KR20190048081A - 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템은, 직류 전력과 교류 전력 간의 전력 변환을 수행하는 전력변환부, 상기 교류 전력의 전압을 변환하는 변압기, 상기 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템 내의 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 스위치 기어부, 및 상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부가 내부에 설치되는 컨테이너를 포함한다.
Description
본 발명은 신재생에너지 발전 시스템이나 ESS에 구비되는 전력변환장치, 보호설비, 계량설비, 및 전력계통 연계를 위한 장치와 같은 일련의 장치들을 일체로서 구성하는 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템에 관한 것이다.
ESS(energy storage system)나 태양광 발전 시스템과 같은 시스템은, 배터리에 저장된 전력 또는 태양광 패널에 의해 발전되는 전력을 변환하는 전력변환장치, 전력계통과의 연계를 위한 장치, 전력의 송전량이나 수전량을 계량하기 위한 계량설비, 및 상술한 각종 장치 및 설비의 보호를 위한 보호설비를 포함할 수 있다.
종래의 경우, 상기 각종 장치와 각종 설비는 독립된 기기단위로 제작되어, 현장에서 각각 개별적으로 설치된다. 이후, 기기간의 전력 케이블이나 통신 케이블 등을 결선하는 방식을 통해, 상기 ESS나 태양광 발전 시스템이 구성될 수 있다.
이러한 종래의 방식에 따르면, 각 기기를 설치하기 위한 설치 면적이 증가하게 되고, 각 기기 간의 케이블 포설을 위한 배선 작업이나 케이블 트랜치 공정 등이 추가되므로, 설치기간이 증가하고 현장 시험기간 또한 과다하게 소요될 수 있다. 또한, 기기들 각각을 옥외형으로 제작함에 따라 제품의 사이즈가 증가하고, 제품의 특성에 따라 별도의 외함을 각각 제작하므로 비용의 상승 또한 초래하며, 기기들의 설치 후 유지 보수에도 어려움이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신재생에너지 발전 시스템이나 ESS에서, 신재생에너지 발전 장치와 전력 계통 사이, 또는 배터리와 전력 계통 사이에 구비되는 전력변환장치, 보호설비, 계량설비, 및 전력계통 연계를 위한 장치와 같은 일련의 장치들을 일체로서 구성하는 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템은, 직류 전력과 교류 전력 간의 전력 변환을 수행하는 전력변환부, 상기 교류 전력의 전압을 변환하는 변압기, 상기 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템 내의 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 스위치 기어부, 및 상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부가 내부에 설치되는 컨테이너를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 컨테이너는 상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부가 서로 구분되어 설치되는 복수의 섹션들을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 컨테이너는 상기 복수의 섹션들을 구획하는 복수의 격벽들을 포함하고, 상기 복수의 격벽들 각각에는, 상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부 간의 선로 연결을 위한 연결 수단이 통과하는 개구부가 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 복수의 격벽들 각각은, 난연성 우레탄 폼 또는 샌드위치 패널을 포함하는 단열 소재로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 복수의 섹션들 각각은, 설치된 구성에 기초하여 서로 다른 방수방진 등급을 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 복수의 섹션들 각각의 컨테이너 외함에는, 상기 복수의 섹션들 각각에 설치된 구성에 기초하여, 도어, 환기구, 및 창 중 적어도 하나가 설치될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 전력변환부는, 배터리와 연결되어, 상기 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 PCS(power conversion system)를 포함하고, 상기 복수의 섹션들 중 상기 전력변환부가 설치된 제1 섹션의 컨테이너 외함에는 흡기구 및 배기구가 설치될 수 있다.
상기 흡기구는 상기 PCS에 구비된 흡기구를 마주보도록 상기 제1 섹션의 컨테이너 외함에 설치되고, 상기 배기구는 상기 PCS의 상측에 위치하도록 설치될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 배터리는 상기 컨테이너 내에 설치될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 전력변환부는 태양광 패널로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 PV 인버터를 포함할 수 있다.
상기 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템은, 복수의 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템들을 연결하고, 상기 복수의 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템들 각각으로부터 공급되는 전력을 주 전기실 또는 전력 계통으로 전송하거나, 다른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템으로 전달하는 RMU를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 기어부는, 상기 전력변환부와 상기 변압기 사이의 저압 선로에 대하여, 상기 저압 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 저압 스위치 기어부, 및 상기 변압기와 상기 전력 계통 사이의 고압 선로에 대하여, 상기 고압 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 고압 스위치 기어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 전력변환부, 저압 스위치 기어부, 변압기, 고압 스위치 기어부 등의 구성을 포함하는 전력변환 및 계통연계 시스템이 하나의 컨테이너 내에 일체로서 구현될 수 있다. 이러한 일체로서 구현된 컨테이너가 현장으로 운송 및 설치됨으로써, 시스템의 운반 및 설치가 용이해지고, 점유 공간 또한 최소화될 수 있다.
또한, 각 구성들 간의 선로 연결이 컨테이너 내에서 이미 이루어진 상태이므로, 현장에서의 추가적인 케이블 포설 작업 등이 불필요하므로, 설치 시간이 효과적으로 절약될 수 있다.
뿐만 아니라, 전력변환 및 계통연계 시스템의 구성들이 컨테이너 내의 섹션들에 서로 구분되어 설치됨으로써, 상기 구성들의 종류에 따라 섹션 내의 환경을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템을 포함하는 전반적인 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 우측면도와 좌측면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 A-A 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템에 포함된 전력변환장치의 냉각을 위해 형성되는 유로를 설명하기 위한 B-B 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템이 구비된 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 우측면도와 좌측면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 A-A 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템에 포함된 전력변환장치의 냉각을 위해 형성되는 유로를 설명하기 위한 B-B 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템이 구비된 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템을 포함하는 전반적인 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력 변환 시스템(10)은 전력변환장치 뿐만 아니라 계통연계를 위한 장치까지도 일체로서 포함하는, 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템(10)으로서 구성될 수 있다.
이러한 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은, ESS(energy storage system), 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템 등에 포함될 수 있다.
전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 ESS에 포함되는 경우, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 배터리(20a) 및 전력 계통(30) 사이에 구비될 수 있다. 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 전력 계통(30)으로부터 공급되는 교류 형태의 전력을 직류 형태의 전력으로 변환하여 배터리(20a)로 제공할 수 있다. 실시 예에 따라, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 배터리(20a)에 저장된 직류 형태의 전력을 교류 형태의 전력으로 변환하여 전력 계통(30)으로 송전함으로써, 배터리(20a)에 저장된 전력의 판매를 가능하게 한다.
전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 태양광 발전 시스템에 포함되는 경우, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 태양광 패널(20b)과 전력 계통(30) 사이에 구비될 수 있다. 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 태양광 패널(20b)로부터 제공되는 직류 형태의 전력을 교류 형태의 전력으로 변환하여 전력 계통(30)으로 송전할 수 있다. 이와 유사하게, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 풍력 발전 시스템에 포함되는 경우, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 풍력 터빈(20c)과 전력 계통(30) 사이에 구비될 수 있다. 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 풍력 터빈(20c)으로부터 제공되는 교류 형태의 전력을 승압하여 전력 계통(30)으로 송전할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환 및 계통연계 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 전력변환부(11), 저압 스위치 기어부(low voltage switchgear(LV SWGR); 13), 변압기(15), 및 고압 스위치 기어부(medium voltage(MV) SWGR; 17)를 포함할 수 있다.
전력변환부(11)는 전력변환장치(112)와 PMS(power management system; 114)를 포함할 수 있다. 전력변환장치(112)는, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 ESS에 포함되는 경우 PCS(power conversion system; 112a)으로 구현될 수 있다. 한편, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 태양광 발전 시스템에 포함되는 경우, 전력변환장치(112)는 PV 인버터(112b)로 구현될 수 있다.
PCS(112a)는, 복수의 인버터 및 컨버터를 포함할 수 있다. 예컨대, PCS(112a)는 배터리(20a)에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통(30)으로 송전할 수 있다. 실시 예에 따라, PCS(112a)는 전력 계통(30)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(20a)에 저장할 수도 있다.
PV 인버터(112b)는, 태양광 패널(20b)의 태양광 발전에 따라 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 변환된 교류 전력은 전력 계통(30)으로 제공(판매)될 수 있다.
PMS(114)는, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, PMS(114)는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)에 포함된 각종 구성요소들의 동작 상태, 이상 유무, 송전량 및 수전량 정보 등을 획득하고, 획득된 정보를 외부의 서버(40) 등으로 전송할 수 있다. 서버(40)는 PMS(114)로부터 수신되는 정보를 시스템의 관리자 또는 사용자 등에게 제공함으로써, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 동작과 관련된 정보에 대한 모니터링 기능을 제공할 수 있다.
LV SWGR(13)는 전력변환부(11)와 변압기(15) 사이에 구비되어, 저압 선로의 단락 등의 사고나 이상의 발생 시 선로를 차단할 수 있다. 이를 위해, LV SWGR(13)는 ACB(air circuit breaker; 132), 및 보호 계전기(134)를 포함할 수 있다.
ACB(132)는 선로에 이상 상태가 발생하는 경우, 압축공기를 사용하여 선로를 차단시킬 수 있다. ACB(132)는 보호 계전기(134)와 연계하여 과전류, 과전압, 부족전압, 단락, 지락 등의 요소를 신속히 검출하여 선로를 차단함으로써, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)을 보호할 수 있다.
변압기(15)는 전력변환장치(112)에 의해 변환되는 저압의 교류 전력을 전력 계통(30)의 전압에 해당하는 고압의 교류 전력으로 변환하거나, 전력 계통(30)으로부터 공급되는 고압의 교류 전력을 저압의 교류 전력으로 변환할 수 있다. 예컨대, 변압기(15)는 유입변압기 또는 몰드변압기로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
MV SWGR(17)는, 변압기(15)와 전력 계통(30) 사이에 구비될 수 있다. 예컨대, MV SWGR(17)는 전력 계통(30)으로부터의 수전량이나, 전력변환장치(112)로부터의 송전량을 계측하는 MOF(metering outfit; 174), 변압기(15)와 전력 계통(30) 사이의 고압 선로의 이상 상태 발생시 선로를 차단하는 VCB(172) 및 보호 계전기(178), 선로의 정격전류를 개폐하는 LBS(load break switch; 176)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, LV SWGR(13) 및 MV SWGR(17) 각각은, 낙뢰 등으로 인한 과전압 및 서지 전류로부터 구성 요소들을 보호하기 위한 서지 어레스터를 더 포함할 수 있다.
종래의 경우, 전력변환부(11), LV SWGR(13), 변압기(15), 및 MV SWGR(17) 각각은 개별 기기 단위로 제작되므로, 현장에서 설치 시 설치 면적 및 설치 시간의 증가, 케이블 포설을 위한 추가적인 작업 등과 같은 불편함이 존재하였다.
이하에서는, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템(10)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 우측면도와 좌측면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 A-A 단면도이다.
이하, 도 3 내지 도 8에서는, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 ESS용 전력변환 및 계통연계 시스템인 경우를 예로 들어 설명한다. 즉, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 전력변환장치(112)는 PCS(112a)에 해당할 수 있다.
본 명세서에서 일체형의 의미는, 단일 베이스 프레임 내에 도 2에서 상술한 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 구성 요소들이 설치되고, 외함의 구조체가 단일 구조로 구성됨을 의미하며, 모든 구성 요소 및 외형구성체가 완전 조립된 상태로 일괄 운송 및 설치가 가능하며, 이때 구조적 변형이나 내부구성품의 이상이 발생하지 않는 구조를 의미할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은, 하나의 컨테이너(100) 내에 수용되는 형태로 제작될 수 있다. 즉, 컨테이너(100)는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 베이스 프레임 및 외형구성체에 해당할 수 있다. 예컨대, 컨테이너(100)는 국제표준화기구(international standardization organization (ISO))에 의해 규정된 규격을 가짐으로써, 종래의 전력설비용 옥외함에 비해 내환경성 및 내구성이 높을 수 있다.
즉, 본 발명의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 하나의 컨테이너(100) 내에 전력변환부(11), LV SWGR(13), 변압기(15), 및 MV SWGR(17)가 모두 수용 및 장착되어 일체로서 현장으로 운송 및 설치됨으로써, 시스템의 운반 및 설치를 용이하게 하고, 점유 공간을 최소화할 수 있다. 또한, 각 기기들 간의 전력 케이블 연결은 컨테이너(100) 내에서 모두 이루어진 상태이므로, 현장에서의 추가적인 케이블 포설 작업 등이 불필요하다.
전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 각 구성요소는 컨테이너(100) 내의 복수의 섹션들 각각에 서로 구분되어 배치될 수 있다. 각 섹션의 컨테이너 외함에는, 섹션 내에 구비된 구성 요소의 종류에 기초하여 환기구(흡기구와 배기구)나 도어 등이 설치될 수 있다. 실시 예에 따라, 각 섹션의 방수방진(Ingress Protection(IP)) 등급은 각 섹션에 구비된 구성 요소에 기초하여 서로 다를 수 있다. 즉, 구성 요소들이 섹션들 각각에 서로 구분되어 설치됨으로써, 각 구성 요소에 최적화된 섹션 내 환경을 제공할 수 있다.
이와 관련하여 도 4와 도 5를 참조하면, 컨테이너(100)는 전력변환부(11)가 구비되는 제1 섹션(101), LV SWGR(13)가 구비되는 제2 섹션(103), 변압기(15)가 구비되는 제3 섹션(105), 및 MV SWGR(17)가 구비되는 제4 섹션(107)으로 구분될 수 있다.
예컨대, 제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에는, 전력변환장치(112)의 구동 시 냉각을 위한 흡기구(101a)와 배기구(101b)가 설치될 수 있다. 흡기구(101a)와 배기구(101b) 각각은 루버(louver)나 갤러리 창 등으로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 흡기구(101a)와 배기구(101b)에는 내부의 전력변환장치(112)를 먼지나 이물 등으로부터 보호하기 위한 필터나 메쉬 등이 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 섹션(101) 내부는 소정의 IP 등급(예컨대, IP 54 등급)을 유지할 수 있다.
제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에 설치된 흡기구(101a)와 배기구(101b)에 의해, 전력변환장치(112)의 자연냉각을 위한 유로가 형성될 수 있다. 이에 대해서는 추후 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
제3 섹션(105)의 컨테이너 외함에는 변압기(15)의 유지보수를 위한 도어(105a, 105b)가 설치될 수 있다. 도어(105a, 105b)는 변압기(15)의 발열에 따른 성능 저하를 방지하기 위해 갤러리 창 등의 형태로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 제3 섹션(105)은 설치되는 변압기(15)의 타입에 따라 IP 등급을 유지하기 위한 필터나 메쉬 등을 구비할 수 있다. 예컨대, 유입변압기가 설치되는 경우, 일반적으로 유입변압기는 자체적으로 소정 IP 등급을 갖도록 제조되므로, 상기 필터나 메쉬 등이 구비되지 않을 수 있다. 반면, 몰드변압기의 경우 외부의 영향으로부터 취약하므로, 제3 섹션(105) 내부를 소정의 IP 등급을 갖는 상태로 유지하기 위한 상기 필터나 메쉬 등이 구비될 수 있다.
제2 섹션(103)과 제4 섹션(107)의 컨테이너 외함에는, LV SWGR(13)와 MV SWGR(17)의 유지 보수를 위해 관리자가 출입가능한 도어(103a, 103b, 107a, 107b)가 설치될 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 섹션(103)과 제4 섹션(107)의 내부 또한 소정 IP 등급을 가질 수도 있다.
도 5와 도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이 제1 섹션(101) 내에는 PCS(112a)와 PMS(114)가 구비되고, 제2 섹션(103) 내에는 LV SWGR(13)가 구비될 수 있다. 제3 섹션(105) 내에는 변압기(15)가 구비되고, 제4 섹션(107) 내에는 MV SWGR(17)가 구비될 수 있다.
예컨대, 상술한 바와 같은 ISO 규격의 컨테이너(100)를 사용하는 경우, 제1 섹션(101) 내에 구비가능한 전력변환장치(11)의 용량은 약 3MW 내일 수 있다. 이 때, ESS나 태양광 발전 시스템의 용량이 3MW를 초과하는 경우에는, 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 서로 연결되어 구성될 수 있다.
컨테이너(100)의 각 섹션들(101, 103, 105, 107)은 격벽(102, 104, 106)에 의해 서로 구획될 수 있다. 격벽(102, 104, 106) 각각은 섹션들(101, 103, 105, 107) 간의 단열을 가능하게 함으로써, 특정 구성 요소가 다른 구성 요소로부터의 발열에 의해 동작 성능이나 효율이 저하되거나 이상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 격벽(102, 104, 106)은 난연성 우레탄 폼이나 샌드위치 패널(sandwich panel) 등과 같은 단열 소재로서 구현될 수 있다.
전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 구성 요소들(11, 13, 15, 17)은 컨테이너(100) 내에서 서로 연결될 수 있다. 예컨대, 각 격벽(102, 104, 106)에는 각종 케이블이나 부스바(bus bar) 등으로 구현되는 연결 수단이 통과하는 개구부가 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 격벽(102)에 형성된 개구부를 통과하는 연결 수단에 의해, PCS(112a)와 LV SWGR(13)가 서로 연결되고, 제2 격벽(104)에 형성된 개구부를 통과하는 연결 수단에 의해, LV SWGR(13)와 변압기(15)가 서로 연결될 수 있다. 또한, 제3 격벽(106)에 형성된 개구부를 통과하는 연결 수단에 의해, 변압기(15)와 MV SWGR(17)가 연결될 수 있다. 또한, 상기 개구부들을 통해, 제1 섹션(101)에 설치된 PMS(114)는 나머지 섹션들(103, 105, 107) 각각에 설치된 구성 요소들(13, 15, 17)과 연결될 수 있다.
한편, PCS(112a)는 컨테이너(100)의 전면 또는 측면을 통과하는 연결 수단이나, 전면 또는 측면에 구비되는 배터리 연결 단자 등을 통해 배터리(20a)와 연결될 수 있고, MV SWGR(17)는 컨테이너(100)의 후면 또는 측면을 통과하는 연결 수단이나, 후면 또는 측면에 구비되는 전력 계통 연결 단자 등을 통해 전력 계통(30)과 연결될 수 있다.
실시 예에 따라, 컨테이너(100)는 전면과 후면에 각각 도어(108, 109)를 더 포함할 수 있다. 도어(108, 109)를 통해, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 관리자는 제1 섹션(101) 및 제4 섹션(107)에 구비된 구성 요소들(112a, 114, 17)의 관리 동작을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템에 포함된 전력변환장치의 냉각을 위해 형성되는 유로를 설명하기 위한 B-B 단면도이다.
도 7을 참조하면, PCS(112a)는 흡기구(1121) 및 팬(1122)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에 설치되는 흡기구(101a)는, PCS(112a)의 흡기구(1121)의 위치에 대응하여, 흡기구(1121)를 마주보도록 설치될 수 있다. 또한, 배기구(101b)는 PCS(112a)의 상측으로 위치할 수 있다. PCS(112a)의 구동 시, 또는 PCS(112a) 내부의 온도가 기준 온도보다 높아지는 경우, 팬(1122)이 회전할 수 있다. 팬(1122)이 회전함에 따라, 제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에 설치된 흡기구(101a), PCS(112a)의 흡기구(1121), 및 제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에 설치된 배기구(101b)를 연결하는 유로가 형성될 수 있다. 이에 따라, 흡기구(101a)를 통해 공기가 제1 섹션(101) 내로 유입될 수 있다. 제1 섹션(101) 내로 유입된 공기는 PCS(112a)의 흡기구(1121)를 통해 PCS(112a) 내로 유입되고, PCS(112a)의 상부 및 제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에 설치된 배기구(101b)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 실시 예의 경우, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 외관을 형성하는 컨테이너(100)는, 발열이 높은 전력변환장치(112)가 구비된 제1 섹션(101)의 컨테이너 외함에 흡기구(101a)와 배기구(101b)를 포함할 수 있다. 흡기구(101a)와 배기구(101b)가 구비됨에 따라, 공기순환을 통한 PCS(112a)의 효과적인 냉각이 가능할 수 있다. 따라서, PCS(112a)의 냉각을 위한 별도의 냉각장치나 공기조화설비(HVAC)가 구비되지 않을 수 있으므로 공간의 절약이 가능하며, 상기 냉각장치나 공기조화설비의 구동에 따른 추가적인 전력 소모를 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 8을 참조하면, 컨테이너(100)는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 PCS(112a)와 연결되는 배터리(20a)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리(20a)와 전력변환부(11) 사이에는 격벽(201)이 구비될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 배터리(20a)와 전력변환부(11)가 동일한 섹션 내에 구비될 수도 있다.
도 8의 형태로 구현되는 컨테이너(100)의 경우, 각종 이상 상황의 발생 등으로 인해 전력 공급이 중단되거나, 전력의 공급이 필요한 시설이나 건물, 장소 등으로 운반되어 비상 전력을 공급하는 이동형 전력공급 시스템의 역할을 수행할 수 있다. 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 MV SWGR(17)은 해당 시설이나 건물, 장소의 전력 공급라인과 연결될 수 있다. 이 경우, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 컨테이너(100)의 배터리(20a) 내에 저장된 전력을 상기 시설, 건물, 또는 장소의 각종 장치나 기기로 공급할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템의 평면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은, 태양광 발전 시스템 내에 구현될 수 있다.
태양광 발전 시스템 내에 구현되는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 PV 인버터(112b), PMS(114), LV SWGR(13), 변압기(15), 및 MV SWGR(17)를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템 내에 구현되는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 경우, 컨테이너(200) 내의 제1 섹션(201)에 PV인버터(112b), PMS(114), 및 LV SWGR(13)가 함께 설치될 수도 있다. 또한, 제2 섹션(203)에는 변압기(15)가 설치되고, 제3 섹션(205)에는 MV SWGR(17) 또는 RMU(ring main unit; 18)가 설치될 수 있다.
태양광 발전 시스템의 용량이 높을수록, 태양광 발전 시스템에 구현되는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)의 수가 증가할 수 있다. 이 경우, 많은 수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10) 각각을 전력 계통(30)에 연결시키기 위해서는 다수의 케이블 등이 구비되고, 케이블들 각각의 포설 작업이 수행되어야 하므로, 설치비용 및 설치시간이 증가하게 될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 도 9에 도시된 바와 같이, MV SWGR(17) 대신 RMU(ring main unit; 18)을 포함할 수 있다.
RMU(18)는 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10) 간의 연결을 가능하도록 하여, 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)에 대한 일종의 네트워크를 구성할 수 있다. 이에 대해서는 이하 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 도 9에 도시된 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템이 구비된 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 하나의 컨테이너(200) 내에 구현되는 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 태양광 패널(20b)로부터 발전되는 전력을 전력 계통(30)으로 송전할 수 있다. 상술한 바와 같이 태양광 발전 시스템 내에 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 포함되는 경우, 각 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 RMU(18)를 통해 서로 연결되고, 어느 하나의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)이 주 전기실(300)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 어느 하나의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)은 RMU(18)를 이용하여, 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)으로부터 공급되는 전력을 주 전기실(300) 또는 전력 계통(30)으로 전송하거나, 다른 전력변환 및 계통연계 시스템(10)으로 전달할 수 있다. 실시 예에 따라, 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)과 주 전기실(300), 또는 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)과 전력 계통(30)은 일종의 루프(loop)를 형성하도록 연결될 수도 있다.
주 전기실(300)은 전력 계통(30)과 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10) 사이에 위치할 수 있다. 주 전기실(300)에는 각종 계량 설비나, 메인 차단 장치 등이 구비될 수 있다. 실시 예에 따라, 주 전기실(300)은 복수의 전력변환 및 계통연계 시스템(10)으로부터 전송되는 고압(예컨대, 22.9kV)의 교류 전력을, 초고압(예컨대, 154kV)의 교류 전력으로 변환하여 전력 계통(30)으로 송전할 수도 있다.
즉, 도 10에 도시된 실시 예에 따르면, 전력변환 및 계통연계 시스템들과 전력 계통(30)간의 연결을 위한 연결 수단이 최소화될 수 있으므로, 상기 연결 수단의 포설 등을 위한 설치 비용이나 설치 시간을 효과적으로 절약할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템에 있어서,
직류 전력과 교류 전력 간의 전력 변환을 수행하는 전력변환부;
상기 교류 전력의 전압을 변환하는 변압기;
상기 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템 내의 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 스위치 기어부; 및
상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부가 내부에 설치되는 컨테이너를 포함하는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컨테이너는,
상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부가 서로 구분되어 설치되는 복수의 섹션들을 포함하는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 컨테이너는,
상기 복수의 섹션들을 구획하는 복수의 격벽들을 포함하고,
상기 복수의 격벽들 각각에는,
상기 전력변환부, 상기 변압기, 및 상기 스위치 기어부 간의 선로 연결을 위한 연결 수단이 통과하는 개구부가 형성되는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 격벽들 각각은,
난연성 우레탄 폼 또는 샌드위치 패널로 구현되는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 섹션들 각각은,
설치된 구성에 기초하여 서로 다른 방수방진 등급을 갖는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 섹션들 각각의 컨테이너 외함에는,
상기 복수의 섹션들 각각에 설치된 구성에 기초하여, 도어, 환기구, 및 창 중 적어도 하나가 설치되는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 전력변환부는,
배터리와 연결되어, 상기 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 PCS(power conversion system)를 포함하고,
상기 복수의 섹션들 중 상기 전력변환부가 설치된 제1 섹션의 컨테이너 외함에는 흡기구 및 배기구가 설치되는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 흡기구는 상기 PCS에 구비된 흡기구를 마주보도록 상기 제1 섹션의 컨테이너 외함에 설치되고,
상기 배기구는 상기 PCS의 상측에 위치하도록 설치되는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 배터리는 상기 컨테이너 내에 설치되는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 전력변환부는,
태양광 패널로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 PV 인버터를 포함하는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제10항에 있어서,
복수의 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템들을 연결하고, 상기 복수의 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템들 각각으로부터 공급되는 전력을 주 전기실 또는 전력 계통으로 전송하거나, 다른 일체형 전력변환 및 계통연계 시스템으로 전달하는 RMU를 더 포함하는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 스위치 기어부는,
상기 전력변환부와 상기 변압기 사이의 저압 선로에 대하여, 상기 저압 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 저압 스위치 기어부; 및
상기 변압기와 상기 전력 계통 사이의 고압 선로에 대하여, 상기 고압 선로의 상태에 기초한 차단 동작을 수행하는 고압 스위치 기어부를 포함하는
일체형 전력변환 및 계통연계 시스템.
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