KR20140094179A - 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법 - Google Patents

소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하에 중단 없는 전력 공급을 위하여 발전 시스템의 충전 전력을 주 전원으로 하되, 계통 전력을 보조 전원으로 하며, 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법에 관한 것으로, 충전 모듈의 충전 상태를 검출하는 단계, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압보다 낮지 않으면, 상기 충전 모듈의 방전을 실시하여 부하에 전력을 인가하고, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압보다 낮아지면, 상기 충전 모듈의 방전을 중단하고, 전력 계통과 연계하여 상기 부하에 전력을 인가하는 단계, 및 상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압보다 높지 않으면, 계속해서 상기 전력 계통과 연계하여 상기 부하에 전력을 인가하고, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압보다 높아지면, 상기 충전 모듈의 방전을 재개하고 상기 전력 계통과의 연계를 차단하는 단계를 포함한다.

Description

소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법 {Power transfer system for continuous loads with small capacity charger in small size generator and method the same}
본 발명은 부하에 중단 없는 전력 공급을 위하여 발전 시스템의 충전 전력을 주 전원으로 하되, 계통 전력을 보조 전원으로 하며, 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 발전 설비의 충전 상태를 항시적으로 감시하여 충전 상태가 양호한 경우에는 전력 계통의 전력을 이용하지 않고 충전 모듈의 방전을 통해 부하에 전력을 공급하며, 충전 상태가 불량한 경우에는 충전 모듈의 방전을 차단하고 보조적으로 전력 계통의 전력을 사용하도록 자동적으로 전력 절환을 실시함으로써, 소규모 발전 설비로도 충전 모듈의 주 전력과 전력 계통의 보조 전력을 선택적으로 절환하여 부하에는 중단 없는 전력 공급을 실현하면서 배터리 용량은 최소할 수 있는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화석 연료의 과다 사용에 따라 지구의 온난화 등 환경 문제가 심각해지면서 국제적으로 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 대책이 마련되고 있다. 이의 대안으로 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 태양 전지를 비롯한 그린 에너지 공급원은 지구에 한정적으로 존재하는 화석 연료를 사용하지 않는다는 장점과 이산화탄소 가스의 배출이 없으므로 환경오염을 최소화할 수 있다는 큰 장점이 있다. 이러한 장점들은 지구 온난화와 화석 연료 고갈이 심각해지는 가까운 미래를 대비해야 하는 현대인의 입장을 고려할 때 이의 중요도는 아무리 강조해도 지나치지 않다.
최근 우리나라에서도 이산화탄소 배출을 규제하기 위해 태양광 발전을 선두로 하여 신재생 에너지 보급에 대한 장려 정책이 제도화되어 실시되고 있다. 이에 따라 태양광 발전 시스템은 최근 몇 년간 주요한 신재생 에너지의 우선적인 발전 시스템으로 권장되면서 수많은 발전 설비 및 이의 운영에 필요한 인프라 시설들이 개발되었고 현재 수천 MW 용량의 태양광 발전 시설이 현장에서 설치 운용 중에 있다.
그럼에도 불구하고, 각 가정이나 사무실과 같이 소규모 시설에는 태양광 발전 시설이 보급되고 있지 않은 실정이다. 수백 W 에서 수십 kW 수준으로 소규모 시설에 대량 보급이 절실하다.
도 1을 참조하면, 종래의 태양광 전력 변환 시스템(10)은, 부하(12)에 전력을 1차적으로 공급하는 전력 계통(14), 비상시 부하(12)에 전력을 2차적으로 공급하는 발전 시스템(16), 및 전력 계통(14)과 발전 시스템(16) 사이에서 전력 변환을 제어하고 충/방전을 관리하는 전력 변환 모듈(18)을 포함한다.
전력 계통(14)이 정상 상태인 경우, 전력 변환 모듈(18)을 거쳐 부하(12)에 전원이 인가된다. 또는 발전 시스템(16)에서 생산된 전력은 전력 변환 모듈(18)을 거쳐 전력 계통(14)으로 송출된다.
전력 계통(14)이 비정상 상태인 경우, 전력 계통(14)으로부터 전력 변환 모듈(18)로의 전력 공급은 중단되고, 발전 시스템(16)으로부터 전력 변환 모듈(18)을 거쳐 부하(12)에 전원이 인가된다.
이하, 이러한 종래의 태양광 전력 변환 시스템(10)에는 다음과 같은 현실적인 문제점이 있다.
전술한 바와 같이 전력 계통(14)을 주 전원으로 사용하고, 정전 등과 같이 전력 계통(14)에서 문제가 발생하는 경우 예외적으로 발전 시스템(16)을 비상 전원으로 사용하기 때문에, 발전 시스템(16)의 활용이 매우 소극적이고, 발전 시스템(16)이 지속적으로 작동하지 못하기 때문에 배터리 충/방전 효율이 저하되고, 결과적으로 배터리 수명이 단축되는 결과를 초래한다.
한편, 발전 시스템(16)에서 생산된 잉여 전력을 전력 계통(14)으로 송출하는 경우, 별도의 시설과 관리가 필요하다. 가령, 전력 계통(14)으로 전력을 송출하기 위하여 발전 시스템(16)의 과잉 설비가 초래되며, 그에 따른 시설 부담이 늘어난다.
또 다른 한편, 전력 계통과 연계하지 않고, 독립적으로 태양광 발전을 하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.
태양광 발전의 경우 24시간 전력 생산이 불가능하기 때문에, 발전 시스템에만 의존하여 전원을 사용할 때 배터리 용량이 커질 수밖에 없다. 배터리 용량이 커지면 비용이 상승되고, 가정이나 사무실과 같이 소규모 시설에서는 비용 부담으로 설치 및 사용이 꺼려진다. 이는 태양광 발전 보급에 현실적 지장이 된다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 소규모 시설로도 부하에 지속적으로 전원 공급을 실현할 수 있는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부하에 중단 없는 전력 공급을 위하여 발전 설비의 충전 전력을 주 전원으로 하고, 계통 전력을 보조 전원으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발전 설비에서 생산되는 잉여 전력을 처리하기 위한 별도의 시설이 필요하지 않는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발전 설비의 배터리 용량을 가능하면 최소화할 수 있는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발전 설비에서 생산되는 전력을 우선적으로 처리함으로써, 에너지 이용 효율을 최적화하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발전 설비의 과잉을 방지하고, 설치 및 접근이 용이하며, 대량 생산이 가능한 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉장고와 같이 부하의 전원 공급이 지속적으로 요구되는 조건을 만족시키기 위하여, 발전 전력과 계통 전력을 선택적으로 사용하되 자동으로 절환되도록 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 전력 변환 시스템은 상시 전원 공급이 필요한 부하, 상기 부하에 발전 전원을 출력하는 발전 시스템, 상기 발전 전원을 충/방전하는 충전 모듈, 상기 부하에 계통 전원을 출력하는 전력 계통, 및 상기 발전 전원 단독으로 상기 부하를 운전할 것인지 혹은 상기 전력 계통과 연계하여 상기 부하를 운전할 것인지를 결정하되, 상기 발전 전원을 주 전원으로 하고, 상기 계통 전원을 보조 전원으로 하며, 상기 발전 전원이 부족한 경우에 한하여 상기 계통 전원을 상기 부하에 인가하는 전력 변환 모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 전력 변환 방법은 충전 모듈의 충전 상태를 검출하는 단계, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압보다 낮지 않으면, 상기 충전 모듈의 방전을 실시하여 부하에 전력을 인가하고, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압보다 낮아지면, 상기 충전 모듈의 방전을 중단하고, 전력 계통과 연계하여 상기 부하에 전력을 인가하는 단계, 및 상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압보다 높지 않으면, 계속해서 상기 전력 계통과 연계하여 상기 부하에 전력을 인가하고, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압보다 높아지면, 상기 충전 모듈의 방전을 재개하고 상기 전력 계통과의 연계를 차단하는 단계를 포함한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 가정의 가용 전력의 50% 내지 90%에 해당되는 소규모 발전 설비 및 소규모 충전 용량을 주 전력으로 하고, 부족한 10% 내지 50%에 해당되는 계통 전력을 보조 전력으로 이용하기 때문에, 발전 설비의 과잉 투자를 방지하고, 소규모 가정용 발전 설비의 대량 공급이 가능할 수 있다. 특히, 발전 전력을 우선적으로 사용하기 때문에, 에너지 낭비를 최소화할 수 있다.
둘째, 전압 센서를 이용하여 충전 모듈의 충전 상태를 항시적으로 감시하고, 이를 기초로 주 전력과 보조 전력을 자동으로 절환시키기 때문에, 충전 모듈의 충전 상태에 관계없이 냉장고의 부하에 지속적인 전력 공급을 보장할 수 있는 효과가 기대된다. 특히, 태양광 발전의 경우에도 날씨 환경에 영향을 받지 않고 지속적인 부하 운전할 수 있어, 신뢰도가 향상될 수 있다.
셋째, 저전압 조건에서 충전 전용 모드로 전환되고, 고전압 조건에서 충전 및 방전 모드로 전환됨으로써, 효과적인 충/방전 및 부하 운전이 이루어지고, 배터리의 수명이 개선되는 효과가 있다.
넷째, 배터리 용량을 소규모로 제작 운용하기 때문에, 발전 설비의 과잉을 방지하고, 생산된 발전 전력을 모두 사용할 수 있기 때문에 전력 낭비를 방지하며, 특히 잉여 전력의 처리를 위한 별도의 시설이 필요하지 않기 때문에, 각 가정이나 사무실과 같은 소규모 시설에서 소비자의 욕구를 충족시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 태양광 전력 변환 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 방법을 나타내는 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 발전 설비의 배터리를 주 전원으로 하고, 전력 계통을 보조 전원으로 하는 본 발명의 전력 변환 시스템(100)은, 상시 전력 공급이 필요한 부하(L), 부하(L)에 발전 전원을 출력하는 발전 시스템(110), 부하(L)에 계통 전원을 출력하는 전력 계통(120), 발전 전원을 충/방전하는 충전 모듈(130), 및 발전 전원 단독으로 부하(L)를 운전할 것인지 혹은 전력 계통(120)과 연계하여 부하(L)를 운전할 것인지를 결정하는 전력 변환 모듈(140)을 포함한다. 발전 시스템(110) 및 전력 계통(120)은 부하(L)의 전력 공급원이 된다.
발전 시스템(110)은, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 생산하는 풍력 발전 설비, 땅속의 열을 이용하여 에너지를 생산하는 지력 발전 설비, 그리고 태양광을 이용하여 에너지를 생산하는 태양광 발전 설비를 포함할 수 있다. 그밖에 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 생성하는 조력 발전 설비나 파도를 이용하여 에너지를 생성하는 파력 발전 설비 등 신재생 에너지 발전 설비 모두를 포함할 수 있다. 하지만, 주로 가정이나 사무실과 같이 소규모로 발전하는 것을 본 발명의 특징으로 하고 있기 때문에, 소규모 발전에 적합한 수백 W 에서 수십 KW 정도의 태양광 발전이나 풍력 발전 등이 보다 바람직할 수 있다. 본 발명에서 발전 시스템(110)은 태양광 PV 셀 어레이일 수 있다.
전력 계통(120)은, 한국 전력 공사와 같이 발전, 송전, 변전, 및 배전할 수 있는 시설을 포함할 수 있다. 전력 계통(120)은 부하(L)에 상용 전원을 공급할 수 있다.
충전 모듈(130)은, 발전 시스템(110)에서 생산된 전력을 일시 저장하고, 필요 시 부하(L)에 전원을 공급할 수 있다.
가령, 발전 시스템(110)이 태양광 발전인 경우 일사량에 따라 전력이 발생하기 때문에 일사량에 따라 발전 전원이 수시로 변하는 특성이 있다. 특히 24시간 발전이 불가능하다. 따라서 발전 전원 단독으로 부하를 운전할 수 없는 경우가 발생한다. 반대로 발전 전원 단독으로 부하를 운전하려면 그 만큼 충전 용량이 커야 한다. 냉장고와 같은 부하는 전원이 인가되지 않으면 기능을 상실하기 때문에 지속적인 전원 공급이 필요한 바, 본 발명은 이러한 경우에 전력 계통(120)과 연계하여 보조적으로 계통 전원을 부하(L)에 인가하는 것을 특징으로 한다. 전력 변환 모듈(140)은 전력 계통(120)과의 연계를 결정한다. 반대로, 발전 전원 단독으로 부하(L)를 운전할 수 있게 되면, 전력 변환 모듈(140)은 전력 계통(120)과의 연계를 차단한다.
충전 모듈(130)에는 전압 센서(S)가 설치된다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 전압 센서(S)는 충전 모듈(130)의 출력 측에 설치될 수 있다.
본 발명은 충전 모듈(130)의 충전 상태에 관계없이 부하(L)에 지속적인 전원을 공급하기 위하여, 전압 센서(S)를 이용하여 충전 모듈(130)의 충전 상태를 항상적으로 감시한다. 또한, 충전 모듈(130)을 주 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하고 있기 때문에, 충전 모듈(130)의 충전 상태가 양호한 경우에는 굳이 전력 계통(120)의 전원을 사용하지 않는다. 저전압 상태에 있게 되면, 충전 모듈(130)의 방전을 중단하는 동시에 전력 계통(120)으로부터 부하(L)에 전원 인가를 재개하도록 할 수 있다.
가령, 충전 모듈(130)의 충전 가능 용량이 100이라고 가정할 때, 전압 센서(S)에 의하여 충전 용량이 30 미만으로 내려가면, 충전 모듈(130)의 방전을 중단하고, 전력 계통(120)으로부터 부하(L)로 전원 공급을 결정할 수 있다. 이때, 충전 모듈(130)은 방전 모드 시 충전 모드도 계속해서 작동하며, 충전 모듈(130)의 방전이 중단되는 경우에도 당연히 충전 모드는 작동된다. 전압 센서(S)에 의하여 충전 용량이 70 초과로 회복되면, 전력 계통(120)으로부터 전원 공급이 중단되고, 충전 모듈(130)의 방전이 재개된다.
충전 모듈(130)은, 발전 시스템(110)에서 제공되는 전력 충전을 효과적으로 제어하는 배터리 컨트롤러(132), 및 발전 시스템(110)에서 생산되는 전력을 일시 저장하는 배터리(134)를 포함한다.
배터리 컨트롤러(132)는, 발전 시스템(110)의 발전 정보를 수집하고, 이에 기초하여 효율적인 충/방전을 제어하여 전력 손실을 최소화하고, 충/방전 효율을 극대화하여 배터리(134)의 수명 저하를 억제할 수 있다.
배터리(134)는 직류 전압을 저장할 수 있다. 배터리(134)는 직류 링크 커패시터를 포함할 수 있다. 본 발명의 배터리(134) 용량은 가정이나 사무실과 같이 소규모 시설에서 사용 희망 용량의 50% 내지 90% 정도가 될 수 있다. 가령, 가정에서 필요한 배터리(134)의 희망 용량이 500AH 라고 하면, 400AH 내지 450AH 용량으로 설계할 수 있다. 혹은 그 이하가 될 수 있다. 부족한 용량은 전력 계통(120)으로부터 제공받을 수 있기 때문이다. 이와 같은 구성에 의하면, 발전 시스템(110)으로부터 생산되는 에너지는 모두 소비 가능하게 된다. 만약 배터리(134) 용량을 대용량으로 하면, 발전 설비의 과잉을 초래하게 되고, 잉여 전력의 처리를 위한 별도의 시설이 필요하게 된다.
전력 변환 모듈(140)은, 발전 시스템(110)의 전력과 전력 계통(120)의 전력을 부하(L)에 필요한 전력으로 변환하여 필요한 만큼 적절하게 공급한다. 전력 변환 모듈(140)은, 배터리(134)의 방전을 허용하거나 차단하는 전압 스위치(142), 배터리(134)에 저장된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(144), 및 인버터(144)로부터 출력되는 전원과 전력 계통(120)으로부터 출력되는 전원을 선택적으로 부하(L)로 인가하는 절환 스위치(146)를 포함한다.
전압 스위치(142)는 전압 센서(S)를 통하여 배터리(134)의 출력 전압이 일정 전압 이하인 경우 배터리(134)의 방전을 방지하고 일정 전압 이상인 경우 배터리(134)의 방전을 허용한다. 인버터(144)는 배터리(134)의 방전 모드 시 직류 링크 커패시터의 직류 링크 전압을 부하(L)에서 사용되는 교류 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 절환 스위치(146)는 릴레이(relay)와 같은 스위칭 소자가 사용되어, 인버터(144)에서 출력되는 전원과 전력 계통(120)에서 출력되는 전원을 선택적으로 부하(L)에 인가할 수 있다.
발전 시스템(110)에서 공급되는 전원과 전력 계통(120)에서 공급되는 전원에 혼선이 있거나 역전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여, 차단기(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 가령, 상기 차단기는 전력 변환 시 예상 치 않은 과전류로부터 인버터(144)를 보호할 수 있다.
사용자가 부하(L)에 인가되는 전원이 발전 전원인지 혹은 계통 전원인지를 확인할 수 있도록 사용 전원을 식별할 수 있는 디스플레이(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 충전 모듈(130)은 소규모로 제작되는 특징이 있기 때문에, 배터리(134) 전원이 부족한 경우에도 전력 계통(120)에서 별도로 충전되지 않는다. 발전 시스템(110) 역시 최소 규모로 제작되기 때문에 방전 여부와 관계없이 방전 모드 시에도 충전 동작은 계속되는 것으로 한다. 과충전의 문제가 발생하지 않는다.
이하, 본 발명의 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 전압 센서(S)를 이용하여 충전 모듈(130)의 충전 상태를 검출한다.(S10) 배터리(134)의 출력 측에 설치된 전압 센서(S)에 의하여 배터리(134)의 충전 정도가 부하(L)에 전원을 인가하기 적합한지 아닌지를 판단할 수 있다.
충전 모듈(130)의 충전 상태가 저전압보다 낮지 않으면, 충전 모듈(130)의 방전을 실시하여 부하(L)에 전력을 인가한다.(S20) 본 발명의 실시예에서 저전압은 충전 모듈(130)의 충전 정도가 배터리(134)의 최대 희망 용량의 30% 미만으로 정의될 수 있다.
충전 모듈(130)의 충전 상태가 저전압보다 낮아지면, 충전 모듈(130)의 방전을 중단하고, 전력 계통(120)과 연계하여 부하(L)에 전력을 인가한다.(S30)
충전 모듈(130)의 충전 상태가 고전압보다 높지 않으면, 계속해서 전력 계통(120)과 연계하여 부하(L)에 전력을 인가한다.(S40) 본 발명의 실시예에서 고전압은 충전 모듈(130)의 충전 정도가 배터리(134)의 최대 희망 용량의 30% 이상으로 정의될 수 있다.
충전 모듈(130)의 충전 상태가 고전압보다 높아지면, 충전 모듈(130)의 방전을 재개하고 전력 계통(120)과의 연계를 차단한다.(S50)
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 냉장고와 같이 지속적으로 전기를 필요로 하는 부하에 태양광 발전, 변환 및 분배 시스템을 이용하여 전원을 안정적으로 인가하기 위하여, 배터리에 충분한 전기를 충전한 후 일정 시간 동안 배터리를 방전하고, 배터리의 전원이 부족한 경우 배터리의 방전을 차단하고 자동으로 전력 계통으로부터 전원을 인가하며, 배터리가 충전되면 다시 배터리의 방전을 자동으로 시도하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100: 전력 변환 시스템 110: 발전 시스템
120: 전력 계통 130: 충전 모듈
132: 배터리 컨트롤러 134: 배터리
140: 전력 변환 모듈 142: 전압 스위치
144: 인버터 146: 절환 스위치

Claims (9)

  1. 상시 전원 공급이 필요한 부하;
    상기 부하에 발전 전원을 출력하는 발전 시스템;
    상기 발전 전원을 충/방전하는 충전 모듈;
    상기 부하에 계통 전원을 출력하는 전력 계통; 및
    상기 발전 전원 단독으로 상기 부하를 운전할 것인지 혹은 상기 전력 계통과 연계하여 상기 부하를 운전할 것인지를 결정하되, 상기 발전 전원을 주 전원으로 하고, 상기 계통 전원을 보조 전원으로 하며, 상기 발전 전원이 부족한 경우에 한하여 상기 계통 전원을 상기 부하에 인가하는 전력 변환 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 모듈의 출력 측에 전압 센서가 설치되고, 상기 충전 모듈의 충전 여부와 관계없이 상기 부하에 지속적인 전원을 공급하기 위하여, 상기 전압 센서를 이용하여 상기 충전 모듈의 충전 상태를 항상적으로 감시하며,
    상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압 조건 이상인 경우 상기 충전 모듈을 방전하여 상기 부하에 상기 발전 전원을 인가하고,
    상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압 조건 미만인 경우 상기 충전 모듈의 방전을 차단하고 상기 계통 전원을 상기 부하에 인가하는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압 조건 이하인 경우 상기 부하에 상기 계통 전원을 계속해서 인가하고,
    상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압 조건 초과인 경우 상기 발전 전원의 연계를 차단하고 상기 충전 모듈의 방전을 재개하여 상기 부하에 상기 발전 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 모듈은 상기 발전 시스템의 발전 정보에 따라 충/방전을 제어하는 배터리 컨트롤러, 및 상기 발전 전원을 일시 저장하는 배터리를 포함하고,
    상기 배터리 용량은 가정이나 사무실과 같이 소규모 시설에서 사용 희망 용량의 50% 내지 90% 정도가 되는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 변환 모듈은,
    상기 충전 모듈의 출력 전압이 상기 저전압 조건 미만인 경우 방전을 차단하고, 상기 저전압 조건 이상인 경우 방전을 허용하는 전압 스위치;
    상기 충전 모듈의 방전 모드 시 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터; 및
    상기 인버터에서 출력되는 발전 전원과 상기 전력 계통에서 출력되는 계통 전원을 선택적으로 상기 부하에 인가하는 절환 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    사용자가 상기 부하에 인가되는 전원이 발전 전원인지 혹은 계통 전원인지를 확인할 수 있도록 사용 전원을 식별할 수 있는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 시스템.
  7. 발전 시스템으로부터 생산되는 전력을 주 전원으로 부하에 1차적으로 공급하는 단계;
    상기 주 전원을 공급할 수 없는 경우, 전력 계통에서 인가되는 전력을 보조 전원으로 상기 부하에 2차적으로 공급하는 단계; 및
    상기 주 전원을 공급할 수 있는 경우, 상기 전력 계통의 전력 공급을 차단하고 상기 발전 시스템에서 생산되는 전력 공급을 재개하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 방법.
  8. 충전 모듈의 충전 상태를 검출하는 단계;
    상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압보다 낮지 않으면, 상기 충전 모듈의 방전을 실시하여 부하에 전력을 인가하고, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 저전압보다 낮아지면, 상기 충전 모듈의 방전을 중단하고, 전력 계통과 연계하여 상기 부하에 전력을 인가하는 단계; 및
    상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압보다 높지 않으면, 계속해서 상기 전력 계통과 연계하여 상기 부하에 전력을 인가하고, 상기 충전 모듈의 충전 상태가 고전압보다 높아지면, 상기 충전 모듈의 방전을 재개하고 상기 전력 계통과의 연계를 차단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고전압은 상기 충전 모듈의 충전 정도가 최대 사용 용량의 70% 초과이고, 상기 저전압은 30% 미만인 것을 특징으로 하는 소규모 발전 시스템에서 소용량 충전기로 상시 부하에 대응하는 전력 변환 방법.
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