KR20160009983A - Energy storage system of container type using wind generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력발전기용 컨테이너 타입(container type) 에너지 저장장치(ESS; energy storage system)에 관한 것으로, 특히 풍력발전기의 계통에 대용량 에너지 저장장치를 연결하여 계통에 안정적인 전력공급을 도모하고, 항온항습기를 부가하여 최적의 공조기능을 수행할 수 있도록 한 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a container type energy storage system (ESS) for a wind power generator, and more particularly, to a system for stabilizing power supply by connecting a mass energy storage device to a system of a wind power generator, To a container type energy storage device for a wind turbine generator that can perform an optimum air conditioning function.
화석연료의 고갈, 지구온난화 등의 대책으로 신 재생 에너지에 대한 수요가 꾸준하게 증가하고 있고, 그 중에서도 현재 세계적으로 풍력 발전은 그 설치 용량이 급증하고 있으며, 이는 계통에서 풍력 발전이 차지하는 전력량 또한 급격하게 증가하는 것을 의미한다.Demand for renewable energy is steadily increasing due to measures such as depletion of fossil fuels and global warming. Among them, the installed capacity of wind power generation is increasing rapidly worldwide, .
풍력발전은 풍력 터빈을 이용해서 바람(풍력)을 전력으로 바꾸는 방식이다. 근래 들어 전체 전력생산에서 풍력발전이 차지하는 비율은 점점 증가하는 추세이며, 특히 풍력발전을 통해 생산되고 있는 전력은 전력거래소 등을 통해 판매도 가능하다.Wind power generation is a method of converting wind (wind power) into electric power using a wind turbine. In recent years, the share of wind power generation in the total power generation has been increasing. Especially, the electricity produced through wind power generation can be sold through the power exchange.
하지만, 풍력발전은 풍력을 이용하기 때문에 풍속 변화 등의 풍력발전을 하기 위한 여러 조건 등이 가변적이어서 그 풍력발전으로 출력되는 발전량이 일정하지 않아 전력 판매에 어려움이 있다. 그렇기 때문에, 풍력발전의 출력변화를 제어하기 위해 에너지 저장장치(BESS: Battery Energy Storage System)를 연계하여 제어하는 방법이 제안되었다.However, since wind power generation utilizes wind power, various conditions for wind power generation such as wind speed change are variable, so that the amount of power generated by the wind power generation is not constant, which makes it difficult to sell the power. Therefore, a method of controlling the energy storage device (BESS: Battery Energy Storage System) in order to control the output change of the wind power generation has been proposed.
에너지 저장장치를 연계한 풍력시스템은 풍력발전기를 멈추지 않고 발전 에너지의 일부만을 계통으로 보내고, 나머지는 에너지 저장장치(BESS)에 저장하는 방법이 적용될 수 있지만, 에너지 저장장치 특성상 일시적 충전이라 하더라도 충전부를 풍력발전 용량에 맞추어야 하므로, 결국 에너지 저장장치(BESS) 용량을 키워야 하는 등 비용적, 기술적 한계가 있다.Wind power systems that link energy storage devices can be applied to a system where only part of the generated energy is sent to the grid without stopping the wind power generator and the rest is stored in the energy storage device (BESS). However, It is necessary to increase the capacity of the energy storage device (BESS). Therefore, there are cost and technical limitations.
한편, 850kW급 이중여자발전(DFIG: Double Fed Induction Generation)을 사용하는 풍력발전기에서 안정적인 계통투입을 위해서는 계통연계 전/후의 풍력발전기 인덕턴스 변환에 따른 전류제어기 이득 값이 중요한 역할을 한다. 이중여자발전방식을 이용하는 풍력발전기는 회전자 전류제어를 함으로써, 고정자의 전압을 제어하고, 제어된 고정자 전압은 계통과 연계된다.On the other hand, the current controller gain value due to the inductance conversion of the wind turbine before and after the grid connection plays an important role in the stable system input in the wind power generator using the 850kW double fed induction generation (DFIG). A wind turbine using a dual power generation system controls the stator voltage by controlling the rotor current, and the controlled stator voltage is linked to the system.
풍력발전과 에너지 저장장치가 연계된 전력시스템에 대한 종래기술이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2011-0078965호(2011.07.07. 공개)에 개시된다.A prior art for a power system in which wind power generation and energy storage devices are connected is disclosed in the following Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0078965 (published on July 7, 2011).
<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 풍력발전기(100)와 전력저장유닛(130)이 연계된 상태에서, 중앙제어유닛(140)은 상기 전력저장유닛(130)이 연결된 풍력발전기(100)가 계통과 연계되어 있는지 판단한다. 상기 계통 연계된 경우이면 일정한 제어시점에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 충전 및 방전 상태를 제어할 운전모드가 선택된다. 이후, 상기 중앙제어유닛(140)은 상기 풍력발전기(100)의 풍력발전량 및 부하 시간대별 발전가능량을 계산한다. 그런 다음, 상기 부하 시간대별로 상기 계통 상황 및 전력판매 가격조건에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 충방전 제어방식을 결정한다. 상기 결정된 제어방식에 따라 상기 전력저장유닛(130)의 충방전 상태를 제어하여 전체 전력시스템의 운전을 제어한다. In the prior art disclosed in
이러한 종래기술은 풍력발전 출력과 계통의 수요전력 예측을 통한 전력공급의 최적화 및 안정성이 확보되고, 풍력발전에서 얻어진 전력을 비싸게 공급할 수 있어 계통의 안정적 운영과 사업자의 수익이 극대화되는 이점이 있다.
Such prior art has advantages of securing the optimization and stability of power supply by predicting the demand power of the wind power generation output and the system, and supplying the power obtained from the wind power generation costly, thereby maximizing the profitability of the stable operation of the system and the profit of the operator.
그러나 상기와 같은 종래기술은 전력변환유닛과 전력저장유닛이 별도로 구비되어 있어, 전력을 효율적으로 운영하지 못하는 단점이 있다.However, the above-described related art has a disadvantage in that power can not be efficiently operated because a power conversion unit and a power storage unit are separately provided.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 문제와 일반적인 풍력발전과 에너지저장장치가 연계된 전력시스템에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 풍력발전기의 계통에 대용량 에너지 저장장치를 연결하여 계통에 안정적인 전력공급을 도모하고, 내부에 항온항습기를 부가하여 최적의 공조기능을 수행할 수 있도록 한 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems occurring in the related art as described above and to solve various problems occurring in a power system in which general wind power generation and energy storage devices are connected, A container type energy storage device for a wind turbine generator which is capable of providing a stable power supply to the system and performing an optimum air conditioning function by adding a constant temperature and humidity device therein.
본 발명의 다른 목적은 배터리 에너지 저장장치와 양방향 전력 제어장치를 하나의 컨테이너에 구현하고, 양방향 전력 제어장치를 통해 배터리 에너지 저장장치의 충전 및 방전 제어와 전력계통연계를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a battery energy storage device and a bidirectional power control device in a single container and to efficiently perform charging and discharging control and power grid connection of the battery energy storage device through a bidirectional power control device And a container type energy storage device for a wind power generator.
본 발명의 또 다른 목적은 병렬구조를 가지는 셀 유닛을, 승압을 위한 직렬구조를 가지는 카트리지 형태로 개발하여 직렬/병렬 조합을 통한 배터리 에너지 저장장치를 제공하도록 한 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a container type energy storage device for a wind turbine generator which has a cell structure having a parallel structure in the form of a cartridge having a series structure for boosting to provide a battery energy storage device through serial / .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치는 바람에 의한 회전 에너지를 획득하는 블레이드; 블레이드에서 획득한 회전 에너지를 후단에 전달하는 동력전달장치; 상기 동력전달장치를 통해 전달되는 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전기; 상기 발전기에서 생산된 전기 에너지를 계통에 공급하기에 적합한 형태로 변환하는 전력 변환 장치; 상기 전력 변환장치에서 변환된 전력을 충전하고, 상기 계통에 공급되는 전력이 일정 수준 이하이면 충전된 전력을 상기 계통에 공급하는 에너지 저장장치를 포함하고, According to an aspect of the present invention, there is provided a container type energy storage device for a wind turbine, including: a blade for obtaining rotational energy by wind; A power transmitting device for transmitting the rotational energy obtained from the blade to the rear end; A generator for generating electrical energy using a rotational force transmitted through the power transmission device; A power converter for converting electric energy produced by the generator into a form suitable for supplying to the system; And an energy storage device for charging the power converted by the power conversion device and supplying the power to the system when the power supplied to the system is less than a predetermined level,
상기 에너지 저장장치는 상기 전력변환장치에서 변환된 전기 에너지의 충전을 제어하며, 상기 계통의 공급 전력이 일정 수준 이하일 경우 상기 충전 전력의 방전을 제어하여 상기 계통에 전력을 공급하는 양방향 전력 제어장치, 전기 에너지를 충전 및 방전하는 배터리 에너지 저장장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the energy storage device controls the charging of the electric energy converted by the power conversion device and controls the discharging of the charging power to supply power to the system when the supply power of the system is less than a predetermined level, And a battery energy storage device for charging and discharging electric energy.
상기에서 양방향 전력 제어장치와 상기 배터리 에너지 저장장치는 하나의 컨테이너에 함께 내장된 것을 특징으로 한다.Wherein the bidirectional power control device and the battery energy storage device are integrated together in one container.
상기 에너지 저장장치는 컨테이너 내부의 온도 또는 배터리 에너지 저장장치 내 셀 유닛의 온도에 따라 항온항습 공조를 수행하는 항온항습기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The energy storage device may further include a thermo-hygrostat to perform the constant-temperature and humidity-dependent air-conditioning according to a temperature inside the container or a temperature of the cell unit in the battery energy storage device.
상기 에너지 저장장치는 컨테이너의 내부의 화재 감지시 소화액을 분사하여 소화를 하는 소화장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The energy storage device may further include a fire extinguishing device that extinguishes the fire extinguishing liquid when fire is detected inside the container.
상기에서 양방향 전력 제어장치는 상기 전력변환장치로부터 계통에 공급되는 전력의 전류를 검출하고, 검출한 전류가 과전류일 경우 자동으로 전력 차단 동작을 하는 1차 보호회로; 교류 전원에 포함된 고조파를 제거하는 고조파 필터; 상기 고조파 필터를 통한 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 충전 에너지로 출력하고, 방전 에너지인 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부에서 배터리 에너지 저장장치로 공급되는 전류를 검출하여 과전류일 경우 자동으로 전원 차단 동작을 하는 2차 보호회로; 상기 전력 변환부의 양방향 전력 변환을 제어하며, 정전류 및 정전압 충전을 제어하며, 공조 및 소화 장치를 제어하는 메인 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The bidirectional power control apparatus includes a primary protection circuit that detects a current of power supplied to the system from the power conversion apparatus and automatically performs a power shutdown operation when the detected current is an overcurrent; A harmonic filter for removing harmonics included in the AC power supply; A power converter for converting AC power from the harmonic filter to DC power and outputting it as charging energy and converting DC power as discharge energy into AC power; A secondary protection circuit that detects a current supplied from the power conversion unit to the battery energy storage device and automatically performs a power shutdown operation when the current is an overcurrent; And a main central processing unit for controlling the bidirectional power conversion of the power conversion unit, controlling the constant current and the constant voltage charging, and controlling the air conditioning and fire extinguishing apparatus.
상기에서 양방향 전력 제어장치는 전력 품질(전류THD)의 측정과 온도 측정, 화재 감지를 하는 감시 장치; 상기 배터리 에너지 저장장치(52)에서 획득한 셀 유닛의 전압 측정값 및 온도 측정값을 획득하여 상기 메인 중앙처리장치에 전달하는 캔 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The bidirectional power control device includes a monitoring device for measuring power quality (current THD), measuring temperature, and detecting fire; And a can communication unit for acquiring a voltage measurement value and a temperature measurement value of the cell unit acquired by the battery
상기에서 배터리 에너지 저장장치는 상기 양방향 전력 제어장치에서 공급되는 충전 전원의 전류를 검출하고, 검출 전류가 과전류일 경우 전원 차단 동작을 수행하는 1차 보호회로; 상기 충전 전원을 저장하고, 저장된 전원을 방전하는 복수의 셀 유닛이 내장된 복수의 카트리지; 상기 카트리지의 전원 상태를 검출하고, 검출한 전원 상태에 따라 충전 및 방전을 제어하는 메인 보드; 상기 메인 보드의 제어에 따라 배터리 에너지 저장장치의 에너지 충전 상태를 시각적으로 표시해주는 액정표시기; 사용자가 기능을 조작하기 위한 다수의 기능 키를 구비한 키패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.The battery energy storage device may include a primary protection circuit that detects a current of the charging power supplied from the bidirectional power control device and performs a power-off operation when the detection current is an overcurrent; A plurality of cartridges each containing a plurality of cell units for storing the charging power and discharging stored power; A main board for detecting a power state of the cartridge and controlling charging and discharging according to the detected power state; A liquid crystal display for visually displaying an energy charging state of the battery energy storage device under the control of the main board; And a keypad having a plurality of function keys for the user to operate the functions.
상기에서 셀 유닛은 복수의 배터리 팩이 병렬 연결된 구조를 갖으며, 상기 카트리지는 셀 유닛의 승압을 위해 직렬 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.The cell unit has a structure in which a plurality of battery packs are connected in parallel, and the cartridges are connected in series to increase the voltage of the cell unit.
상기 카트리지는 셀 유닛이 전압을 측정하는 전압 측정기; 셀 유닛 내부에 장착된 셀의 온도를 측정하기 위한 온도 측정기; 측정된 전압 및 온도를 상기 메인 보드로 전송하기 위한 캔 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The cartridge includes a voltage meter for measuring a voltage of the cell unit; A temperature measuring device for measuring a temperature of a cell mounted inside the cell unit; And a can communication unit for transmitting the measured voltage and temperature to the main board.
또한, 상기 배터리 에너지 저장장치는 상기 복수의 카트리지를 장착하기 위한 랙을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Further, the battery energy storage device may include a rack for mounting the plurality of cartridges.
본 발명에 따르면 풍력발전기의 계통에 대용량 에너지 저장장치를 연결하여 계통에 안정적인 전력공급을 도모할 수 있으며, 에너지 저장장치로 구현한 컨테이너 내부에 항온항습기를 부가하여 최적의 공조기능도 수행할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, a large-capacity energy storage device can be connected to a system of a wind turbine generator to provide a stable power supply to the system, and an optimal air conditioning function can be performed by adding a constant temperature / There are advantages.
또한, 본 발명에 따르면 배터리 에너지 저장장치와 양방향 전력 제어장치를 하나의 컨테이너에 구현하고, 양방향 전력 제어장치를 통해 배터리 에너지 저장장치의 충전 및 방전 제어와 전력계통연계를 효율적으로 수행할 수 있는 장점도 있다.In addition, according to the present invention, a battery energy storage device and a bidirectional power control device can be implemented in a single container, and the charging and discharging control of the battery energy storage device and the power grid connection can be efficiently performed through the bidirectional power control device There is also.
또한, 본 발명에 따르면 병렬구조를 가지는 셀 유닛을, 승압을 위한 직렬구조를 가지는 카트리지 형태로 개발함으로써, 직렬/병렬 조합을 통한 최적의 배터리 에너지 저장장치를 제공해줄 수 있는 장점이 있다.
In addition, according to the present invention, a cell unit having a parallel structure is developed in the form of a cartridge having a series structure for boosting, thereby providing an optimal battery energy storage device through serial / parallel combination.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 컨테이너 타입의 대용량 에너지 저장장치의 구조도,
도 3은 도 1의 에너지 저장장치(ESS)의 실시 예 블록 구성도,
도 4는 본 발명에서 구현된 셀 유닛의 사시도,
도 5는 본 발명에서 셀 유닛을 직렬 형태로 결합하여 형성된 카트리지의 구성도,
도 6은 본 발명에서 복수의 카트리지가 형성된 랙 프레임 결선도.1 is a configuration diagram of a container type energy storage device for a wind turbine according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a structural view of a container type large capacity energy storage device according to the present invention;
FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the energy storage device (ESS) of FIG. 1;
4 is a perspective view of a cell unit embodied in the present invention,
5 is a configuration diagram of a cartridge formed by combining cell units in a serial form in the present invention,
6 is a view showing a rack frame connection in which a plurality of cartridges are formed in the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a container type energy storage device for a wind power generator according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치의 구성도로서, 블레이드(10), 동력전달장치(20), 발전기(30), 전력변환장치(40), 에너지 저장장치(50) 및 계통을 포함한다.1 is a configuration diagram of a container type energy storage device for a wind turbine according to a preferred embodiment of the present invention. The
상기 블레이드(10)는 바람에 의한 회전 에너지를 획득하는 역할을 한다. 예컨대, 블레이드(10)는 회전 가능한 축에 장착되어 바람으로부터 회전 에너지를 생산하는 역할을 한다.The
상기 동력전달장치(20)는 상기 블레이드(10)에서 획득한 회전 에너지를 후단의 발전기(30)에 전달하는 역할을 한다. 이러한 동력전달장치(20)는 기어박스(gearbox)로 구현될 수 있으며, 이러한 기어박스를 통해 블레이드(10)에서 획득한 회전 에너지의 회전수를 전기 발전에 적합한 회전수로 바꾸어주게 된다.The
상기 발전기(30)는 상기 동력전달장치(20)를 통해 전달되는 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 역할을 한다. The
상기 전력변환장치(40)는 상기 발전기(30)에서 생산된 전기 에너지를 계통에 공급하기에 적합한 형태로 변환하는 역할을 한다. 예컨대, 전력변환장치(40)는 발전기(30)에서 획득한 직류 전원을 계통에서 사용하기에 알맞은 교류 전원으로 변환해주는 역할을 한다.The
상기 에너지 저장장치(50)는 상기 전력변환장치(40)에서 변환된 전력을 충전하고, 상기 계통에 공급되는 전력이 일정 수준 이하이면 충전된 전력을 상기 계통에 공급하여, 항상 계통에 안정적으로 전력을 공급해주는 역할을 한다.The
이러한 에너지 저장장치(50)는 상기 전력변환장치(40)에서 변환된 전기 에너지의 충전을 제어하며, 상기 계통의 공급 전력이 일정 수준 이하일 경우 상기 충전 전력의 방전을 제어하여 상기 계통에 전력을 공급하는 양방향 전력 제어장치(PCS; Power Conditioning System)(51), 전기 에너지를 충전 및 방전하는 배터리 에너지 저장장치(BESS; Battery Energy Storage System)를 포함한다. 여기서 양방향 전력 제어장치(51)와 상기 배터리 에너지 저장장치(52)는 하나의 컨테이너에 함께 내장되는 것이 바람직하다.The
상기 에너지 저장장치(50)는 도 2에 도시한 바와 같이, 컨테이너 내부의 온도 또는 배터리 에너지 저장장치 내 셀 유닛의 온도에 따라 항온항습 공조를 수행하는 항온항습기(54)가 구비되고, 컨테이너의 내부의 화재 감지시 소화액을 분사하여 소화를 하는 소화장치(55)가 구비되며, 컨테이너의 소정 위치에는 관리자의 진출입을 위한 양문 도어(57)가 마련된다. 아울러 에너지 저장장치(50)는 일측에 환풍용 블라인드 도어(56)도 마련되며, 항온항습을 위한 실외기(53)도 마련되어 있다.As shown in FIG. 2, the
한편, 상기 양방향 전력 제어장치(51)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전력변환장치(40)로부터 계통에 공급되는 전력의 전류를 검출하고, 검출한 전류가 과전류일 경우 자동으로 전력 차단 동작을 하는 1차 보호회로(51a); 교류 전원에 포함된 고조파를 제거하는 고조파 필터(51b); 상기 고조파 필터를 통한 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 충전 에너지로 출력하고, 방전 에너지인 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환부(51c); 상기 전력 변환부(51c)에서 배터리 에너지 저장장치(52)로 공급되는 전류를 검출하여 과전류일 경우 자동으로 전원 차단 동작을 하는 2차 보호회로(51d); 상기 전력 변환부(51c)의 양방향 전력 변환을 제어하며, 정전류 및 정전압 충전을 제어하며, 장치 감시 결과에 따라 공조 제어 및 감시 결과 전송을 제어하는 메인 중앙처리장치(51e); 전력 품질(전류THD)의 측정과 온도 측정, 화재 감지를 하는 감시 장치(51f); 상기 메인 중앙처리장치(51e)의 제어에 따라 공조 제어 및 감시 결과 전송을 하는 캔 통신부(51)를 포함한다.3, the bidirectional
또한, 상기 배터리 에너지 저장장치(52)는 상기 양방향 전력 제어장치(51)에서 공급되는 충전 전원의 전류를 검출하고, 검출 전류가 과전류일 경우 전원 차단 동작을 수행하는 1차 보호회로(52a); 상기 충전 전원을 저장하고, 저장된 전원을 방전하는 복수의 셀 유닛이 내장된 복수의 카트리지(52b); 상기 카트리지(52b)와 상기 1차 보호회로(52c) 사이에 개재되고, 카트리지(52b)에 충전되는 전원 또는 방전 전원에 과전류가 포함될 경우 전원 공급을 차단하는 2차 보호회로(52c); 상기 카트리지(52b)의 전원 상태를 검출하고, 검출한 전원 상태에 따라 충전 및 방전을 제어하는 메인 보드(52d); 상기 메인 보드(52d)의 제어에 따라 배터리 에너지 저장장치(52)의 에너지 충전 상태를 시각적으로 표시해주는 액정표시기(LCD)(52e); 사용자가 기능을 조작하기 위한 다수의 기능 키를 구비한 키패드(52f)를 포함한다.The battery
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면 도 1 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 블레이드(10)는 회전 가능한 축에 장착되어 바람으로부터 회전 에너지를 생산하고, 동력전달장치(20)는 상기 블레이드(10)에서 획득한 회전 에너지의 회전수를 기어박스를 통해 전기 발전에 적합한 회전수로 변환하여 발전기(30)에 전달한다.First, the
그러면 발전기(30)는 상기 동력전달장치(20)를 통해 전달되는 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 생산된 전력은 전력변환장치(40)에 전달되며, 전력변환장치(40)는 전달되는 전기 에너지를 계통에 공급하기에 적합한 형태로 변환하여 계통에 공급해준다. 예컨대, 전력변환장치(40)는 발전기(30)에서 획득한 직류 전원을 계통에서 사용하기에 알맞은 교류 전원으로 변환해준다.Then, the
상기와 같은 풍력발전 원리는 일반적인 풍력발전시스템에서 사용하는 풍력 발전 원리와 동일하다.The above wind power generation principle is the same as the wind power generation principle used in a general wind power generation system.
본 발명은 상기와 같은 풍력발전시스템에 연계되어 에너지를 저장하고, 풍력발전시스템이 풍력발전을 하지 못할 경우 저장된 에너지를 계통에 공급해주어, 계통에 안정적으로 전력을 공급해주기 위한 것이며, 이를 위해 에너지 저장장치(50)를 새롭게 구현한 것이다.The present invention relates to a system for storing energy in cooperation with a wind power generation system as described above and to supply stored energy to the system when the wind power generation system can not provide wind power and to supply power to the system in a stable manner. The
상기 에너지 저장장치(50)는 주지한 바와 같이, 상기 전력변환장치(40)에서 변환된 전기 에너지의 충전을 제어하며, 상기 계통의 공급 전력이 일정 수준 이하일 경우 상기 충전 전력의 방전을 제어하여 상기 계통에 전력을 공급하는 양방향 전력 제어장치(PCS; Power Conditioning System)(51), 전기 에너지를 충전 및 방전하는 배터리 에너지 저장장치(BESS; Battery Energy Storage System)로 구현된다.The
상기 양방향 전력 제어장치(51)는 1차 보호회로(51a)에서 상기 전력변환장치(40)로부터 계통에 공급되는 전력의 전류를 검출하고, 그 검출한 전류가 과전류일 경우 자동으로 전력 차단 동작을 하여 서지 전압이나 과전류로 인해 에너지 저장 장치(50)가 손상되는 것을 방지한다.The bidirectional
1차 보호회로(51a)를 통한 교류 전원은 고조파 필터(51b)를 통해 교류 전원에 포함된 고조파가 제거되고, 전력 변환부(51c)를 통해 충전에 알맞은 직류 전원으로 변환되어 충전 전원으로 출력된다.The AC power supply through the
이렇게 출력되는 충전 전원은 2차 보호회로(51d)를 통해 배터리 에너지 저장장치(52)로 공급되는 데, 이때 충전 전원에 서지 전압이 포함되거나 과전류가 포함된 경우 충전 전원이 배터리 에너지 저장장치(52)로 공급되는 것이 차단된다.When the surge voltage is included or the overcurrent is included in the rechargeable power source, the rechargeable power is supplied to the battery
아울러 양방향 전력 제어장치(51)의 감시 장치(51f)는 전력 품질(전류THD)을 측정하거나 컨테이너 내부의 온도 또는 셀 유닛의 온도를 측정하고, 컨테이너의 화재를 감시하게 된다. 그리고 측정 및 감시한 결과 정보는 메인 중앙처리장치(51e)에 전달한다. 또한, 캔 통신부(51)는 카트리지(52b)에 구비된 캔 통신부와 통신을 하여, 셀 유닛의 전압, 온도를 획득하고, 이를 메인 중앙처리장치(51e)에 전달한다.In addition, the
상기 메인 중앙처리장치(51e)는 감시 장치(51f)로부터 감시된 결과 정보를 기반으로 공조 장치 및 소화 장치의 동작을 제어하게 된다. 예컨대, 온도가 설정된 기준 온도보다 높을 경우 환기 팬(또는, 송풍 팬)을 동작시키거나 냉방장치를 가동하여 컨테이너 내부 온도를 낮추게 되고, 습도가 높을 경우에도 환기 팬을 동작시켜 습도를 정상상태로 맞추게 된다. 여기서 항온항습기(54)는 이미 알려진 GT 020 AUF를 이용할 수 있다. 아울러 화재가 감지된 경우에는 소화 장치(55)를 가동시켜, 소화액을 분사하여 화재가 진압되도록 한다. 여기서 소화 장치(55)는 캐비닛형 자동 소화 기기로서, 이미 알려진 FKBP-501을 이용할 수 있다.The main
또한, 메인 중앙처리장치(51e)는 배터리 에너지 저장장치(52)로부터 측정한 셀 유닛의 측정 전압에 따라, 상기 전력 변환부(51c)의 충전 모드를 정전류(CC) 모드 또는 정전압(CV) 모드로 제어한다. 여기서 정전압 모드나 정전류 모드의 제어는 배터리 충전 방식에서 이미 잘 알려진 방식이므로, 본 발명에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The main
다음으로, 배터리 에너지 저장장치(52)는 상기 양방향 전력 제어장치(51)로부터 충전 전원이 공급되면, 1차 보호회로(52a)에서 공급되는 충전 전원의 전류를 검출하고, 검출 전류가 과전류일 경우 전원 차단 동작을 수행하여 배터리 에너지 저장장치(52)가 과전류로 인해 손상되는 것을 방지한다.Next, when the charging power is supplied from the bidirectional
이와는 달리 공급되는 전원이 과전류가 아닐 경우, 상기 1차 보호회로(52a)를 통과한 충전 전원은 2차 보호회로(52c)를 통해 다시 과전류 여부가 검출되고, 이때에도 정상적인 전류 범위이면 카트리지(52b)에 공급되어 에너지 충전이 이루어진다.If the supplied power is not an overcurrent, the charging power source that has passed through the
여기서 본 발명의 배터리 에너지 저장장치(52)는 단전지를 시스템화하기 위해 기존에 개발된 병렬 구조를 갖는 도 4와 같은 셀 유닛을, 승압을 위한 직렬구조를 가지는 카트리지(52b)로 개발하여, 직렬/병렬 조합을 통한 시스템화를 구현하였다.In order to systemize the unit cells, the battery
예컨대, 셀 유닛은 통상 3.2V 20Ah 배터리 팩 6개가 병렬로 연결된 구조이며, 하나의 카트리지(52b)는 도 5에 도시한 바와 같이, 6개의 셀 유닛(1, 2, 3, 4, 5, 6)을 카트리지 버스 바(catridge bus bar)로 연결하여, 전체 전압 19.2V, 정격 방전전류 140Ah로 구성된다. 카트리지는 고출력 시 발생하는 열을 배출할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.For example, the cell unit has a structure in which six 3.2
이러한 카트리지(52b)의 내부에는 도면에는 도시하지 않았지만, 수납된 6개의 셀 유닛의 각각의 전압을 측정하기 위한 전압 측정기와 셀 유닛 내부에 장착된 셀의 온도를 감지하기 위한 온도 감지기가 포함된다. 셀 유닛의 전압과 온도를 측정하기 위한 측정 센서로서, LTC6803을 사용하였으며, 12비트 아날로그/디지털 컨버터(ADC), 정밀 전압 레퍼런스, 고전압 입력 멀티플렉서 및 직렬 인터페이스를 포함한다. 각 LTC6803은 직렬로 배열된 최대 12개의 개별 셀 측정이 가능하며, 카트리지 내부의 셀 유닛의 개수에 맞게 6개의 셀 유닛의 전압을 측정하는 것이 바람직하다. 상기 LTC6803의 최대 총 측정 오류는 -40℃ ~ 125℃에서 0.25% 이하로 보장된다. 각 셀은 저전압 및 과전압 조건에 대해 모니터링 되며, 모스펫(MOSFET)은 과충전된 셀을 방전하는 데 이용할 수 있다.Inside this
아울러 상기 카트리지(52b)의 내부에는 측정한 전압 및 온도를 다른 장치와 통신하기 위한 캔 통신부가 부가된다. 850kW급 배터리 에너지 저장장치(52)는 총 40개의 카트리지가 장착되고, 1개의 배터리 관리 시스템(BMS)과 직렬로 연결되어 있다. 카트리지와 배터리 관리 시스템의 연결은 캔 통신으로 연결되며, 2개의 버스 선으로 연결되고, 전기적으로 차동(differential) 통신을 하여 전기적인 잡음에 매우 강하다. 또한, 캔 통신은 표준 프로토콜이어서 시장성이 뛰어나고, 캔 통신의 경우 캔 컨트롤러들은 모두가 마스터가 될 수 있는 다중 마스터 통신이 가능하여 40개의 카트리지 보드가 서로 마스터가 되어 멀티로 연결할 수 있는 장점도 있다. 카트리지에서 측정된 전압 및 온도는 메인 보드(52d)를 통해 액정표시기(52e)에 표시되어, 관리자가 육안으로 충전 전원의 상태나 온도 상태 등을 인지하도록 한다. 관리자는 필요에 따라 키패드(52f)를 통해 기능을 설정하거나 설정된 기능을 변경할 수 있다.In addition, a can communication unit for communicating the measured voltage and temperature to other devices is added to the inside of the
이러한 복수의 카트리지는 도면에는 도시하지 않았지만 하나의 랙(Rack)에 내장되는 것이 바람직하다. 통상 32개의 카트리지를 직렬 연결하여 랙에 내장한다. 이를 위해서 본 발명에서는 유지보수의 편의성을 제공하고자 도 6에 도시한 바와 같이 19" 오픈랙 구조로 랙 프레임을 설계하였다. 랙에는 복수의 카트리지와 배터리 관리 시스템 및 제어장치가 공간적으로 각각 분리되어 구성되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 배터리 에너지 저장장치(52)에 저장된 전력은 추후 판매를 하거나 계통에 공급되어 진다.Although not shown in the drawings, such a plurality of cartridges are preferably mounted in a single rack. Normally, 32 cartridges are connected in series and mounted in a rack. 6, a rack frame is designed in a 19 "open rack structure, in which a plurality of cartridges, a battery management system, and a control device are spatially separated from each other The power stored in the battery
다음으로, 에너지 저장장치(50)의 양방향 전력 제어장치(51)는 계통에 공급되는 전력의 실시간으로 감시하여, 계통에 공급되는 전력이 일정 수준 이하이면(미리 설정된 기준치를 기반으로 비교하여 판단), 배터리 에너지 저장장치(52)에 저장된 전원을 방전시켜 계통에 전력을 공급해주게 된다.Next, the bidirectional
예컨대, 배터리 에너지 저장장치(52)로부터 방전된 직류 전원을 전력 변환부(51c)를 통해 계통에서 필요로 하는 소정의 교류전력 고정주파수(50/60Hz)로 변환한다. 이렇게 변환된 교류 전력은 고조파 필터(51b)를 통해 교류 전원에 포함된 고조파가 제거되고, 1차 보호 회로(51a)를 통해 계통에 공급된다. 여기서 전력 변환부(51c)는 2-레벨 스위칭 방식의 VSI(Voltage Source Inverter) 형태를 갖는 3상 풀-브리지(full-brige)로 구현하는 것이 바람직하다.For example, the DC power discharged from the battery
따라서 풍력발전기가 정상적으로 발전을 하지 못하는 경우에도, 계통에는 안정적으로 전력이 공급된다.Therefore, even when the wind power generator can not normally generate power, the power is stably supplied to the system.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
본 발명은 풍력발전기와 연계하여 계통에 전력을 안정적으로 공급해주기 위한 에너지 저장장치 기술에 효과적으로 적용된다.
The present invention is effectively applied to an energy storage device technology for stably supplying electric power to a system in conjunction with a wind turbine generator.
10: 블레이드
20: 동력전달장치
30: 발전기
40: 전력변환장치
50: 에너지 저장장치
51: 양방향 전력 제어장치
51b: 고조파 필터
51c: 전력 변환부
51e: 메인 중앙처리장치
51g: 캔 통신부
52: 배터리 에너지 저장장치
52b: 카트리지
52d: 메인 보드10: Blade
20: Power transmission device
30: generator
40: Power converter
50: Energy storage device
51: Bi-directional power control device
51b: Harmonic filter
51c:
51e: main central processing unit
51g: Can communication section
52: Battery energy storage device
52b: Cartridge
52d: Motherboard
Claims (10)
블레이드에서 획득한 회전 에너지를 후단에 전달하는 동력전달장치;
상기 동력전달장치를 통해 전달되는 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전기;
상기 발전기에서 생산된 전기 에너지를 계통에 공급하기에 적합한 형태로 변환하는 전력 변환 장치; 및
상기 전력 변환장치에서 변환된 전력을 충전하고, 상기 계통에 공급되는 전력이 일정 수준 이하이면 충전된 전력을 상기 계통에 공급하는 에너지 저장장치를 포함하고,
상기 에너지 저장장치는 상기 전력변환장치에서 변환된 전기 에너지의 충전을 제어하며, 상기 계통의 공급 전력이 일정 수준 이하일 경우 상기 충전 전력의 방전을 제어하여 상기 계통에 전력을 공급하는 양방향 전력 제어장치, 전기 에너지를 충전 및 방전하는 배터리 에너지 저장장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 컨테이너 타입 에너지 저장장치.
A blade for obtaining rotational energy by the wind;
A power transmitting device for transmitting the rotational energy obtained from the blade to the rear end;
A generator for generating electrical energy using a rotational force transmitted through the power transmission device;
A power converter for converting electric energy produced by the generator into a form suitable for supplying to the system; And
And an energy storage device for charging the power converted by the power conversion device and supplying the power to the system when the power supplied to the system is less than a predetermined level,
Wherein the energy storage device controls the charging of the electric energy converted by the power conversion device and controls the discharging of the charging power to supply power to the system when the supply power of the system is less than a predetermined level, And a battery energy storage device for charging and discharging electric energy.
The container type energy storage device for a wind power generator according to claim 1, wherein the bidirectional power control device and the battery energy storage device are integrated together in one container.
[3] The container type energy storage device for a wind power generator according to claim 2, wherein the energy storage device further comprises a constant temperature and humidity air conditioner for performing a constant temperature and humidity control according to the temperature inside the container or the temperature of the cell unit in the battery energy storage device. .
The container type energy storage device for a wind power generator according to claim 2, wherein the energy storage device further comprises a fire extinguishing device for extinguishing the fire extinguishing liquid when fire is detected inside the container.
The bidirectional power control apparatus according to claim 1, wherein the bidirectional power control apparatus includes: a primary protection circuit that detects a current of power supplied to the system from the power conversion apparatus and automatically performs a power shutdown operation when the detected current is an overcurrent; A harmonic filter for removing harmonics included in the AC power supply; A power converter for converting AC power from the harmonic filter to DC power and outputting it as charging energy and converting DC power as discharge energy into AC power; A secondary protection circuit that detects a current supplied from the power conversion unit to the battery energy storage device and automatically performs a power shutdown operation when the current is an overcurrent; And a main central processing unit for controlling the bidirectional power conversion of the power conversion unit, controlling the constant current and the constant voltage charging, and controlling the air conditioning and fire extinguishing device.
[6] The bidirectional power control device of claim 5, wherein the bidirectional power control device comprises: a monitoring device for measuring power quality (current THD), measuring temperature, and detecting fire; Further comprising a can communication unit for acquiring a voltage measurement value and a temperature measurement value of the cell unit acquired by the battery energy storage unit (52) and transmitting the acquired voltage measurement value and the temperature measurement value to the main central processing unit .
The battery energy storage device of claim 1, wherein the battery energy storage device comprises: a primary protection circuit for detecting a current of a charging power supplied from the bidirectional power control device and performing a power-off operation when the detection current is an overcurrent; A plurality of cartridges each containing a plurality of cell units for storing the charging power and discharging stored power; A main board for detecting a power state of the cartridge and controlling charging and discharging according to the detected power state; A liquid crystal display for visually displaying an energy charging state of the battery energy storage device under the control of the main board; And a keypad having a plurality of function keys for a user to operate a function.
The container type energy storage device for a wind power generator according to claim 7, wherein the cell unit has a structure in which a plurality of battery packs are connected in parallel, and the cartridges are connected in a series structure for boosting the cell units.
9. The apparatus of claim 8, wherein the cartridge further comprises: a voltage meter for measuring a voltage of the cell unit; A temperature measuring device for measuring a temperature of a cell mounted inside the cell unit; And a can communication unit for transmitting the measured voltage and temperature to the main board.
The container type energy storage device of claim 7, wherein the battery energy storage device comprises a rack for mounting the plurality of cartridges.
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CN107763801A (en) * | 2017-09-06 | 2018-03-06 | 珠海格力电器股份有限公司 | A kind of air conditioning air exhaust electricity-generating control method, device, storage medium and air-conditioning |
CN109698513A (en) * | 2019-01-25 | 2019-04-30 | 格林美股份有限公司 | Container-type energy-accumulating power station |
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---|---|---|---|---|
KR20110078965A (en) | 2009-12-31 | 2011-07-07 | 주식회사 효성 | Power system by associating wind power and bess and method for controlling thereof |
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2014
- 2014-07-17 KR KR1020140090621A patent/KR20160009983A/en active IP Right Grant
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