KR20180131666A - 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치 - Google Patents

태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전장치에서 생산된 전기의 충방전 상태를 모니터링하여 에너지 저장 시스템이 효율적으로 운영될 수 있도록 하는 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치에 관한 것으로, 태양광 발전 장치에서 생산된 전기를 저장하는 배터리와, 계통 전원 사이에 연결되는 양방향 인버터 및 상기 배터리와 연결되어 상기 배터리에 저장된 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제1 측정부와, 상기 계통 전원과 연결되어 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제2 측정부와, 기상정보와 전력 소비처에서 소비되는 전력량 및 소비패턴을 측정하는 제3 측정부와, 상기 제1 측정부 내지 상기 제3 측정부에서 측정한 정보를 수집하고, 상기 양방향 인버터와 연결되어 상기 양방향 인버터를 제어하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 외부 단말기로 송수신하는 송수신부로 이루어지는 관리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치{Status monitoring apparatus to Solar cell apparatus and System Power Source}
본 발명은 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전장치에서 생산된 전기의 충방전 상태를 모니터링하여 에너지 저장 시스템이 효율적으로 운영될 수 있도록 하는 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며, 주야간, 계절간, 일별간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다.
최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있는데, 이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 배터리 에너지 저장 시스템이다.
배터리 에너지 저장 시스템은 야간의 잉여 전력이나 풍력, 태양광 등의 신재생 에너지원에서 발전된 잉여 전력을 저장하였다가 피크 부하 또는 계통 사고시 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급한다. 이를 통해 신재생 에너지원에 의해 불안정하게 변동되는 계통 전력을 안전화시키고 최대부하 평준화를 달성할 수 있게 된다.
이와 같은 에너지 저장 시스템은 배터리부의 과충전 및 과방전을 방지하는 기술이 요구되며, 이를 해결하기 위해 종래에는 대한민국 등록 특허 제10-0340680 '태양광 발전콘트롤 시스템' (등록일자 : 2002.05.31)이 개시되어 있다.
상기 등록특허에서는 최대충전용량에 가까운 제1 충전용량 이상이면 과충전으로 인식하여 태양 전지 모듈로부터 발전된 전기가 더 이상 배터리부에 충전되지 않도록 하여 전부 방전시키고, 배터리부에 충전된 전기가 방전되어 제2 충전용량에 도달하게 되면 더 이상 태양 전지 모듈로부터 발전된 전기가 방전되지 않고 배터리부에 충전이 이루어질 수 있도록 제어된다.
하지만, 이와 같은 경우 단순히 배터리의 충방전 상태에 따라서 제어가 이루어짐에 따라 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 효율적으로 운영되지 못하는 문제점을 가진다.
즉, 태양광 발전장치의 경우 날씨에 따라 충방전 효율에 차이가 발생하게 되는데, 이를 고려하지 않고 배터리부에 충방전 상태만 고려될 경우 배터리부의 급격한 과방전이 발생할 수 있으며, 이로 인해 배터리부의 수명 저하는 물론 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 효율이 낮아지는 문제점을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 태양광 발전 장치에서 생산된 전력 상태를 측정하며 기상정보, 소비패턴을 분석하여 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 효율적으로 운영될 수 있도록 하는 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치에 있어서, 태양광 발전 장치에서 생산된 전기를 저장하는 배터리와, 계통 전원 사이에 연결되는 양방향 인버터 및 상기 배터리와 연결되어 상기 배터리에 저장된 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제1 측정부와, 상기 계통 전원과 연결되어 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제2 측정부와, 기상정보 및 전력 소비처에서 소비되는 전력량 및 소비패턴을 측정하는 제3 측정부와, 상기 제1 측정부 내지 상기 제3 측정부에서 측정한 정보를 수집하고, 상기 양방향 인버터와 연결되어 상기 양방향 인버터를 제어하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 외부 단말기로 송수신하는 송수신부로 이루어지는 관리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양방향 인버터는 변류기, 변압기 및 주파수 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치는 태양광 발전 장치와 계통 전원의 상태뿐만 아니라 기상정보와 전력 소비처의 소비패턴을 측정하는 측정부를 통해 배터리에 저장된 전력의 충방전을 제어하며, 정전 또는 전력 계통의 부하 피크시 태양광 발전 장치의 독립운전을 통하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 측정부에서 측정한 데이터를 외부 단말기로 용이하게 전송하여 배터리 에너지 저장 시스템의 전력관리 정보를 사용자가 원격으로 용이하게 확인 및 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치가 채용된 에너지 저장 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 인버터를 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치가 채요된 에너지 저장 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 양방향 인버터를 나타낸 구성도이다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치(1000)는 태양광 발전장치(10)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리(20)와 계통 전원(30) 사이에 연결되어, 상기 배터리(20)와 상기 계통 전원(30)의 전력 정보를 측정하고, 측정된 전력 정보를 바탕으로 상기 배터리(20)의 충방전을 제어하고 외부 단말기로 측정된 정보를 제공함으로써 사용자가 원격으로 전력 상태를 감시하고 향상된 안전성을 제공하게 된다.
이를 위해 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치는 양방향 인버터(100)와 관리유닛(200)을 포함한다.
먼저, 상기 양방향 인버터(100)는 상기 태양광 발전 장치(10)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리(20)와, 상기 계통 전원(30) 사이에 연결되고, 상기 양방향 인버터(100)는 전류를 변성시키는 변류기(110)와, 전압을 변성시키는 변압기(120) 및 상기 배터리(20)와 상기 계통 전원(30)의 주파수를 입력받아 상기 배터리(20)의 주파수를 조절하는 주파수 제어기(130)가 구비된다.
또한, 상기 양방향 인버터(100)는 상기 배터리(20)에서 전력 소비처(40)로 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환시키고, 상기 계통 전원(20)에서 상기 배터리(20)로 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환시킨다.
이때, 상기 배터리(20)는 리튬이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 및 납 배터리 중 적어도 하나로 구성되며, 본 발명에서는 단주기 충방전식으로 작동하며, 무게 대비 에너지 밀도가 크며, 자가 방전에 따른 전력손실이 적은 리튬이온 배터리를 일예로 설명된다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치에 대해 상세하게 설명하면, 상기 관리 유닛(200)은 상기 배터리(20)와 연결되어 상기 배터리에 저장된 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제1 측정부(210)와, 상기 계통 전원(30)과 연결되어 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제2 측정부(220)와, 기상정보 및 전력 소비처(40)에서 소비되는 전력량 및 소비패턴을 측정하는 제3 측정부(230)와, 상기 제1 측정부(210) 내지 상기 제3 측정부(230)에서 측정한 정보를 수집하고 상기 양방향 인버터(100)와 연결되어 상기 양방향 인버터(100)를 제어하는 제어부(240)와, 상기 제어부(340)와 연결되어 수집한 정보를 외부 단말기로 송수신하는 송수신부(250)를 포함한다.
먼저, 상기 제1 측정부(210)는 상기 태양광 발전 장치(10)에서 생산되는 전기가 충전되는 상기 배터리(20)로부터 전력량, 전압, 및 전류에 관한 정보를 수집하여 상기 제어부(240)에 전달하고, 상기 제2 측정부(220)는 상기 계통 전원(30)과 연결되어 전력량, 전압 및 전류 등의 전력정보를 수집하여 수집된 정보를 상기 제어부(240)에 전달하고, 상기 제3 측정부(230)는 기상정보와 전력 소비처(40)에서 소비되는 전력량 빛 소비패턴 등의 정보를 수집하여 수집된 정보를 상기 제어부(240)에 전달한다.
이때, 상기 제어부(240)는 상기 양방향 인버터(100)를 제어하는 것으로, 상기 제1 측정부(210)와 상기 제2 측정부(220)에서 측정한 정보를 통해 상기 배터리(20)에 저장된 전력량이 최대충전용량에 가까운 제1 충전량에 도달하면 상기 배터리(20)에서 상기 전력 소비처(40)에 전력을 공급하고, 상기 배터리(20)에 저장된 전력량이 과방전 용량에 가까운 제2 충전량에 도달하면 상기 배터리(20)에서 전력 공급을 차단하며 다시 충전하게 된다.
한편, 상기 제어부(240)는 상기 제3 측정부(230)에서 측정한 기상정보 및 상기 전력 소비처(40)에서 소비되는 전력량과 소비패턴을 분석하여, 상기 배터리(20)에 저장된 전력량이 최대충전용량에 가까운 제1 충전량에 도달하더라도 기상 상황의 악화로 상기 태양광 발전 장치(10)에서 전력 생산이 어려운 경우 상기 계통 전원(30)에서 상기 전력 소비처(40)에 전력을 공급하며, 전력 요금이 비싼 피크 시간대일 경우에는 상기 계통 전원(30)에서 공급을 중단하고 상기 배터리(20)에서 상기 전력 소비처(40)에 전력을 공급한다.
더불어, 상기 제어부(240)는 상기 제2 측정부(220)에서 상기 계통 전원(30)의 전압 상태를 측정한 자료를 분석하여 상기 계통 전원(30) 이상 발생 여부를 감시하며, 상기 계통 전원(30)에 이상이 발생하면 상기 계통 전원(30)을 차단시키고, 상기 계통 전원(30)이 정상 상태로 복귀하면 상기 계통 전원(30)을 연결시킨다.
한편, 상기와 같이 기록 및 저장되는 상기 제어부(240)에는 상기 배터리(20)에 전력이 충전 및 방전 시간과 이상 상태 횟수 등이 포함될 수 있으며, 누적된 데이터를 통해 상기 배터리(20)의 교체 시기 등의 정보를 판단할 수 있는 자료를 제공할 수 있다.
다음으로, 상기 송수신부(250)는 상기 제어부(240)와 연결되어, 상기 제어부(240)에 저장된 정보를 전달받아 저장된 정보를 외부 단말기(m)로 수신한다.
상기 송수신부(250)에는 상기 외부 단말기(m)와의 연결을 위한 Ethernet 또는 USB포트 및 I/O포트 중 하나 이상이 구비되어 PC 또는 스마트폰과 같은 상기 외부 단말기(m)로 데이터를 제공한다.
상기 외부 단말기(m)는 상기 송수신부(250)를 통해 수집되는 정보를 바탕으로 기록 및 저장하여 상기 양방향 인버터(100)의 연결 상태 및 정상구동 상태를 확인할 수 있는 GUI 화면을 구성할 수 있다. 상기 송수신부(250)를 통해 수집되는 정보를 바탕으로 상기 태양광 발전 장치(10)에서 상기 배터리(20) 공급되는 전력량, 전압 및 전류를 표시하고, 상기 계통 전원(30)에서 공급되는 전력량, 전압 및 전류를 표시뿐만 아니라, 기상상태 및 상기 전력 소비처(40)의 소비패턴을 분석하여 사용자가 상기 외부 단말기(m)를 통해 외부에서도 확인할 수 있다.
또한, 상기 외부 단말기(m)의 화면은 특정 시간대의 데이터, 하루간의 데이터, 한 달간의 데이터로 각각 조회구간을 설정하여 에뮬레이터 그래프로 도시될 수 있으며, 이와 같은 데이터는 모바일에도 적용되어 모바일을 통해 전력사용량과 전력망정보 등의 전력관리 모니터링이 수행될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 사용자가 상기 외부 단말기(m)에 표시되는 상태에 따라 상기 외부 단말기(m)를 조작하게되고, 이에 따라 상기 송수신부(250)는 조작된 정보를 수신하여 상기 제어부(240)에 정보를 전달하며, 상기 제어부(240)는 상기 양방향 인버터(100)를 제어함으로써, 원격으로 제어가 가능한 태양광 발전장치와 계통전원의 상태 감시 장치(1000)를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 태양광 발전 장치
20 : 배터리
30 : 계통전원
40 : 전력 소비처
100 : 양방향 인버터
110 : 변류기
120 : 변압기
130 : 주파수 제어기
200 : 관리 유닛
210 : 제1 측정부
220 : 제2 측정부
230 : 제3 측정부
240 : 제어부
250 : 송수신부

Claims (2)

  1. 태양광 발전 장치에서 생산된 전기를 저장하는 배터리와, 계통 전원 사이에 연결되는 양방향 인버터; 및
    상기 배터리와 연결되어 상기 배터리에 저장된 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제1 측정부와, 상기 계통 전원과 연결되어 전력량, 전압 및 전류를 측정하는 제2 측정부와, 기상정보 및 전력 소비처에서 소비되는 전력량 및 소비패턴을 측정하는 제3 측정부와, 상기 제1 측정부 내지 상기 제3 측정부에서 측정한 정보를 수집하고, 상기 양방향 인버터와 연결되어 상기 양방향 인버터를 제어하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 외부 단말기로 송수신하는 송수신부로 이루어지는 관리 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 양방향 인버터는,
    변류기, 변압기 및 주파수 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치.

KR1020170066794A 2017-05-30 2017-05-30 태양광 발전장치와 계통 전원의 상태 감시 장치 KR20180131666A (ko)

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