KR20190018155A - 하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 시스템 및 방법은 하이브리드 전력 시스템과 통신하는 제어기를 포함한다. 제어기는 또한 하이브리드 전력 시스템 내에서 전력 생성 또는 전력 소비와 관련된 정보를 수신하기 위해 적어도 하나의 지식 시스템과 통신한다. 제어기는 하이브리드 전력 시스템에서 각각의 전력 컨버터에 대한 제어 커맨드를 생성하고 하이브리드 전력 시스템에서 각각의 디바이스로의 및 이로부터의 전력 흐름의 로그를 유지한다. 제어기는 또한 유틸리티 그리드의 제공자와 통신하며, 유틸리티 그리드의 제공자로부터 제공된 커맨드에 응답하여 각 전력 컨버터에 대한 제어 커맨드를 생성할 수 있다.

Description

하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 6월 8일자로 출원되고, 발명의 명칭이 하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 방법 및 장치인 미국 가출원 제62/347,210호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 본원에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 발명은 하이브리드 전력 시스템을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 그 각각이 공통 전기 버스에 커플링되는 하나 이상의 전력 생성원, 저장 디바이스, 부하, 유틸리티 그리드(utility grid), 오프 그리드 전력 시스템 또는 그 조합 사이의 에너지 전달 및 전력 흐름을 관리한다.
최근에, 에너지에 대한 수요 증가 및 화석 연료의 공급에 대한 우려 증가 및 그에 대응하는 오염은 재생 가능 에너지원에 대한 관심을 증가시켰다. 가장 통상적이며 가장 잘 개발된 재생 가능 에너지원 중 2개는 광전지 에너지와 풍력 에너지이다. 다른 재생 가능 에너지원은 연료 전지, 수력 전기 에너지, 조력 에너지, 바이오 연료 또는 바이오매스 발전기를 포함할 수 있다. 그러나 재생 가능 에너지원을 사용하여 전기 에너지를 생산하는 것은 새로운 과제의 세트를 제시한다.
유틸리티 그리드이든 또는 오프-그리드 시스템이든 기존의 AC 그리드에 재생 가능 에너지원을 접속하기 위한 하나의 과제는 재생 가능 에너지원이 종종 가변적인 에너지 공급을 제공한다는 것이다. 공급은 예를 들어, 풍량, 구름량 또는 시간대에 따라 변할 수 있다. 또한, 상이한 에너지원은 상이한 유형의 전기 에너지를 제공한다. 예를 들어, 풍력 터빈은 가변 전압 및 주파수를 갖는 교류(AC) 에너지를 제공하는 데 더 적합하고, 광전지는 직류(DC) 에너지를 제공하는 데 더 적합하다. 결과적으로, 복수의 재생 가능 에너지원을 유틸리티 그리드, 독립형 마이크로 터빈 및 발전기 또는 연료 전지와 같은 다른 전력 생성 시스템과 AC 및/또는 DC 출력을 갖는 단일 시스템으로 결합하는 것은 이러한 각각의 상이한 에너지원의 통합을 필요로 한다.
일부 재생 가능 에너지원에 의해 공급되는 에너지의 가변적인 특성은 또한 전력 시스템에 에너지 저장 디바이스를 통합하는 것을 바람직하게 만들 수 있다. 에너지 저장 디바이스는 재생 가능 에너지원 또는 대안적으로 유틸리티 그리드 또는 다른 전력 생성원에 의한 피크 생산 기간 동안 충전될 수 있다. 그러면, 에너지 저장 디바이스는, 재생 가능 에너지원이 시스템의 부하에 의해 요구되는 것보다 적은 에너지를 생성할 때 재생 가능 에너지원을 보충하기 위해 저장된 에너지를 전달할 수 있다.
재생 가능 에너지원을 전기 그리드에 접속하는 과제 외에, 재생 가능 에너지원의 수의 증가가 전기 그리드 자체에 대한 과제를 제시한다. 공급되는 에너지의 가변적인 특성은 수요의 상당한 변동으로 귀결될 수 있으며, 유틸리티가 재생 가능 에너지원에 의한 전력 생성이 낮을 때 추가 에너지를 공급하거나 재생 가능 에너지원에 의한 전력 생성이 높을 때 초과 에너지를 흡수할 것을 요구한다. 유틸리티 그리드는 재생 가능 에너지원을 제어할 능력이 없어도 모든 전기 소비자에게 균형 있는 부하를 유지하도록 구성되어야 한다.
따라서, 전기 그리드의 공급자가 재생 가능 에너지 자산을 제어하기 위한 액세스를 가질 수 있는 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
재생 가능 에너지원의 소유자가 직면한 다른 과제는 그 수요를 공급하기 위한 가장 경제적인 에너지 생성을 달성하는 능력이다. 예를 들어, 풍력 터빈의 소유자는, 평균 풍속이 증가하면 일부 저녁 시간 동안 더 많은 전력 생성 용량을 실현할 수 있다. 그러나 유틸리티 그리드는 낮 동안 제공되는 에너지에 대해 더 많이 과금할 수 있으며, 저녁 동안 제공되는 에너지에 대해 더 적게 과금할 수 있다. 그러므로, 저녁 시간 동안 풍력 터빈에 의해 생성된 에너지를 다음 낮 동안 사용하기 위해 저장하고, 이에 의해 더 낮은 요금으로 유틸리티 그리드로부터 에너지를 이용하고, 유틸리티 그리드가 더 높은 요금으로 과금하는 기간 동안 풍력 터빈으로부터 생성된 에너지를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 재생 가능 에너지 자산의 소유자가 전체 에너지 비용을 감소시키기 위해 에너지 자산의 이용을 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
상술한 바와 일관되게, 그리고 본원에서 구현되고 광범위하게 설명되는 본 발명에 따라, 하이브리드 전력 시스템에서의 전력 흐름 및 에너지 전달을 제어하기 위한 방법 및 장치가, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 적절히 상세하게 설명된다.
본 발명은, 전기 그리드의 공급자가 재생 가능 에너지 자산을 제어하기 위한 액세스를 가질 수 있는 시스템을 제공한다.
본 발명은 재생 가능 에너지 자산의 소유자가 전체 에너지 비용을 감소시키기 위해 에너지 자산의 이용을 제어할 수 있는 시스템을 추가로 제공한다.
하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 시스템 및 방법은 하이브리드 전력 시스템과 통신하는 제어기를 포함한다. 제어기는 또한 하이브리드 전력 시스템 내의 전력 생성 또는 전력 소비에 관한 정보를 수신하기 위해 적어도 하나의 지식 시스템과 통신할 수 있다. 제어기는 하이브리드 전력 시스템에서 각각의 전력 컨버터에 대한 제어 커맨드를 생성하고 하이브리드 전력 시스템 내의 각각의 디바이스로/로부터의 전력 흐름의 로그를 유지한다. 제어기는 또한 유틸리티 그리드의 공급자와 통신하며, 유틸리티 그리드의 공급자로부터 제공된 커맨드에 응답하여 각 전력 컨버터에 대한 제어 커맨드를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하기 위한 전력 제어 시스템이 개시된다. 전력 제어 시스템은 복수의 전력 컨버터, 적어도 하나의 인버터, 복수의 에너지 레귤레이터 및 제어기를 포함한다. 각각의 전력 컨버터는 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와 공유된 전기 버스 사이에 접속되어 전기 에너지 생성원과 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어한다. 인버터는 공유된 전기 버스와 전기 부하 사이에 접속되어 공유된 전기 버스와 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어한다. 각각의 에너지 레귤레이터는 공유된 전기 버스와 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어 공유된 전기 버스와 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어한다. 제어기는, 전력 제어 시스템의 원하는 동작에 대응하는 커맨드를 수신하고, 전력 제어 시스템의 과거 동작 상태 및 장래 동작 상태 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 입력을 수신하고, 복수의 제어 커맨드를 생성하는, 제어기 상의 비일시적 메모리에 저장된 복수의 명령을 실행하도록 동작 가능하다. 각각의 제어 커맨드는 전력 컨버터, 인버터, 또는 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응하고, 복수의 제어 커맨드의 각각은 커맨드 및 적어도 하나의 입력의 함수로서 생성된다. 제어기는 또한 제어 커맨드 각각을 대응하는 전력 컨버터, 인버터 또는 에너지 레귤레이터에 송신하여, 전기 에너지 생성원, 전기 에너지 저장 디바이스 및 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 제어기는 네트워크를 통해 전력 컨버터의 각각, 인버터 및 에너지 레귤레이터의 각각과 통신할 수 있다. 제어기는 네트워크를 통해 전력 컨버터의 각각, 인버터 및 에너지 레귤레이터에 대한 현재의 동작 상태를 수신하고, 전력 컨버터의 각각, 인버터 및 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 현재 동작 상태의 함수로서 제어 커맨드를 생성한다. 제어기는 사전 규정된 지속 기간 동안 전력 컨버터의 각각, 인버터 및 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 현재 동작 상태를 저장하는 로그(log)를 생성하도록 추가로 동작 가능하고, 전력 제어 시스템의 과거 동작 상태에 대응하는 적어도 하나의 입력이 로그이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전력 제어 시스템은 공유된 전기 버스와 전력 컨버터, 인버터, 및 복수의 에너지 레귤레이터의 사이의 전압, 전류 및 에너지 전달 레벨 중 하나에 대응하는 신호를 제어기에 제공하는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 제어기는 적어도 하나의 센서로부터 수신된 신호의 함수로서 제어 커맨드를 추가로 생성한다. 제어기는 사전 규정된 지속 기간 동안 하나의 센서로부터의 신호를 저장하는 로그를 생성하도록 추가로 동작 가능할 수 있으며, 전력 제어 시스템의 과거 동작 상태에 대응하는 입력이 로그이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전력 제어 시스템은 제어기와 통신하는 적어도 하나의 지식 시스템을 포함할 수 있으며, 지식 시스템은 제어기에 적어도 하나의 입력을 송신한다. 지식 시스템은 기상 서비스, 에너지 회사, 에너지 시장 및 원격 모니터링 설비 중 하나로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제어기는 유틸리티 그리드 제공자와 통신할 수 있고, 제어기는, 유틸리티 그리드 제공자로부터 제2 커맨드를 수신하고, 유틸리티 그리드 제공자로부터의 제2 커맨드에 응답하여 복수의 제어 커맨드를 생성하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하는 방법이 개시된다. 전력 제어 시스템의 원하는 동작에 대응하는 커맨드가 제어기에서 수신되고, 전력 제어 시스템의 과거 동작 상태 및 장래 동작 상태 중 하나에 대응하는, 제어기에 대한 적어도 하나의 입력이 수신된다. 제어기로 복수의 제어 커맨드가 생성되고, 제어 커맨드의 각각은 복수의 전력 컨버터 중 하나, 적어도 하나의 인버터 및 복수의 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응한다. 각각의 전력 컨버터는 전기 에너지 생성원 중 하나와 공유된 전기 버스 사이에 접속되어 전기 에너지 생성원과 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어하고, 인버터는 공유된 전기 버스와 전기 부하 사이에 접속되어 공유된 전기 버스와 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어한다. 각각의 에너지 레귤레이터는 공유된 전기 버스와 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어 공유된 전기 버스와 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어하고, 복수의 제어 커맨드의 각각은 커맨드 및 적어도 하나의 입력의 함수로서 생성된다. 제어 커맨드의 각각은 대응하는 전력 컨버터, 인버터 또는 에너지 레귤레이터에 송신되어, 전기 에너지 생성원, 전기 에너지 저장 디바이스 및 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하기 위한 전력 제어 시스템이 개시된다. 전력 제어 시스템은 복수의 제1 전력 컨버터, 적어도 하나의 제1 인버터, 복수의 제1 에너지 레귤레이터 및 제1 제어기를 포함한다. 각각의 제1 전력 컨버터는 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와 제1 공유된 전기 버스 사이에 접속되어 전기 에너지 생성원과 제1 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어한다. 제1 인버터는 제1 공유된 전기 버스와 제1 전기 부하 사이에 접속되어, 제1 공유된 전기 버스와 제1 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어한다. 각각의 제1 에너지 레귤레이터는 제1 공유된 전기 버스와 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어 제1 공유된 전기 버스와 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어하고, 제1 제어기는 복수의 제1 제어 커맨드를 생성하도록 구성된다. 복수의 제1 제어 커맨드의 각각은 복수의 제1 전력 컨버터, 적어도 하나의 제1 인버터 및 복수의 제1 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응한다. 제1 제어기는, 전력 제어 시스템의 제1 부분의 원하는 동작에 대응하는 제1 커맨드를 수신하고, 전력 제어 시스템의 제1 부분의 과거 동작 상태 및 장래 동작 상태 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 제1 입력을 수신하고, 제1 커맨드 및 적어도 하나의 제1 입력의 함수로서 복수의 제1 제어 커맨드를 생성하고, 복수의 제1 제어 커맨드의 각각을 대응하는 제1 전력 컨버터, 제1 인버터, 또는 제1 에너지 레귤레이터에 송신하여 이들 사이의 에너지 전달을 관리하는, 제1 비일시적 메모리에 저장된 복수의 명령을 실행하도록 동작 가능하다. 전력 제어 시스템은 또한 복수의 제2 전력 컨버터, 적어도 하나의 제2 인버터, 복수의 제2 에너지 레귤레이터 및 제2 제어기를 포함한다. 각각의 제2 전력 컨버터는 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와 제2 공유된 전기 버스 사이에 접속되어 전기 에너지 생성원과 제2 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어한다. 제2 인버터는 제2 공유된 전기 버스와 제2 전기 부하 사이에 접속되어, 제2 공유된 전기 버스와 제2 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어한다. 각각의 제2 에너지 레귤레이터는 제2 공유된 전기 버스와 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어 제2 공유된 전기 버스와 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어한다. 제2 제어기는 복수의 제2 제어 커맨드를 생성하도록 구성되고, 복수의 제2 제어 커맨드의 각각은 복수의 제2 전력 컨버터, 적어도 하나의 제2 인버터 및 복수의 제2 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응한다. 제1 제어기는, 전력 제어 시스템의 제2 부분의 원하는 동작에 대응하는 제2 커맨드를 수신하고, 전력 제어 시스템의 제2 부분의 과거 동작 상태 및 장래 동작 상태 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 제2 입력을 수신하고, 제2 커맨드 및 적어도 하나의 제2 입력의 함수로서 상기 복수의 제2 제어 커맨드를 생성하고, 복수의 제2 제어 커맨드의 각각을 대응하는 제2 전력 컨버터, 제2 인버터, 또는 제2 에너지 레귤레이터에 송신하여 이들 사이의 에너지 전달을 관리하는, 제2 비일시적 메모리에 저장된 복수의 명령을 실행하도록 동작 가능하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전력 시스템은 또한 제1 제어기 및 제2 제어기와 통신하는 감독 제어기를 더 포함할 수 있으며, 감독 제어기는 제1 커맨드 및 제2 커맨드를 생성한다. 감독 제어기는 제1 제어기 및 제2 제어기 각각으로부터 원격으로 위치된 서버일 수 있다. 선택적으로, 감독 제어기는 제1 제어기 및 제2 제어기 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 이점 및 특징은 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 첨부된 도면은 한정이 아닌 예시의 방식으로 주어진다는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않고도 본 발명의 범위 내에서 다수의 변경 및 변형이 이루어질 수 있으며, 본 발명은 이러한 모든 변형을 포함한다.
본 발명의 바람직하고 예시적인 실시예가 첨부 도면에 나타내어져 있으며, 동일한 참조 번호는 전체적으로 동일한 부분을 나타낸다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 및 하이브리드 전력 시스템의 블록도 표현이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기 및 하이브리드 전력 시스템의 블록도 표현이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기 및 하이브리드 전력 시스템의 블록도 표현이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력 시스템에 접속된 복수의 지식 시스템의 블록도 표현이다.
도 5는 도 1의 하이브리드 전력 시스템 내에 통합된 전력 변환 디바이스의 블록도 표현이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전력 시스템에 대한 유틸리티 그리드와 제어기 간의 예시적인 통신 인터페이스의 블록도 표현이다.
도 7은 조정된 전력 시스템을 구현하기 위해 나란히 동작하는 복수의 제어기 및 복수의 하이브리드 전력 시스템의 블록도 표현이다.
도 8은 하이브리드 전력 시스템과 통신하는 지식 시스템의 블록도 표현이다.
도 9는 하이브리드 전력 시스템의 일 실시예에 통합된 제어기의 블록도 표현이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 컨버터 커맨드를 생성하기 위한 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 도 10으로부터 전력 컨버터 커맨드를 생성하기 위한 추가 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 하이브리드 전력 시스템의 일 실시예에 따른 제어기에 대한 예시적인 사용자 인터페이스이다.
도면에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 명료성을 위해 특정 용어가 사용될 것이다. 그러나, 본 발명이 이렇게 선택된 특정 용어에 한정되는 것으로 의도되지 않으며, 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 등가물을 포함하는 것으로 이해된다. 예를 들어, "접속된", "부착된" 또는 이와 유사한 용어가 종종 사용된다. 이들은 직접 접속에 한정되지 않으며, 다른 요소를 통한 접속을 포함하며, 이러한 접속은 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 동등한 것으로 인식된다.
본 발명은 하이브리드 전력 시스템(10)에서 전력 흐름 및 에너지 전달을 제어하는 방법 및 장치를 제공한다. 구체적으로, 본 발명은, 그 각각이 직접 또는 전력 변환 디바이스에 의해 공통 전기 버스에 커플링되는 하나 이상의 전력 생성원, 저장 디바이스, 부하 및 유틸리티 그리드 사이의 전력 흐름 또는 에너지 전달을 관리한다.
본 설명 전체에 걸쳐, 공통 전기 버스에 생성원 또는 부하를 커플링하는 데 사용되는 전력 변환 디바이스를 설명하기 위해 몇몇 용어가 사용될 것이다. 도 1을 참조하면, 소스 및 부하를 공통 DC 버스(50)에 커플링하는 전력 변환 디바이스는 컨버터(30), 레귤레이터(35) 및 인버터(40)를 포함한다. 컨버터(30)는 교류(AC) 입력을 DC 출력으로 변환하는 전력 변환 디바이스를 지칭한다. 레귤레이터(35)는 제1 전위의 DC 입력을 제2 전위의 DC 출력으로 변환하는 전력 변환 디바이스를 지칭한다. 인버터(40)는 DC 입력을 AC 출력으로 변환하는 전력 변환 디바이스를 지칭한다. 도 5를 또한 참조하면, 각각의 전력 변환 디바이스는 유사한 기본 구성 요소를 포함한다. 컨버터(30), 레귤레이터(35) 및 인버터(40)는 입력(38)에 존재하는 전압 및/또는 전류를 출력(42)에 존재하는 상이한 전압 및/또는 전류로 변환하도록 구성된 전력 전자 섹션(32)을 포함한다. 전력 전자 섹션(32)은 전력 변환 디바이스의 입력(38)과 출력(42) 사이의 전압 및/또는 전류를 선택적으로 도전시키기 위해 스위칭 신호(46)에 의해 제어되는 트랜지스터, 실리콘 제어 정류기(SCR), 사이리스터 등과 같은 복수의 전력 전자 디바이스를 포함한다.
입력(38)에서 전류 및/또는 전압 레벨을 측정하고 제어 유닛(33)에 신호를 제공하기 위해 하나 이상의 센서(39)가 입력(38)에 제공될 수 있다. 하나 이상의 센서(41)가 출력(42)에서 전류 및/또는 전압 레벨을 측정하고 프로세서(34)에 신호를 제공하기 위해 출력(42)에 제공될 수 있다. 입력(38)의 센서(39) 또는 출력(42)의 센서(41) 중 어느 하나는, 입력(38) 또는 출력(42)이 DC 버스(50)에 접속되어 있는지에 따라 DC 버스(50) 상에 존재하는 전압 레벨을 모니터링하고, 다른 소스는, 전력 변환 디바이스가 접속되는 에너지 생성원, 저장 디바이스(24) 또는 부하의 전압 레벨을 모니터링한다.
각각의 전력 변환 디바이스의 제어 유닛(33)은 프로세서(34) 상에서 실행할 수 있는 모듈을 저장하기 위해 프로세서(34)와 통신하는 전력 전자 디바이스(32) 및 메모리(36)로 제어 신호를 전송하기 위해 일련의 명령 또는 모듈을 실행할 수 있는 프로세서(34)를 포함하는 것이 바람직하다. 전력 변환 디바이스의 입력(38) 및 출력(42)에서의 전압 및/또는 전류에 대응하는 센서(39, 41)로부터의 신호는 프로세서(34) 상에서 실행되는 모듈에 의해 판독된다. 모듈은 스위칭 신호(46)를 전력 전자 디바이스(32)로 출력하여 디바이스를 통한 전력 흐름을 조정한다. 대안적으로, 제어 유닛(33)은 스위칭 신호(46)를 생성하고 디바이스를 통한 전력 흐름을 조정하기 위한 전용 제어 하드웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 부스트(boost) 컨버터가 제1 DC 전압 레벨을 더 높은 제2 DC 전압 레벨로 변환하는 데 사용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 하이브리드 전력 시스템(10)의 제1 실시예가 나타내어져 있다. 나타낸 전력 시스템(10)은 적어도 하나의 컨버터(30)를 포함하고, 각각의 컨버터(30)는 생성원에 접속된다. 전력 시스템(10)은 적어도 하나의 레귤레이터(35)를 추가로 포함하며, 각각의 레귤레이터(35)는 적어도 하나의 저장 디바이스(24)에 접속된다. 공통 DC 버스(50)는 각각의 컨버터(30) 및 레귤레이터(35)를 함께 링크한다.
공통 DC 버스(50)는 단일 레벨 또는 다중 레벨 DC 버스일 수 있는 것으로 고려된다. 단일 레벨 버스는 제1 DC 레일 및 제2 DC 레일을 포함한다. 각 DC 레일은 단일 단자, 적절한 전기 도전체에 의해 접속된 다중 단자 또는 버스 바(bar)일 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 단일 레벨 버스는 제1 DC 레일과 제2 DC 레일 사이에 하나의 전위를 확립한다. 다중 레벨 DC 버스는 제1 및 제2 DC 레일을 포함하고, 적어도 제3 DC 레일을 더 포함한다. 다중 레벨 DC 버스는 DC 레일들 사이에 적어도 2개의 상이한 전위를 확립한다. 예를 들어, 다중 레벨 DC 버스는 325 볼트와 같은 양의 전위에서의 제1 DC 레일, 중성 전위에서의 제2 DC 레일, 및 -325 볼트와 같은 음의 전위에서의 제3 DC 레일을 포함할 수 있다. 제1 DC 레일과 제3 DC 레일 사이의 순 전위는 제1 DC 레일과 제3 DC 레일 중 어느 하나와 중성의 제2 DC 레일 사이의 전위의 2배의 전위 또는 650 볼트이다. 따라서, 3개의 상이한 전위가 다중 레벨 DC 버스 상에 존재한다. 각각의 컨버터(30), 레귤레이터(35) 및 인버터(40)는 각각의 전력 변환 디바이스에 접속된 소스, 저장 디바이스(24) 또는 부하의 요건에 따라 3개의 전위 중 임의의 것에 접속할 수 있다.
각각의 컨버터(30)는 생성원과 공통 DC 버스(50) 사이에 전기적으로 커플링된다. 생성원은 바람, 광전지, 수력 전기, 연료 전지, 조력, 생체 연료 또는 바이오매스 생성원을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 본 기술 분야에 알려진 임의의 유형일 수 있다. 이들 소스 각각은 생성원의 유형에 적합한 진폭을 갖는 AC 또는 DC 전압으로 출력되는 전력을 생성한다. 생성원으로부터 출력된 전압은 컨버터(30)의 전력 전자 디바이스(32)에 대한 입력 전압으로서 제공된다. 전력 전자 디바이스(32)는 소스로부터의 전압을 DC 버스에 대한 출력 전압으로서 원하는 DC 전압 레벨로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 전력 시스템이 460 볼트 유틸리티 그리드에 접속하는 경우 원하는 DC 전압 레벨은 650 볼트일 수 있다. 대안적으로, DC 전압 레벨은 특정 DC 부하에 의해 요구될 수 있는 48 볼트와 같은 임의의 원하는 DC 전압일 수 있다. DC 전압 레벨은 미리 설정된 범위 내에서 변할 수 있으며, 생성원과 DC 버스(50) 사이에서 최적의 에너지 변환을 제공하도록 선택될 수 있다. 각각의 컨버터(30)는 DC 버스(50)와 컨버터(30)에 접속된 생성원 사이의 단방향 또는 양방향 전력 흐름을 관리할 수 있다. 예를 들어, 컨버터(30)는 발전기(16) 또는 풍력 터빈(18)으로부터 DC 버스(50)로의 단방향 전력 흐름을 허용하면서, DC 버스(50)와 유틸리티 그리드(12) 사이의 양방향 전력 흐름을 허용할 수 있다.
각 레귤레이터(35)는 공통 DC 버스(50)와 DC 전위를 갖는 다른 디바이스 사이에 전기적으로 커플링된다. 나타낸 실시예에 따르면, 레귤레이터(35)는 예를 들어, PV 어레이(14), 에너지 저장 디바이스(24) 또는 DC 부하(22)에 접속될 수 있다. 저장 디바이스(24)는 배터리, 연료 전지 또는 유동 배터리일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 각각의 저장 디바이스(24)는 단일 디바이스 또는 직렬, 병렬 또는 본 기술 분야에 알려진 그 조합으로 접속된 복수의 디바이스로 이루어질 수 있는 것으로 고려된다. 통상적으로, DC 버스(50)는 제1 DC 전압 레벨에서 동작하고, 저장 디바이스(24)는 제2 DC 전압 레벨에서 동작한다. 대안적으로, DC 버스(50) 및 다른 디바이스(24)는, 레귤레이터(35)가 입력(38)과 출력(42) 사이의 전류 흐름을 제어하는 동일한 DC 전압 레벨에서 동작할 수 있다. 각각의 레귤레이터(35)는 DC 버스(50)와 레귤레이터(35)에 접속된 다른 DC 디바이스 사이의 단방향 또는 양방향 전력 흐름을 관리할 수 있다. 예를 들어, 레귤레이터(35)는 광전지(PV) 어레이(14)로부터 DC 버스(50)로 또는 DC 버스(50)로부터 DC 부하(22)로의 단방향 전력 흐름을 허용하면서 DC 버스(50)와 에너지 저장 디바이스(24) 사이의 양방향 전력 흐름을 허용할 수 있다.
하이브리드 전력 시스템(10)은 DC 버스(50)와 AC 부하 사이에 전기적으로 커플링된 인버터(40)를 추가로 포함할 수 있다. 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터(30)는 DC 버스(50)로부터 유틸리티 그리드(12)로 전력을 전달할 때 인버터(40)로서 동작한다는 것이 추가로 이해된다. 각각의 인버터(40)의 전력 전자 디바이스(32)는 DC 버스(50)와 AC 부하 사이의 양방향 전력 흐름을 허용하도록 구성될 수 있다. 따라서, AC 부하(20)가 재생 동작 조건에 들어가면, AC 부하(20)에 의해 생성된 전력은 DC 버스(50)로 복귀될 수 있다. 임의의 수 및 조합의 부하가 시스템에 접속되어, 부하가 DC 버스(50)에 직접적으로, 인버터(40)를 통해, DC-대-DC 레귤레이터(35)를 통해 또는 그 임의의 조합 또는 복수의 것들로 접속될 수 있는 것으로 고려된다.
제어기(70)는 네트워크 매체(45)를 통해 하이브리드 전력 시스템(10)에 접속된다. 네트워크 매체(45)는 예를 들어, 이더넷 접속을 위한 CAT-5 케이블, 산업용 네트워크 케이블, 독점적인 케이블링 접속, 하나 이상의 라우터, 스위치 또는 다른 네트워크 디바이스, 제어기(70) 및 하나 이상의 전력 변환 디바이스 모두와 통신하는 무선 디바이스, 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 제어기(70)는 또한 지식 시스템(60)에 접속된다. 지식 시스템(60)은 로컬 또는 원격 중 어느 하나일 수 있고, 제어기(70)는 적절한 네트워크 매체(45) 및 인트라넷과 같은 내부 네트워크 또는 인터넷(55)과 같은 외부 네트워크 중 어느 하나를 통해 지식 시스템(60)에 접속된다.
또한, 도 9를 참조하면, 제어기(70)는 단일 블록으로 나타내어진 하나 이상의 사용자 인터페이스(73)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(73)는 사용자로부터 출력을 제공하거나 입력을 수신할 수 있으며, 키패드, 마우스, 터치패드 또는 터치스크린을 포함하지만 이에 한정되지 않는 디스플레이 디바이스 및 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)에 근접하게 위치될 수 있거나 그 내부에 통합될 수 있다. 선택적으로, 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)으로부터 원격으로 위치될 수 있고, 통신 인터페이스(74) 및 네트워크 매체(45)를 통해 접속될 수 있다. 제어기(70)는 이하 보다 상세히 설명되는 바와 같이 하이브리드 전력 시스템의 동작에 관한 정보를 저장하는 하나 이상의 메모리 디바이스(72)를 포함한다. 메모리 디바이스(72)는 휘발성, 비휘발성, 또는 이들의 조합일 수 있다. 제어기(70)는 저장 매체(75)를 추가로 포함하며, 저장 매체(75)는 자기 하드 디스크 드라이브, 솔리드-스테이트 드라이브, CD-ROM 드라이브, DVD-ROM 드라이브, 메모리 카드 판독기 등과 같은 고정식 또는 착탈식 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 매체(75) 및/또는 메모리 디바이스(72)의 적어도 일부는 비일시적인 저장을 제공한다. 제어기(70)는 저장 매체(75) 및/또는 메모리 디바이스(72)에 저장된 하나 이상의 모듈(79)을 실행하여 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)에 대한 커맨드 신호를 생성하도록 동작 가능한 프로세서(71)를 추가로 포함하며, 커맨드 신호는 각 전력 변환 디바이스 내의 전력 흐름을 제어한다. 커맨드 신호는 통신 인터페이스(74) 및 네트워크 매체(45)를 통해 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)로 송신될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어기(70)는 랙-마운트(rack-mount) 형태로 구성된 산업용 컴퓨터이다. 전력 변환 디바이스(30, 35, 40) 및 제어기(70)는, 제어기(70)가 전력 변환 디바이스들과 함께 단일 하우징 내에 독립형 시스템으로서 전달될 수 있도록 각각 동일한 랙 구성으로의 삽입을 위해 설계될 수 있는 것으로 고려된다. 대안적으로, 제어기(70)는 예를 들어, 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)의 제조사에 의해 소유된 설비에 서버가 위치되는 별도의 서버 상에서 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다. 선택적으로, 서버는 요구-기반 컴퓨팅 자원을 이용하여 클라우드 내에서 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다.
다음으로 도 8을 참조하여, 예시적인 지식 시스템(60)이 나타내어진다. 지식 시스템(60)은 단일 블록으로 나타낸 하나 이상의 사용자 인터페이스(63)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(63)는 사용자로부터 출력을 제공하거나 입력을 수신할 수 있고, 키패드, 마우스, 터치패드 또는 터치스크린을 포함하지만 이에 한정되지 않는 디스플레이 디바이스 및 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 지식 시스템(60)은 하이브리드 전력 시스템(10)에 근접하게 위치될 수 있거나 내부에 통합될 수 있다. 선택적으로, 지식 시스템(60)은 하이브리드 전력 시스템(10)으로부터 원격으로 위치될 수 있고, 통신 인터페이스(64) 및 네트워크 매체(45)를 통해 접속될 수 있다. 지식 시스템(60)은 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하이브리드 전력 시스템의 동작에 관련된 정보를 저장하는 하나 이상의 메모리 디바이스(62)를 포함한다. 메모리 디바이스(62)는 휘발성, 비휘발성, 또는 이들의 조합일 수 있는 것으로 고려된다. 지식 시스템(60)은 저장 매체(65)를 추가로 포함하며, 저장 매체(65)는 자기 하드 디스크 드라이브, 솔리드-스테이트 드라이브, CD-ROM 드라이브, DVD-ROM 드라이브, 메모리 카드 판독기 등과 같은 고정식 또는 착탈식 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 매체(65) 및/또는 메모리 디바이스(62)의 적어도 일부는 비일시적 저장을 제공한다. 지식 시스템(60)은 저장 매체(65) 및/또는 메모리 디바이스(62)에 저장된 하나 이상의 모듈(69)을 실행하도록 동작 가능한 프로세서(61)를 추가로 포함한다. 지식 시스템(60)은 또한 전력 시스템(10)의 동작에 영향을 미칠 수 있는 데이터를 저장하는 저장 매체(65)에 저장된 데이터베이스(67)를 포함한다. 지식 시스템(60)은 통신 인터페이스(64) 및 네트워크 매체(45)를 통해 제어기(70)와 통신하여 제어기(70)로 데이터를 송신하거나 이로부터 데이터를 수신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지식 시스템(60)은 부분적으로 또는 전체적으로 별도의 서버 상에 구현될 수 있으며, 서버는 예를 들어, 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)의 제조사 또는 제3자에 의해 소유된 시설에 위치된다. 선택적으로, 서버는 요구-기반 컴퓨팅 자원을 이용하여 클라우드 내에서 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 하이브리드 전력 시스템(10)의 제2 실시예가 나타내어져 있다. 도 3의 전력 시스템(10)은 유틸리티 그리드와 독립적인 독립형 그리드 시스템을 고려한다. 나타낸 실시예에서, 전력 시스템(10)은 공유된 DC 버스(50) 외에 공유된 교류(AC) 버스(51)를 포함한다. 도 1에서 설명된 실시예와 유사하게, DC 버스(50)는 단일 레벨이거나 다중 레벨 버스 중 어느 하나일 수 있다. 전력 시스템(10)은 바람, 광전지, 수력 전기, 연료 전지, 조력, 바이오 연료 또는 바이오매스 생성원을 포함하지만 이에 한정되지 않는 본 기술 분야에 알려진 임의의 유형의 생성원을 포함할 수 있다. 또한, 전력 시스템(10)은 AC 부하(20), DC 부하(22), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
나타낸 실시예에서, 발전기(16)는 AC 버스(51)에 직접 접속된다. 발전기 제어기(17)는 AC 버스(51)에 동기되는 AC 전압을 제공하는 데 필요한 속도로 발전기가 동작하게 유지하도록 제공된다. 전력 시스템(10)은 또한 무효 전력 보상 디바이스를 포함한다. 동기 콘덴서(26) 및 커패시터 뱅크(80)는 모두 AC 버스(51)에 접속되는 것으로 나타내어져 있다. 사이리스터 제어기 리액터와 같은 또 다른 무효 전력 디바이스가 AC 버스(51)에 또한 접속될 수 있다. 동기 콘덴서(26)는 AC 버스(51)에 공급되는 무효 전력의 양을 조정하는 제어기(27)를 포함한다. 유사하게, 커패시터 뱅크(80)는 제어기(86)를 포함하며, 커패시터 뱅크 제어기(86)는 AC 버스(51)에 커패시터(84)를 접속하기 위해 스위치(82)를 선택적으로 개폐함으로써 AC 버스(51)의 역률에 영향을 줄 수 있다. 풍력 터빈(18)은 AC-대-AC 컨버터(90)를 통해 AC 버스(51)에 접속되는 것으로 나타내어진다. AC/AC 컨버터는 풍력 터빈으로부터 DC 전압으로 가변 AC 입력을 우선 변환할 수 있고, 후속적으로 AC 버스(51)와 동기하는 원하는 AC 전압으로 DC 전압 뱅크를 변환할 수 있는 것으로 고려된다.
도 3의 공통 DC 버스(50)는 도 1에 나타낸 바와 같이 버스에 접속된 다수의 동일한 구성 요소를 포함한다. PV 어레이(14)는 제1 전위에서 DC 전압을 생성하고, 레귤레이터(35)는 PV 어레이(14)로부터 공통 DC 버스(50) 상의 전압으로 전압을 변환한다. 저장 디바이스(24)는 마찬가지로 레귤레이터를 통해 DC 버스(50)에 접속된다. DC 버스(50)는 또한 DC 버스(50)와 AC 버스(51) 사이에 접속된 인버터(40)를 포함할 수 있다. 인버터(40)는 DC 버스(50)와 AC 버스(51) 사이에서 전력을 공유하기 위해 컨버터 또는 인버터 중 어느 하나로서 양방향 방식으로 동작할 수 있는 것으로 고려된다.
나타낸 실시예에 따르면, 각각의 버스는 각각의 버스에 접속된 부하를 포함한다. DC 부하(22)는 레귤레이터(35)를 통해 DC 버스(50)에 접속되는 것으로 나타내어진다. 마찬가지로, AC 부하(20)는 AC 버스(51)에 접속되는 것으로 나타내어진다. AC 버스(51)가 AC 부하(20)에 의해 요구되는 것과 다른 전압 또는 주파수에서 조정되는 경우, 선택적인 AC-대-AC 컨버터(90)가 나타내어진다. 선택적으로, AC 버스(51)는 AC 부하(20)가 AG 버스(51)에 직접 접속되기에 적절한 전압 및 주파수에서 조정될 수 있다.
제어기(70)는 적절한 네트워크 매체(45)를 통해 하이브리드 전력 시스템(10)에 다시 접속된다. 제어기(70)는 전력 시스템(10)의 컨버터 및 제어기 각각과 통신하여 독립 그리드의 안정된 동작을 유지한다. 2개의 예시적인 하이브리드 전력 시스템(10)이 논의되었다. 그러나, 구성 요소, 생성원, 버스, 저장 디바이스 등의 상이한 조합을 포함하는 다양한 다른 시스템(10)이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있는 것으로 고려된다. 이하 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 복수의 하이브리드 전력 시스템(10)이 각각의 시스템(10) 내의 구성 요소를 조정하기 위해 별도의 제어기(70)를 각각 포함할 수 있지만, 제어기(70)는 전력 시스템(10) 사이의 전력 흐름을 제어하기 위해 서로 추가로 통신할 수 있는 것으로 추가로 고려된다.
동작시, 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 전력 흐름을 조정하도록 동작할 수 있다. 하이브리드 전력 시스템(10)은 그 전체가 본원에 참조로 통합되고 출원인에 의해 공동 소유되는 미국 특허 제9,093,862호에 설명된 유형일 수 있다. 선택적으로, 하이브리드 전력 시스템(10)은 다른 생성원, 부하 및/또는 전력 변환 디바이스를 포함할 수 있거나 이들의 조합일 수 있다. 제어기(70)는 지식 시스템(60)으로부터의 정보뿐만 아니라 생성원, 부하 및 저장 디바이스 사이의 전력 흐름에 관한 정보를 수신한다. 도 1에 나타낸 실시예에 따르면, 제어기(70)는 네트워크 매체(45)를 통해 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)와 통신한다. 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)(24)는 주기적인 간격으로 생성원에 의해 생성되고, 부하에 의해 끌어내어지고, 저장 디바이스(24)와 DC 버스(50) 사이에서 전달되는 전력의 레벨에 관한 정보를 제어기(70)로 송신할 수 있다. 선택적으로, 하이브리드 전력 시스템(10)은 도 2에 나타낸 실시예에 나타낸 바와 같이, 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)와 DC 버스(50) 사이에서 전달되는 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 하나 이상의 센서(52)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)의 제1 부분은 디바이스를 통한 전력 흐름과 관련된 정보를 주기적으로 송신할 수 있고, 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)의 제2 부분은 센서(52)를 포함할 수 있다.
전력 변환 디바이스(30, 35, 40) 및 지식 시스템(60)으로부터 수신된 정보에 응답하여, 제어기(70)는 수신된 정보의 결과로서 전력 변화 디바이스가 실 전력(real power) 또는 복소 전력(complex power) 중 어느 하나를 전송하라는 커맨드(즉, 킬로와트(kW) 커맨드 또는 킬로바(kVar) 커맨드)를 생성한다. 각각의 커맨드는 네트워크 매체(45)를 통해 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)로 송신될 수 있다. 그 후, 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)는 제어기(70)에 의해 생성된 원하는 커맨드에 대응하도록 디바이스로 전송되는 전력을 모니터링하고 조정할 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 복수의 지식 시스템(60a-60f)이 제어기(70)에 정보를 제공하도록 동작할 수 있는 것으로 고려된다. 나타낸 실시예에 따르면, 지식 시스템의 제1 세트(60a-60d)는 인터넷(55)을 통해 접속되고, 지식 시스템의 제2 세트(60e-60f)는 제어기(70)에 로컬로 접속된다. 제1 지식 시스템은 기상 서비스(60a)일 수 있다. 예를 들어, 기상 서비스(60a)는 다가오는 기상 조건에 대한 예보를 제공할 수 있고 이력 기상 데이터를 제공할 수 있다. 제어기(70)는 평균 일별 온도, 일출 또는 일몰 시간 또는 평균 강우량과 같은 이력 기상 데이터를 조사하도록 구성될 수 있으며, 이력 기상 데이터는 적어도 부분적으로 하이브리드 전력 시스템(10)의 과거 동작 상태를 형성한다. 제어기(70)는 또한 예를 들어, 다음 몇 시간 또는 며칠 동안의 예측 온도, 예측 풍속 또는 예측 일조 레벨을 나타내는 기상 예를 수신하도록 구성될 수 있으며, 기상 예보는 적어도 부분적으로 하이브리드 전력 시스템(10)의 추가적인 동작 상태를 형성한다. 또한, 원격 기상 서비스(60a)는 로컬 기상국(60f)과 협업하여 작업하도록 구성될 수 있다. 로컬 기상국(60f)은 제어기(70)에 근접한 기상 조건에 대응하는 신호를 생성하는 센서를 포함할 수 있다. 센서는 예를 들어, 풍속, 일사량, 강우량 등을 측정할 수 있다. 이러한 실시간 신호는 기상 서비스(60a)로부터의 이력 기상 데이터를 보충할 수 있다.
다른 지식 시스템은 에너지 시장(60b)일 수 있다. 에너지 시장(60b)은 예를 들어, 하이브리드 전력 시스템(10)에 에너지를 공급하거나 이로부터 에너지를 수용할 수 있는 다른 로컬 에너지 그리드일 수 있다. 선택적으로, 에너지 시장(60b)은 수요에 따라 고객 또는 로컬 전기 그리드에 에너지를 공급할 수 있는 능력을 갖는 상업-레벨 에너지 저장 설비일 수 있다. 제어기(70)는 예를 들어, 다른 로컬 에너지 그리드로부터의 공급 또는 수요의 이력 레벨 또는 에너지 저장 설비로부터의 에너지 용량에 대응하는 데이터를 수신할 수 있다. 에너지 시장(60b)에 의한 공급 또는 수요의 이력 레벨은 적어도 부분적으로 제어기(70)의 과거 동작 상태를 제공할 수 있다. 에너지 시장(60b)은 또한 예측된 에너지 공급 또는 수요의 예보를 제공할 수 있으며, 예보는 적어도 부분적으로 제어기(70)의 장래 동작 상태를 제공한다. 또한, 제어기(70)는 로컬 에너지 그리드 또는 에너지 저장 설비로부터의 에너지에 대한 가격 책정에 대한 실시간 업데이트를 수신할 수 있으며, 여기서 가격 책정은 이용 가능한 에너지에 대한 공급 및 수요에 응답하여 변할 수 있다.
또 다른 지식 시스템은 유틸리티 그리드에 에너지를 제공하는 에너지 회사(60c)일 수 있다. 유틸리티 제공자(60c)는 예를 들어, 하루 중 시간 또는 현재 전기 소비에 기초하여 소비자가 전기를 받기 위해 지불할 수 있는 요금을 규정하는 요금 정보를 공급할 수 있다. 유틸리티 제공자(60c)는 특정 설비에서 또는 로컬 영역 내에서의 에너지 소비에 대응하는 이력 또는 실시간 데이터를 제공할 수 있다.
또 다른 지식 시스템은 원격 모니터링 설비(60d)일 수 있다. 나타낸 실시예에 따르면, 모니터링 설비(60d)는 인터넷(55)을 통해 접속된 원격 설비로서 식별된다. 선택적으로, 로컬 모니터링 시스템(60e)은 또한 제어기(70) 부근에 위치되거나 그 내부에 통합될 수 있다. 모니터링 설비(60d)는 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 전력 흐름을 추적할 수 있고 전력 흐름의 실시간 및/또는 이력 데이터를 제어기(70)에 제공할 수 있다. 모니터링 설비는, 예를 들어, 일, 주, 월 또는 그 이상에 걸친 과정과 같은 시간 경과에 따라 전력 시스템(10)에 접속된 부하(20, 22)의 에너지 사용을 추적할 수 있고, 전력 흐름의 경향을 식별할 수 있다. 마찬가지로, 모니터링 설비는 시간이 지남에 따라 에너지원(12-18)에 의한 에너지 생성을 추적하고 전력 생성의 경향을 식별할 수 있다. 모니터링 설비(60d)는 추적된 정보를 제어기(70)에 제공할 수 있으며, 추적된 정보는 적어도 부분적으로 하이브리드 전력 시스템(10)의 과거 동작 상태를 형성한다. 모니터링 기능은 원격 모니터링 설비(60d) 또는 로컬 모니터링 시스템(603) 중 어느 하나 내에서 전체로 수행될 수 있거나, 선택적으로, 모니터링 기능은 2개의 지식 시스템 사이에 공유될 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하면, 흐름도(100)는 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 각각의 전력 컨버터(30, 35, 40)에 대한 제어 커맨드를 생성하기 위해 제어기(70)에 의해 수행되는 단계를 나타낸다. 단계 102에서, 제어기(70)는 초기 사용자 커맨드를 수신한다. 사용자 커맨드는 사용자 인터페이스(73)를 통해 제어기(70)에 직접 입력될 수 있거나, 통신 인터페이스(74)를 통해 제어기(70)에 전달될 수 있는 것으로 고려된다. 사용자 커맨드는 장래의 액세스를 위해 메모리(72) 또는 저장 매체(75)에 저장될 수 있다. 사용자 커맨드는 예를 들어, 실행을 위해 상이한 시간에 할당된 복수의 커맨드를 갖는 스케줄일 수 있고, 스케줄은 데이터 테이블(77)에 저장될 수 있는 것으로 추가로 고려된다. 제어기(70)는 사용자 커맨드를 직접 수신하거나 저장된 사용자 커맨드를 검색한다.
단계(104)에서, 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)에 접속된 하나 이상의 지식 시스템(60)으로부터 데이터를 수신한다. 상술한 바와 같이, 지식 시스템(60)은 하이브리드 전력 시스템(10)의 과거 또는 장래의 동작 상태에 대응하는 데이터를 포함할 수 있다. 데이터는 하이브리드 전력 시스템(10)의 동작에 영향을 줄 동작 동안의 로깅된 데이터 또는 예측 데이터에 대응할 수 있다. 하나 이상의 지식 시스템(70)으로부터 사용자 커맨드 및 데이터를 수신한 후, 제어기(70)는 단계 106에서 나타낸 바와 같이, 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 각각의 전력 컨버터(30, 35, 40)에 대한 제어 커맨드를 생성하기 위해 사용자 커맨드 및 수신된 데이터를 이용할 것이다. 제어 커맨드는 각각의 전력 컨버터에 대해 원하는 동작점을 설정한다. 원하는 제어 커맨드는 예를 들어, 킬로와트(kW) 또는 킬로바(kvar) 커맨드일 수 있는 것으로 고려된다. kW 커맨드는 전력 컨버터를 통해 전달되는 실 전력의 원하는 양을 규정한다. kvar 커맨드는 AC 부하에 제공되거나 AC 생성원으로부터 끌어내어지는 원하는 무효 전력량을 규정한다. 선택적으로, 제어 커맨드는 그 내에서 전력 컨버터가 유휴 상태이고 그 외에서 전력 컨버터가 DC 버스(50)로 전력을 전달하거나 이로부터 전력을 끌어내는 원하는 전압 범위일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제어 커맨드는 전력 컨버터(30, 35, 40) 중 하나의 입력(38) 또는 출력(42) 중 어느 하나에 존재하는 원하는 전압 또는 전류일 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면, 각각의 전력 컨버터(30, 35, 40)에 제어 커맨드(106)를 생성하기 위한 추가 단계가 나타내어진다. 단계 120에서, 제어기(70)는, 사용자 커맨드가 실행될 수 있는지 여부를 검증한다. 사용자 커맨드는 예를 들어, 생성원에 의해 공급될 원하는 양의 전력을 특정할 수 있다. 각 생성원은 출력할 수 있는 최대 전력 레벨을 가지며, 제어기(70)는, 생성원의 조합된 출력이 명령된 전력 레벨을 충족시킬 수 있는지를 검증할 수 있다. 예를 들어, 생성원 중 하나가 유지 보수를 위해 서비스로부터 제거되면 생성원의 총 용량이 커맨드보다 적을 수 있다. 선택적으로, 전력 시스템은 선택적으로 인에이블되고 디스에이블되는 다수의 소스를 포함할 수 있다. 커맨드가 공급보다 큰 경우, 제어기(70)는 단계 122에 나타낸 바와 같이, 추가 소스가 인에이블되기 위해 이용 가능한지 여부를 결정할 수 있다. 추가 소스가 이용 가능한 경우, 제어기(70)는 단계 124에 나타낸 바와 같이, 추가 소스를 인에이블할 수 있다. 소스가 인에이블되기 위해 이용 가능하지 않거나 커맨드가 시스템 용량을 초과하는 경우, 제어기(70)는 단계 126에 나타낸 바와 같이, 사용자 커맨드를 조정할 수 있다. 마찬가지로, 사용자 커맨드가 시스템 용량보다 상당히 적은 경우, 제어기(70)는 단계 124에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 소스를 디스에이블하도록 구성될 수 있어, 전력을 생성하는 소스가 더욱 효율적인 동작점에서 동작할 수 있다.
시스템이 사용자 커맨드를 충족시킬 수 있는지를 검증한 후에, 제어기(70)는 단계 128에 나타낸 바와 같이, 전력 컨버터(30, 35, 40) 각각에 대한 제어 커맨드를 생성한다. 제어기(70) 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 제어 커맨드를 생성하기 위한 다른 방법을 이용하도록 구성될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 제어기(70)는 원하는 전력량을 공급하기 위해 각 생성원들 사이에서 사용자 커맨드를 균등하게 분할할 수 있다. 선택적으로, 제어기(70)는 원하는 전력량을 공급하기 위해 각각의 생성원의 용량에 비례하는 제어 커맨드를 생성할 수 있다. 일부 예에서, 사용자 커맨드는 대체 에너지원(14, 16, 18) 또는 일시에 따른 에너지 저장 디바이스(24)로부터 제공되는 에너지 중 하나와 같은 원하는 소스를 규정할 수 있다. 제어기(70)는 그에 따라 컨버터(30) 및 레귤레이터(35) 각각에 대한 제어 커맨드의 초기 세트를 생성한다.
단계 130에서, 제어기(70)는, 지식 시스템(60)이 하이브리드 전력 시스템에 접속되어 있는지 여부 및 지식 시스템(60)이 제어기(70)에 대한 입력으로서 데이터를 제공했는지 여부를 결정한다. 지식 시스템(60)이 접속되거나 지식 시스템이 제어기(70)에 데이터를 제공하지 않은 경우, 전력 컨버터(30, 35, 40) 각각에 대한 제어 커맨드의 초기 세트는 변경되지 않고 남아 있고, 대응하는 전력 컨버터(30, 35, 40)에 송신된다. 하지만, 하나 이상의 지식 시스템(60)이 하이브리드 전력 시스템(10)에 접속되어 제어기(70)에 데이터를 제공한 경우, 제어기(70)는 단계 132에 나타낸 바와 같이, 제어 커맨드의 초기 세트가 수용 가능한지 여부를 검증하기 위해 데이터를 사용한다.
제어 커맨드의 초기 세트의 검증은 제어기(70)에 제공되는 데이터의 유형에 따른다. 상술한 바와 같이, 지식 시스템은 기상, 에너지 공급 또는 수요, 에너지 비용 또는 사용량에 대응하는 데이터를 제공할 수 있다. 데이터는 예를 들어, 온도, 풍속, 일사량 등과 같은 로깅된 기상 조건 또는 에너지 공급 또는 수요의 이력 경향을 포함하는 과거 동작 상태일 수 있다. 데이터는 또한 예를 들어, 당일 또는 주 또는 월과 같은 연장된 기간에 대한 기상 예보를 포함하는 장래 동작 상태일 수 있다. 장래의 동작 상태는 예를 들어, 에너지 생성원의 용량 및 유지 보수 스케줄에 기초한 예측된 에너지 공급일 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 전력 시스템이 광전지원(14) 및 풍력 터빈(18)을 모두 포함하는 경우, 제어기(70)는 기상 예보를 장래 동작 상태로 이용할 수 있다. 기상 예보가 맑고 평온한 기상을 나타낼 때, 제어기(70)는 광전지원(14)에 대한 제어 커맨드를 증가시키고 풍력 터빈(18)에 대한 제어 커맨드를 감소시킨다. 기상 예보가 흐리고 바람이 부는 기상을 나타낼 때, 제어기(70) 풍력 터빈(18)에 대한 제어 커맨드를 증가시키고 광전지원(14)에 대한 제어 커맨드를 감소시킨다. 예시적인 기상 서비스는 각 기상 조건 예보에 대한 데이터 값을 갖는 장래의 동작 상태를 송신하기 위해 지식원(60)으로서 구성될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 1에서 100까지의 데이터 값의 범위는 완전히 맑은 날부터 완전히 흐린 날까지의 일사량의 범위를 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 예보된 풍속이 데이터 값으로서 직접 송신될 수 있다. 각 지식원(60)은, 제어기(70)에서 수신된 데이터가 단계 134에 나타낸 바와 같이, 필요에 따라 초기 컨버터 커맨드를 조정하는 데 사용될 수 있도록 사전 규정된 포맷으로 제어기(70)로 데이터를 송신하도록 구성된다.
도 10을 다시 참조하면, 제어기(70)는 또한 단계 108에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 전력 시스템(10)의 현재 동작 상태에 대응하는 피드백을 수신한다. 상술한 바와 같이, 피드백은 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)로부터 네트워크(45)를 통해 송신될 수 있고; 시스템(10) 전체에 걸쳐 분포된 센서(52)를 통해 직접 수신될 수 있거나, 그 조합일 수 있다. 단계 110에서, 제어기(70)는 전력 시스템(10)의 현재 동작 상태를 평가할 수 있고, 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)에 대한 제어 커맨드가 원하는 사용자 커맨드를 달성하기에 여전히 적절한지 여부를 결정할 수 있다. 제어기(70)는 예를 들어, 유틸리티 그리드(12)가 동작하는지 여부 및/또는 전력 시스템(10)이 그리드-연계 동작 모드 또는 그리드-독립 동작 모드에서 동작하고 있는지 여부를 모니터링할 수 있다. 그리드가 고장난 경우, 다른 생성원 또는 에너지 저장 디바이스(24)로부터 증가된 수요가 요구될 수 있다. 중단 이후에 그리드가 동작을 재개하면, 대안적인 소스에 대한 제어 커맨드 및/또는 에너지 저장 디바이스(24)에 대한 제어 커맨드가 감소될 수 있거나, 에너지 저장 디바이스(24)에 대해, 제어 커맨드는 에너지 저장 디바이스(24)로 하여금 공유된 전기 버스(50)로 전력을 공급하기보다는 이로부터 전력을 끌어내게 할 수 있다. 컨버터 커맨드에 대한 변경은 단계 112에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 전력 시스템(10)으로부터의 피드백에 기초하여 수행된다.
하이브리드 전력 시스템에서 전력 컨버터(30, 35, 40)에 대한 제어 커맨드를 생성하기 위한 제어기(70)의 일 실시예를 나타내기 위해 도 10 및 도 11이 본원에 설명되었다. 흐름도는 한정하려는 것이 아니며, 본원에서 논의된 단계들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 순서 또는 조합으로 수행될 수 있는 것으로 고려된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상업, 주거 또는 산업 전기 소비자는 하나 이상의 대체 에너지 자산(14, 16 또는 18)을 소유할 수 있고 유틸리티 그리드(12)에 접속될 수 있다. 제어기(70)는 대체 에너지 자산이 어떻게 동작하는지를 결정하기 위해 하나 이상의 지식 시스템(60)으로부터 정보를 수신한다. 논의를 위해, 전기 소비자는 주거용 소비자이고, PV 어레이(14) 및 에너지 저장 디바이스(24)를 소유한다. 초기 사용자 커맨드는 PV 어레이(14)로부터 전기 부하에 모든 전력을 공급하는 것일 수 있다. 모니터 시스템(60d)은 일정 기간 동작을 로깅한다. 모니터 시스템(60d)은, PV 어레이(14)가 이른 아침 시간 동안 거의 또는 전혀 에너지를 생성하지 않고, 그 후 아침 및 정오까지 내내 증가하는 에너지량을 생성하기 시작하는 것으로 결정한다. 하루가 정오를 넘어 계속됨에 따라, PV 어레이(14)는 저녁 시간에 에너지를 거의 또는 전혀 생성하지 않을 때까지 더 적은 에너지를 생성한다. 모니터 시스템(60d)은, 소비자가 하루 종일 지속되는 낮은 양의 전기 부하(20, 22)를 가지고 있다고 추가로 결정한다. 소비자는 아침에 1시간 또는 2시간 동안 그리고 저녁에 몇 시간 동안 부하(20, 22)에 의해 요구되는 전력의 증가를 갖는다.
제어기(70)가 모니터 시스템(60d)으로부터 로깅된 정보 및 사용자 커맨드로부터 원하는 동작을 수신하고, PV 어레이(14)와 DC 버스(50) 사이, 그리고 DC 버스(50)와 에너지 저장 디바이스(24) 사이에 위치된 레귤레이터(35)에 대한 제어 커맨드를 생성하는 것이 본 발명의 제1 양태이다. 또한, 제어기(70)는 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터(30) 및 DC 버스(50)와 AC 부하(20) 사이의 인버터(40)에 대한 제어 커맨드를 생성한다. 아침의 피크 부하 시간 동안, PV 어레이(14)는 아직 부하(20)에 대해 충분한 에너지를 생성하고 있지 않으며, 에너지 저장 디바이스(24)는 이전의 사용으로부터 고갈될 수 있다. 따라서, 제어기(70)는 PV 어레이(14)로부터 모든 전력을 끌어내는 초기 사용자 커맨드를 조정할 수 있고, 부하(20)에 전력을 공급하는 인버터(40)에 의한 사용을 위해 유틸리티 그리드(12)로부터 DC 버스(50)로 전력을 공급할 것을 컨버터(30)에 명령한다. PV 어레이(14)에 의해 생성된 에너지는 에너지 저장 디바이스(24)에 저장되도록 명령받을 수 있다.
아침의 피크 사용이 완료될 때, PV 어레이(14)는 지속적인 부하에 대해 충분한 에너지를 생성하고 있으며, 제어기(70)는 새로운 제어 커맨드를 생성한다. 제어기(70)는 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터(30)를 디스에이블시키고, PV 어레이(14)가 DC 버스(50)에 전체 전력을 공급하도록 명령하는 초기 사용자 커맨드를 따른다. 제어기(70)는 지속적인 AC 부하(20)에 필요한 전력을 끌어내도록 인버터(40)에 명령하고, PV 어레이에 의해 생성되고 DC 버스(50) 상에 존재하는 초과 에너지를 에너지 저장 디바이스(24)로 전달하도록 DC 버스(50)와 에너지 저장 디바이스(24) 사이의 레귤레이터(35)에 명령한다.
증가된 저녁 부하에 대한 기간이 시작될 때, 제어기(70)는 전력 변환 디바이스에 대한 새로운 커맨드를 다시 생성한다. PV 어레이(14)에 의해 생성된 전력은 감소하기 시작하여 부하(20)에 의해 요구되는 전력 모두를 공급할 수 없다. 제어기(70)는 다시 초기 사용자 커맨드를 조정하지만, 제어기(70)는 에너지 저장 디바이스(24)의 충전 레벨을 인식하고, 초기 사용자 커맨드를 충족시키기 위해 유틸리티 그리드로 복귀하기 전에 저장된 전력을 끌어낼 수 있다. 따라서, 제어기(70)는 에너지 저장 디바이스(24)와 DC 버스(50) 사이의 레귤레이터(35)에 부하(20)에 의한 사용을 위해 DC 버스(50)로 전력을 다시 전송하기 시작하도록 명령한다. PV 어레이(14) 및 에너지 저장 디바이스(24)의 조합은, 에너지 저장 디바이스가 고갈되고 PV 어레이(14)가 거의 또는 전혀 에너지를 생성하지 않을 때까지 전력을 계속 공급한다. PV 어레이(14) 및 저장된 에너지가 더 이상 부하에 공급할 수 없는 경우, 제어기(70)는 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터(30)에 부하(20)에 대한 전력을 공급하도록 다시 명령하고, 에너지 저장 디바이스(24)와 DC 버스(50) 사이의 레귤레이터(35)가 디스에이블되도록 명령한다.
본 발명의 다른 양태는, 제어기(70)가 기상 서비스(60a)로부터 정보를 수신하는 것이다. 제어기(70)는 예를 들어, 맑은 날 또는 구름낀 날에 대한 예보를 수신할 수 있다. 마찬가지로, 제어기(70)는 일출뿐만 아니라 일몰에 대한 시간의 일일 표시를 수신할 수 있다. 제어기(70)는 기상 서비스(60a)로부터 수신된 추가 정보에 따라 상기 생성된 커맨드를 수정할 수 있다.
예를 들어, 태양에 대한 예보가 있는 날에, 제어기(70)는 변경 없이 상술한 제어 루틴을 구현할 수 있다. 구름에 대한 예측이 있는 날에, 제어기(70)는 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터(30)가 초기에 빠지는 시간을 변경할 수 있다. 예를 들어 제어기(70)는, PV 어레이(14)가 맑은 날보다 에너지를 덜 생성하고, 유틸리티 그리드(12)가 저장 디바이스(24)를 충전하기 위해 DC 버스(50)에 약간의 에너지를 제공하도록 허용할 것으로 결정한다. 따라서, 저장 디바이스는 맑은 날과 같은 충전량을 받을 수 있다. 또한, 더 긴 일광 지속 기간을 경험하는 날에(즉, 더 이른 일출 및 더 늦은 일몰), 제어기(70)는, PV 어레이(14)가 더 많은 에너지를 생성할 것으로 결정한다.
예보 기상과 조합하여, 제어기(70)는 로컬 기상국(60f)으로부터의 피드백 신호를 이용할 수 있다. 예를 들어, 하루가 맑을 것으로 예측되지만, 구름 기간을 경험한다면, 기상국(60f)은 PV 어레이(14)의 일사광 레벨에 대응하는 신호를 생성한다. 제어기(70)는 또한 PV 어레이(14)에 의해 생성되는 출력 전력을 모니터링할 수 있다. 그 후, 제어기는 PV 어레이(34)에 의해 생성된 실시간 기상 조건 및 전력이 예보 조건으로부터 결정된 바와 같이 예측된 전력을 생성하기에 충분한지 여부를 결정할 수 있다. 그렇지 않다면, 제어기(70)는 실시간 동작 조건에 응답하여 제어기 커맨드를 적응시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제어기(70)는 전력 컨버터에 대한 제어 커맨드를 생성하기 위해 조합하여 각각의 지식 저장소(60)로부터의 모든 정보를 추가로 이용할 수 있다. 예를 들어, 모니터 시스템(60d)은 가장 긴 일광량을 갖는 날에, PV 어레이(14)가 하루 동안 전기 소비자의 수요를 공급하기에 충분한 에너지보다 많이 생성할 수 있음을 나타내는 이력 동작 정보를 가질 수 있다. 제어기(70)는, 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터(30)가 유틸리티 그리드에 과잉 생성 용량을 공급하기 위해 역방향으로 동작되는 동안 PV 어레이(14)에 대한 피크 생산 시간 동안의 기간을 결정할 수 있다. 기상 예보 및 맑은 날 또는 흐린 날의 PV 어레이의 이력 생성 용량과 조합하여, 제어기(70)는 컨버터(30)가 유틸리티 그리드(12)에 전력을 공급하도록 허용되는 지속 기간을 추가로 조정하여, 예를 들어, 흐린 날에 지속 기간을 감소시켜, 에너지 저장 디바이스(24)는 저녁에 여전히 충분히 충전되어 저녁 시간 동안 부하(20, 22)에 의해 요구되는 전력을 제공할 수 있다.
도 7을 또한 참조하면, 복수의 하이브리드 전력 시스템(10)이 함께 접속될 수 있고, 각 전력 시스템의 제어기(70)는 서로 통신하여 각 시스템(10)에서 이용 가능한 자원의 가장 효율적인 사용을 제공할 수 있다. 감독 제어기(90)가 또한 제공되어 각각의 전력 시스템(10)의 동작을 모니터링하고 시스템(10) 사이의 전력의 전달을 조정할 수 있다. 나타낸 실시예에 따르면, 서버가 감독 제어기(90)로서 제공된다. 서버는 인터넷 및/또는 로컬 인트라넷과 같은 네트워크 및 네트워크 매체를 통해 각각의 제어기(70)에 접속될 수 있다. 선택적으로, 제어기들(70) 중 하나는 감독 제어 루틴을 실행하도록 구성될 수 있고, 다른 제어기들(70)에 대한 감독 제어기(90)로서 동작할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 임의의 수(즉, "n")의 제어기(70)가 접속될 수 있는 것으로 고려된다. 각각의 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)에 접속된다. 네트워크 접속이 제어기들(70) 사이에 확립된다. 유틸리티 그리드(12)가 별도의 접속을 통해 나타내어지지만, 유틸리티 그리드(12)가 하나 이상의 하이브리드 전력 시스템(10)의 생성원일 수 있는 것으로 고려된다. 다른 실시예에서, 유틸리티 그리드(12)는 존재하지 않을 수 있다.
각각의 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)의 현재 및 예보 동작 상태 모두에 관한 정보를 포함한다. 제어기(70)는 각각의 전력 시스템(10) 내에 있는 전력 컨버터에 대한 커맨드를 생성한다. 원격 전력 시스템(10)으로부터의 제어기(70)는 제1 제어기(70a)에 대한 지식 시스템(60)으로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어기(70a)는 접속된 지식 시스템(60)의 각각으로부터 정보를 수신하고, 각각의 시스템(10a) 내에서 전력 생성 및 전력 사용의 예보를 결정한다. 제1 제어부(70a)는 예보 정보를 제2 제어기(70b)로 제공할 수 있다. 차례로, 제2 제어기(70b)는 전력 생성 및 전력 사용의 그 자신이 예보를 결정하기 위해 제공되는 정보를 이용할 수 있다. 또한, 각각의 전력 시스템(10)이 동작함에 따라, 각각의 시스템에 대한 각각의 제어기(70)는 다른 시스템의 제어기에 실시간 동작 조건을 제공하여, 각각의 제어기(70)가 그 각각의 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 전력 컨버터로 출력된 커맨드를 조정할 수 있다.
하나의 예시적인 환경에 따르면, 제1 하이브리드 전력 시스템(10)은 상술한 주거 시스템일 수 있다. 제2 전력 시스템(10)은 예를 들어, 회사가 풍력 터빈(18) 및 PV 어레이(14)를 설치한 산업 단지 부근에 위치될 수 있으며, 여기서 어느 하나의 대체 에너지 자산은 회사에 대한 전체 전기 요구를 공급하기에 충분한 용량을 갖는다. 2개의 대체 에너지 자산은 조합하여 회사가 공개 시장에서 공급하기로 계획한 초과 에너지를 생성한다. 제2 하이브리드 시스템(10)은 마찬가지로 제2 하이브리드 시스템(10)의 이력 동작 성능을 갖는 그 자신의 모니터(60d)를 가질 수 있다. 따라서, 제2 하이브리드 전력 시스템 상의 제어기(70)는 시장에 제공할 전력량을 결정한다. 제어기(70)는 예를 들어, 유틸리티 제공자(60c)로부터의 요금 정보를 추가 가질 수 있고, 유틸리티 제공자보다 적은 요금에서 초과 용량을 가격 책정하기로 결정할 수 있다. 제1 하이브리드 전력 시스템(10)은 또한 대체 에너지원으로서 제2 하이브리드 전력 시스템과 제1 하이브리드 전력 시스템 상의 DC 버스(50) 사이에 접속된 컨버터(30)를 포함한다. 제1 하이브리드 전력 시스템의 제어기(70)는 유틸리티 제공자(60c)와 제2 하이브리드 전력 시스템 사이의 요금을 비교하여, 유틸리티 그리드(12) 또는 제2 하이브리드 전력 시스템(10)으로부터 에너지를 끌어낼지 여부를 결정할 수 있다. 제2 하이브리드 전력 시스템은 유틸리티 그리드에 대한 대체 에너지 시장으로서의 역할을 한다.
제어기(70)는 실시간 이벤트의 함수로서 예측 제어 커맨드를 적응시킬 수 있는 것으로 추가로 고려된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제어기(70)는 네트워크 매체(45)를 통해 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)와 통신한다. 제어기(70)는 입력(38) 또는 출력(42)에 존재하는 전압 및/또는 전류에 대응하는 전력 변환 디바이스 내에서 센서(39, 41)로부터 정보를 수신할 수 있으며, 각각의 디바이스를 통해 전력 흐름을 결정할 수 있다. 선택적으로, 전력 변환 디바이스 내의 제어 유닛(33)은 디바이스 내의 전력 흐름을 결정하고, 전력 흐름 데이터를 제어기(70)에 직접 송신할 수 있다. 도 2에 나타낸 대안적인 실시예에 따르면, 하이브리드 전력 시스템(10)은 전력 변환 디바이스의 DC 버스 측에 존재하는 전압, 전류 또는 전력에 대응하는 신호를 제어기(70)에 다시 제공하는 하나 이상의 전력 변환 디바이스 부근에 위치된 센서(52)를 포함할 수 있다. 또한, 제어기(70)는 에너지 저장 디바이스(24)에 존재하는 충전량, 요구되는 부하량(20, 22), 또는 각각의 대체 에너지 자산(14, 16, 18)에 의해 생성되는 에너지량을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 정보를 각각의 전력 변환 디바이스로부터 수신할 수 있다. 실시간 정보가 예측된 동작 조건 외의 동작 조건을 나타내는 경우, 제어기(70)는 현재 동작 조건을 설명하기 위해 임의의 제어 커맨드를 실시간으로 전력 변환 디바이스에 대해 업데이트할 수 있다.
다음으로 도 12를 참조하면, 감독 제어기(90)에 대한 예시적인 사용자 인터페이스가 나타내어져 있다. 나타내어진 실시예는 3개의 하이브리드 전력 시스템(10)을 나타낸다. 제1 시스템은 사이트 A(102a)에 위치되고, 제2 시스템은 사이트 B(102b)에 위치되고, 제3 시스템은 사이트 C(102c)에 위치된다. 커맨드 입력 섹션(110)은 사용자로 하여금 하이브리드 전력 시스템(10)의 원하는 동작을 위한 사용자 커맨드를 입력할 수 있게 한다. 드롭 다운 메뉴(111), 텍스트 박스(113) 또는 그 조합이 사용자 커맨드를 수용하도록 제공될 수 있다. 선택적으로, 사용자 커맨드를 프롬프팅 및/또는 수신하기 위해 체크 박스, 라디오 버튼, 다이얼 표시기, 아이콘 등과 같은 또 다른 사용자 인터페이스 옵션이 제공될 수 있다.
감독 제어기로부터 각각의 하이브리드 전력 시스템(10)에 대한 커맨드의 예시적인 결정은 나타내어진 실시예에 따라 제시될 것이다. 초기 사용자 커맨드는 하이브리드 전력 시스템(10)의 조합으로부터 유틸리티 그리드로 공급되는 100kW의 전력을 필요로 한다. 설명을 위해, 각각의 전력 시스템(PM1)은 근사적으로 동일한 생성 용량을 갖는 것으로 고려된다. 각각의 하이브리드 전력 시스템(10)에 대한 초기 커맨드는 예를 들어, 시스템들 사이의 비례 분배에 기초하여 생성될 수 있고, 각 시스템에 대해 약 33kW일 수 있다. 그러나, 감독 제어기는 각 시스템의 현재 동작 상태에 대응하는 피드백을 수신한다. 사이트 A(102a)는 사이트에 존재하는 저장 디바이스(24)에 대한 그 현재 충전 상태(104a) 및 일사량의 현재 상태(106a)를 제공한다. 사이트 A(102a)는 흐려지고 저장 디바이스(24)는 전기 부하 및/또는 저장 디바이스를 충전하기 위해 PV 어레이(14)로부터 전력을 생성하지 못함으로 인해 35%까지 방전되었다. 사이트 B(102b) 및 사이트 C(102c)는 마찬가지로 사이트에 존재하는 저장 디바이스(24)에 대한 그 현재 충전 상태(104b, 104c) 및 일사량의 현재 상태(106b, 106c)를 제공한다. 사이트 B는 맑고 거의 완전 충전을 가지며, 사이트 C는 부분적으로 맑고 중간 레벨의 충전을 갖는다. 따라서, 감독 제어기(90)는 사이트 A에서의 하이브리드 전력 시스템(10)으로부터 초기 커맨드를 감소시키고, 사이트 B로부터의 커맨드를 증가시켜 사이트 A에서 감소된 커맨드에 대해 보상하고, 사이트 C에 대한 초기 커맨드를 그대로 둘 수 있다. 유틸리티 그리드로의 에너지 전달을 위한 각각의 수정된 커맨드는 그 후 상술한 사용자 커맨드로서 감독 제어기(90)로부터 각각의 하이브리드 전력 시스템(10)의 제어기(70)에 제공된다. 제어기(70)는 차례로, 각각의 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 각각의 전력 컨버터(30, 35, 40)에 제어 커맨드를 생성하여 유틸리티 그리드에 요구된 에너지를 공급한다.
본 발명은 특정 예 및 특정 지식 시스템(60)과 관련하여 논의되었지만, 하이브리드 전력 시스템(10) 내에서 에너지 생성원 및/또는 부하의 다양한 다른 조합이 이용될 수 있으며, 하이브리드 전력 시스템(10)의 동작에 영향을 주는 정보를 갖는 다른 지식 시스템(60)이 각각의 전력 컨버터에 대한 제어 커맨드의 생성을 위해 제어기(70)에 접속될 수 있는 것으로 고려된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)에 의해 생성된 에너지의 추적 가능성을 제공한다. 상술한 바와 같이, 제어기(70)는 네트워크 매체(45) 상의 통신을 통해 또는 각 디바이스 부근에 접속된 센서(52)를 통해 각각의 전력 변환 디바이스(30, 35, 40)를 통해 전력 흐름에 대응하는 정보를 수신한다. 제어기(70)는, 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 에너지 흐름의 완전한 로그가 생성되도록, 부하(20, 22)에 전기의 생성, 전기의 저장 및 전기의 전달을 추적한다.
PV 어레이(14) 및 에너지 저장 디바이스(24)를 갖는 주거용 전기 소비자에 대한 상술한 예시적인 시스템(10)을 참조하면, 제어기(70)는 PV 어레이(14)에 의해 생성된 에너지를 추적하고, 에너지가 저장 디바이스(24)에 저장되는지, 부하(20, 22)에 공급되는지 또는 유틸리티 유틸리티(12)에 제공되는지를 결정한다. 마찬가지로, 제어기(70)는 유틸리티(12)에 의해 공급된 에너지량 및 부하(20, 22)에 공급되는지 또는 에너지 저장 디바이스에 저장되는지 여부를 추적한다. 최종적으로, 제어기(70)는 또한 저장 디바이스(24)에 저장된 에너지의 레벨, 어떤 소스로부터 수신되는지 및 언제 부하(20, 22)에 제공되는지를 추적한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어기(70)는 예를 들어, 에너지 저장 디바이스(24) 내의 에너지를 할당하는 것과 관련하여 선입 선출(FIFO: first-in-first-out) 접근법을 사용할 수 있다. FIFO 접근법에 따르면, 에너지 저장 디바이스(24) 내의 에너지가 복수의 소스로부터 수신되는 경우, 에너지 저장 디바이스(24) 내의 에너지는 특정 소스로부터 수신된 순서에 따라 특정 소스에 기인한다. 그러므로, PV 어레이(14)가 에너지 저장 디바이스(24)를 먼저 그 정격 용량의 절반으로 충전하고 유틸리티 그리드(12)가 에너지 저장 디바이스(24)를 전체 용량까지 충전하면, 에너지 저장 디바이스(24)로부터 전달된 에너지는, 에너지 저장 디바이스가 용량의 절반으로 방전될 때까지 PV 어레이(14)에 우선 기인한다. 에너지 저장 디바이스(24)로부터 전달된 잔류 에너지는 그 후 유틸리티 그리드(12)에 기인한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제어기(70)는 에너지 저장 디바이스(24) 내에 에너지를 할당하는 것과 관련하여 비례적인 접근법을 사용할 수 있다. 비례적인 접근법에 따르면, 에너지 저장 디바이스(24) 내의 에너지가 복수의 소스로부터 수신될 때, 에너지 저장 디바이스(24) 내의 에너지는 특정 소스로부터 수신된 정격 용량의 비율에 따라 특정 소스에 기인한다. 따라서, PV 어레이(14)가 에너지 저장 디바이스(24)를 그 정격 용량의 절반까지 우선 충전하고, 유틸리티 그리드(12)가 에너지 저장 디바이스(24)를 전체 용량까지 충전하면, 에너지가 에너지 저장 디바이스(24)로부터 부하(20, 22)로 전달됨에 따라, 전달된 에너지의 절반은 PV 어레이(14)에 기인하고, 전달된 에너지의 절반은 유틸리티 그리드(12)에 기인한다.
하이브리드 전력 시스템(10) 내에 에너지를 할당하는 또 다른 방법은 복수의 소스가 단일 디바이스에 에너지를 공급할 때 이용될 수 있는 것으로 고려된다. 각각의 실시예에서, 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10) 내의 전력 흐름을 모니터링하고 시스템(10) 내의 에너지 흐름의 완전한 로그를 생성한다. 로그는 이력 경향에 대해 모니터 시스템(60d)에 제공될 수 있거나, 선택적으로 모니터 시스템(60d)은 독립적인 로그를 생성할 수 있다.
로그는 제어기(70)로 하여금 하이브리드 전력 시스템(10)의 완전한 에너지 감사를 실시간으로 제공하게 하고, 로그의 정보는 제어기의 커맨드 생성 기능에 추가로 통합될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 복수의 에너지 저장 디바이스(24)를 포함하는 경우, 제어기(70)는, 에너지 저장 디바이스(24) 중 하나가 다른 것보다 더 많은 전력 사이클링을 가졌는지 여부를 검출할 수 있다. 제어기는 에너지 저장 디바이스(24)의 전력 사이클링을 균형있게 하기 위해 그에 따라 전력 변환 디바이스에 제어 커맨드를 생성할 수 있고, 이에 의해 각 디바이스의 수명 사이클을 연장시키고, 각 디바이스(24)에 대한 요구되는 유지 보수 사이의 시간 간격을 연장시킨다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제어기(70)는 유틸리티 그리드(12)의 요건에 응답하여 제어 커맨드를 적응시키도록 유틸리티 그리드 제공자(60c)와 통신할 수 있다. 도 6을 참조하면, 제어기(70)는 유틸리티 그리드 제공자(60c)와 통신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유틸리티 그리드 제공자(60c)는 유틸리티 그리드를 통해 데이터를 송신할 수 있다. 나타낸 실시예에 따르면, 전력 및 데이터 모두가 유틸리티 그리드용 케이블(13)을 통해 송신된다. 전력은 참조 번호 13a로 표시되며, 데이터는 참조 번호 13b로 표시된다. 전력(13a) 및 데이터(13b) 모두는 전력 라인 통신의 알려진 방법에 따라 케이블(13)을 통해 도전될 수 있다. 선택적으로, 별도의 통신 라인(15)이 제어기(70)와 유틸리티 그리드 제공자(60c) 사이에 확립될 수 있다. 별도의 통신 라인(15)은 인터넷(55)을 통한 유선 또는 무선 이더넷 통신을 통하는 것과 같은 임의의 적합한 통신 방법일 수 있다.
제어기(70)와 유틸리티 그리드 제공자(60c) 사이의 통신은 보안 통신 프로토콜을 통해 확립될 수 있는 것으로 고려된다. 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)의 실시간 동작을 모니터링하고, 상술한 바와 같이 전력 변환 디바이스에 대한 제어 커맨드를 생성한다. 유틸리티 그리드 제공자(60c)는 마찬가지로 유틸리티 그리드(12)의 실시간 동작을 모니터링한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유틸리티 그리드 제공자(60c)는 제어기(70)에 커맨드를 제공하여 그리드(12)에 역률 보정을 제공할 수 있다. 유틸리티 그리드 제공자(60c)는 거의 단일 역률을 갖는 전기 소비자에게 전력을 제공하기를 원한다. 서로 동위상인 전류와 전압을 갖는 것이 바람직하다. 유틸리티 그리드(12)의 로딩 및/또는 분산된 전력원으로부터 생성된 에너지의 수용은 유틸리티 그리드(12) 상의 역률이 비-단일 역률로 시프트하게 할 수 있다. 유틸리티 그리드(12)가 역률 보상을 제공하기 위해 그리드의 온 또는 오프로 스위칭될 수 있는 그리드 전역에 분산된 리액티브 성분을 포함하지만, 본 발명의 제어기(70)와 통신하는 유틸리티 그리드(12)는 마찬가지로 하이브리드 전력 시스템(10)을 이용하여 역률 보정을 제공할 수 있다. 유틸리티 그리드(12)는 유틸리티 그리드(12)에 공급되거나 이로부터 전달되는 원하는 양의 무효 전력을 나타내는 kvar 커맨드를 제어기(70)에 생성할 수 있다. 차례로, 제어기(70)는 유틸리티 그리드(12)와 DC 버스(50) 사이의 컨버터에 제어 커맨드를 생성하여 원하는 kvar 커맨드를 달성한다. 또한, 제어기(70)는 하이브리드 전력 시스템(10)의 현재 동작 상태의 초기 결정을 수행하여, kvar 커맨드를 수용할 수 있는 용량을 갖는지 여부를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 제어기(70)는 다른 소스로부터 역률 보정을 획득할 필요가 있음을 나타내는 응답 메시지를 유틸리티 그리드 제공자(60c)에 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유틸리티 그리드 제공자(60c)는 그리드(12) 상의 에너지 생성을 보충하거나 하이브리드 전력 시스템(10)에 의한 전력 소비를 감소시키기 위한 커맨드를 제어기(70)에 제공할 수 있다. 전기 소비자가 그 전기 수요의 일부 또는 전부를 공급하기 위해 대체 에너지 자산을 개발하는 경우에도, 전기 소비자는 2차 전력원으로서 유틸리티 그리드(12)에 종종 의존한다. 그러나, 분산 전력 생성 시스템의 수가 증가함에 따라, 유틸리티 그리드(12)로부터 요구되는 전력의 잠재적인 변동이 마찬가지로 증가한다. 예를 들어, 분산된 전력 생성원 모두가 에너지를 공급하고 있는 경우, 유틸리티 그리드(12)에 대한 수요는 감소되고, 실제로 분산된 전력 생성원의 적어도 일부로부터 전력을 수신할 수 있다. 그러나, 다수의 분산 전력 생성원이 생성을 중단하면(예를 들어, 흐림 조건이 PV 어레이 생성을 감소시키거나 제거하는 경우), 유틸리티 그리드(12)에 대한 수요가 증가한다. 유틸리티 그리드 제공자(60c)는, 유틸리티 그리드(12)에 대한 추가적인 전력 생성 설비를 구축하기보다는, 그리드(12)에 접속된 분산 전력 생성원을 식별하고, 제어기(70)를 통해 분산된 전력 생성원의 일부에 피크 소비 기간 동안 유틸리티 그리드(12)에 그 추가 용량의 일부를 공급하도록 명령할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 에너지 저장 디바이스(24)를 포함하는 하이브리드 전력 시스템(10)은 피크 소비의 기간 동안 유틸리티 그리드(12)에 전력을 공급하도록 명령받을 수 있다. 대신, 유틸리티 그리드 제공자(60c)는 공급된 전력에 대해 하이브리드 전력 시스템(10)의 소유자에 보상하고 및/또는 제어기(70)가 에너지 저장 디바이스(24)를 재충전할 수 있는 오프-피크 시간 동안 할인된 요금을 제공할 수 있다.
본 발명은 본원에서 개진된 구성 요소의 구성 및 배열의 상세 사항에 대한 그 적용에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 상술한 변형 및 수정은 본 발명의 범위 내에 있다. 본원에 개시되고 규정된 본 발명은 텍스트 및/또는 도면으로부터 언급되었거나 또는 명백한 2개 이상의 개별적인 특징의 모든 대안적인 조합으로 확장된다는 것이 또한 이해된다. 이러한 모든 상이한 조합은 본 발명의 다양한 대안적인 양태를 구성한다. 본원에 설명된 실시예는 본 발명을 실시하기 위해 알려진 최상의 모드를 설명하고, 본 기술 분야의 통상의 다른 기술자가 본 발명을 이용할 수 있게 할 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스, 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하기 위한 전력 제어 시스템에 있어서,
    복수의 전력 컨버터 - 각각의 전력 컨버터는, 상기 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와, 공유된 전기 버스 사이에 접속되어, 상기 전기 에너지 생성원과 상기 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어함 - 와,
    상기 공유된 전기 버스와 전기 부하 사이에 접속되어 상기 공유된 전기 버스와 상기 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어하는 적어도 하나의 인버터와,
    복수의 에너지 레귤레이터 - 각각의 에너지 레귤레이터는 상기 공유된 전기 버스와 상기 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어, 상기 공유된 전기 버스와 상기 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어함 - 와,
    제어기
    를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 전력 제어 시스템의 원하는 동작에 대응하는 커맨드를 수신하고,
    상기 전력 제어 시스템의 과거 동작 상태 및 미래 동작 상태 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 입력을 수신하고,
    복수의 제어 커맨드를 생성하고 - 상기 복수의 제어 커맨드의 각각은 상기 복수의 전력 컨버터 중 하나, 상기 적어도 하나의 인버터, 또는 상기 복수의 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응하고, 상기 복수의 제어 커맨드의 각각은 상기 커맨드 및 적어도 하나의 입력의 함수로서 생성됨 -,
    상기 복수의 제어 커맨드의 각각을 대응하는 전력 컨버터, 인버터, 또는 에너지 레귤레이터에 송신하여, 상기 복수의 전기 에너지 생성원, 상기 복수의 전기 에너지 저장 디바이스, 및 상기 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하도록
    상기 제어기 상의 비일시적 메모리에 저장된 복수의 명령을 실행하도록 동작 가능한 것인 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스, 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하기 위한 전력 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 네트워크를 통해 상기 복수의 전력 컨버터의 각각, 상기 적어도 하나의 인버터, 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각과 통신하고,
    상기 제어기는 상기 네트워크를 통해 상기 복수의 전력 컨버터의 각각, 상기 적어도 하나의 인버터, 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 현재 동작 상태를 수신하고,
    상기 제어기는 또한, 상기 복수의 전력 컨버터의 각각, 상기 적어도 하나의 인버터, 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 상기 현재 동작 상태의 함수로서 상기 복수의 제어 커맨드를 생성하는 것인, 전력 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 미리 규정된 지속 기간 동안 상기 복수의 전력 컨버터의 각각, 상기 적어도 하나의 인버터, 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 상기 현재 동작 상태를 저장하는 로그(log)를 생성하도록 동작 가능하고, 상기 전력 제어 시스템의 상기 과거 동작 상태에 대응하는 상기 적어도 하나의 입력이 로그인, 전력 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공유된 전기 버스와, 상기 복수의 전력 컨버터, 상기 적어도 하나의 인버터, 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각 중 하나 사이의 전압, 전류, 및 에너지 전달 레벨 중 하나에 대응하는 신호를 상기 제어기에 제공하는 적어도 하나의 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 또한, 상기 적어도 하나의 센서로부터 수신된 상기 신호의 함수로서 상기 복수의 제어 커맨드를 생성하는 것인, 전력 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 미리 규정된 지속 기간 동안 상기 적어도 하나의 센서로부터의 상기 신호를 저장하는 로그를 생성하도록 동작 가능하고, 상기 전력 제어 시스템의 상기 과거 동작 상태에 대응하는 상기 적어도 하나의 입력이 로그인, 전력 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기와 통신하는 적어도 하나의 지식 시스템을 더 포함하고, 상기 지식 시스템은 상기 제어기에 상기 적어도 하나의 입력을 송신하는 것인, 전력 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지식 시스템은 기상 서비스(weather service), 에너지 회사, 에너지 시장, 및 원격 모니터링 설비(facility) 중 하나로부터 선택되는 것인, 전력 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 유틸리티 그리드 제공자와 통신하고,
    상기 제어기는 또한,
    상기 유틸리티 그리드 제공자로부터 제2 커맨드를 수신하고,
    상기 유틸리티 그리드 제공자로부터의 상기 제2 커맨드에 응답하여 상기 복수의 제어 커맨드를 생성하도록 동작 가능한 것인, 전력 제어 시스템.
  9. 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스, 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하는 방법에 있어서,
    전력 제어 시스템의 원하는 동작에 대응하는 커맨드를 제어기에서 수신하는 단계와,
    상기 전력 제어 시스템의 과거 동작 상태 및 미래 동작 상태 중 하나에 대응하는 상기 제어기에 대한 적어도 하나의 입력을 수신하는 단계와,
    상기 제어기로 복수의 제어 커맨드를 생성하는 단계 -
    상기 복수의 제어 커맨드의 각각은 복수의 전력 컨버터 중 하나 및 복수의 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응하고,
    각각의 전력 컨버터는 상기 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와, 공유된 전기 버스 사이에 접속되어, 상기 전기 에너지 생성원과 상기 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어하고,
    각각의 에너지 레귤레이터는 상기 공유된 전기 버스와, 상기 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어 상기 공유된 전기 버스와 상기 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어하고,
    상기 복수의 제어 커맨드의 각각은 상기 커맨드 및 상기 적어도 하나의 입력의 함수로서 생성됨 - 와,
    상기 복수의 제어 커맨드의 각각을 상기 대응하는 전력 컨버터 또는 에너지 레귤레이터에 송신하여, 상기 복수의 전기 에너지 생성원, 상기 복수의 전기 에너지 저장 디바이스, 및 상기 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하는 단계를 포함하는, 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스, 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는 네트워크를 통해 상기 복수의 전력 컨버터의 각각 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각과 통신하며, 상기 방법은 상기 네트워크를 통해 상기 복수의 전력 컨버터의 각각 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 현재 동작 상태를 상기 제어기에서 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어기는 또한, 상기 복수의 전력 컨버터의 각각 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 상기 현재 동작 상태의 함수로서 상기 복수의 제어 커맨드를 생성하는 것인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    로그를 생성하기 위해 미리 규정된 지속 기간 동안 상기 복수의 전력 컨버터의 각각 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터의 각각에 대한 상기 현재 동작 상태를 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 전력 제어 시스템의 상기 과거 동작 상태에 대응하는 상기 적어도 하나의 입력이 로그인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 센서로부터 상기 제어기에서 신호를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 신호는 상기 공유된 전기 버스와, 상기 복수의 전력 컨버터 및 상기 복수의 에너지 레귤레이터 중 하나 사이의 전압, 전류, 및 에너지 전달 레벨 중 하나에 대응하고, 상기 제어기는 또한, 상기 적어도 하나의 센서로부터 수신된 상기 신호의 함수로서 상기 복수의 제어 커맨드를 생성하는 것인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    로그를 생성하기 위해 미리 규정된 지속 기간 동안 상기 적어도 하나의 센서로부터의 상기 신호를 저장하는 단계를 더 포함하며, 상기 전력 제어 시스템의 상기 과거 동작 상태에 대응하는 상기 적어도 하나의 입력이 로그인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제어기에 대한 상기 적어도 하나의 입력은 상기 제어기와 통신하는 적어도 하나의 지식 시스템으로부터 수신되는 것인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 지식 시스템은 기상 서비스, 에너지 회사, 에너지 시장 및 원격 모니터링 설비 중 하나로부터 선택되는 것인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는 유틸리티 그리드 제공자와 통신하고, 상기 방법은 상기 유틸리티 그리드 제공자로부터 제2 커맨드를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 제어 커맨드는, 상기 유틸리티 그리드 제공자로부터의 상기 제2 커맨드에 응답하여 생성되는 것인, 에너지 전달을 관리하는 방법.
  17. 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하기 위한 전력 제어 시스템에 있어서,
    복수의 제1 전력 컨버터 - 각각의 제1 전력 컨버터는 상기 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와 제1 공유된 전기 버스 사이에 접속되어, 상기 전기 에너지 생성원과 상기 제1 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어함 - 와,
    상기 제1 공유된 전기 버스와 제1 전기 부하 사이에 접속되어, 상기 제1 공유된 전기 버스와 상기 제1 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어하는 적어도 하나의 제1 인버터와,
    복수의 제1 에너지 레귤레이터 - 각각의 제1 에너지 레귤레이터는 상기 제1 공유된 전기 버스와, 상기 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어, 상기 제1 공유된 전기 버스와 상기 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어함 - 와,
    복수의 제1 제어 커맨드를 생성하도록 구성된 제1 제어기 - 상기 복수의 제1 제어 커맨드의 각각은 상기 복수의 제1 전력 컨버터, 상기 적어도 하나의 제1 인버터, 및 상기 복수의 제1 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응하고, 상기 제1 제어기는,
    상기 전력 제어 시스템의 제1 부분의 원하는 동작에 대응하는 제1 커맨드를 수신하고,
    상기 전력 제어 시스템의 상기 제1 부분의 과거 동작 상태 및 미래 동작 상태 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 제1 입력을 수신하고,
    상기 제1 커맨드 및 상기 적어도 하나의 제1 입력의 함수로서 상기 복수의 제1 제어 커맨드를 생성하고,
    상기 복수의 제1 제어 커맨드의 각각을 대응하는 제1 전력 컨버터, 제1 인버터, 또는 제1 에너지 레귤레이터에 송신하여 이들 사이의 에너지 전달을 관리하도록
    제1 비일시적 메모리에 저장된 복수의 명령을 실행하도록 동작 가능함 - 와,
    복수의 제2 전력 컨버터 - 각각의 제2 전력 컨버터는 상기 복수의 전기 에너지 생성원 중 하나와 제2 공유된 전기 버스 사이에 접속되어, 상기 전기 에너지 생성원과 상기 제2 공유된 전기 버스 사이의 에너지 전달을 제어함 - 와,
    상기 제2 공유된 전기 버스와 제2 전기 부하 사이에 접속되어, 상기 제2 공유된 전기 버스와 상기 제2 전기 부하 사이의 에너지 전달을 제어하는 적어도 하나의 제2 인버터와,
    복수의 제2 에너지 레귤레이터 - 각각의 제2 에너지 레귤레이터는 상기 제2 공유된 전기 버스와 상기 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 중 하나 사이에 접속되어, 상기 제2 공유된 전기 버스와 상기 전기 에너지 저장 디바이스 사이의 에너지 전달을 제어함 - 와,
    복수의 제2 제어 커맨드를 생성하도록 구성된 제2 제어기 - 상기 복수의 제2 제어 커맨드의 각각은 상기 복수의 제2 전력 컨버터, 상기 적어도 하나의 제2 인버터, 및 상기 복수의 제2 에너지 레귤레이터 중 하나에 대응하고, 상기 제2 제어기는,
    상기 전력 제어 시스템의 제2 부분의 원하는 동작에 대응하는 제2 커맨드를 수신하고,
    상기 전력 제어 시스템의 상기 제2 부분의 과거 동작 상태 및 미래 동작 상태 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 제2 입력을 수신하고,
    상기 제2 커맨드 및 상기 적어도 하나의 제2 입력의 함수로서 상기 복수의 제2 제어 커맨드를 생성하고,
    상기 복수의 제2 제어 커맨드의 각각을 대응하는 제2 전력 컨버터, 제2 인버터, 또는 제2 에너지 레귤레이터에 송신하여 이들 사이의 에너지 전달을 관리하도록
    제2 비일시적 메모리에 저장된 복수의 명령을 실행하도록 동작 가능함 -
    를 포함하는, 복수의 전기 에너지 생성원, 복수의 전기 에너지 저장 디바이스 및 복수의 전기 부하 사이의 에너지 전달을 관리하기 위한 전력 제어 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기와 통신하는 감독 제어기(supervisory controller)를 더 포함하고, 상기 감독 제어기는 상기 제1 커맨드 및 상기 제2 커맨드를 생성하는 것인, 전력 제어 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 감독 제어기는 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기의 각각으로부터 원격으로 위치된 서버인 것인, 전력 제어 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 감독 제어기는 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기 중 하나인 것인, 전력 제어 시스템.
KR1020197000480A 2016-06-08 2017-06-08 하이브리드 전력 시스템에서 전력 흐름을 제어하기 위한 방법 및 장치 KR102284634B1 (ko)

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