KR20180064217A - 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템에 관한 것으로서, 분산 전원부, 에너지 저장부, 사용자 부하부, DC 그리드부,에너지 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 분산 전원부는 소수력을 이용하여 전력을 생성하는 소수력 발전기를 포함함으로써, 친환경적으로 전력을 생성할 수 있고, 안정적으로 전력을 공급 및 관리할 수 있으며, 또한 전력 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 신재생 에너지를 이용하는 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 특히 소수력(small hydro power)을 이용하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템에 관한 것이다.
화력 발전과 같은 전통적인 발전 설비의 여러 문제점을 개선하고자, 풍력, 태양광, 조력 등과 같은 신재생 에너지를 이용하는 전력 공급 시스템이 많이 개발되어 왔으며, 이에 따라 소규모의 전력공급원 내에서 수요전력과 공급전력을 제어하는 마이크로그리드(microgrid) 시스템도 활발히 개발되고 있다.
신재생 에너지를 이용한 종래의 마이크로그리드 시스템의 일례로서, 한국등록특허 제10-1212343호에 의하면, 내부 환경 정보 모니터링부, 외부 환경 정보 수신부, 전력 사용량 예측부 및 전원 제어부를 포함함으로써, 재생 에너지원과 상용 전원이 효율적이고 지능적으로 관리되게 하는 마이크로그리드 운영 시스템이 개시되어 있다. 또 다른 일례로서, 한국등록특허 제10-1412742호에 의하면, 디젤발전기, 신재생에너지전원 및 에너지 저장장치를 구비하고, 에너지관리시스템(EMS) 및 전력관리시스템(PMS)을 포함함으로써, 시스템의 안정성을 높인 독립형 마이크로그리드 제어 시스템이 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 마이크로그리드 시스템은 태양광을 주된 신재생 에너지원으로 이용하고 있으므로, 출력 변동이 크고 디젤 발전기에의 의존성이 높아지는 문제가 있다. 따라서 태양광보다는 전력 생성의 변동성이 적고 예측이 용이한 신재생 에너지원을 주력으로 한 마이크로그리드 시스템을 개발할 필요가 있다.
한편, 최근에는 이산화탄소 배출량(CO2)이 매우 적은 청정 에너지원이면서 에너지 밀도가 높기 때문에 소수력 발전이 많이 연구되고 있다. 소수력 발전은 물의 중력으로 수차 날개를 회전시켜 발전 동력으로 사용하는 전력 공급 시스템으로서, 청정에너지 개발이 가능한 범위에서 마이크로급(100kw 이하) 및 피코급(5kw 이하)이 많이 개발되고 있다.
그러나 소수력을 에너지원으로 하는 전력 공급 시스템은 대부분 독립형 시스템으로만 설치되고 있어서, 24시간 발전되는 전력의 충분히 활용하지 못하여 비효율적이다. 따라서 계통과 연계된 소수력을 기반으로 하는 마이크로그리스 시스템을 개발할 필요성이 높다.
본 발명은 상기한 종래의 마이크로그리드 시스템에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 친환경적으로 전력을 생성할 수 있고, 안정적으로 전력을 공급 및 관리할 수 있으며, 또한 전력 이용 효율을 향상시킬 수 있는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로그리드 시스템은 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템으로서, 다수의 에너지원으로부터 전력을 생성하는 분산 전원부; 상기 분산 전원부에서 생성된 전력을 배터리에 충방전시켜 전력을 저장 관리하는 에너지 저장부; 계통 전력을 생성하는 계통 전원부; 상기 분산 전원부 및 계통 전원부에서 생성된 전력을 소비하는 사용자 부하부; 상기 분산 전원부, 에너지 저장부, 계통 전원부로부터의 입력 전압을 공통의 DC 전압으로 변환하고, 상기 사용자 부하부로의 출력 전압을 AC 전압으로 변환하여, 전력을 분배하는 DC 그리드부; 상기 분산 전원부, 에너지 저장부, 계통 전원부, 사용자 부하부 및 DC 그리드부의 상태를 감시하고, 감시 결과에 따라 각각의 동작을 제어하는 에너지 제어부로 이루어진다.
상기 분산 전원부는 소수력을 이용하여 전력을 생성하는 소수력 발전기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에너지 제어부는 상기 소수력 발전기에서 생성되는 소수력 전력량과 상기 사용자 부하부의 부하 사용량을 비교하고, 또한 상기 에너지 저장부의 충전 상태를 감시하여,
a) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량과 동일할 경우, 상기 소수력 전력을 상기 사용자 부하부에 공급하게 하고,
b) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 작고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 미리 설정된 레벨 이상일 경우, 상기 소수력 전력과 더불어 상기 에너지 저장부의 충전 전력을 상기 사용자 부하부에 공급하게 하고,
c) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 작고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 미리 설정된 레벨 이하일 경우, 상기 소수력 전력과 더불어 상기 계통 전원부의 계통 전력을 상기 사용자 부하부에 공급하게 하고,
d) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 크고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 만충 상태가 아닐 경우, 상기 소수력 전력을 상기 사용자 부하부에 공급함과 더불어 상기 에너지 저장부에 충전하도록 하고,
e) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 크고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 만충 상태일 경우, 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량과 동일하게 되도록 상기 소수력 발전기의 발전량을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 에너지 제어부는 상기 소수력 발전기의 유로 상태 및 출력전력 상태를 감시하고, 감시 결과에 따라 상기 유로의 유량 또는 유속을 조절하여 상기 소수력 발전기의 출력 전력을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소수력 발전기는 유입되는 유량 또는 유속을 조절하기 위한 바이패스(bypass) 유로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소수력 발전기는 유입되는 유량 또는 유속을 조절하기 위한 다수의 유량 또는 유속 센서를 포함하며, 상기 유량 또는 유속 센서로부터의 측정값에 근거하여 다음 식과 같이 유로의 유량 또는 유속값을 판정하는 것이 바람직하다.
F: 유량 또는 유속의 판정값
Fn: n번째 센서의 측정값
N; 설치된 센서의 개수
kn: n번째 센서의 거리에 따른 가중값
상기 DC 그리드부는, 상기 소수력 발전기의 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터; 상기 에너지 저장부의 DC 전압을 승압 및 강압하는 DC-DC 컨버터; 상기 AC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 AC 전압으로 변환하여 상기 사용자 부하부에 공급하고, 상기 계통 전원부의 AC 전압을 DC 전압으로 정류하는 인버터/정류기; 및 상기 AC-DC 컨버터, DC-DC 컨버터, 인버터/정류기의 출력을 연결하는 DC 버스를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계통 전원부는 디젤기관을 이용하여 발전하는 디젤 발전기인 것이 바람직하고, 상기 분산 전원부는 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양광 발전기; 및풍력을 이용하여 전력을 생성하는 풍력 발전기를 더 포함할 수 있으며, 상기 소수력 발전기는 펠턴(pelton) 수차가 적용된 소수력 발전기인 것이 바람직하다.
본 발명의 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템은 다음과 같은 유리한 효과를 나타낸다.
첫째, 친환경적이고 출력 전력의 변동이 작은 소수력 발전을 주요 전력 공급원으로 사용함으로써, 환경 공해를 줄이면서 다수의 사용자에게 안정적인 전력을 공급할 수 있다.
둘째, 종래의 태양광 발전기만을 포함하는 시스템에 비해, 발전 설비비가 저렴하고, 디젤 발전기의 가동 시간을 줄일 수 있으므로 경제성이 높다.
셋째, 다수의 분산 전원을 통합적으로 제어함으로써, 전력 공급 관리가 용이하고 각 발전기의 실시간 유지 보수가 가능하다.
넷째, 소수력 발전기의 유로에 다수의 유량 또는 유속 센서를 설치하고, 유량 또는 유속의 측정값에 가중값을 부여하여 정확한 유량 또는 유속값을 구하고, 이에 근거하여 수문의 계폐 정도를 조절함으로써, 유량 또는 유속 센서의 오류값을 낮출 수 있고, 과회전 또는 과전압으로부터 터빈을 안전하게 보호할 수 있다.
다섯째, 계통 전원과 연계하여 사용할 수 있고, 소수력 발전에 의한 24시간 전력 생성이 가능하므로, 에너지 저장 시스템의 활용도가 높다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기에서 펠턴 수차의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서 에너지 제어부의 감시 및 제어 신호를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서 소수력 발전기의 바이패스 유로를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서 소수력 발전 전력의 공급 프로세스를 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기에서 펠턴 수차의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서 에너지 제어부의 감시 및 제어 신호를 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서 소수력 발전기의 바이패스 유로를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 시스템에서 소수력 발전 전력의 공급 프로세스를 나타내는 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명은 다수의 분산 전원을 연결하고 이들로부터의 전력 공급을 제어하는 마이크로그리드 시스템으로서, 도 1에 개략적인 구성을 나타내었고, 도 2에 더 상세한 구성을 나타내었다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 마이크로그리드 시스템은 크게 분산 전원부(100), 에너지 저장부(200), 계통 전원부(300), 사용자 부하부(400), DC 그리드부(500), 에너지 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
먼저, 분산 전원부(100)는 신재생 에너지와 같은 다수의 에너지원으로부터 전력을 생성하는 발전기로서, 소수력을 이용하여 전력을 생성하는 소수력 발전기(110)를 포함한다.
또한, 분산 전원부(100)는 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양광 발전기(120)나 풍력을 이용하여 전력을 생성하는 풍력 발전기(130)를 더 포함할 수 있고, 이외에도 설치 환경에 따라 신재생 에너지를 이용하는 다른 발전기들을 더 추가할 수도 있다.
본 발명의 실시예에서는, 도 3에 나타낸 바와 같은, 펠턴(pelton) 수차가 적용된 소수력 발전기(110)를 상정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 펠턴 수차 방식은 수압관으로 도입된 물의 유량을 제어하여 노즐을 통해 고속으로 분출시키고 이 분류를 버킷에 부딪히게 하여 날개차를 돌려 동력을 얻는 방식으로서, 물의 양이 적으나 고낙차를 얻을 수 있는 곳에 적합하다.
다음으로, 에너지 저장부(200)는 분산 전원부(100)에서 생성된 전력을 배터리에 충방전시켜 전력을 저장하고 관리한다. 에너지 저장부(200)는 배터리 관리를 포함하는 통상적인 ESS(Energy Storage System)와 같이 구성할 수 있으며, 배터리의 충방전 상태, 과충전, 전력 품질, 온도 등을 감시하는 기능을 포함하고 있다.
다음으로, 계통 전원부(300)는 종래의 화력 발전에 의해 전력이 공급되는 전원으로서, 본 실시예에서는 디젤기관을 이용하여 발전하는 디젤 발전기(310)를 사용하고 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 한국전력공사와 같은 계통 전원에 연결시켜 이로부터 계통 전력을 공급받을 수도 있다.
다음으로, 사용자 부하부(400)는 발전된 전력이 사용되는 부하를 의미하는 것으로서, 전력을 소비하는 일반 가정이나 공장이 될 수 있으며, 특히 본 발명의 경우 소수력을 기반으로 하기 때문에 양식장 등이 주요한 사용자 부하가 될 수 있다.
다음으로, DC 그리드(grid)부(500)는 상기한 분산 전원부(100), 에너지 저장부(200), 계통 전원부(300)로부터의 입력 전압을 공통의 DC 전압으로 변환하고, 상기 사용자 부하부(400)로의 출력 전압은 AC 전압으로 변환하여, 각 부하에 전력을 분배한다.
구체적으로, 상기 DC 그리드부(500)는 소수력 발전기(110)의 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터(510), 태양광 발전기(120)의 DC 전압을 승압하는 DC-DC 컨버터(520), 풍력 발전기(130)의 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터(530), 에너지 저장부(200)의 DC 전압을 승압 및 강압하는 DC-DC 컨버터(540)를 포함한다. 또한, 상기한 컨버터들(510, 520, 530, 540)의 출력 전압을 AC 전압으로 변환하여 사용자 부하부(400)에 공급하고, 디젤 발전기(310)의 AC 전압을 DC 전압으로 정류하는 인버터/정류기(550)와, 상기한 컨버터들(510, 520, 530, 540)과 상기한 인버터/정류기(550)의 출력을 연결하는 DC 버스(Bus)(560)를 포함한다.
한편, 에너지 제어부(600)는 상기한 분산 전원부(100), 에너지 저장부(200), 계통 전원부(300), 사용자 부하부(400) 및 DC 그리드부(500)를 통합적으로 제어하는 시스템으로서, 각 구성부의 사용 상태와 출력 상태를 감시하고, 감시 결과를 종합적으로 분석하여, 각 구성부의 동작을 제어하고 최적의 전력 분배를 제공한다.
예를 들어, 에너지 제어부(600)는 통상적인 EMS(Energy Management System)와 같이 구성할 수 있으며, 전압, 전류, 온도 등을 측정하는 계측 기능과, 과충전, 과방전, 과전류, 과온도 등을 표시 및 경보하는 경보 기능, 계측된 데이터를 수집 및 분석하는 분석 기능 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 제어부(600)와 각 구성부 사이에서 통신되는 주요 감시 신호와 제어 신호에 대해 도 4에 개략적으로 나타내었다. 도 4에 도시한 것 이외에도, 발전기 자체의 유지 보수 등을 위한 여러 종류의 감시 및 제어 신호가 있을 수 있으나, 여기서는 설명을 생략한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 에너지 제어부(600)는 소수력 발전기(110)로부터 유로 상태 및 출력전력 상태를 통지받고, 이를 분석하여 유로의 유량 또는 유속을 조절하여 소수력 발전기(110)의 출력 전력을 제어한다. 유로의 유량 또는 유속 조절은 소수력 발전기(110)의 수문이나 터빈의 개폐 정도를 조절하여 달성할 수 있다.
구체적으로, 소수력 발전기에서 출력 전력이 지나치게 높을 경우, 과전압이나 주파수 상승 등의 문제가 발생될 수 있고, 터빈의 회전수 증가, 온도 상승, 베어링 고장 등의 문제가 발생될 수 있다. 또한, 고장이나 수리로 인해 터빈을 사용하지 않을 경우, 터빈에 과회전이나 과전압이 걸릴 수도 있다. 따라서 발전기의 출력 상태에 따라 수문의 개폐 정도를 조절해서 유량 또는 유속을 제어해야 한다.
이를 위해 본 발명의 소수력 발전기(110)에서는 유입되는 유량을 우회시키는 바이패스(bypass) 유로와, 유로의 다수 지점에 설치되어 유량 또는 유속을 측정하는 센서(도시하지 않음)를 더 포함한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 바이패스 유로(112)는 발전기가 설치된 유로(111)와 병렬로 설치되며, 유량이 흐르는 경로를 조절할 수 있는 수문(113, 114)이 설치되어 있다.
에너지 제어부(600)는 유량 또는 유속 센서로부터 취득한 유량 혹은 유속 측정값과 소수력 발전기(110)의 출력 상태에 따라 상기한 수문(113, 114)의 개폐 정도를 조절함으로써, 터빈을 과회전이나 과전압으로부터 보호할 수 있다. 이때, 유량 또는 유속 센서의 측정값은 측정 위치에 따라 지연이나 오차가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 다음 식과 같이 다수의 유량 또는 유속 센서로 유량 또는 유속을 측정하고 이를 조합하여 유량 또는 유속값을 판정한다.
F: 유량 또는 유속의 판정값
Fn: n번째 센서의 측정값
N; 설치된 센서의 개수
kn: n번째 센서의 거리에 따른 가중값
여기서 가중값 kn은 센서가 설치된 위치와 수문(113, 114) 사이의 거리에 따른 가중값으로서, 거리가 짧을수록 가중값은 높아진다.
상기와 같이 다수의 유량 또는 유속 센서의 측정값에 근거하여 정확한 유량 또는 유속값을 판정함으로써, 수문(113, 114)의 계폐 정도를 정확하게 조절할 수 있다. 뿐만 아니라, 일부 센서가 오작동하더라도 유량 또는 유속 판정값의 오류 정도를 낮출 수 있으므로, 과회전 또는 과전압으로부터 터빈을 안전하게 보호할 수 있다.
한편, 에너지 제어부(600)는 에너지 저장부(200)로부터 충방전 전력의 레벨 등을 통지받아서, 충방전 동작과 전력 공급 여부를 제어하고, 디젤 발전기(310)로부터는 전력 공급 상태를 통지받아 전력 공급 여부를 제어한다. 또한, 사용자 부하부(400)로부터 각 부하의 사용량을 통지받고, 각 부하에 대해 선택적으로 전력을 공급하고, DC 그리드부(500)로부터 각종 컨버터 및 인버터의 전압 전류를 통지받아, 컨버터 및 인버터의 전압 변환 동작을 제어한다.
본 발명에서는 소수력 발전을 주된 분산 전력원으로서 사용하고 있으므로, 도 6에 나타낸 바와 같이, 소수력 발전의 전력 공급을 제어해야 한다.
먼저, 에너지 제어부(600)는 소수력 발전기(110)에서 생성되는 소수력 전력량과 상기 사용자 부하부(400)의 부하 사용량을 비교하고, 이어서 에너지 저장부(200)의 충전 상태를 확인한다.
다음으로, 에너지 제어부(600)는 상기한 소수력 전력량, 부하 사용량, 충전 상태에 근거하여 다음과 같이 전력 공급을 제어한다.
a 단계: 소수력 전력량이 부하 사용량과 동일할 경우 (Phydro = Pload), 소수력 전력을 사용자 부하부(400)에 공급한다 (Phydro -> LOAD). 여기서 "Phydro"는 소수력 전력량이고, "Pload"는 부하 사용량이다. 또한, 동일하다는 표현은 완전한 일치를 의미하는 것은 아니고 어느 정도의 오차 범위를 포함한다.
b 단계: 소수력 전력량이 부하 사용량보다 작고, 에너지 저장부(200)의 충전 상태가 미리 설정된 레벨 이상일 경우 (Phydro < Pload, Pess > Pref), 소수력 전력과 더불어 에너지 저장부(200)의 충전 전력을 사용자 부하부(400)에 공급한다 (Pess -> LOAD). 이것은 에너지 저장부(200)의 배터리가 방전 동작을 하는 경우로서, 여기서 "Pess"는 에너지 저장부의 방전 전력량이고, "Pref"는 배터리의 방전 동작이 가능한 최소 저장 전력량이다.
c 단계: 소수력 전력량이 부하 사용량보다 작고, 에너지 저장부(200)의 충전 상태가 미리 설정된 레벨 이하일 경우 (Phydro < Pload, Pess ≤ Pref), 소수력 전력과 더불어 계통 전원부(300)의 계통 전력을 사용자 부하부(400)에 공급한다 (Pgrid -> LOAD).
d 단계: 소수력 전력량이 부하 사용량보다 크고, 에너지 저장부(200)의 충전 상태가 만충 상태가 아닐 경우 (Phydro > Pload, Pess < Pful), 소수력 전력을 사용자 부하부(400)에 공급함과 더불어 에너지 저장부(200)에 충전한다 (Phydro -> ESS). 이것은 에너지 저장부(200)의 배터리가 소수력 전력에 의해 충전되는 경우로서, 여기서 "Pfull"은 배터리가 만충된 상태의 전력량이다.
e 단계: 소수력 전력량이 부하 사용량보다 크고, 에너지 저장부(200)의 충전 상태가 만충 상태일 경우 (Phydro > Pload, Pess ≥ Pfull), 소수력 전력량이 부하 사용량과 동일하게 되도록 소수력 발전기(100)의 발전량을 제어한다 (Phydro-Pload -> 0).
상기 설명한 바와 같이 소수력 발전 전력의 공급을 제어함으로써, 소수력 발전기의 생성 전력을 효율적으로 이용할 수 있고, 소수력 발전기를 적절히 보호할 수 있으며, 친환경적으로 생성된 전기를 다수의 사용자에게 안정적으로 공급할 수 있다.
본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.
100 분산 전원부
110 소수력 발전기
120 태양광 발전기 130 풍력 발전기
200 에너지 저장부 300 계통 전원부
310 디젤 발전기 400, 410, 420, 430 사용자 부하부
500 DC 그리드부 510, 530 AC-DC 컨버터
520, 540 DC-DC 컨버터 550 인버터/정류기
560 DC 버스 600 에너지 제어부
120 태양광 발전기 130 풍력 발전기
200 에너지 저장부 300 계통 전원부
310 디젤 발전기 400, 410, 420, 430 사용자 부하부
500 DC 그리드부 510, 530 AC-DC 컨버터
520, 540 DC-DC 컨버터 550 인버터/정류기
560 DC 버스 600 에너지 제어부
Claims (9)
- 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템으로서,
다수의 에너지원으로부터 전력을 생성하는 분산 전원부;
상기 분산 전원부에서 생성된 전력을 배터리에 충방전시켜 전력을 저장 관리하는 에너지 저장부;
계통 전력을 생성하는 계통 전원부;
상기 분산 전원부 및 계통 전원부에서 생성된 전력을 소비하는 사용자 부하부;
상기 분산 전원부, 에너지 저장부, 계통 전원부로부터의 입력 전압을 공통의 DC 전압으로 변환하고, 상기 사용자 부하부로의 출력 전압을 AC 전압으로 변환하여, 전력을 분배하는 DC 그리드부;
상기 분산 전원부, 에너지 저장부, 계통 전원부, 사용자 부하부 및 DC 그리드부의 상태를 감시하고, 감시 결과에 따라 각각의 동작을 제어하는 에너지 제어부로 이루어지며,
상기 분산 전원부는 소수력을 이용하여 전력을 생성하는 소수력 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에너지 제어부는 상기 소수력 발전기에서 생성되는 소수력 전력량과 상기 사용자 부하부의 부하 사용량을 비교하고, 또한 상기 에너지 저장부의 충전 상태를 감시하여,
a) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량과 동일할 경우, 상기 소수력 전력을 상기 사용자 부하부에 공급하게 하고,
b) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 작고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 미리 설정된 레벨 이상일 경우, 상기 소수력 전력과 더불어 상기 에너지 저장부의 충전 전력을 상기 사용자 부하부에 공급하게 하고,
c) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 작고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 미리 설정된 레벨 이하일 경우, 상기 소수력 전력과 더불어 상기 계통 전원부의 계통 전력을 상기 사용자 부하부에 공급하게 하고,
d) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 크고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 만충 상태가 아닐 경우, 상기 소수력 전력을 상기 사용자 부하부에 공급함과 더불어 상기 에너지 저장부에 충전하도록 하고,
e) 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량보다 크고, 상기 에너지 저장부의 충전 상태가 만충 상태일 경우, 상기 소수력 전력량이 상기 부하 사용량과 동일하게 되도록 상기 소수력 발전기의 발전량을 제어하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에너지 제어부는 상기 소수력 발전기의 유로 상태 및 출력전력 상태를 감시하고, 감시 결과에 따라 상기 유로의 유량 또는 유속을 조절하여 상기 소수력 발전기의 출력 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로 그리드 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 소수력 발전기는 유입되는 유량 또는 유속을 조절하기 위한 바이패스(bypass) 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로 그리드 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 소수력 발전기는 유입되는 유량 또는 유속을 조절하기 위한 다수의 유량 또는 유속 센서를 포함하며,
상기 유량 또는 유속 센서로부터의 측정값에 근거하여, 다음 식과 같이 유로의 유량 또는 유속값을 판정하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로 그리드 시스템.
,
F: 유량 또는 유속의 판정값
Fn: n번째 센서의 측정값
N; 설치된 센서의 개수
kn: n번째 센서의 거리에 따른 가중값
- 청구항 1에 있어서,
상기 DC 그리드부는
상기 소수력 발전기의 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터;
상기 에너지 저장부의 DC 전압을 승압 및 강압하는 DC-DC 컨버터;
상기 AC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 AC 전압으로 변환하여 상기 사용자 부하부에 공급하고, 상기 계통 전원부의 AC 전압을 DC 전압으로 정류하는 인버터/정류기; 및
상기 AC-DC 컨버터, DC-DC 컨버터, 인버터/정류기의 출력을 연결하는 DC 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 계통 전원부는 디젤기관을 이용하여 발전하는 디젤 발전기인 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 분산 전원부는
태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양광 발전기; 및
풍력을 이용하여 전력을 생성하는 풍력 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 소수력 발전기는 펠턴(pelton) 수차가 적용된 소수력 발전기인 것을 특징으로 하는 소수력 발전을 기반으로 하는 마이크로그리드 시스템.
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