KR20190120862A - 스마트 그리드 전력제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력계통에 연계된 태양전지 발생장치와 연계하여 전력사용량을 계량 및 예측하여 사용자에게 제공하는 스마트 그리드 전력제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 시스템은 가정에 설치된 태양전지 모듈로부터 생성된 전력량과 가정의 전력 예측량을 고려하여 한전의 전력계통으로부터 공급받는 전력량을 최적화할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 태양광을 통해 자체 에너지를 생성하고, 이를 활용하므로 전력 소비량을 현저히 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 국내 주거 시설의 다수를 이루는 아파트와 같은 공동 주거시설에 적합하게 설계되어 에너지 사용에 대한 패러다임을 바꿀 수 있는 효과가 있다.

Description

스마트 그리드 전력제어 시스템{Smart grid power control system}
본 발명은 스마트 그리드 전력제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전력계통에 연계된 태양전지 발생장치와 연계하여 전력사용량을 계량 및 예측하여 사용자에게 제공하는 스마트 그리드 전력제어 시스템에 관한 것이다.
스마트 그리드 시스템은 미국, EU 등 주요국을 중심으로 전략적으로 육성되고 있으며, 국내에서도 중전기와 IT분야의 높은 기술력을 바탕으로 대규모 투자가 추진되고 있다. 이는 비단 전력산업뿐만 아니라 배터리, 자동차, 반도체, 가전산업까지 다양한 파급 효과가 기대된다. 이와 같은 스마트그리드 시스템의 일환으로서 산업용 및 냉난방 전력의 부하변동을 완화하여 전력피크 평준화와 배전 안정성을 확보하기 위하여 자가(비상)발전기의 활용이 수반되어야 한다.
한편, 세계적으로 태양, 풍력, 조력 등 자연 환경을 이용하여 발전을 하는 연구가 많이 이루지고 있으며 상당한 많은 부분이 상용화되어 있다. 그러나 자연 환경을 이용한 발전은 지리적 영향을 많이 받고 있다. 즉 태양 에너지를 이용해서 발전을 하기 위해서는 일조량이 많아야 하며 풍력 에너지를 이용하여 발전을 하기 위해서는 바람이 많이 불어야 한다.
현재 태양에너지를 이용한 발전 모듈에 있어서 태양전지가 많이 상용화되어 있다. 일반적으로 가로 1m x 세로 1m 정도 크기의 태양전지 판이 발전하는 전기량은 약 150W 정도이다. 가정에서 사용하고 있는 하루 전기량을 발전하기 위해서는 상기 크기의 태양전지 판을 약 20 개정도 설치를 하여야 한다.
최근에는 대규모의 태양전지를 통한 발전 시설 외에도, 가로등이나 도로 안전등, 유도등과 같이 실외에서 사용되는 조명에도 태양광 에너지를 적용하여 소형의 태양전지를 통해 얻어진 전력을 에너지 저장수단에 비축하였다가 필요에 따라 비축된 전력을 통해 조명을 구동하는 시스템에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 이러한 태양광을 이용한 조명시스템은 별도의 외부 전력을 공급받는 기존 조명과는 달리 에너지 절감과, 전력공급과 관련된 보수·유지의 편의성 등과 같은 장점으로 인해 관련기관으로부터 많은 관심과 기대를 받고 있다.
본 발명은 가정에 설치된 태양전지 모듈로부터 생성된 전력량과 가정의 전력 예측량을 고려하여 한전의 전력계통으로부터 공급받는 전력량을 최적화할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은
발전소, 송배전소, 수용가를 연결하는 전력계통에 연계되는 스마트그리드 시스템에 있어서:
상기 수용가에 각각 구비되어 전력을 생성하는 태양전지 모듈 또는 풍력장치 ;
상기 태양전지 모듈이나 풍력장치에 의해 발생된 전기를 저장하는 전기저장 장치 ;
상기 수용가의 전력 소모량과 상기 전기저장 장치의 저장량을 비교하여 송배전소로부터 수용받을 전기량을 산출하는 제어모듈을 포함하는 스마트 그리드 시스템에 관련된다.
본 발명의 시스템은 가정에 설치된 태양전지 모듈로부터 생성된 전력량과 가정의 전력 예측량을 고려하여 한전의 전력계통으로부터 공급받는 전력량을 최적화할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 태양광을 통해 자체 에너지를 생성하고, 이를 활용하므로 전력 소비량을 현저히 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 국내 주거 시설의 다수를 이루는 아파트와 같은 공동 주거시설에 적합하게 설계되어 에너지 사용에 대한 패러다임을 바꿀 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 시스템 개요도이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 태양을 도면을 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는 하기 실시 태양에 대한 설명 또는 도면에 제한되지 아니한다. 즉, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 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.
또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 시스템 개요도이다. 본 발명은 발전소, 송배전소, 수용가를 연결하는 전력계통에 연계되는 스마트그리드 전력제어 시스템에 관련된다.
본 발명은 상기 시스템과 더불어 태양전지 모듈, 전기저장 장치, 제어모듈을 포함한다.
상기 전력계통은 공지된 전력계통이다. 발전소는 원자력발전소, 화력발전소, 수력발전소 외에 대규모 솔라발전단지 및 풍력발전단지를 포함한다. 송배전소는 송전 승압을 위한 변압과 배전 강압을 위한 변압을 수행하는 시설물을 포함한다.
수용가는 대단위 수용가와 일반 수용가로 구분되며, 공장, 빌딩, 주택 등을 포함한다.
본 발명은 상기 수용가에 설치되어 전력을 생성하는 태양전지 모듈을 포함한다. 상기 태양전지 모듈과 상기 수용가의 계량기는 무선 통신 가능하다.
상기 태양전지 모듈은 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있다.
예를 들면, 가로 1m x 세로 1m 크기의 태양전지 모듈에서 발전할 수 있는 전기량은 약 150W 정도이다. 하루에 다섯 시간을 가동시켜 발전을 한다면 150W 의 전기를 다섯 시간을 사용할 수 있는 전기량을 생성할 수 있다. 발전한 전기를 DC-DC 컨버터를 이용하여 전압을 DC24V 로 승압을 하여 전기저장 장치(축전기)에 저장한다.
참고로, 본 발명은 전기저장 장치에 축전된 1 차 전기를 이용하여 추가의 복합 발전기를 구동시켜 발전할 수 있다.
전기저장 장치에 축전된 전기는 DC-AC Inverter를 통하여 교류(AC 220V 혹은 110V)로 변환되어 가전제품에 사용된다.
상기 제어모듈은 상기 수용가의 전력 소모량과 상기 전기저장 장치의 저장량을 비교하여 전력 예측량을 고려하여 한전의 전력계통으로부터 공급받는 전력량을 최적화할 수 있다.
상기 제어모듈은 메모리, 통신모듈과 프로세서를 포함한다. 상기 제어모듈은 네트워크 게이트웨이를 포함할 수 있다.
상기 통신모듈은 와이파이, 블루투스 또는 지그비 모듈일 수 있다.
상기 통신 모듈은 수용가의 계량기, 네트워크 게이트웨이와 유 무선으로 데이터를 송수신하는 송신부, 수신부를 구비할 수 있다.
상기 메모리는 내장 메모리 또는 외장 메모리를 포함할 수 있다. 상기 내장 메모리는 예를 들면, 휘발성 메모리(예를 들면, DRAM(dynamic RAM), SRAM(static RAM), SDRAM(synchronous dynamic RAM) 등) 또는 비휘발성 메모리(non-volatile Memory, 예를 들면, OTPROM(one time programmable ROM), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable and programmable ROM), EEPROM(electrically erasable and programmable ROM), mask ROM, flash ROM, NAND flash memory, NOR flash memory 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 태양전지 모듈을 가동시키고, 수용 받을 전력량을 예측할 수 있다.
상기 프로세서는 현재 전기 저장 장치에 축전된 전력량을 확인하고, 오늘 예상 날씨와 온도를 고려하여 태양전지 모듈로 발생된 전력량을 산출하고, 예상 가용 태양전지 전력량을 산출하고, 수용가의 하루 평균 사용 전력량을 계산하고, 한전으로부터 공급받아야 하는 전력량을 산출한다.
상기 프로세서는 오늘의 날씨와 온도를 서치하여 태양 노출 시간을 파악할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 태양전지 모듈에서 발생되는 전력량은 전기생산량과 노출시간으로 산출할 수 있다.
상기 예상 가용 전력량은 현재 전기 저장 장치에 축전된 전력량과 생산 가능한 전력량을 합하여 산출할 수 있다.
수용가의 하루 평균 전력량은 일주일 내지 한달 간의 하루 평균 전력사용량을 산출하거나 전년도의 해당 월이나 해당일의 평균 사용량으로 산출할 수 있다.
한전으로부터 공급받아야 하는 전력량은 수용가의 하루 평균 전력량에서 예상 가용 전력량과의 차이다.
상기 프로세서는 가정에 설치된 태양전지 모듈로부터 생성된 전력량과 가정의 전력 예측량을 고려하여 한전의 전력계통으로부터 공급받는 전력량을 예상할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 수용가의 부하전력을 계측하여 태양전지 모듈의 가동시간을 결정할 수 있다. 특히, 통상 오전 9~10시의 출근시간, 여름철 냉방기 과다사용 등의 피크 타임 때 전력계통에 순간적인 오버플로우가 작용하여 쇼트(short)에 의한 정전사고가 발생될 여지가 크다. 프로세서는 전력계통의 계측부를 통하여 부하전력을 계측하면서 태양전지 모듈을 통해 전기를 발생하고, 교류모터 발전부를 통하여 발전 동기화를 제어할 수 있다.
본 발명은 태양광을 통해 자체 에너지를 생성하고, 이를 활용하므로 전력 소비량을 현저히 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 국내 주거 시설의 다수를 이루는 아파트와 같은 공동 주거시설에 적합하게 설계되어 에너지 사용에 대한 패러다임을 바꿀 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 스마트 그리드 시스템은 수용가에 설치된 계량기를 포함하고, 상기 계량기는 무선통신 모듈 및 프로세서(MCU)를 구비하고, 상기 계량기는 상기 제어모듈의 요청에 따라 전력 사용량을 제공할 수 있다.
상기 제어모듈의 프로세서는 계량기로부터 전력 사용량을 1일 간격으로 수집하여 메모리에 저장할 수 있다.
상기 제어모듈의 프로세서는 1개월간의 전력사용량을 수집하여 네트워크 게이트웨이를 통해 한전으로 전력량을 전송할 수 있다.
상기 네트워크 게이트웨이는 근거리통신망(LAN)의 인터넷망이 연결되는 이더넷 포트를 구비하고, 상기 통신 모듈과 주고받는 각종 데이터 등이 임시 저장되는 메모리를 구비할 수 있다.
상기 네트워크 게이트웨이는 라우터일 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 계량기와 제어모듈은 무선통신으로 전력 사용량을 송수신하고, 상기 제어모듈과 한전 사이에는 네트워크 게이트를 통한 유선 인터넷망을 통해 전력 사용량을 전송할 수 있다.
본 발명은 검침원 없이 수용가에서 사용한 전력량을 유무선 통신망을 이용하여 한전으로 전송할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 발전소, 송배전소, 수용가를 연결하는 전력계통에 연계되는 스마트그리드 시스템에 있어서:
    상기 수용가에 각각 구비되어 전력을 생성하는 태양전지 모듈 ;
    상기 태양전지 모듈에 의해 발생된 전기를 저장하는 전기저장 장치 ;
    상기 수용가의 전력 소모량과 상기 전기저장 장치의 저장량을 비교하여 송배전소로부터 수용받을 전기량을 산출하는 제어모듈을 포함하는 스마트 그리드 전력제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어모듈은
    전력계통의 전력계측 데이터, 상기 태양전지 모듈로부터 발생된 전력량을 송수신하는 통신모듈 ; 및
    상기 태양전지 모듈을 가동시키고, 수용 받을 전력량을 예측하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드 전력제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스마트 그리드 시스템은 수용가에 설치된 계량기를 포함하고, 상기 계량기는 무선통신 모듈 및 프로세서를 구비하고, 상기 계량기는 상기 제어모듈의 요청에 따라 전력 사용량을 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드 전력제어 시스템.
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