KR20180032480A - 전력보상장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

전력보상장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

전력보상장치는 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에 전력을 보상하여 준다, 구체적으로, 전력보상장치는 전력계통에 접속되어 전력계통에 유효전력 및 무효전력을 보상하여 주는 제1 시스템과, 제1 시스템과 접속되어 유효전력 및 무효전력의 보상에 필요한 전력을 저장하는 제2 시스템과, 제2 시스템과 접속되어 제2 시스템에 저장하기 위한 전력을 생성하는 제3 시스템을 포함한다.

Description

전력보상장치 및 이의 제어 방법{Power compensation apparatus and method of controlling the same}
본 발명은 전력보상장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라서 전력의 생산측면에서 전력계통을 설치하기 위한 대단위 발전단지 개발이 불가피하다. 이와 같이 생산된 전력은 대부분 수도권을 비롯한 대도시 인구밀집 지역 중심으로 그 수요가 증가하고 있다.
발전 단지에서 전력 수요지까지 전력을 공급할 수 있는 송전 설비의 경우 님비(NIMBY) 현상 또는 설비 부지 확보의 어려움 등으로 송전 설비의 신설이 어려운게 현실이다. 이에 전력조류와 계통전압, 안정도 향상을 위한 FACTS(Flexible AC Transmission System) 설비의 필요성이 대두되고 있다. FACTS 설비 중 3세대로 불리는 STATCOM(STATic synchronous COMpensator) 설비는 계통에 병렬로 병입되어 계통에서 필요로 하는 무효전력 및 유효전력을 보상해 주고 있다.
종래의 STATCOM에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 전력계통에서 지속적으로 유효전력이 필요함에도 불구하고, STATCOM의 커패시터에 충전된 전력(에너지)가 없어 전력계통에 유효전력을 공급하지 못한다. 다시 말해, STATCOM의 커패시터에 유효전력을 제공하기 위한 전력을 충전하는 동안 전력계통에 유효전력을 공급하여 줄 수 없다.
따라서, 종래의 STATCOM은 전력계통의 유효전력을 지속적으로 공급하여 주지 못하므로, 전력계통의 안정적인 운용에 기여하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 지속적인 유효전력 공급을 가능하도록 하여 전력계통 상에서 안정적으로 전력을 송전할 수 있는 전력보상장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 무효전력 및 유효전력을 효율적으로 이용 가능하도록 하는 전력보상장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 측면에 따르면, 전력보상장치는 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에서 필요한 전력을 보상하여 준다, 구체적으로, 전력보상장치는 상기 전력계통에 병렬 접속되어 상기 전력계통에 유효전력 및 무효전력을 보상하여 주는 제1 시스템; 상기 제1 시스템과 접속되어 상기 유효전력 및 무효전력의 보상에 필요한 전력을 저장하는 제2 시스템; 및 상기 제2 시스템과 접속되어 상기 제2 시스템에 저장하기 위한 전력을 생성하는 제3 시스템을 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 전력보상장치는 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에 전력을 보상하여 준다. 구체적으로, 전력보상장치는 상기 전력계통에 병렬 접속되어 상기 전력계통에 유효전력 및 무효전력을 보상하여 주고, 상기 유효전력 및 무효전력의 보상에 필요한 전력을 저장하는 제1 시스템; 및 상기 제1 시스템과 접속되어 상기 제2 시스템에 저장하기 위한 전력을 생성하는 제2 시스템을 포함한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에 전력을 보상하여 주기 위해 컨버터 및 커패시터를 포함하는 제1 시스템, 전력저장장치를 포함하는 제2 시스템 및 적어도 하나 이상의 신재생 에너지 생성원을 포함하는 제3 시스템을 포함하는 전력보상장치의 제어 방법은, 상기 제1 시스템에서 상기 전력계통으로부터 전압 및 주파수를 측정하는 단계; 및 상기 제1 시스템에서 상기 전압 및 주파수를 바탕으로 무효전력공급모드, 무효전력흡수모드, 유효전력공급모드 및 유효전력흡수모드 중 하나의 모드를 결정하는 단계; 상기 제1 시스템에서 상기 결정된 모드에 따라 전력을 보상하는 단계를 포함하다. 특히, 전력보상장치의 제어 방법은 상기 제2 시스템에서 상기 적어도 하나 이상의 신재생 에너지 생성원으로부터 생성된 전력을 상기 전력저장장치에 저장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전력보상장치 및 이의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전력보상시스템의 커패시터에 충전된 전력을 이용하여 전력계통에 유효전력을 공급하고, 커패시터에 충전된 전력을 전력계통에 더 이상 공급할 수 없을 때에는 전력저장시스템의 전력저장장치에 저장된 전력을 직접 전력계통에 공급하여 줌으로써, 항상 지속적으로 유효전력을 전력계통(30)에 공급하여 주어 전력계통 상에서 안정적인 전력 공급이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전력계통의 유효전력을 커패시터에 충전시키고 커패시터가 완전히 충전되는 경우 전력계통의 유효전력을 전력저장장치에 저장시켜 줌으로써, 항상 지속적으로 전력계통의 유효전력을 흡수할 수 있어 전력계통 상에서 안정적인 전력 공급이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 이와 같이 전력계통의 유효전력을 전력저장장치에 저장시킬 때에는 신재생시스템으로부터 전력을 송전 받지 않아도 되므로, 전력변환 과정에서 발생하는 손실을 줄일 수 있다.
아울러, 본 발명은 전력계통의 유효전력을 흡수한 커패시터나 전력저장장치를 이용하여 언제든지 전력계통에 유효전력을 공급하여 줄 수 있어, 전력계통에 연계되어 있는 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 전력을 발전하지 않거나 그 발전량을 줄일 수 있어 연료비 절감 등의 이득을 통하여 전력 생산으로 인한 총 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 STATCOM에서 유효전력이 지속적으로 공급되지 못하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력보상장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 전력보상장치의 상세 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력보상장치를 도시한 블록도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력보상장치에서 초기 충전 모드시의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력보상장치에서 모드에 따라 전력보상을 하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유효전력공급모드시의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효전력흡수모드시의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력보상장치에서 유효전력이 지속적으로 공급되는 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력보상장치를 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통시스템을 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통시스템(10)은 전력생성원(20), 전력계통(30), 부하(40) 및 다수의 전력보상장치(50)를 포함할 수 있다.
전력생성원(20)은 적어도 하나 이상의 전력생성원을 포함할 수 있다.
전력생성원(20)은 전력을 생성하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 생성하는 생산자로 이해될 수 있다.
전력생성원(20)은 예컨대, 수력발전소, 화력발전소, 원자력발전소, 발전기, 전력저장장치 등을 포함할 수 있다. 전력저장장치는 ESS(Energy Storage System), 배터리, 1차 전지, 2차 전지, 태양광 전지, 슈퍼커패시터(super capacitor), 연료전지, 축전지, 플라이 휠(fly wheel) 등을 포함할 수 있다.
전력생성원(20)은 예컨대, 풍력발전소, 태양광발전소, 수소발전소와 같은 신재생 에너지 생성원을 포함할 수 있다.
이 이외에 현재 개발 중이거나 아직 공지되지 않은 다양한 전력저장장치가 본 발명의 전력저장장치에 포함될 수 있다.
전력계통(30)은 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 부하(40)로 송전하도록 하여 주는 전력선, 철탑, 피뢰기, 애자 등을 포함하는 일체의 설비를 의미할 수 있다.
전력계통(30)으로 흐르는 전력은 345KV, 154KV, 22.9KV 중 적어도 하나일 수 있다.
부하(40)는 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 소비하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 소비하는 소비자로 이해될 수 있다.
부하(40)는 적어도 하나 이상의 부하를 포함할 수 있다.
부하(40)는 예컨대 제철소, 자동차 공장, 디스플레이 공장, 반도체 공장과 같이 대규모 전력이 소비되는 제조업체를 포함할 수 있다.
부하(40)는 예컨대 1000명 이상을 수용할 수 있는 컨벤션 센터, 백화점, 대형 쇼핑센터, 스포츠시설, 공연장, 오피스빌딩, 정부기관, 대형빌딩, 대규모 주거시설 등을 포함할 수 있다.
이 이외에도 전력을 소비하는 다양한 건물이나 시설이 본 발명의 부하(40)에 포함될 수 있다.
전력보상장치(50)는 전력계통(30)에 연계되어, 전력계통(30)으로 흐르는 전력 중에서 유효전력 또는 무효전력의 공급 또는 부족에 따라 해당 유효전력 또는 무효전력을 보상하여 주는 장치일 수 있다.
전력보상장치(50)는 STATCOM일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
전력보상장치(50)는 전력계통(30)에 병렬로 접속될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
전력보상장치(50)는 예컨대, 전력계통(30)의 구간마다 설치될 수 있다. 전력보상장치(50)는 예컨대, 부하(40)나 부하(40) 근처에 설치될 수 있다.
전력보상장치(50)는 노는 땅, 즉 유효부지에 설치되어 유효부지의 이용률을 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 전력보상장치(50)는 전력계통(30)이나 부하(40)에 설치되어, 무효전력이나 유효전력을 교환, 즉 흡수 또는 공급하여 줌으로써, 안정적인 전력의 송전을 도모할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력보상장치를 도시한 블록도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전력보상장치는 도 1의 전력보상장치(50)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력보상장치(50)는 상위제어시스템(60), 전력보상시스템(70), 전력저장시스템(80) 및 신재생시스템(90)을 포함할 수 있다.
상위제어시스템(60)과 전력보상시스템(70), 전력보상시스템(70)과 전력저장시스템(80) 그리고 전력저장시스템(80)과 신재생시스템(90) 사이에 데이터 통신이 가능하다.
상위제어시스템(60)은 본 발명의 전력보상장치(50)의 전반적인 관리 또는 제어를 수행하는 역할을 할 수 있다.
상위제어시스템(60)은 EMS(Energy Management System)나 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상위제어시스템(60)은 하위제어시스템에 지령 또는 명령(제어신호라 할 수 있음)을 전달하여, 하위제어시스템이 해당 지령 또는 명령에 따를 제어를 수행하도록 할 수 있다.
예컨대, 상위제어시스템(60)은 하위제어시스템으로부터 제공되는 각종 정보를 바탕으로 분석 및 판단을 수행하여 그 결과에 따라 하위제어시스템에 지령이나 명령을 전달하거나 전력계통(30) 전반을 관리할 수 있다.
하위제어시스템은 예컨대 전력보상시스템(70), 전력저장시스템(80) 및 신재생시스템(90) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
전력보상시스템(70)은 전력계통(30)의 유효전력 및/또는 무효전력을 보상할 수 있다.
전력보상시스템(70)은 상위제어시스템(60)으로부터 제공된 지령이나 명령에 응답하여 유효전력 및/또는 무효전력을 보상할 수 있다. 이를 수동운전모드(manual mode)라 명명할 수 있다.
전력보상시스템(70)은 상위제어시스템(60)의 지령에 관계없이 전력계통(30)의 상황을 체크하여 스스로 유효전력 및/무효전력을 보상할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 이를 자동운전모드라 명명할 수 있다.
전력보상시스템(70)은 운전자 또는 상위시스템의 제어 하에 수동운전모드 및 자동운전모드 중 하나의 모드로 설정될 수 있다.
전력보상시스템(70)은 상위제어시스템(60) 또는 전력저장시스템(80)과 데이터를 주고받을 수 있다.
예컨대, 전력보상시스템(70)은 상위제어시스템(60)에 특정 정보나 데이터를 보고할 수 있다. 이러한 정보나 데이터는 하기에 자세히 설명된다.
예컨대, 전력보상시스템(70)은 전력저장시스템(80)을 제어할 수 있다. 즉, 전력보상시스템(70)은 전력저장시스템(80)에 제어신호나 데이터를 전달하고, 전력저장시스템(80)은 전력보상시스템(70)으로부터 전달된 제어신호나 데이터에 응답하여 전력을 저장하거나 전력저장시스템(80)에 저장되어 있는 전력을 전력보상부(73)로 송전할 수 있다.
전력저장시스템(80)은 신재생시스템(90)과 데이터통신이 가능하다.
전력저장시스템(80)은 신재생시스템(90)을 제어할 수 있다. 예컨대, 전력저장시스템(80)은 전력의 송신에 관한 제어신호를 신재생시스템(90)에 전송하고, 신재생시스템(90)은 해당 제어신호에 응답하여 신재생 에너지 생성원(93)을 가동하여 전력을 생성하고, 상기 생성된 전력을 전력저장시스템(80)으로 송전할 수 있다. 이와 같이 송전된 전력은 전력저장시스템(80)에 저장될 수 있다.
이하에서 각 시스템(70, 80, 90)을 보다 구체적으로 설명한다.
전력보상시스템(70)은 전력보상제어부(71) 및 전력보상부(73)를 포함할 수 있다.
전력보상제어부(71)는 상위제어시스템(60) 또는 전력저장시스템(80)과 데이터통신이 가능하다.
전력보상제어부(71)는 전력보상부(73)를 제어할 수 있다.
전력보상제어부(71)는 자동운전모드로 설정되어 있는 경우, 상위제어시스템(60)의 제어를 받지 않고 스스로 전력보상부(73)를 제어하여 유효전력 및/또는 무효전력을 보상하도록 할 수 있다.
전력보상제어부(71)는 수동운전모드로 설정되어 있는 경우, 상위제어시스템(60)의 제어를 받아 전력보상부(73)를 제어하여 유효전력 및/또는 무효전력을 보상하도록 할 수 있다.
자동운전모드와 수동운전모드는 전력보상시스템(70)을 운전하는 운전자에 의해 전력보상시스템(70)에 설정될 수 있다.
자동운전모드와 수동운전모드는 상위제어시스템(60)을 운전하는 운전자에 의해 전력보상시스템(70)에 설정될 수 있다. 즉 해당 운전자에 의해 전력보상시스템(70)을 자동운전모드 또는 수동운전모드로 설정할지에 대한 입력신호가 상위제어시스템(60)으로 입력되면, 상위제어시스템(60)은 해당 입력신호를 바탕으로 운전모드에 관한 제어신호를 전력보상시스템(70)으로 전달하고, 전력보상시스템(70)은 상위제어시스템(60)에서 전달된 제어신호에 따라 해당 운전모드로 설정될 수 있다.
전력보상부(73)는 도 4에 도시한 바와 같이, 컨버터(75), 커패시터(77) 및 제 1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)를 포함할 수 있다.
컨버터(75)는 다수의 스위치소자(76)를 포함할 수 있다. 예컨대, 컨버터(75)는 4개의 스위치소자(76)을 포함하고, 2개의 스위치소자가 직렬로 연결되고, 이와 같이 직렬로 연결된 2개의 스위치소자가 쌍으로 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 각각의 스위치소자(76)에는 다이오드(78)이 병렬로 연결될 수 있다. 컨버터(75)의 구성에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
도 4에서, 컨버터(75)에서 직렬로 연결된 스위치소자(76) 사이의 제1 노드(n1)는 변압기 및 변류기(51)를 통해 도 3의 전력계통(30)에 연결될 수 있다. 또한, 컨버터(75)에서 병렬로 연결된 스위치소자(76) 사이의 제2 노드(n2)는 도 3의 전력저장시스템(80)에 연결될 수 있다. 아울러, 커패시터(77)와 제2 스위치소자(112)에 연결된 제3 노드(n3)는 도 3의 전력저장시스템(80)에 연결될 수 있다.
컨버터(75)는 MMC(Multi-Level converter) 컨버터일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
본 발명의 컨버터(75)는 DC 전압의 전력을 AC 전압의 전력으로 변환하거나 AC 전압의 전력을 DC 전압의 전력으로 변환하는 양방향(bidirectional) 전력변환장치일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 컨버터(75)는 전력계통(30)으로부터 제공된 AC 전압의 유효전력을 DC 전압의 유효전력으로 변환한 후, 상기 변환된 DC 전압의 유효전력은 커패시터(77)에 충전될 수 있다.
예컨대, 컨버터(75)는 커패시터(77)에 충전된 DC 전압의 유효전력을 AC 전압의 유효전력으로 변환한 후, 상기 변환된 AC 전압의 유효전력은 전력계통(30)으로 공급될 수 있다.
컨버터(75)는 다수의 스위치소자(76)와 다수의 다이오드(78)를 포함하는 풀 브릿지(full-bridge) 회로 구성을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
스위치소자(76)는 예컨대 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
각 스위치소자(76)의 양단에 다이오드(78)가 연결될 수 있다.
컨버터(75)에 포함되는 다수의 스위치소자(76)의 스위칭제어에 의해 유효전력 및/또는 무효전력이 보상될 수 있다.
예컨대, 전력계통(30)에 무효전력이 부족한 경우, 전압의 위상을 전류의 위상과 동기되도록 다수의 스위치소자(76)가 스위칭제어될 수 있다. 이와 같은 스위치소자(76)의 스위칭제어에 의해 전력계통(30)에 무효전력이 공급될 수 있다.
예컨대, 전력계통(30)에 무효전력이 과잉으로 넘치면, 전류의 위상이 전압의 위상이 되도록 다수의 전류의 위상을 전압의 위상과 동기되도록 다수의 스위치소자(76)가 스위칭제어될 수 있다. 이와 같은 스위치소자(76)의 스위칭제어에 의해 전력계통(30)으로부터 무효전력이 흡수 또는 소비될 수 있다.
무효전력의 부족 또는 과잉은 전압으로 판단될 수 있다. 이때 판단의 근거가 되는 전압은 설정될 수 있다.
예컨대, 전력계통(30)에 유효전력이 부족한 경우, 커패시터(77) 또는 전력저장장치(83)에 충전된 전력이 전력계통(30)으로 공급되도록 다수의 스위치소자(76)가 스위칭제어될 수 있다. 예컨대, 전력계통(30)에 유효전력이 과잉으로 넘치면, 전력계통(30)의 유효전력이 커패시터(77)나 전력저장장치(83)에 충전되도록 다수의 스위치소자(76)가 스위칭제어될 수 있다.
유효전력의 부족 또는 과잉은 주파수로 판단될 수 있다. 이때 판단의 근거가 되는 주파수는 설정될 수 있다. 예컨대, 상용 주파수로서 60Hz가 전력계통(30)의 송배전에 사용될 수 있다.
커패시터(77)는 전력을 충전 또는 방전시킬 수 있다. 예컨대, 커패시터(77)는 전력계통(30) 또는 전력저장장치(83)로부터 제공된 전력을 충전시킬 수 있다. 예컨대, 커패시터(77)는 상기 충전된 전력을 전력계통(30)으로 방전시킬 수 있다.
제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)는 무효전력 또는 유효전력이 공급 또는 흡수되도록 제어할 수 있다.
제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)는 서로 직렬 접속된 적어도 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다. 스위치의 개수는 전력의 세기에 따라 달라질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 스위치소자(110)의 일단은 컨버터(75)와 접속되고 제1 스위치소자(110)의 타단은 커패시터(77)에 접속될 수 있다.
제2 스위치소자(112)의 일단은 커패시터(77)에 접속되고 제2 스위치소자(112)의 타단은 전력저장장치(83)에 접속될 수 있다.
제3 스위치소자(114)의 일단은 컨버터(75)에 접속되고 제3 스위치소자(114)의 타단은 전력저장장치(83)에 접속될 수 있다.
제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)는 전력보상제어부(71)에 의해 제어될 수 있다.
전력보상제어부(71)로부터 제공된 하나의 제어신호에 응답하여 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)와 제3 스위치소자(114)가 서로 반대로 동작될 수 있다. 이를 위해, 제1 및 2 스위치소자(110, 112)와 제3 스위치소자(114)는 서로 반대 극성 타입의 전력반도체 스위치소자일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)는 p형 전력반도체 스위치소자이고, 제3 스위치소자(114)는 n형 전력반도체 스위치소자일 수 있다.
전력보상제어부(71)로부터 제공된 서로 상이한 레벨을 갖는 제1 및 제2 제어신호에 응답하여 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)와 제3 스위치소자(114)가 서로 반대로 동작될 수 있다. 제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)는 동일 극성 타입의 전력반도체 스위치소자일 수 있다. 이러한 경우, 제1 제어신호에 응답하여 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)가 턴온되고, 제2 제어신호에 응답하여 제3 스위치소자(114)가 턴오프될 수 있다.
본 발명은 초기충전모드, 무효전력흡수모드, 무효전력공급모드, 유효전력흡수모드, 유효전력공급모드와 같은 5개의 운전모드로 운전될 수 있다.
이러한 5개의 운전모드는 전력보상제어부(71)에서 전력계통(30)의 상황 또는 상태를 체크하여 그 체크된 결과를 토대로 판단될 수 있다.
이러한 각 운전모드에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
다시 도 3을 참조하면, 전력저장시스템(80)은 전력저장제어부(81)와 전력저장장치(83)를 포함할 수 있다.
전력저장제어부(81)는 전력보상제어부(71)나 신재생시스템(90)과 데이터 통신이 가능하다. 전력저장제어부(81)는 전력보상제어부(71)의 제어에 따라 동작될 수도 있다.
전력저장제어부(81)는 전력보상제어부(71)로부터 충전 요청을 받고 전력저장장치(83)의 전력을 전력보상부(73)의 커패시터(77)에 충전되도록 할 수 있다.
전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)에 저장된 전력을 유효전력 공급으로 활용할 것을 전력보상제어부(71)에 요청하고, 전력보상제어부(71)로부터 유효전력 공급 요청을 받는 경우 전력저장장치(83)에 저장된 전력을 유효전력으로서 전력보상부(73)의 커패시터(77)에 충전 후 전력계통(30)으로 또는 직접 전력계통(30)으로 공급하여 줄 수 있다.
전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)에 저장할 전력을 생성할 것을 신재생시스템(90)에 요청하고, 신재생시스템(90)에서 생성된 전력을 전력저장장치(83)에 저장할 수 있다. 신재생시스템(90)에서 생성된 전력은 AC 전압의 전력인 경우, 전력저장제어부(81)는 AC 전압의 전력을 DC 전압의 전력으로 변환한 후 상기 변환된 DC 전압의 전력이 전력저장장치(83)에 저장되도록 제어할 수 있다.
전력저장제어부(81)는 BMS(Battery Management System)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
전력저장장치(83)는 ESS, 배터리, 1차 전지, 2차 전지, 태양광 전지, 슈퍼커패시터(super capacitor), 연료전지, 축전지, 플라이 휠(fly wheel) 등을 포함할 수 있다.
신재생시스템(90)은 신재생제어부(91)와 신재생 에너지 생성원(93)을 포함할 수 있다.
신재생제어부(91)는 전력저장제어부(81)와 데이터 통신이 가능하다.
신재생제어부(91)는 전력저장제어부(81)로부터 전력의 공급을 요청받을 수 있다. 신재생제어부(91)는 해당 요청에 응답하여 신재생 에너지 생성원(93)을 가동시키고 그 가동에 의해 생성된 전력을 전력저장시스템(80)으로 송전할 수 있다.
신재생 에너지 생성원(93)은 전력을 생성하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 생성하는 생산자로 이해될 수 있다.
신재생 에너지 생성원(93)은 적어도 하나 이상의 신재생 에너지 생성원(93)을 포함할 수 있다.
신재생 에너지 생성원(93)은 예컨대, 풍력발전소, 태양광발전소, 수소발전소 등을 포함할 수 있다.
이상에서는 전력보상시스템(70)과 전력저장시스템(80)을 구분하여 설명되고 있지만, 전력보상시스템(70)과 전력저장시스템(80)이 통합될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력보상장치를 도시한 블록도이다.
본 발명의 제2 실시예는 본 발명의 제1 실시예(도 3)에서 전력보상시스템(70)과 전력저장시스템(80)이 통합된다. 예컨대, 본 발명의 제1 실시예의 전력저장시스템(80)의 전력저장제어부(81)가 생략되고 전력저장제어부(81)의 제어기능 모두 전력보상제어부(71)에서 수행될 수 있다. 아울러, 본 발명의 제2 실시예의 전력저장장치(83)는 전력보상시스템(70)에 포함될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에서는 전력보상제어부(71)가 전력보상부(73)뿐만 아니라 전력저장장치(83)도 제어할 수 있다. 아울러, 전력보상제어부(71)가 직접 신재생시스템(90)의 신재생제어부(91)와 직접 데이터 통신이 가능하다.
각 구성 요소의 기능은 본 발명의 제1 실시예에서 이미 상세히 설명되었으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력보상장치에서 초기 충전 모드시의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
전력보상시스템(70)의 초기 기동시 자동적으로 초기 충전 모드로 동작되도록 설정될 수 있다.
따라서, 전력보상시스템(70)이 초기에 기동되는 경우, 초기 충전 모드로 동작될 수 있다
도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이 전력보상시스템(70)이 초기에 기동되는 경우, 전력보상시스템(70)이 초기 충전 모드로 동작될 수 있다(S121).
초기 충전 모드로 동작되도록 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)는 턴온되고, 제3 스위치소자(114)는 턴오프될 수 있다.
전력보상제어부(71)는 커패시터(77)의 충전량을 파악하여 커패시터(77)의 충전량이 부족한지를 판단할 수 있다(S123). 커패시터(77)의 충전량은 커패시터(77)의 전압을 감지하여 파악될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
커패시터(77)의 충전이 부족한 경우, 전력보상제어부(71)는 충전요청신호를 전력저장시스템(80)에 전송할 수 있다(S125).
전력저장시스템(80)의 전력저장제어부(81)는 충전요청신호를 수신하고 충전요청신호에 응답하여 전력저장장치(83)의 충전 상태를 파악할 수 있다.
전력저장장치(83)가 임계치 이상 충전이 된 경우, 전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)의 전력을 전력보상시스템(70)의 전력보상부(73)로 송전할 수 있다. 이와 같이 송전된 전력은 전력보상부(73)의 커패시터(77)에 충전될 수 있다(S127).
전력보상제어부(71)는 커패시터(77)의 충전 상태를 지속적으로 파악하여 커패시터(77)가 완충되었는지를 판단할 수 있다(S129). 여기서 완충이라 함은 커패시터(77)의 최대 용량까지 충전된 상태를 의미할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
커패시터(77)가 완충되면, 전력보상제어부(71)는 제2 스위치소자(112)를 턴온에서 턴오프로 변경시키고, 제1 및 제3 스위치소자(110, 114)는 종전대로 그대로 유지시킬 수 있다. 즉, 제1 스위치소자(110)는 턴온 상태로 유지되고, 제3 스위치소자(114)는 턴오프 상태로 유지될 수 있다.
커패시터(77)가 완충되면, 전력저장시스템(80)은 전력보상시스템(70)으로 초기충전완료신호를 전송할 수 있다.
커패시터(77)가 완충되면, 전력보상시스템(70)은 초기 충전 모드의 동작은 종료될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력보상장치에서 모드에 따라 전력보상을 하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 전력보상시스템(70)은 전력계통(30)으로부터 전압 및 주파수를 측정할 수 있다(S131). 이를 위해, 전력계통(30)과 전력보상장치(50) 사이에 변압기 및 변류기(51)가 설치될 수 있다.
변류기에 의해 전력계통(30)의 전류가 검출되고, 변압기에 의해 전력계통(30)의 전압이 검출될 수 있다.
검출된 전압을 디지털 신호 처리함으로써 전력계통(30)의 전압이 측정될 수 있다.
아울러, 검출된 전압 및 전류로부터 획득된 위상을 바탕으로 전력계통(30)의 주파수를 측정할 수 있다.
전력계통(30)의 주파수는 측정될 필요 없이 전력계통(30)에 사용되는 상용주파수로서 60Hz일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
전력보상시스템(70)은 전력계통(30)의 전압이나 주파수를 바탕으로 운전모드를 결정할 수 있다.
전력보상시스템(70)은 전압을 바탕으로 무효전력공급모드나 무효전력흡수모드를 결정할 수 있다(S133). 아울러, 주파수를 바탕으로 유효전력공급모드나 유효전력흡수모드가 결정될 수 있다.
전력보상시스템(70)은 상기 결정된 운전모드에 따라 유효전력이나 무효전력을 보상할 수 있다(S135).
이하에서는 각 운전모드에 따른 전력보상 방법을 상세히 설명한다.
<무효전력공급모드 및 무효전력흡수모드>
도 7의 S133에서 무효전력공급모드나 무효전력흡수모드로 결정되는 경우, 전력보상제어부(71)는 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)를 턴온시키고 제3 스위치소자(114)를 턴오프시킬 수 있다.
이때, 커패시터(77)에는 초기충전모드에 의해 전력저장장치(83)로부터 송전된 전력이 충전되어 있다.
예컨대, 도 7의 S121에서 측정된 전력계통(30)의 전압이 기준치 또는 설정치보다 작은 경우, 전력보상제어부(71)는 무효전력공급모드로 결정하고, 전압의 위상을 전류의 위상과 동기되도록 전력보상부(73)의 다수의 스위치소자(76)를 스위칭제어시킬 수 있다. 이와 같은 스위치소자(76)의 스위칭제어에 의해 전력계통(30)에 무효전력이 공급될 수 있다.
예컨대, 도 7의 S121에서 측정된 전력계통(30)의 전압이 기준치 또는 설정치보다 큰 경우, 전력보상제어부(71)는 무효전력흡수모드로 결정하고, 전류의 위상이 전압의 위상이 되도록 다수의 전류의 위상을 전압의 위상과 동기되도록 전력보상부(73)의 다수의 스위치소자(76)를 스위칭제어시킬 수 있다. 이와 같은 스위치소자(76)의 스위칭제어에 의해 전력계통(30)으로부터 무효전력이 흡수 또는 소비될 수 있다.
전력보상부(73)의 다수의 스위치소자(76)는 전력보상제어부(71)에 의해 제어될 수 있다.
<유효전력공급모드>
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유효전력공급모드시의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
유효전력공급모드로 동작되는 경우, 전력보상시스템(70)의 커패시터(77)에 충전된 전력이나 전력저장시스템(80)의 전력저장장치(83)에 저장된 전력이 유효전력으로서 전력계통(30)으로 공급될 수 있다. 예컨대, 우선적으로 커패시터(77)에 충전된 전력이 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급되고, 커패시터(77)의 충전량이 부족해지면 전력저장장치(83)에 저장된 전력이 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급될 수 있다.
전력계통(30)에 유효전력을 공급하기 위해, 전력보상시스템(70)의 전력보상제어부(71)는 제1 및 제3 스위치소자(110, 114)를 제어하여, 제1 스위치소자(110)는 턴온시키고 제3 스위치소자(114)는 턴오프시킬 수 있다. 제2 스위치소자(112)는 턴온될 수도 있고 턴오프되어, 전력저장시스템(80)의 전력저장장치(83)로부터 전력이 더 이상 커패시터(77)로 공급되지 않게 될 수 있다. 만일 커패시터(77)에 충전이 완료된 경우, 제2 스위치소자(112)는 턴오프될 수 있다. 커패시터(77)의 충전량이 부족한 경우, 제2 스위치소자(112)는 턴온되어 전력저장시스템(80)의 전력저장장치(83)로부터 송전된 전력이 커패시터(77)에 충전될 수 있다.
전력보상시스템(70)의 전력보상제어부(71)는 커패시터(77)나 전력저장장치(83)에 전력이 충전되어 전력계통(30)에 유효전력을 공급할 수 있는 경우, 상위제어시스템(60)에 유효전력 공급이 가능함을 통지할 수 있다. 상위제어시스템(60)은 전력계통(30)의 유효전력이 부족한 경우, 전력계통(30)에 연계되어 있는 적어도 하나 이상의 전력생성원(20)에서 생성되어 공급되는 유효전력을 조정하여 본 발명의 전력보상장치(50)로부터 유효전력을 보상받을 수 있도록 조치할 수 있다. 이러한 조치 후, 상위제어시스템(60)은 전력보상시스템(70)으로 유효전력 공급 승인에 관한 명령을 전달하고, 전력보상시스템(70)은 해당 명령에 따라 전력계통(30)에 유효전력이 부족한 경우 커패시터(77)나 전력보상장치(50)에 충전된 전력을 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급할 수 있다.
도 8를 참조하면, 전력보상제어부(71)는 커패시터(77)가 충전되었는지를 확인할 수 있다(S141).
커패시터(77)가 충전되었는지는 커패시터(77)로부터 감지된 커패시터(77)의 충전량이나 커패시터(77)의 전압을 토대로 파악될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
커패시터(77)가 충전되지 않았다면, 즉 커패시터(77)의 충전량이 부족하다면, 전력보상제어부(71)는 전력저장시스템(80)의 전력저장제어부(81)에 전력의 공급을 요청하여 전력저장제어부(81)의 제어에 의해 전력저장장치(83)로부터 송전된 전력을 커패시터(77)에 충전하도록 제어할 수 있다(S143).
커패시터(77)가 충전되었다면, 전력보상제어부(71)는 커패시터(77)를 제어하여 커패시터(77)에 충전된 전력을 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급할 수 있다(S145). 이때, 컨버터(75)의 다수의 스위치소자(76)가 스위칭제어될 수 있다. 예컨대, 커패시터(77)에 DC 전압의 전력이 충전되는 경우, 컨버터(75)의 다수의 스위치소자(76)의 스위칭제어에 의해 DC 전압의 전력이 AC 전압의 전력으로 변환된 후 전력계통(30)으로 유효전력으로서 공급될 수 있다.
예컨대, 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)으로터 측정된 주파수가 설정 주파수, 예컨대 60Hz의 상용주파수보다 작아지면 커패시터(77)를 제어하여 커패시터(77)에 충전된 전력을 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급할 수 있다.
커패시터(77)에 충전된 전력이 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급됨에 따라, 커패시터(77)는 방전되어 커패시터(77)의 충전량이 줄어들게 된다.
전력보상제어부(71)는 커패시터(77)로부터 감지된 커패시터(77)의 충전량이나 커패시터(77)의 전압이 제1 설정치보다 작은지를 판단할 수 있다(S147).
제1 설정치는 미리 설정된 값으로서, 예컨대 커패시터(77)의 최대 충전량의 10% 내지 40%로 설정될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
커패시터(77)의 충전량이 제1 설정치보다 작은 경우, 전력보상제어부(71)는 커패시터(77)의 충전량이 부족한 것으로 판단할 수 있다.
커패시터(77)의 충전량이 제1 설정치보다 큰 경우, 전력보상제어부(71)는 커패시터(77)의 충전량이 아직 더 전력계통(30)으로 공급되어질 유효전력으로 사용될 수 있는 것으로 판단할 수 있다.
커패시터(77)의 충전량이 제1 설정치보다 작은 경우, 전력보상제어부(71)는 제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)를 제어하여 제1 및 제2 스위치소자(110, 112)를 턴오프시키고 제3 스위치소자(114)를 턴온시킬 수 있다. 이러한 경우, 전력저장장치(83)에 저장된 전력이 컨버터(75)로 직접 송전될 수 있다. 이에 따라, 컨버터(75)의 다수의 IGBT 스위치의 스위칭제어에 의해 전력저장장치(83)로부터 송전된 DC 전압의 전력이 AC 전압의 유효전력으로 변환된 후 전력계통(30)으로 공급될 수 있다(S149).
전력저장장치(83)에 저장된 전력이 전력보상시스템(70)의 컨버터(75)로 송전됨으로써, 전력저장장치(83)의 전력은 방전되게 되어 전력저장장치(83)의 충전량 또는 저장량이 줄어들게 된다.
전력저장시스템(80)의 전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)의 충전량이 제2 설정치보다 작은지를 판단할 수 있다(S151).
제2 설정치는 미리 설정된 값으로서, 예컨대 전력저장장치(83)의 최대 충전량의 10% 내지 40%로 설정될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
전력저장장치(83)의 충전량이 제2 설정치보다 작은 경우, 전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)의 충전량이 부족한 것으로 판단할 수 있다.
전력저장장치(83)의 충전량이 제2 설정치보다 큰 경우, 전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)의 충전량이 아직 더 전력보상시스템(70)의 컨버터(75)로 공급되어질 수 있는 것으로 판단할 수 있다.
전력저장장치(83)의 충전량이 제2 설정치보다 작은 경우, 전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)로부터의 전력을 더 이상 컨버터(75)로 공급하여 줄 수 없는 것으로 판단하고, 제2 스위치를 턴오프시켜 전력저장장치(83)로부터의 전력이 더 이상 컨버터(75)로 공급되지 않도록 한다. 이때, 오프 상태를 갖는 제1 및 제2 스위치는 오프 상태로 유지되거나 턴온될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이후, 전력저장제어부(81)는 신재생시스템(90)을 제어하여 신재생시스템(90)으로부터 송전된 전력을 전력저장장치(83)에 저장시킬 수 있다(S153).
구체적으로, 전력저장장치(83)의 충전량이 제2 설정치보다 작은 경우, 전력저장제어부(81)는 전력 공급을 신재생시스템(90)에 요청할 수 있다.
신재생시스템(90)의 신재생제어부(91)는 전력저장제어부(81)로부터의 전력 공급을 요청받고, 그 요청에 응답하여 신재생 에너지 생성원(93)을 가동하여 신재생 에너지 생성원(93)으로부터 전력을 생성할 수 있다.
신재생제어부(91)는 신재생 에너지 생성원(93)으로부터 생성된 전력을 전력저장시스템(80)으로 송전할 수 있다. 전력저자제어부는 전력저장장치(83)를 제어하여 신재생 에너지 생성원(93)으로부터 송전된 전력을 전력저장장치(83)에 저장시킬 수 있다.
신재생 에너지 생성원(93)으로부터의 전력이 전력저장장치(83)에 저장되는 동안, 본 발명의 전력보상장치(50)로부터 유효전력이 전력계통(30)에 계속 공급해주어야 하는 상황이라면, 전력보상제어부(71)는 제1 및 제2 스위치를 턴온시키고 커패시터(77)에 남아있는 10% 내지 40%의 충전량을 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급하여 줄 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
전력저장장치(83)에 신재생 에너지 생성원(93)으로부터 송전된 전력의 저장이 완료되면, 제1 및 제2 스위치가 턴온되어 전력저장장치(83)의 전력이 전력보상시스템(70)으로 송전되어 커패시터(77)에 충전될 수 있다. 전력저장장치(83)의 전력이 커패시터(77)에 충전된 후, 컨버터(75)의 전력 변환 과정을 통해 AC 전압의 유효전력이 전력계통(30)으로 공급될 수 있다.
다른 예로서, 전력저장장치(83)에 신재생 에너지 생성원(93)으로부터 송전된 전력의 저장이 완료되면, 제3 스위치가 턴온되어 전력저장장치(83)의 전력이 전력보상시스템(70)의 컨버터(75)로 직접 송전되어, 컨버터(75)의 전력 변환 과정을 통해 AC 전압의 유효전력이 전력계통(30)으로 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력보상시스템(70)의 커패시터(77)에 충전된 전력을 이용하여 전력계통(30)에 유효전력을 공급하고, 커패시터(77)에 충전된 전력을 전력계통(30)에 더 이상 공급할 수 없을 때에는 전력저장시스템(80)의 전력저장장치(83)에 저장된 전력을 직접 전력계통(30)에 공급하여 줌으로써, 도 10에 도시한 바와 같이 항상 지속적으로 유효전력을 전력계통(30)에 공급하여 주어 전력계통(30) 상에서 안정적인 전력 공급이 가능하다.
<유효전력흡수모드>
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효전력흡수모드시의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
유효전력흡수모드로 동작되는 경우, 전력계통(30)의 유효전력이 전력보상시스템(70)의 커패시터(77)나 전력저장시스템(80)의 전력저장장치(83)에 충전될 수 있다. 예컨대, 전력계통(30)의 유효전력이 우선적으로 전력보상시스템(70)의 커패시터(77)에 충전되고, 커패시터(77)의 충전이 완료되는 경우 전력계통(30)의 유효전력이 전력저장시스템(80)의 전력저장장치(83)에 저장될 수 있다.
유효전력흡수모드로 동작되는 경우, 전력보상제어부(71)는 제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)를 제어하여 제1 및 제2 스위치를 턴온시키고 제3 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)으로부터 측정한 주파수가 설정 주파수, 예컨대 60Hz의 상용 주파수보다 큰 경우 전력계통(30)에 유효전력이 과잉으로 넘치는 것으로 판단할 수 있다.
전력보상제어부(71)는 이와 같은 판단 결과를 토대로 전력계통(30)의 유효전력을 전력보상부(73)의 커패시터(77)에 충전시킬 수 있다(S161).
구체적으로, 전력계통(30)에 유효전력이 과잉으로 넘치는 것으로 판단되는 경우, 전력보상제어부(71)는 컨버터(75)를 제어하여 전력계통(30)의 AC 전압의 유효전력을 DC 전압의 유효전력으로 변환한 후 상기 변환된 DC 전압의 유효전력을 커패시터(77)에 충전시킬 수 있다.
커패시터(77)가 완전히 충전되어 전력계통(30)의 유효전력이 충전될 수 없는 경우(S163), 전력보상제어부(71)는 제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)를 제어하여 제1 및 제2 스위치를 턴오프시키고 제3 스위치를 턴온시킬 수 있다.
이에 따라, 전력계통(30)의 유효전력이 전력보상부(73)의 컨버터(75)를 경유하여 전력저장시스템(80)으로 송전될 수 있다.
전력저장시스템(80)의 전력저장제어부(81)는 전력보상시스템(70)으로부터 유효전력이 송전되는 경우, 전력저장장치(83)를 제어하여 상기 송전된 유효전력을 전력저장장치(83)에 저장시킬 수 있다(S167).
전력저장제어부(81)는 전력저장장치(83)에 전력보상시스템(70)으로부터 송전된 유효전력을 저장하기 전에, 신재생시스템(90)으로부터 생성된 전력이 송전되고 있는지를 확인할 수 있다.
전력보상시스템(70)으로부터 유효전력이 송전되는 경우, 전력저장장치(83)에 저장하기 위해 신재생시스템(90)으로부터 전력을 송전받을 필요가 없다.
따라서, 확인 결과 신재생시스템(90)으로부터 전력이 송전되고 있는 경우, 전력저장제어부(81)는 신재생시스템(90)을 제어하여 신재생시스템(90)으로부터 전력이 송전되지 않도록 할 수 있다(S165).
구체적으로, 신재생시스템(90)으로부터 전력이 송전되고 있는 경우, 전력저장제어부(81)는 신재생시스템(90)으로 전력의 송전을 중지할 것을 요청할 수 있다. 신재생시스템(90)의 신재생제어부(91)는 이러한 요청에 응답하여 신재생시스템(90)에서 생성된 전력을 전력저장시스템(80)으로 송전하지 않도록 하거나 신재생 에너지 생성원(93)의 가동을 중지하여 더 이상 전력이 생성되지 않도록 할 수 있다.
한편, 전력보상시스템(70)의 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)의 주파수를 모니터링하여 전력계통(30)의 유효전력이 흡수되어 전력계통(30)의 주파수가 안정 범위 이내에 있는지를 판단할 수 있다(S169).
안정 범위는 상용 주파수인 60Hz로부터 ±1.67% 내지 3.4%일 수 있다. 즉, 안정 범위는 58Hz 내지 62Hz일 수 있다. 바람직하게는, 안정 범위는 59Hz 내지 60.5Hz일 수 있다.
이와 같이, 전력계통(30)의 주파수를 안정 범위와 비교하는 것은 전력계통(30)에서 사용하고 정의된 상용 주파수인 60Hz를 항상 유지할 수 없기 때문이다. 국내 전기 사업법에서는 상용 주파수를 60Hz±0.2Hz로 정의하고 있으며, 이를 유지하기 위하여 전력계통에서는 전력 생산과 소비의 불균형을 맞추기 위한 제어를 실시하고 있다. 하지만, 생산과 소비의 불균형으로 주파수의 변동이 야기되며 주파수가 안정범위에서 벗어날 경우 정전 등이 발생할 수 있다. 전력보상시스템은 제어의 수단으로 사용될 수 있으며 그 제어 방법은 후술하기로 한다.
판단 결과 전력계통(30)의 주파수가 안정 범위 이내에 있는 경우, 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)의 유효전력이 흡수되지 않도록 할 수 있다(S171).
이를 위해, 전력보상제어부(71)는 컨버터(75)의 동작을 중지시킬 수 있다. 이와 같이 컨버터(75)의 동작이 중지됨에 따라 컨버터(75)에 포함된 다수의 IGBT 스위치가 스위칭제어되지 않게 되므로 전력계통(30)의 유효전력이 커패시터(77)나 전력저장장치(83)에 저장되지 않게 되고, 이는 곧 전력계통(30)의 유효전력의 흡수 중지를 의미할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력계통(30)의 유효전력을 커패시터(77)에 충전시키고 커패시터(77)가 완전히 충전되는 경우 전력계통(30)의 유효전력을 전력저장장치(83)에 저장시켜 줌으로써, 항상 지속적으로 전력계통(30)의 유효전력을 흡수할 수 있어 전력계통(30) 상에서 안정적인 전력 공급이 가능하다.
이와 같이 전력계통(30)의 유효전력을 전력저장장치(83)에 저장시킬 때에는 신재생시스템(90)으로부터 전력을 송전받지 않아도 되므로, 전력생산으로 인한 비용을 줄일 수 있다.
아울러, 본 발명은 전력계통(30)의 유효전력을 흡수한 커패시터(77)나 전력저장장치(83)를 이용하여 언제든지 전력계통(30)에 유효전력을 공급하여 줄 수 있어, 전력계통(30)에 연계되어 있는 적어도 하나 이상의 전력생성원(20)으로부터 전력을 생성하지 않거나 그 생성량을 줄일 수 있어 전력 생산으로 인한 비용을 줄일 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력보상장치를 도시한 블록도이다.
제3 실시예는 전력보상부(73)에 포함된 커패시터(77)와 제1 내지 제3 스위치소자(110, 112, 114)를 제거한 것을 제외하고는 제1 및 제2 실시예와 유사하다.
전력보상부(73)는 컨버터(75)만을 포함할 수 있다. 따라서, 컨버터(75)의 입력단자는 변압기 및 변류기(51)를 경유하여 전력계통(30)에 접속되고, 컨버터(75)의 출력단자는 전력저장장치(83)에 직접 접속될 수 있다.
아울러, 전력보상제어부(71)는 전력보상부(73)의 컨버터(75)와 전력저장장치(83) 모두를 제어할 수 있다. 또한, 전력보상제어부(71)는 직접 신재생시스템(90)을 제어하여 신재생시스템(90)으로부터 전력을 송전받거나 전력 송전을 중지시킬 수 있다.
제1 예로서, 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)로부터 감지된 전압을 토대로 컨버터(75)를 제어하여 전류의 위상과 전압의 위상을 동기화시켜 전력계통(30)과 무효전력을 교환할 수 있다.
예컨대, 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)에 무효전력이 부족한 경우 전력계통(30)에 무효전력을 보상하고, 전력계통(30)에 무효전력이 과잉으로 넘치면 전력계통(30)으로부터 무효전력을 흡수할 수 있다.
제2 예로서, 전력보상제어부(71)는 전력계통으로부터 감지된 주파수를 토대로 컨버터(75)를 제어하여 전력계통(30)의 유효전력을 흡수하거나 전력계통에 유효전력을 공급할 수 있다.
예컨대, 전력보상제어부(71)는 전력계통(30)에 유효전력이 부족한 경우 전력저장장치(83)에 저장된 전력을 유효전력으로서 전력계통(30)에 공급할 수 있다. 전력보상제어부(71)는 전력저장장치(83)의 전력 저장량이 설정치보다 낮은 경우, 신재생시스템(90)을 제어하여 신재생시스템(90)으로부터 전력을 송전받아 전력저장장치(83)에 저장시킬 수 있다.
일 예로서, 전력저장장치(83)에 저장된 전력을 전력계통(30)에 공급하는 한편 신재생시스템(90)으로부터 송전된 전력을 전력저장장치(83)에 저장시키는 것을 동시에 수행할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다른 예로서, 전력계통(30)에 유효전력을 공급하는 경우, 전력저장장치(83)에 저장된 전력 대신에 신재생시스템(90)의 신재생 에너지 생성원(93)으로부터 생성된 전력을 직접 컨버터(75)를 경유하여 전력계통(30)에 공급할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 전력계통시스템
20: 전력생성원
30: 전력계통
40: 부하
50: 전력보상장치
51: 변압기 및 변류기
60: 상위제어시스템
70: 전력보상시스템
71: 전력보상제어부
73: 전력보상부
75: 컨버터
77: 커패시터
110, 112, 114: 스위치소자
80: 전력저장시스템
81: 전력저장제어부
83: 전력저장장치
90: 신재생시스템
91: 신재생제어부
93: 신재생 에너지 생성원

Claims (24)

  1. 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에 전력을 보상하여 주는 전력보상장치에 있어서,
    상기 전력계통에 접속되어 상기 전력계통에 유효전력 및 무효전력을 보상하여 주는 제1 시스템;
    상기 제1 시스템과 접속되어 상기 유효전력 및 무효전력의 보상에 필요한 전력을 저장하는 제2 시스템; 및
    상기 제2 시스템과 접속되어 상기 제2 시스템에 저장하기 위한 전력을 생성하는 제3 시스템을 포함하는 전력보상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시스템은,
    상기 전력계통에 접속되어 전력을 변환시키는 컨버터;
    상기 컨버터에 접속되어 상기 전력계통으로부터의 유효전력 또는 상기 제2 시스템으로부터의 전력을 충전하는 커패시터; 및
    상기 컨버터 및 상기 커패시터를 제어하는 제1 제어부를 포함하는 전력보상장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 시스템은,
    상기 컨버터와 상기 커패시터 사이에 구비되는 제1 스위치소자;
    상기 커패시터와 상기 제2 시스템 사이에 구비되는 제2 스위치소자; 및
    상기 컨버터와 상기 제2 시스템 사이에 구비되는 제3 스위치소자를 더 포함하는 전력보상장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 시스템은,
    상기 전력계통으로부터의 유효전력을 저장하거나 상기 제3 시스템으로부터 생성된 전력을 저장하는 전력저장장치; 및
    상기 제1 시스템과 데이터통신이 가능하고 상기 전력저장장치를 제어하는 제2 제어부를 포함하는 전력보상장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 시스템은
    상기 제2 시스템으로 송전할 전력을 생성하는 신재생 에너지 생성원을 포함하는 전력보상장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 전력계통의 전압을 토대로 무효전력의 보상 여부를 결정하고,
    상기 컨버터를 제어하여 무효전력을 상기 전력계통에 공급하거나 상기 전력계통으로부터 무효전력을 흡수하는 전력보상장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 커패시터의 충전량을 체크하여 상기 커패시터의 충전량이 부족한 경우, 상기 전력저장장치에 저장된 전력이 상기 커패시터에 충전되도록 제어하는 전력보상장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 전력계통의 주파수를 토대로 유효전력 및 무효전력의 보상 여부를 결정하고,
    상기 컨버터를 제어하여 유효전력 및 무효전력을 상기 전력계통에 공급하거나 상기 전력계통으로부터 유효전력 및 무효전력을 흡수하는 전력보상장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 유효전력의 공급으로 결정되는 경우, 상기 컨버터를 제어하여 상기 커패시터에 충전된 전력을 유효전력으로서 상기 전력계통에 공급하는 전력보상장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 커패시터의 충전량이 부족한 경우, 상기 제2 시스템을 제어하여 상기 전력저장장치에 저장된 전력을 유효전력으로서 상기 전력계통에 공급하는 전력보상장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 전력저장장치의 전력 저장량이 부족한 경우, 상기 제3 시스템을 제어하여 상기 신재생 에너지 생성원으로부터 생성된 전력을 송전 받아, 상기 송전 받은 전력을 상기 전력저장장치에 저장시키는 전력보상장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 유효전력의 흡수로 결정되는 경우, 상기 컨버터를 제어하여 상기 전력계통의 유효전력을 상기 커패시터에 충전시키는 전력보상장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 커패시터가 완전하게 충전되는 경우, 상기 제2 시스템을 제어하여 상기 전력계통의 유효전력을 상기 전력저장장치에 저장시키는 전력보상장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 제3 시스템으로부터 전력이 송전되고 있는 경우, 상기 제3 시스템을 제어하여 상기 제3 시스템으로부터 전력이 송전되지 않도록 하는 전력보상장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 전력계통의 주파수가 안정 범위 이내인 경우, 상기 전력계통의 유효전력의 흡수가 중지되도록 제어하는 전력보상장치.
  16. 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에 전력을 보상하여 주는 전력보상장치에 있어서,
    상기 전력계통에 접속되어 상기 전력계통에 유효전력 및 무효전력을 보상하여 주고, 상기 유효전력 및 무효전력의 보상에 필요한 전력을 저장하는 제1 시스템; 및
    상기 제1 시스템과 접속되어 상기 제2 시스템에 저장하기 위한 전력을 생성하는 제2 시스템을 포함하는 전력보상장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 시스템은,
    상기 전력계통에 접속되어 전력을 변환시키는 컨버터; 및
    상기 컨버터에 접속되어 상기 전력계통으로부터의 유효전력을 저장하거나 상기 제2 시스템으로부터 생성된 전력을 저장하는 전력저장장치;
    상기 컨버터 및 상기 전력저장장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전력보상장치.
  18. 적어도 하나 이상의 전력생성원으로부터 생성된 전력이 부하로 송전되도록 구비된 전력계통에 전력을 보상하여 주기 위해 컨버터 및 커패시터를 포함하는 제1 시스템, 전력저장장치를 포함하는 제2 시스템 및 적어도 하나 이상의 신재생 에너지 생성원을 포함하는 제3 시스템을 포함하는 전력보상장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 시스템에서 상기 전력계통으로부터 전압 및 주파수를 측정하는 단계;
    상기 제1 시스템에서 상기 전압 및 주파수를 바탕으로 무효전력공급모드, 무효전력흡수모드, 유효전력공급모드 및 유효전력흡수모드 중 하나의 모드를 결정하는 단계;
    상기 제1 시스템에서 상기 결정된 모드에 따라 전력을 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 시스템에서 상기 적어도 하나 이상의 신재생 에너지 생성원으로부터 생성된 전력을 상기 전력저장장치에 저장시키는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 시스템의 초기 구동시, 상기 제1 시스템에서 상기 커패시터가 충전되지 않은 경우 상기 제2 시스템을 제어하여 상기 전력저장장치로부터의 전력을 송전받아 상기 커패시터에 충전시키는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 무효전력공급모드 및 상기 무효전력흡수모드시, 상기 제1 시스템에서 상기 컨버터를 제어하여 상기 전력계통으로 무효전력을 공급하거나 상기 전력계통의 무효전력을 흡수하는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 유효전력공급모드시, 상기 제1 시스템에서 상기 커패시터에 충전된 전력을 유효전력으로서 상기 전력계통에 공급하는 단계; 및
    상기 제1 시스템에서 상기 커패시터의 충전량이 부족한 경우, 상기 제2 시스템을 제어하여 상기 전력저장장치에 저장된 전력을 유효전력으로서 상기 전력계통에 공급하는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 시스템에서 상기 전력저장장치의 저장량이 부족한 경우, 상기 제3 시스템을 제어하여 상기 신재생 에너지 생성원으로부터 생성된 전력을 송전 받아 상기 전력저장장치에 저장시키는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 제1 시스템에서 상기 유효전력흡수모드시, 상기 전력계통의 유효전력을 상기 커패시터에 충전시키는 단계;
    상기 제1 시스템에서 상기 커패시터가 완전히 충전된 경우, 상기 제2 시스템을 제어하여 상기 전력계통의 유효전력을 상기 전력저장장치에 저장시키는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제3 시스템으로부터 전력이 송전되고 있는 경우, 상기 제2 시스템에서 상기 제3 시스템을 제어하여 상기 제3 시스템으로부터의 전력 송전을 중지시키는 단계를 더 포함하는 전력보상장치의 제어 방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200054627A (ko) * 2018-11-12 2020-05-20 한국전력공사 전력 회수 장치 및 방법
KR20200082459A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 한국전력기술 주식회사 전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급하는 무정전 전원 장치 및 제어 회로
KR20200092660A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 한국전력공사 전력계통 안정도 개선 장치
KR20210154342A (ko) 2020-06-12 2021-12-21 숭실대학교산학협력단 3상 캐스케이드 멀티레벨 계통 연계형 에너지 저장 시스템 제어장치
KR20220085463A (ko) * 2020-12-15 2022-06-22 한국에너지기술연구원 신재생발전원 및 계통과 연계된 에너지저장장치를 제어하는 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108667037B (zh) * 2018-04-25 2022-02-15 安徽工程大学 基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法及其系统
WO2021013366A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-28 Smart Power Gmbh Method for controlling an energy storage system fur multi-use applications
JP2021166418A (ja) * 2020-04-06 2021-10-14 トヨタ自動車株式会社 電力制御システム

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5329222A (en) * 1992-11-30 1994-07-12 Westinghouse Electric Corporation Apparatus and method for dynamic voltage restoration of utility distribution networks
JP2001157382A (ja) * 1999-11-25 2001-06-08 Nissin Electric Co Ltd 電力貯蔵装置の電池運用方法
US7508173B2 (en) * 2005-12-08 2009-03-24 General Electric Company System and method for providing reactive power support with distributed energy resource inverter
CN101212140B (zh) * 2006-12-29 2010-12-29 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 功率因数自动补偿装置
ES2375101T3 (es) * 2007-09-14 2012-02-24 Abb Technology Ag Sistema de statcom para proporcionar potencia reactiva y/o activa a una red de potencia.
US8874277B2 (en) * 2009-09-15 2014-10-28 Denis Kouroussis Smart-grid adaptive power management method and system with power factor optimization and total harmonic distortion reduction
JP5426440B2 (ja) 2010-03-17 2014-02-26 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 直流給電システム
JP5676767B2 (ja) * 2010-10-01 2015-02-25 三星エスディアイ株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ ＳＤＩ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． エネルギー保存システム用の電力変換システム及びその制御方法
JP2012143018A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Kawasaki Heavy Ind Ltd 系統安定化装置および系統安定化方法
JP5820240B2 (ja) 2011-11-01 2015-11-24 株式会社ダイヘン 電力系統制御システム及び電力系統制御方法
FR2996693B1 (fr) 2012-10-05 2014-11-21 Schneider Electric Ind Sas Compensateur d'energie reactive
US9329612B2 (en) 2012-10-05 2016-05-03 Petra Solar, Inc. Methods and systems for mitigation of intermittent generation impact on electrical power systems
JP6089565B2 (ja) * 2012-10-12 2017-03-08 サンケン電気株式会社 非常用電源システム
KR20150006956A (ko) 2013-07-09 2015-01-20 엘에스산전 주식회사 전력 품질 보상 장치
US9812949B2 (en) * 2013-10-10 2017-11-07 Indy Power Systems Llc Poly-phase inverter with independent phase control
JP6448225B2 (ja) * 2014-06-17 2019-01-09 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co., Ltd. 電力アシストユニットおよび電力アシストシステム
US10879695B2 (en) * 2014-07-04 2020-12-29 Apparent Labs, LLC Grid network gateway aggregation
US20160087440A1 (en) * 2014-07-04 2016-03-24 Stefan Matan Power grid saturation control with distributed grid intelligence
CN105490305A (zh) * 2016-02-02 2016-04-13 国网上海市电力公司 分布式能源接入系统及其电网功率因数提高方法
KR20170135324A (ko) * 2016-05-31 2017-12-08 엘에스산전 주식회사 무효 전력 보상 시스템 및 그 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200054627A (ko) * 2018-11-12 2020-05-20 한국전력공사 전력 회수 장치 및 방법
KR20200082459A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 한국전력기술 주식회사 전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급하는 무정전 전원 장치 및 제어 회로
KR20200092660A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 한국전력공사 전력계통 안정도 개선 장치
KR20210154342A (ko) 2020-06-12 2021-12-21 숭실대학교산학협력단 3상 캐스케이드 멀티레벨 계통 연계형 에너지 저장 시스템 제어장치
KR20220085463A (ko) * 2020-12-15 2022-06-22 한국에너지기술연구원 신재생발전원 및 계통과 연계된 에너지저장장치를 제어하는 장치

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