Power System; (30) Switch 2; (40) Switch 3; (70) Critical load; (80) Typical load

Description

하이브리드 발전 시스템{Hybrid Photovoltaic system}                Hybrid photovoltaic system

본 발명은 신재생에너지를 이용한 전력 공급 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.기존의 독립형 발전설비, 또는 계통형 발전 설비를 간단한 시설만으로 양쪽의 장점을 가질 수 있는 하이브리드형 발전 설비로 바꾸는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a power supply system using renewable energy and a control method thereof. A method of converting an existing stand-alone power generation facility or a grid-type power generation facility into a hybrid power generation facility that can have both advantages with a simple facility. will be.

환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 전력 공급 시스템은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
As environmental degradation and resource depletion are a problem, there is a growing interest in systems that can store power and efficiently utilize the stored power. In addition, the interest in renewable energy that does not cause pollution in the power generation process is also increasing. The power supply system is a system that connects the renewable energy, the battery that stores the power, and the existing system power, and many researches and developments are being made in accordance with today's environmental changes.

계통연계형 발전설비의 경우 자체 에너지원을 가지고 있음에도 불구하고, 계통에 이상이 생길 경우 필요한 에너지원을 확보 할 수 없는 치명적인 단점이 있다. 또한 독립형 발전설비의 경우 자체 에너지 자급자족이 가능하나, 에너지 사용효율이 매우 낮고, 잦은 충방전으로 배터리 수명에 의한 유지 비용이 많아 비 경제적인 부분이 문제점으로 대두 되었다.In the case of grid-connected power generation facilities, although they have their own energy sources, there is a fatal disadvantage that they cannot secure the necessary energy sources if the system fails. In addition, in case of a stand-alone power generation facility, self-sufficiency of self energy is possible, but the energy use efficiency is very low, and the maintenance cost by battery life is high due to frequent charging and discharging.

본 발명의 실시 예들은 기존의 계통연계형 발전설비들을 간단한 변형만으로 독립형 발전을 겸할 수 있는 Hybrid발전 시스템으로 변경하여, 정전 및 비상시에도 안정적인 전력 공급원을 확보 하는데 있다. 또한 기존의 독립형 발전 설비에 간단한 변형만으로 하이브리드(Hybrid)타입으로 변경하여 기존의 폐기되는 유휴전력을 계통에 송부하여 에너지 합리화를 추구하며, 독립형 발전 시스템의 배터리 수명을 획기적으로 늘려 유지비용을 감소시키는데 있다. Embodiments of the present invention are to change the existing grid-type power generation facilities to a hybrid power generation system that can serve as a stand-alone power generation with a simple modification, to ensure a stable power supply even in the event of power failure and emergency. In addition, by changing the hybrid type into a hybrid type with a simple modification to the existing stand-alone power generation facility, the existing idle power is sent to the grid to seek energy rationalization, and to drastically increase the battery life of the stand-alone power generation system to reduce maintenance costs. have.

본 발명에 따른 실시 예의 일 측면에 의하면, 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템의 제작방법으로서, 계통에 문제가 있는지 판단하는 단계와 이 판단들의 결과에 따라서 전력공급시스템의 복수의 동작 모드 중에서 어느 하나에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 제작방법을 제공한다.[도면2]
According to an aspect of an embodiment of the present invention, as a method of manufacturing a power supply system for supplying power to a load by connecting a power generation system, a battery and a system, determining whether there is a problem with the system and the power according to the result of the determination Provided is a method for manufacturing a power supply system, characterized in that it operates in any one of a plurality of operating modes of the supply system.

이러한 본 실시 예의 다른 특징에 의하면, 계통이 정상적으로 동작하고 있으며, 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이상일 때, 발전 시스템의 전력 생산량은 계통으로 보내져 계통연계형 발전모드로 동작한다. [도면3]
According to another aspect of the present embodiment, when the system is operating normally and power is generated in the power generation system, when the state of charge of the battery is higher than or equal to the full charge threshold, the power generation amount of the power generation system is sent to the system to be connected to the power generation system. It works as [Drawing 3]

본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통에 이상이 발생하여 계통으로부터의 전력공급에 이상이 생길 경우, 계통으로의 연결을 해지하고 독립형 발전모드로 동작하게 되어 독립형 발전설비의 특징으로 동작한다. [도면4]
According to still another feature of the present embodiment, when an abnormality occurs in the system and an abnormality in power supply from the system occurs, the connection to the system is terminated and the independent power generation mode is operated to operate as a feature of the independent power generation facility. [Drawing 4]

본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 정상적으로 복귀하였으며, 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우, 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 미만일 때, 발전 시스템의 전력 생산량으로 배터리를 충전 시키게 되며 배터리가 완충 될 때까지 유지 된다. 이후 배터리가 완충되고 나면 평상시의 계통연계형 발전설비로 동작한다.[도면5]
According to another feature of the present embodiment, when the system is normally restored and power is generated in the power generation system, when the state of charge of the battery is lower than the full charge threshold, the battery is charged with the power generation capacity of the power generation system and the battery is fully charged. Is maintained until. After the battery is fully charged, it operates as a normal grid-connected power generation facility.

본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면 계통의 상태와 다른 기기들의 작동 상태에 따라 또는 배터리의 충전 상태 및 시간에 따라서 전력 공급 시스템의 동작 모드를 구현 할 수 있다.
According to another feature of the present embodiment, the operation mode of the power supply system may be implemented according to the state of the system and the operation state of other devices, or according to the charging state and time of the battery.

본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 계통이 부하와 단절되어 있으며, 발전 시스템에서 생산되는 전력이 0인 경우, 배터리의 충전 상태에 따라서 전력 공급 시스템의 동작 모드를 결정할 수 있다. According to another feature of the present embodiment, when the system is disconnected from the load and the power generated by the power generation system is 0, the operation mode of the power supply system may be determined according to the state of charge of the battery.

본 발명에 따른 실시 예의 다른 측면에 의하면, 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템으로서, 발전 시스템에서 출력되는 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 전력 변환부(Controller)(50)와, 배터리의 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 제1 방전 모드와 직류 링크 전압을 배터리의 충전 전압으로 변환하는 제1 충전 모드를 포함하는 전력 변환부(Controller)(50)와, 직류 링크 전압을 계통의 교류 전압으로 변환하는 제2 방전 모드와 계통의 교류 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 제2 충전 모드를 포함하는 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)와, 발전 시스템, 배터리, 및 부하의 상태에 전력 변환부(Controller)(50), 및 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)의 동작을 결정하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템을 제공한다. According to another aspect of the embodiment according to the present invention, a power supply system for supplying power to the load by connecting the power generation system, the battery and the system, a power conversion unit (Controller) for converting the voltage output from the power generation system into a DC link voltage A power converter 50 including a first discharge mode for converting an output voltage of the battery into a direct current link voltage and a first charge mode for converting a direct current link voltage into a charge voltage of the battery; An on-grid inverter (20) including a second discharge mode for converting a DC link voltage to an alternating voltage of the grid and a second charging mode for converting an AC voltage of the grid to a direct current link voltage, a power generation system, It characterized in that it comprises an integrated controller for determining the operation of the power converter (Controller) 50, and the On-grid Inverter (20) in the state of the battery, and the load It provides a power supply system.

이러한 본 실시 예의 다른 특징에 의하면, 통합 제어기는, 계통이 부하와 연계되었는지 여부, 발전 시스템에서 전력이 생산되는지 여부를 판단하여 전력 변환부(Controller)(50), 및 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)의 동작을 결정할 수 있다. According to another aspect of this embodiment, the integrated controller determines whether the system is connected to the load, whether the power is produced in the power generation system (Power) controller (50) and the grid connected inverter (On Grid Invert) 20 may determine operation.

본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 통합 제어기는, 발전 시스템의 전력 생산량, 배터리의 충전 상태, 배터리의 충전 전력량, 부하의 전력 소비량, 시간 중 적어도 어느 하나에 따라서 전력 변환부(Controller)(50), 및 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)의 동작을 결정할 수 있다. According to still another feature of the present embodiment, the integrated controller may include a power controller 50 according to at least one of power generation amount of a power generation system, state of charge of a battery, amount of charge power of a battery, power consumption of a load, and time. , And can determine the operation of the On Grid Inverter (20).

이러한 본 발명의 실시 예들에 의하면, 발전 시스템, 부하, 계통, 및 배터리의 상태에 따라서 최적의 방식으로 전력 공급 시스템이 동작할 수 있게 된다.According to the embodiments of the present invention, the power supply system can operate in an optimal manner according to the state of the power generation system, the load, the grid, and the battery.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 개요를 나타내는 블록도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전체 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 내지 도 5은 도 1의 전력 공급 시스템에서의 다양한 동작 모드를 나타내는 개념도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 스위치1(10)의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating an outline of a power supply system according to an exemplary embodiment.
2 is a block diagram illustrating a configuration of an entire power supply system according to an exemplary embodiment.
3 to 5 are conceptual views illustrating various operation modes in the power supply system of FIG. 1.
6 to 7 are flowcharts illustrating a control method of the switch 1 10 of the power supply system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 전력 공급 시스템(1)은 발전 시스템(3), 계통(2)과 연계하여 중요부하(70) 및 일반부하(80) 에 전력을 공급한다.
Referring to FIG. 1, the power supply system 1 according to the present embodiment supplies power to the important load 70 and the general load 80 in association with the power generation system 3 and the grid 2.

전력 공급 시스템(1)은 발전 시스템(3)에서 발전한 전력을 배터리(90)에 저장하고, 배터리가 완충된 이후에 발전한 전력을 계통(2)으로 보낼 수 있다. The power supply system 1 may store the power generated in the power generation system 3 in the battery 90 and send the generated power to the system 2 after the battery is fully charged.

전력공급시스템은 평상시에 계통연계협 발전 설비로써 동작한다. 발전 시스템(3)에서 발전한 전력을 계통에 보내는 역할을 하고, 발전 시스템(3)에서 전력을 생산 하지 않을 경우에는 계통의 전력을 각 부하에 공급한다. The power supply system normally operates as a grid-tied generation facility. It serves to send the power generated by the power generation system (3) to the grid, and when the power generation system (3) does not produce power, the power of the grid is supplied to each load.

전력 공급 시스템(1)은 이상 상황, 예를 들면 계통(2)의 정전 발생 시에는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 동작을 수행하여 중요부하(70) 에 전력을 공급할 수 있고, 이후 계통 상황이 복귀 될 때까지 독립형발전 설비로 동작한다. 필요에 따라 독립형 발전설비로 지속적으로 사용 할 수 있다. 독립형 발전설비는 계통의 전력공급여부에 관계없이 발전시스템(3)에서 생산된 전기와 배터리(90)에 저장된 전기가 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)를 통해 공급된다.
 The power supply system 1 may supply power to the important load 70 by performing an uninterruptible power supply (UPS) operation when an abnormal situation, for example, a power failure of the system 2 occurs, and then the system situation may be restored. Until it operates as a standalone power plant. If necessary, it can be used continuously as a stand-alone power generation facility. Independent power generation facilities are supplied with electricity generated in the power generation system (3) and electricity stored in the battery (90) through an off-grid inverter (60) .

전력 공급 시스템(1)은 스위치1(10), 스위치2(30),스위치3(40) 및 전력 변환부(Controller)(50)를 포함한다.The power supply system 1 includes a switch 1 10, a switch 2 30, a switch 3 40, and a power converter 50.

계통(2)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(2)은 정상 상태인 경우, 전력 공급 시스템(1) 또는 부하(70) 로 전력을 공급하고, 전력 공급 시스템(1)으로부터 공급된 전력을 입력받는다.
The system 2 includes a power plant, a substation, a power transmission line, and the like. When the system 2 is in a steady state, the system 2 supplies power to the power supply system 1 or the load 70, and receives the power supplied from the power supply system 1.

계통(2)이 비상시인경우, 스위치3(40)이 동작하여 계통(2)으로부터의 연결을 차단하고, 스위치1(10)과 스위치 2가 동작하여 계통연계형 인버터의 동작을 중지 시키고, 독립형 인버터를 활성화 시켜 중요부하에 전원을 공급한다. 이때 상대적으로 중요하지 않고 전력소모가 많은 일반부하(80)으로의 전력은 차단된다.
When the system 2 is in an emergency state , the switch 3 40 operates to cut off the connection from the system 2, the switch 1 10 and the switch 2 operate to stop the operation of the grid-connected inverter, and stand alone. Activates the inverter to supply power to critical loads. At this time, power to the general load 80, which is relatively insignificant and consumes a lot of power, is cut off.

발전 시스템(3)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(3)은 생산한 전력을 전력공급시스템(1)에 공급한다. 발전 시스템(3)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있으며, 그 밖에 태양열이나 지열 등을 이용하는 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정에 분산된 전력 공급 시스템(1)에 적용하기에 적합하다. 발전 시스템(3)은 다수의 발전모듈을 직렬 또는 병렬로 구비하여 발전모듈별로 전력을 생산함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다.
The power generation system 3 is a system for producing electric power using an energy source. The power generation system 3 supplies the generated power to the power supply system 1. The power generation system 3 may be a photovoltaic power generation system, a wind power generation system, an tidal power generation system, or the like. In addition, the power generation system 3 may include all of a power generation system that generates power using renewable energy using solar heat or geothermal heat. In particular, a solar cell that produces electrical energy using sunlight is easy to install in each home or factory, and is suitable for application to the power supply system 1 distributed in each home. The power generation system 3 may include a plurality of power generation modules in series or in parallel to produce a large capacity energy system by generating power for each power generation module .

일반부하(70) 와 중요부하(80) 는 발전 시스템(3)으로부터 생산된 전력, 배터리(90)에 저장된 전력, 또는 계통(2)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로서, 예를 들면 가전제품등일 수 있다.
The general load 70 and the important load 80 consume power generated from the power generation system 3, power stored in the battery 90, or power supplied from the system 2, for example, home appliances. Can be.

스위치1(10)은 발전시스템(3)에서 생산되는 전력을 전력 변환부(Controller)(50), 또는 계통연계인버터(On Grid Invert)(20) 한곳을 선택하여 보내는 역할을 한다. 평상시에는 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)에 연결이 되어 전력을 계통으로 송부하도록 하고, 비상시 또는 계통 복귀시 전력 변환부(Controller)(50)에 연결이 되어 독립형 발전 시스템으로 동작하도록 선택한다. 또한 필요에 따라 발전시스템이 다수의 발전모듈로 구성 될 경우, 이를 직렬, 또는 병렬로 변환 할수 있는 기능이 있다. 스위치1(10)는 입력되는 직류 링크 전압의레벨 안정화를 위해 구비될 수 있으며, 예를 들면,, 커패시터 등으로 구현될 수 있다. 상기 커패시터는 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) 등이 사용될 수 있다. 본 실시 예에서는 스위치1(10)가 The switch 1 10 selects and transmits the power produced by the power generation system 3 to a power controller 50 or an on-grid inverter 20. Normally, it is connected to On Grid Inverter 20 so that power can be sent to the grid, and in case of an emergency or return to the grid, it is connected to the power converter 50 so that it can be operated as a stand-alone power generation system. do. In addition, if the power generation system is composed of multiple power generation modules as needed, there is a function that can be converted to serial or parallel. The switch 1 10 may be provided to stabilize the level of the input DC link voltage, and may be implemented as, for example, a capacitor. The capacitor may be an aluminum electrolytic capacitor (Electrolytic Capacitor), a high-pressure film capacitor (Polymer Capacitor), a high-voltage high-current multilayer chip capacitor (Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) may be used. In this embodiment, the switch 1 (10)

별도로 구비된 예를 도시하였으나, 스위치1(10)가 전력 변환부(Controller)(50), 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)내에서 구현되는 실시 예 또한 가능하다.
Although the example provided separately, an embodiment in which the switch 1 (10) is implemented in the power controller (Controller) 50, the grid-connected inverter (On Grid Invert) 20 is also possible.

스위치2(30)는 스위치1(10)과 연동하여 평상시에는 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)에서 교류로 변환된 전류를 계통으로 보내는 역할을 하고, 비상시에는 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)와의 연결을끊고 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)와 연결되어 스위치3(40)을 통하여 지속적으로 중요부하에 전력이 공급되도록 한다. 스위치2(30)는 입력되는 교류 전압의 레벨 안정화를 위해 구비될 수 있으며, 예를 들면,, 커패시터 등으로 구현될 수 있다. 상기 커패시터는 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) 등이 사용될 수 있다. 본 실시 예에서는 스위치2(30)가 Switch 2 (30) works in conjunction with switch 1 (10) to send the current converted to alternating current in the grid (On Grid Invert) (20) to the grid in normal times, in case of emergency grid on the inverter (On Grid Invert) (20) is disconnected and connected to an off-grid inverter (60) so that power is continuously supplied to the important load through the switch 3 (40). The switch 2 30 may be provided for level stabilization of an input AC voltage, and may be implemented as, for example, a capacitor. The capacitor may be an aluminum electrolytic capacitor (Electrolytic Capacitor), a high-pressure film capacitor (Polymer Capacitor), a high-voltage high-current multilayer chip capacitor (Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) may be used. In this embodiment, switch 2 (30)

별도로 구비된 예를 도시하였으나, 스위치2(30)가 스위치3(40)내에서 구현되는 실시 예 또한 가능하다.
Although the example provided separately, an embodiment in which switch 2 (30) is implemented in switch 3 (40) is also possible.

스위치3(40)은 스위치2(30)와 계통 및 중요부하와 일반부하가 연결이 되어있다. 평상시에는 모든 연결을 활성화 하여 발전된 전기를 계통에 송부하고 중요부하와 일반부하에 전력을 공급하는 역할을 한다. 계통에 이상 발생시(비상시) 계통과의 연결을 차단하여 독립형발전기에서 생산된 전기가 계통을 통해 손실 되는 것을 막는다. 또한 일반 부하와의 연결을 끊어 스위치2(30)를 통해오는 독립형발전기의 전력을 중요부하에 공급하는 역할을 한다.
Switch 3 (40) is connected to the switch 2 (30) and the system and the critical load and the general load. Normally, it activates all connections to send the generated electricity to the grid and to supply the important and general loads. In case of abnormality in the system (emergency), the connection with the system is cut off to prevent the electricity generated by the stand-alone generator from being lost through the system. In addition, the role of supplying the power of the stand-alone generator through the switch 2 (30) to the important load by disconnecting from the general load.

전력 변환부(Controller)(50)는 스위치1(10)을 통해 들어오는 전력을 배터리에 저장하기 위한 컨버터 또는 정류회로로 구성될 수 있다. 즉, 전력 변환부(Controller)(50)가 동작함으로 인하여 발전 시스템(3)에서 생산된 전력을 배터리(90), 또는 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)로 공급한다.비상시에는 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)로 전력을 공급하여 중요부하에 전력을 공급할수 있도록 한다. 본 전력공급 시스템의 특성상 비상시 상황은 수일에서 수개월까지 견딜 수 있다. 계통복귀시에는 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)와의 연결을 끊고 배터리가 완충될때까지 정류된 직류전원을 배터리에 공급한다.배터리에 충전이 완료되면 스위치1(10)에 신호를 보내 평상시로 복귀한다. 전력 변환부(Controller)(50)는 발전 시스템(3)의 종류에 따라서 컨버터 또는 정류회로로 구성될 수 있다. 즉, 발전 시스템(2)이 직류의 전력을 발생시키는 경우, 전력 변환부(Controller)(50)는 직류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 컨버터일 수 있다. 반대로 발전 시스템(3)이 교류의 전력을 발생시키는 경우, 전력 변환부(Controller)(50)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히, 발전 시스템(3)이 태양광 발전인 경우, 전력 변환부(Controller)(50)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 발전 시스템(3)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking, 이하 'MPPT'라 한다) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. The power converter 50 may be configured as a converter or a rectifier circuit for storing the power input through the switch 1 10 in the battery. That is, the power conversion unit (Controller) 50 operates to supply the power produced by the power generation system 3 to the battery 90, or off-grid inverter (60). In case of emergency, the independent inverter ( Off Grid Invert) 60 to supply power to critical loads. Due to the nature of this power supply system, emergencies can last from days to months. When the system returns, disconnect the off-grid inverter (60) and supply rectified DC power to the battery until the battery is fully charged.When the battery is fully charged, it sends a signal to the switch 1 (10) as usual. To return. The power converter 50 may be configured as a converter or a rectifier circuit according to the type of the power generation system 3. That is, when the power generation system 2 generates the DC power, the power converter 50 may be a converter for converting the DC power into the DC power. On the contrary, when the power generation system 3 generates AC power, the power controller 50 may be a rectifier circuit for converting AC power into DC power. In particular, when the power generation system 3 is photovoltaic power generation, the power controller 50 may maximize the power generated by the power generation system 3 according to changes in solar radiation, temperature, or the like. It may include an MPPT converter that performs maximum power point tracking (hereinafter referred to as 'MPPT') control.

전력 변환부(Controller)(50)는 발전 시스템(3)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 동작을 중지하여 컨버터 등에서 소비되는 전력을 최소화시킬 수도 있다.
When there is no power produced by the power generation system 3, the power converter 50 may stop the operation to minimize power consumed by the converter.

전력 변환부(Controller)(50)는 배터리(90)에 연결되며, 배터리(90)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. 전력 변환부(Controller)(50)는 배터리(90)를 보호하기 위하여, 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능,과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 본 실시 예에서는 전력 변환부(Controller)(50)가 배터리(90)와 분리되어 구비되어 있지만, 전력 변환부(Controller)(50)와 배터리(90)가 일체로 된 배터리 팩으로 구성될 수 있다.
The power converter 50 is connected to the battery 90 and controls charging and discharging operations of the battery 90. In order to protect the battery 90, the power converter 50 performs an overcharge protection function, an over discharge protection function, an overcurrent protection function, an overvoltage protection function, an overheat protection function, and a cell balancing function. can do. In this embodiment, the power converter (Controller) 50 is provided separately from the battery 90, but may be configured as a battery pack in which the power converter (Controller) 50 and the battery 90 is integrated. .

전력 변환부(Controller)(50)는 충전 전력을 배터리(90)에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환한다. 전력 변환부(Controller)(50)는 배터리(90)의 충전 또는 방전이 필요 없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력소비를 최소화할 수도 있다.
The power converter 50 converts the charging power into the voltage level required by the battery 90, that is, the charging voltage. The power converter 50 may stop the operation when the battery 90 does not need to be charged or discharged to minimize power consumption.

계통연계인버터(On Grid Invert)(20)는 스위치1(10)과 스위치2(30) 사이에 위치하며 평상시에는 발전시스템에서 생산된 전력을 계통(2)의 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 비상시 또는 계통 복귀시 배터리를 충전할 필요가 있을 때에는 동작하지 않는다. On-grid Inverter (20) is located between the switch 1 (10) and the switch 2 (30) and usually converts the power produced in the power generation system to the AC voltage of the grid (2) and outputs. It does not work when it is necessary to charge the battery in an emergency or system return.

계통연계인버터(On Grid Invert)(20)는 계통(2)으로 출력되는 교류 전압으로부터 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있으며, 무효 전력 발생을 억제하기 위하여 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(2)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프PLL(Phase Locked Loop) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 발전 시스템(3)에서 생산된 전력을 계통(2)으로 공급할 필요가 없는 경우, 전력 소비를 최소화하기 위하여 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)의 동작을 중지시킬 수도 있다.
The On Grid Inverter 20 may include a filter for removing harmonics from the AC voltage output to the grid 2, and to suppress generation of reactive power, the On Grid Inverter (On Grid Invert) ( And a phase locked loop (PLL) circuit for synchronizing the phase of the AC voltage outputted from 20) with the phase of the AC voltage of the system 2. In addition, the On Grid Inverter 20 may perform functions such as voltage fluctuation range limitation, power factor improvement, direct current component removal, and transient phenomena protection. When there is no need to supply power generated by the power generation system 3 to the grid 2, the operation of the on-grid inverter 20 may be stopped to minimize power consumption.

독립형인버터(Off Grid Invert)(60)는 전력 변환부(Controller)(50)와 스위치2(30) 사이에 연결되는 전력 변환기이다. 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)는 비상시 발전 시스템(3) 또는 배터리(90)로부터 출력된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 발전 시스템(3)에서 생산된 전력이나 배터리(90)에 저장된 전력을 부하(70) 나 계통(2)으로 공급할 필요가 없는 경우, 또는 배터리(90)를 충전할 때에 계통(2)의 전력을 필요로 하지 않는 경우 등에는 전력 소비를 최소화하기 위하여 독립형 인버터의 동작을 중지시킨다.
 The off-grid inverter 60 is a power converter connected between the power controller 50 and the switch 2 30. The off-grid inverter 60 converts the DC link voltage output from the power generation system 3 or the battery 90 in an emergency into an AC voltage and outputs the AC voltage. When there is no need to supply the power generated by the power generation system 3 or the power stored in the battery 90 to the load 70 or the system 2, or when the battery 90 is charged, the power of the system 2 is supplied. When not needed, the stand-alone inverter is shut down to minimize power consumption.

배터리(90)는 발전 시스템(3)에서 생산된 전력을 공급받아 저장하고, 중요부하(70)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리(90)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어질 수 있으며, 각 배터리 셀은 복수의 베어셀을 포함할 수 있다. 이러한 배터리(90)는 다양한 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있으며, 예를 들어 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등일수 있다. 배터리(90)는 전력 공급 시스템(1)에서 요구되는 전력 용량, 설계 조건 등에 따라서 그 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 중요부하(70) 의 소비 전력이 큰 경우에는 복수의 배터리(90)를 구비할 수 있으며, 중요부하(70) 의 소비 전력이 작은 경우에는 하나의 배터리(90)만을 구비할 수도 있을 것이다.
 The battery 90 receives and stores the power produced by the power generation system 3, and supplies the power stored in the important load 70. The battery 90 may include at least one battery cell, and each battery cell may include a plurality of bare cells. The battery 90 may be implemented with various types of battery cells, for example, a nickel-cadmium battery, a lead storage battery, a nickel metal hydride battery (NiMH), or a lithium-ion battery. (lithium ion battery), lithium polymer battery (lithium polymer battery) and the like. The number of batteries 90 may be determined according to power capacity, design conditions, and the like required by the power supply system 1. For example, when the power consumption of the important load 70 is large, a plurality of batteries 90 may be provided. When the power consumption of the important load 70 is small, only one battery 90 may be provided. There will be.

이하, 전력 공급 시스템(1)에 의한 다양한 동작 모드에 대하여 살펴본다.
Hereinafter, various operation modes by the power supply system 1 will be described.

<전력 공급 시스템(1)의 동작 모드>
<Operation mode of the power supply system 1>

도 2 내지 도 5는 도 1의 전력 공급 시스템에서의 다양한 동작 모드를 나타내는 개념도이다.
2 to 5 are conceptual views illustrating various operation modes in the power supply system of FIG. 1.

도 2를 참조하면 , 전체 시스템에 전력 공급 시스템(1)을 적용 한 사례이다. 기존의 계통연계형 설비에 전력 공급 시스템(1)을 추가 하거나, 기존의 독립형 설비에 전력 공급 시스템(1)을 추가 하여 하이브리드형 발전 설비를 구성한 계통도이다. 전력 공급 시스템(1)의 동작 여부에 따라 독립형 발전설비, 또는 계통연계형 발전 설비로 동작 한다.
 Referring to FIG. 2, the power supply system 1 is applied to the entire system. It is a schematic diagram of a hybrid power generation system by adding a power supply system (1) to an existing grid-connected facility or by adding a power supply system (1) to an existing stand-alone facility. It operates as a stand-alone power generation facility or a grid-connected power generation facility depending on whether the power supply system 1 operates.

도 3을 참조하면, 평상시 모드로 계통연계형발전 설비로 동작한다. 발전 시스템(3)에서 생산한 전력을 스위치 1을 통하여 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)에 공급한다. 스위치2(30)는 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)에 연결이 되어 발전시스템에서 생산한 전력을 모두 계통으로 송부한다. 전력 변환부(Controller)(50)및 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)는 동작을 중지하며, 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)는 발전 시스템(3)에 의하여 생산된 전력으로 계통(2) 또는 부하(70) 에 전력을 공급하므로 배터리(90)는 충전이 필요한지 여부, 발전 시스템(3)에서 생산하는 전력량이 부하(70) 의 전력 소비량 이상인지 여부 등을 판단하여 본 동작 모드를 적용할 수 있다.
 Referring to Figure 3 , it operates as a grid-type power generation equipment in the normal mode. The power produced by the power generation system 3 is supplied to the on-grid inverter 20 through the switch 1. Switch 2 (30) is connected to the grid connected inverter (On Grid Invert) (20) to send all the power produced in the power generation system to the grid. The power controller 50 and the off-grid inverter 60 stop operation, and the on-grid inverter 20 uses the power generated by the power generation system 3 to control the grid. 2 or the power supply to the load 70, the battery 90 determines whether charging is necessary, whether the amount of power produced by the power generation system 3 is greater than or equal to the power consumption of the load 70, and the present operation mode. Can be applied.

도 4를 참조하면, 계통에 이상이 발생하여 전력이 공급되지 않는 비상시 모드로 전체 발전시스템이 독립형 발전설비로 동작한다. 계통에 이상이 발생하게 되면 스위치3(40)은 계통과의 연결을 차단하고, 스위치1(10)은 발전시스템(3)에서 생산된 전력을 전력 변환부(Controller)(50)로 보내 전력 변환 동작을 수행한다. 또한 독립형인버터(Off Grid Invert)(60)가 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 중요부하(70)에 공급한다.
 Referring to FIG. 4, the entire power generation system operates as a stand-alone power generation facility in an emergency mode in which power is not supplied due to an error in the system. When an abnormality occurs in the system, switch 3 (40) cuts off the connection with the system, and switch 1 (10) transmits power generated by the power generation system (3) to the power converter (Controller) 50 to convert power. Perform the action. In addition, the DC power supplied by the independent inverter (Off Grid Invert) 60 is converted into AC power and supplied to the important load 70.

도 5을 참조하면, 계통에 전원이 복귀 되었으나 배터리가 방전되어 있는 상태이다. 발전 시스템(3)에서 생산한 전력을 모두 배터리(90)로 공급한다. 이를 위하여 전력 변환부(Controller)(50)는 전력 변환 동작을 수행한다. 또한 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)는 동작을 중지하고, 전력 변환부(Controller)(50)는 충전 모드로 동작한다. 본 동작 모드는 배터리(90)가 더 이상 방전이 불가능한 상태일 때 적용될 수 있다.계통으로부터 연결된 중요부하(70)와 일반부하(80)에 전력이 공급된다.
 Referring to FIG. 5 , the power is returned to the system, but the battery is discharged. All of the power produced by the power generation system 3 is supplied to the battery 90. To this end, the power converter (Controller) 50 performs a power conversion operation. In addition, the grid-connected inverter (On Grid Invert) 20 stops the operation, the power converter (Controller) 50 operates in the charging mode. This operation mode can be applied when the battery 90 is no longer discharged. Power is supplied to the critical load 70 and the general load 80 connected from the system.

<스위치1(10)의 동작모드>
<Operation Mode of Switch 1 (10)>

도 6 내지 도 7는 도 1의 스위치1(10)의 상황에 따른 동작 모드를 나타내는 개념도이다.
6 to 7 are conceptual views illustrating an operation mode according to the situation of the switch 1 10 of FIG. 1.

도 6을 참조하면, 발전시스템(3)이 다수의 발전설비로 구성이 되어 있고, 평상시 상태로 계통연계형으로 동작하고 있을 경우 계통연계인버터(On Grid Invert)(20)의 변환효율을 높이기 위하여 다수의 발전설비를 직렬로 구성하여 계통연계 인버터에 공급한다.
Referring to FIG. 6, in order to increase the conversion efficiency of the on-grid inverter 20 when the power generation system 3 is composed of a plurality of power generation facilities and is operated in a grid-connected type in a normal state. Many power generation units are configured in series and supplied to grid-connected inverters.

도 7을 참조하면, 발전시스템(3)이 다수의 발전설비로 구성이 되어 있고, 비상시 상태, 또는 평상시로 복귀후 배터리를 필요할 필요성이 있을 시, 전력 변환부(Controller)(50)에 전력변환 효율을 높이기 위해 Referring to FIG. 7, when the power generation system 3 is composed of a plurality of power generation facilities, and there is a need for a battery in an emergency state or after returning to normal, power conversion to a controller 50. To increase efficiency

다수의 발전설비를 병렬로 구성하여 전력 변환부(Controller)(50)에 공급한다.
A plurality of power generation facilities are configured in parallel and supplied to the power converter (Controller) 50.

전력 공급 시스템(1)은 상기와 같은 다양한 동작 모드를 구비할 수 있다. 이하에서는 다양한 조건에 따라서 각 동작 모드를 결정하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
The power supply system 1 may have various operating modes as described above. Hereinafter, a method of determining each operation mode according to various conditions will be described.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

1 전력 공급 시스템
2 계통
3 발전 시스템
10 스위치1
20 계통연계인버터(On Grid Invert)
30 스위치2
40 스위치3
50 전력 변환부(Controller)
60 독립형인버터(Off Grid Invert)
70 중요부하
80 일반부하
90 배터리1 power supply system
2 lines
3 power generation system
10 switch 1
20 On Grid Invert
30 switch 2
40 switch 3
50 Power Converter
60 Off Grid Invert
70 Important Load
80 Normal load
90 batteries

Claims (3)


신재생에너지를 이용한 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템의 제어방법으로서, 각 계통연계형 발전장치의 특성과, 독립형 발전장치의 특성을 모두 가지고 있으며,
필요에 따라 자동 또는 수동으로 계통연계형, 또는 독립형 시스템으로 전환 할 수 있는 스위치를 포함한 전력공급시스템의 설계방법
As a control method of a power supply system that supplies power to a load by connecting a power generation system, a battery, and a grid using renewable energy, it has both the characteristics of each grid-connected generator and the independent generator.
Design method of power supply system including switch which can switch to grid-connected or stand-alone system automatically or manually as needed

제1항에 있어서,
상기 계통이 부하와 연계되어 있으며, 상기 발전 시스템에서 전력이 생산되는 경우,
상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 이상일 때, 계통연계발전으로 상기 발전 시스템의 전력 생산량을 계통으로 송전하고; 상기 배터리의 충전 상태가 만충전 기준치 미만일 때, 상기 발전 시스템의 생산된 전력을 계통으로 전송하지 않고 상기 배터리의 충전하도록 하는 것;
을 특징으로 하는 전력 공급 시스템의 제어방법.

The method of claim 1,
If the system is associated with a load and power is produced in the power generation system ,
When the state of charge of the battery is equal to or higher than the full charge threshold , the power generation of the power generation system is transmitted to the grid by grid-connected generation; When the state of charge of the battery is below the full charge threshold , charging the battery without transmitting the generated power of the power generation system to the grid;
Control method of a power supply system characterized in that.

제1항에 있어서,
발전시스템으로부터 공급받는 전력을 스위치 1을 통하여 발전시스템의 직 병렬 배열을 바꿈으로써,
평상시에는 발전시스템을 직렬로 연결하여 On Grid 인버터의 효율을 높이고,
비상시 및 복귀시에는 병렬로 연결하여 컨트롤러의 효율을 높이는 결선으로
전압전류를 바꾸는 것을 특징으로 하는 전력 공급시스템의 제어방법

The method of claim 1,
By changing the direct parallel arrangement of the power generation system through switch 1 the power supplied from the power generation system,
In general, the power generation system is connected in series to increase the efficiency of the On Grid inverter,
In case of emergency and return, it is connected in parallel to increase the efficiency of the controller.
Control method of a power supply system characterized by changing the voltage current

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