KR20200000982A - 스마트 비상 발전기 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 비상발전기 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다. 본 스마트 비상 발전기 시스템은, 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비하여, 정전시에도 전력회사로부터 공급되는 정상 전력과 같이 높은 수준의 전력품질을 전력 수요 장치에 공급하기 위해 다음의 동작을 수행한다. 전력회사로부터의 정상 외부 전력이 공급될 때 전력회사로부터의 에너지 저장 시스템에 전력을 저장해두고, 정전이 발생하면 에너지 저장 시스템의 전력을, 기존의 공급하고 있던 내부 부하(전력 수요 장치)의 전력품질 목표값에 맞추어 일정시간 공급한다. 동시에, 에너지 저장 시스템에 남은 전력량과 디젤 발전기의 발전량을 합한 전체 비상전력량과 각 내부 부하의 전력품질 목표값에 기초하여, 지속적으로 공급가능한 전력공급 지속시간을 산출하여 이를 비상전력 공급계획 정보로서 표시한다. 관리자는 비상전력 공급계획 정보의 변경이 필요하다고 판단되면 특정 내부 부하의 연결을 온/오프한 후, 새로운 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 비상전력 공급 제어에 이용한다. 이러한 구성에 의하여, 정전시에도 높은 전력품질의 비상전력을 제공할 수 있다.

Description

스마트 비상 발전기 시스템 및 제어 방법{SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR THE SMART EMERGENCY ELECTRIC GENERATOR}

본 발명은 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 비상 발전기 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 정전시에도 높은 전력품질의 비상전력을 제공할 수 있는 스마트 비상 발전기 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 에너지 저장 시스템(Energy Storage System) 기술이 크게 확산되고 있다. 에너지 저장 장치로서 납축전지, 나트륨 전지, 니켈 카드뮴 전지, 리튬 이온 전지 등이 소비자용으로 많이 사용되고 있으며, 이러한 에너지 저장 장치가 산업단지용, 상용단지용, 및 주택단지용 비상 발전 장치의 시장수요를 충족하고 있다.

이외에도 에너지를 저장할 수 있는 기술로 슈퍼 캐패시터, 플라이휠, 압축공기저장 수단들이 연구 개발되고 있는 실정이다.

그러나, 에너지 저장 시스템만으로 비상전력을 공급하는 경우에는, 발전기능이 없기 때문에 제한된 크기의 충전 전력량만 제공할 수 있는 문제점이 있다. 이에 따라, 총 전력공급시간이 제한되어 정전시간이 길어지는 경우 다양한 전력 수요장치의 전력공급 요구에 대한 대처가 곤란하다.

한편, 비상 발전 장치인 디젤 발전기를 사용하여 비상전력을 공급하는 경우가 있는데, 디젤 발전기의 전력품질은 매우 낮은 편이다. 정전시 공급되는 전력품질이 낮으면, 스마트 빌딩, 병원, 마트 등과 같이 높은 전력품질이 필요한 전기장치(전력 수요 장치)를 사용하는 경우 정상적인 동작이 어렵거나, 낮은 전력품질로 인해 오동작할 수 있는 위험이 있다. 특히, 대정전(Black out)처럼 장시간의 정전이 지속되는 경우 고품질 전력을 사용하는 전기장치에서 전력공급의 의미를 상실할 수도 있다.

또한, 충분한 전력이 공급되는 정상시기와 다르게 정전과 같은 비상시기에는 디젤 발전기에 의한 공급 총량이 충분하지 않을 수도 있어서, 수요전력과 공급전력의 크기가 일치하지 않을 수 있고, 이에 따라 전력계통의 문제로 전력품질이 더 낮아질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 발전기와 에너지 저장 시스템을 이용하여 정전시에도 높은 전력품질의 전력을 수요장치에 공급가능한 스마트 비상 발전기 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 정전시에 전력 수요장치가 요구하는 전력품질을 고려하여 최적의 비상전력을 공급가능한 스마트 비상 발전기 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

정전시에 수요장치가 변경되는 경우에 비상전력량과 변경된 수요장치의 전력품질을 고려하여 최적의 비상전력을 공급 가능한 스마트 비상 발전기 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

그 외의 본 발명에서 제공하고자 하는 목적은 하기의 설명 및 본 발명의 실시 예들에 의해 파악될 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 스마트 비상 발전기 시스템은, 정상전력의 연결을 온/오프하는 정상 전력 스위치와, 소비전력 크기와 공급 전력의 품질을 감지하여 송신하는 복수의 내부 부하와, 적어도 하나의 발전기와, 배터리, 외부 공급 전력에 의해 상기 배터리를 충전하는 충전부와 상기 배터리를 방전하는 방전부, 상기 배터리의 충전량을 감지하는 충전량 감지 센서를 포함하고, 상기 발전기로부터 공급되는 전력으로 충전되며 상기 충전된 전력을 외부로 방전하는 적어도 하나의 에너지 저장 시스템과, 상기 에너지 저장 시스템에서 방전되는 전력 품질을 변환하여 출력하는 전력변환장치와, 정전시 상기 정상 전력 스위치를 오프시키고 상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력을, 상기 내부 부하의 수요 전력 크기 및 정전 직전의 전력품질값에 맞게 상기 전력변환장치에 의해 변환하여 상기 각 내부 부하에 공급하고, 상기 발전기로 상기 에너지 저장 시스템을 충전함과 동시에 상기 발전기의 발전 전력량과 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 합한 전체 비상전력량을 산출하고, 상기 전체 비상전력량과 현재 연결된 내부 부하의 수요 전력 크기 및 미리 저장된 상기 내부 부하별 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 표시하는 전력제어장치와 상기 내부 부하의 구동 여부를 식별하기 위한 내부 부하 감지 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전력제어장치는, 표시부와, 사용자 선택을 입력하기 위한 입력부와, 상기 내부 부하와 통신하기 위한 통신부와, 복수의 내부 부하의 식별정보, 정전시 필수로 전력이 공급되어야 하는 내부 부하의 식별정보, 상기 각 내부 부하의 수요 전력 크기 및 전력품질 목표값이 저장되고, 정전 직전의 각 내부 부하의 전력품질값이 저장되는 저장부와, 정전시 상기 내부 부하의 수요 전력 크기와 상기 에너지 저장 시스템에 저장된 충전 전력량과 상기 발전기의 발전 전력량 및 상기 저장부에 저장된 각 내부 부하의 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상공급계획 정보를 작성하여 출력하는 전력분석부와, 상기 전력분석부의 비상전력 공급계획 정보에 따라 상기 전력변환장치를 제어하여 상기 내부 부하로 공급되는 전력을 제어하는 제어부와, 상기 발전기의 전력을 소정 전력품질의 전력으로 변환하여 상기 에너지 저장 시스템에 공급하는 변환회로와, 상기 변환회로에서 변환된 전력을 상기 에너지 저장 시스템으로 공급하는 충전모드와 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력을 내부 부하로 공급하는 방전모드를 선택하기 위한 전력개폐 스위치를 포함하는 것이 효과적이다.

상기 전력분석부는, 상기 발전기의 발전 전력량과 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 합한 전체 비상전력량과 현재 연결된 내부 부하의 소비 전력 및 미리 저장된 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상전력공급계획 정보를 작성하고, 상기 비상전력 공급계획 정보를 작성하기 전에, 상기 에너지저장 시스템을 재충전하도록 상기 제어부에 요청하고, 상기 제어부는 상기 에너지 저장 시스템을 재충전시에, 내부 부하로 공급되는 전력을 모두 차단한 상태에서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하거나, 내부 부하에 미리 설정된 크기의 최소의 전력을 공급하면서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하고, 정전후에 상기 입력부를 통해 소정 내부 부하의 온/오프 선택이 입력되면, 상기 제어부는 상기 저장부로부터 상기 온/오프 선택된 내부 부하의 전력품질 목표값을 독출하여 상기 전력분석부에 제공하고, 상기 변경된 내부 부하의 전력품질 목표값과 상기 에너지 저장 시스템의 전력량 및 상기 발전기의 발전량에 기초하여 비상전력 공급계획 정보를 상기 전력분석부가 재작성하게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 비상전력 공급계획 정보는, 전력공급이 필요한 임의의 내부 부하를 기준으로 비상전력공급이 가능한 지속시간을 포함하고, 에너지 저장 시스템을 충전한 후 비상전력을 공급하는 경우에 복수의 에너지 저장 시스템 내에 있는 배터리 충전을 위한 대기시간을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 내부 부하 감지 센서의 감지결과에 기초하여 상기 내부 부하로 공급되는 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 이상인 경우, 상기 내부 부하로 공급되는 전력이 증가 또는 감소되도록 상기 전력변환장치를 제어하고, 상기 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 미만이면, 전력품질의 목표값 변경이 필요한지 판단하고, 판단결과에 따라 전력품질이 증가 또는 감소하도록 상기 전력변환장치를 제어하고, 상기 제어부는 정전시 상기 충전량 감지 센서의 감지값에 기초하여, 상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력이 미리 설정된 크기 이하가 되면, 상기 발전기의 전력이 상기 에너지 저장 시스템을 충전하도록 상기 전력변환장치를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 내부 부하에는 수요 전력의 크기 감지센서, 상기 수요 전력의 품질을 감지하는 전력품질 감지센서, 외부와 통신을 위한 통신부가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 비상전력 제어 방법으로서, 정전시 상기 정상 전력 스위치를 오프시키는 단계; 상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력을, 적어도 하나의 내부 부하의 수요 전력 크기 및 정전 직전의 전력품질값에 맞게 변환하여 적어도 하나의 내부 부하에 일정시간 공급하고, 상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력이 미리 설정된 크기 이하가 되면, 상기 발전기로 상기 에너지 저장 시스템을 충전함과 동시에 상기 발전기의 발전 전력량과 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 합한 전체 비상전력량을 산출하는 단계; 상기 전체 비상전력량과 현재 연결된 내부 부하의 수요 전력 크기 및 내부 부하별 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 표시하는 단계를 포함하는 것이 효과적이다.

정전후에 소정 내부 부하의 연결의 온/오프에 의한 내부 부하로 공급할 피크 전력의 변동량이 일정 크기 이상인지 체크하는 단계; 상기 피크 전력의 변동량이 일정크기 이상인 경우, 현재 에너지 저장 시스템에 저장된 전력량과 적어도 하나의 상기 발전기의 발전량을 합한 전체 비상전력량을 산출하는 단계; 상기 전체 비상전력량과 정전후 연결되어 있는 내부 부하의 수요 전력 및 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 내부 부하로 공급되는 전력의 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 이상인 경우, 상기 내부 부하로 공급되는 전력이 증가 또는 감소되도록 상기 발전기 및 에너지 저장 시스템을 제어하는 것이 효과적이다.

상기 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 미만이면, 상기 내부 부하로 공급되는 전력의 전력품질의 목표값 변경이 필요한지 판단하는 단계와, 상기 판단결과에 따라 상기 내부 부하로 공급되는 전력품질이 증가 또는 감소하도록 제어하는 단계를 포함하는 것이 효과적이다.

상기 비상전력 공급계획 정보를 작성하기 전에, 상기 내부 부하로 공급되는 전력을 모두 차단한 상태에서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하거나, 내부 부하에 미리 설정된 크기의 최소의 전력을 공급하면서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하는 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

또한, 상기 비상전력 공급계획 정보를 표시한 후에 소정 내부 부하의 연결의 온/오프를 선택 입력받는 단계; 상기 온/오프 선택된 내부 부하의 전력품질 목표값, 나머지 내부 부하의 전력품질 목표값, 상기 에너지 저장 시스템의 나머지 충전량 및 상기 발전기의 발전량에 기초하여 비상전력 공급계획 정보를 재작성하여 표시하는 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

이러한 구성에 의하여, 정전시에도 높은 전력품질의 전력을 수요장치에 공급가능한 스마트 비상 발전기 시스템이 제공된다.

또한, 정전시에 전력 수요장치가 요구하는 전력품질을 고려하여 최적의 비상전력을 공급가능한 스마트 비상 발전기 시스템이 제공된다.

정전시에 수요장치가 변경되는 경우에 비상전력량과 변경된 수요장치의 전력품질을 고려하여 최적의 비상전력을 공급가능한 스마트 비상 발전기 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 전력변환장치 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 전력제어장치 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 외부 정상전력 공급시 동작 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 정전시 비상전력 공급 동작 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 비상전력공급계획 정보 작성 방법의 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다. 본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 스마트 비상발전기 시스템은 디젤 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비하여, 정전시에도 전력회사로부터 공급되는 정상 전력과 같이 높은 수준의 전력품질을 전력 수요 장치에 공급하기 위해 다음의 동작을 수행한다.

전력회사로부터의 정상 외부 전력이 공급될 때 에너지 저장 시스템에 전력을 저장해두고, 정전이 발생하면 에너지 저장 시스템의 전력을, 기존의 공급하고 있던 전력 수요장치(이하 '내부 부하'라 칭함)의 전력품질 목표값에 맞추어 일정시간 동안 공급한다. 동시에 에너지 저장 시스템에 저장된 전력량과 디젤 발전기의 발전량을 합한 전체 비상전력량과 각 내부 부하의 전력품질 목표값에 기초하여, 지속적으로 공급가능한 전력공급 지속시간을 산출하고, 이를 비상전력 공급계획 정보로서 표시한다.

관리자는 비상전력 공급계획 정보의 변경이 필요하다고 판단되면, 특정 내부 부하의 연결 상태를 변경하고, 새로운 비상전력 공급계획 정보를 작성한다.

또한, 본 발명에 따른 스마트 비상 발전기 시스템에서는, 비상전력을 공급하는 상태에서 특정 내부 부하의 연결이 온 또는 오프되어 내부 부하의 종류가 변동하는 경우에 전력품질 목표값을 고려하여 비상전력 공급계획 정보를 작성한다.

상술한 본 발명에 따른 스마트 비상 발전기의 특징적인 구성들을 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 비상 발전기 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 비상 발전기 시스템은 전력회사로부터의 정상외부 전력 공급을 위한 변압기(10)와 전력 수요 장치(이하 '내부 부하'라 칭함)의 연결을 차단하는 정상 전력 스위치(12), 정상전력 또는 디젤 발전기의 전력에 의해 충전되는 복수의 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)(21~23), 에너지 저장 시스템에 전력을 충전하는 복수의 디젤 발전기(24~26), 에너지 저장 시스템으로부터 공급되는 전력의 품질을 변환하여 내부 부하로 공급하는 전력변환장치(PCS: Power Conditioning System)(27), 정전시에도 각 내부 부하의 전력품질 목표값에 맞추어 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 시스템과 디젤 발전기 및 전력변환장치를 제어하는 전력제어장치(PMS: Power Management System)(28)를 포함한다.

또한, 스마트 비상 발전기 시스템은, 내부 부하(30)의 소비전력의 크기 감지와 소비전력의 품질 감지 및 각각의 내부 부하(30)의 온/오프 상태를 감지하기 위한 내부 부하 감지 센서(13)를 포함한다.

내부 부하(30)는 2개 이상의 내부 부하를 포함한다. 내부 부하(30)는 별도의 전력선으로 전력변환장치(27)와 각각 연결되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 복수의 내부 부하(30)에는 미리 저장된 전력품질 목표값으로 안정적으로 차등 공급할 수 있다.

내부 부하 감지센서(13)는 내부 부하(30)마다 연결되고, 내부 부하가 온(ON)상태인지 오프(OFF)상태인지를 감지하고, 전력변환장치(27)로부터 내부 부하(30)로 공급되는 비상전력의 전력품질을 감지한다.

그리고, 전력품질 감지센서(13)는 감지결과 데이터를 전력제어장치(28)로 출력하는 것이 바람직하다. 이때 전력품질 감지센서(13)는 통신부를 자체 내장하고, 무선으로 모든 데이터를 전송할 수도 있다.

디젤 발전기(24~26)는 정전시 비상전력을 생성하여 에너지 저장 시스템을 충전한다. 디젤 발전기는 보수정비를 위하여 2대 이상 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 비상 발전기 시스템에서는 에너지 충전과 방전을 분리하여 동작하기 위해, 2대 이상의 에너지 저장 시스템(21~23)을 구비한다. 이에 따라, 정전시 에너지 저장 시스템(21~23)에서 내부 부하(30)로 비상전력을 공급함과 동시에 디젤 발전기(24~26)에서 공급되는 비상전력을 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전할 수 있다.

또한, 2대 이상의 에너지 저장 시스템(21~23)을 사용하면, 정전시 비상공급되는 피크전력(peak power)의 크기가 수요 전력보다 작은 경우 대기상태의 에너지 저장 시스템(21~23), 디젤 발전기(24~26)의 전력을 추가로 사용하여 수요와 공급 전력의 차이를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 전력계통 안정화에 도달할 수 있고, 비상전력 공급시 높은 전력품질을 유지할 수 있다.

에너지 저장 시스템(21~23)은 배터리(Battery)와, 전력 저장과 관리에 필요한 에너지관리 시스템(EMS: Energy Management System)을 포함한다.

에너지관리 시스템은 배터리에 에너지를 충전하는 충전 수단(미도시)과, 배터리의 에너지를 방전하는 방전 수단(미도시)을 포함하며, 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

에너지 저장 시스템(21~23)의 배터리로서, 화학적 에너지 저장수단의 리튬(Lithium) 2차전지, 레독스 흐름(Redox Flow) 전지, 나트륨-유황(NaS) 전지, 압축공기 저장장치, 슈퍼 캐패시터, 운동역학적 에너지 저장수단인 플라이휠 수단을 포함한다.

전력제어장치(28)는 에너지 저장 시스템(21~23)으로 디젤 발전기(24~26)의 비상전력을 효과적으로 충전하기 위하여 복수의 에너지 저장 시스템의 각 배터리의 충전 순서를 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 배터리를 순차적으로 한 개씩 충전하거나, 2~3개를 한 개의 조로 나누어 충전할 수 있다.

또한, 에너지 저장 시스템의 종류에 따라 효과적으로 충전 또는 방전이 일어날 수 있는 영역이 다르게 나타날 수 있다. 이에 따라, 에너지 저장 시스템의 충전시 또는 방전시의 에너지 전달 효율을 고려하여, 디젤 발전기(24~26)의 전력을 복수의 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전 또는 방전하는 방법을 여러 가지로 구현할 수 있으며, 당업자가 공지된 기술을 이용하여 구현할 수 있다.

한편, 도 1에서 에너지 저장 시스템(21~23)과 전력변환장치(27)와 디젤 발전기(24~26)는 전력선으로 연결되어 있다. 그리고, 전력제어장치(28)는 에너지 저장 시스템(21~23), 전력변환장치(27), 디젤 발전기(24~26)와 신호선으로 연결되어, 신호를 송수신한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 비상 발전기 시스템의 전력변환장치의 구성도이다. 도 2에 보인 바와 같이, 전력변환장치(27)는 에너지 저장 시스템의 충전 또는 방전을 위한 전력개폐스위치(271~273), 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 인버터와 교류를 교류로 변환하는 컨버터를 포함한다. 그리고, 전력변환장치(27)는 교류를 직류로 변환하는 정류기, 교류의 고조파 성분을 제거하는 교류필터 수단을 더 구비할 수 있다.

전력변환장치(27)에서 전력의 직류 또는 교류 성질을 변환하는 기술 또는 교류 전력품질을 변환하는 기술은 공지기술이므로 각 구성요소의 상세한 설명은 생략한다.

전력변환장치(27)는 디젤 발전기(24~26)의 발전전력을 전력개폐스위치(271~273)를 통하여 에너지 저장 시스템(24~26)의 배터리에 저장하거나, 또는 배터리에 저장된 전력을 내부 부하(30)로 송전한다. 또한, 전력변환장치(27)는 전력제어장치(28)의 제어에 따라 전력품질을 변환한다.

전력변환장치(27)는 상기의 전력변환 수단들을 적어도 하나 이상 사용하여 내부 부하(30)에 공급하는 전력의 품질, 즉 역률 또는 주파수를 개선 변환할 수 있고, 고조파 전력 잡음을 최소화할 수 있다.

또한, 전력변환장치(27)는 내부 부하(전력 수요장치)의 피크전력에 대응하는 전력을 공급하기 위하여 2개 이상의 에너지 저장 시스템(21~23)의 충전 전력과 디젤 발전기 전력을 동시에 내부 부하(30)에 공급할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 비상 발전기 시스템의 전력제어장치의 구성도이다.

도 3에 보인 바와 같이, 전력제어장치(28)는 통신부(281), 입력부(282), 저장부(283), 전력분석부(284), 표시부(285), 제어부(286)를 포함한다.

전력제어장치(28)는 중앙처리장치(CPU)와 기억장치(Memory)를 구비한 컴퓨터 장치로서, O/S운영소프트웨어와 응용소프트웨어를 계층적으로 구현하여 본 발명에서 필요한 프로그램 명령들을 작성 또는 실행할 수 있다.

본 발명에 따라, 통신부(281)는 에너지 저장 시스템(21~23), 디젤 발전기(24~26), 전력변환장치(27)와 각각 데이터를 송수신한다.

또한, 통신부(281)는 내부 부하 감지 센서(13)로부터 개별 내부 부하(30)마다 측정된 전력품질 또는 피크전력 정보를 수신하고, 내부 부하(30)의 동작 상태 정보를 수신할 수 있다.

통신부(281)는 TCP/IP 인터넷통신, RS488 시리얼통신, 블루투스(Bluetooth)통신, 와이파이(WiFi)통신, 및 지그비(Zigbee)통신 수단 중 적어도 한 개 이상 구비하여 유선통신 또는 무선통신할 수 있고, 휴대용 모바일 장치와도 통신할 수 있다.

입력부(282)는 키보드, 마우스, 터치스크린 중 적어도 한 개 이상의 데이터 입력수단을 포함한다. 관리자는 입력부(282)를 통해 비상전력의 전력품질 변경을 위한 각 내부 부하의 전력품질 목표값 관련 설정 데이터를 포함하여, 후술할 비상전력 공급계획 정보에 필요한 전력 관련 설정 데이터를 입력하여 저장부에 저장해둘 수 있다.

비상전력 공급계획 정보는, 정전시 비상전력을 공급해야 할 내부 부하의 전력품질 목표값과 현재 보유 전력량을 체크하여, 전력공급 지속시간을 산출한 것이다. 현재 보유 전력량은 현재 시점의 에너지 저장 시스템에 충전된 전력량과 디젤 발전기의 발전 전력량을 포함한다. 전력은 현시점에서의 크기이고, 전력량은 전력과 시간을 곱한 것이므로 현재시점에서, 에너지 저장시스템의 전력량은 고정량이지만, 디젤 발전기는 발전을 하므로 시간이 흐를수록 미래시점의 공급가능한 전력량은 늘어날 수 있다.

비상전력 공급계획 정보의 전력공급 지속시간을 참고하여 전력공급 지속시간이 충분하지 않으면, 내부 부하를 변경하여 다른 비상전력 공급계획 정보를 생성할 수 있다.

저장부(283)에는 복수의 내부 부하의 식별정보, 정상전력 공급시의 각 내부 부하(30)의 전력품질 목표값과 최고 소비전력 크기(피크 전력)가 미리 저장된다. 그리고, 저장부(283)에는 정전시 필수로 전력이 공급되어야 하는 내부 부하의 식별정보와 내부 부하의 수요 전력 크기가 더 저장될 수도 있다.

정전시 전력품질 목표값은 정상전력시 전력품질과 동일하거나 낮을 수 있다.

또한, 저장부(283)에는 비상전력 공급시 소정 내부 부하(30)가 구동되는 경우에 최소한 유지해야 할 전력품질 목표값이 미리 저장된다.

또한, 저장부(283)에는 정전시에도 필수로 구동되어야 하는 내부 부하들에 전력을 공급하기 위해 적어도 하나의 사전에 시뮬레이션되어 비상전력 공급계획 정보로서 미리 작성되어 저장될 수 있다. 사전에 저장되는 비상전력 공급계획 정보는 정전시에 필수로 구동되어야 하는 적어도 하나의 내부 부하의 피크 전력과 전력품질 목표값 및 디젤 발전기의 발전량을 고려하여 작성된다. 이 사전 비상전력 공급계획 정보 중에서 적어도 한 개가 입력부(282)를 통하여 입력받아 선택 실행할 수 있다.

전력분석부(284)는 현재 연결되어 있는 온 상태의 내부 부하의 동작에 필요한 전력품질 목표값, 에너지 저장 시스템에 충전된 전력량과 디젤 발전기의 발전량을 제어부(286)를 통해 제공받는다.

그리고, 전력분석부(284)는 현재 시점의 내부 부하 조건에서 비상전력을 공급할 수 있는 지속시간을 산출하여 표시부(285)에 출력한다.

또한, 전력분석부(284)는, 디젤 발전기(24~26)로부터 발전된 전력을 복수의 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전/방전할 때 충전 효율을 최대화하기 위하여 한개씩 순차적으로 충전/방전하는 작업 또는 주기적인 시간 간격으로 병행 충전/방전하는 작업을 하는 최선의 충방전 관련 작업 데이터를 작성하여, 제어부(286)에 출력한다.

여기서, 최선의 충방전 관련 작업은 에너지 저장 시스템(21~23)에서 내부 부하(30)로 전력을 공급하여 방전하는 경우에, 한 개의 에너지 저장 시스템의 충전전 력을 모두 소모한 후 다음 에너지 저장 시스템의 충전전력을 순차 방전하는 작업 또는 여러 개의 에너지 저장 시스템(21~23)의 충전전력을 주기적인 시간 간격으로 번갈아 가면서 방전하는 작업을 포함한다. 이와 같은, 최선의 충전 및 방전 관련 작업을 선택적으로 실시하여 최대 에너지 효율을 달성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전력분석부(284)는 충전 방법 및 방전 방법을 함께 고려하여 최선의 에너지 전달효율을 달성하는 충전 및 방전 관련 작업 데이터를 작성하여 제어부(286)에 출력한다.

또한, 전력분석부(284)는 정전시 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전된 전력이 모두 소진된 이후에, 디젤 발전기(24~26)의 발전 전력으로 에너지 저장 시스템(21~23)에 전력을 향후에 다시 충전하는 작업을 예상하여, 비상전력 공급계획 정보를 작성하고, 비상전력 공급계획 정보를 위한 세부 실행 데이터를 제어부(286)에 출력할 수 있다.

여기서, 비상전력 공급계획 정보는, 전력공급이 필요한 임의의 내부 부하를 기준으로 비상전력공급이 가능한 지속시간을 포함한다. 그리고, 비상전력 공급계획 정보는 에너지 저장 시스템을 충전한 후 비상전력을 공급하는 경우에 복수의 에너지 저장 시스템내에 있는 배터리 충전을 위한 대기시간을 포함할 수 있다.

한편, 전력분석부(284)는 비상전력 공급계획 정보를 작성할 때, 내부 부하의 전력소비와 연계되어 저장부(283)에 기록된 데이터들을 참조할 수 있다.

전력분석부(284)는 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전된 전력이 모두 소진되지 않고, 비상전력을 내부 부하에 공급 중인 경우에도, 임의의 전력 수요장치 기준에서 요구하는 전력품질을 만족하면서 전력공급이 가능한 지속시간을 산출할 수 있다. 이렇게 함으로써, 복수개의 전력 수요장치들 중 어떤 전력장치를 우선적으로 취사선택할 수 있는지에 대한 최선의 정보를 제공하는데 응용할 수 있다.

도 3의 표시부(285)는 현재 연결되어 있는 내부 부하 정보, 각 내부 부하로 공급되는 전력의 전력품질 정보 및 피크 전력 정보, 에너지 저장 시스템(21~23)의 현재 충전량을 표시할 수 있다.

또한, 표시부(285)는 본 발명에 따른 비상 발전기 시스템의 전력변환장치(27)가 내부 부하(30)에 공급중인 비상전력의 공급가능 지속시간을 표시할 수 있다. 또한, 표시부(285)는 전력분석부(284)로부터 비상전력 공급계획 정보를 수신하여 표시할 수 있다.

또한, 표시부(285)는 복수의 디젤 발전기(24~26)의 발전 모드, 정지 모드, 대기 모드 동작 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 그리고, 표시부(285)는 복수의 에너지 저장 시스템(21~23)의 충전모드, 방전모드, 대기모드 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.

도 3의 제어부(286)는 정전시 내부 부하로 공급되는 비상전력의 전력품질 목표값을 만족시키고, 내부 부하들에 피크전력을 효율적으로 공급하기 위해 전력변환장치(27)와 에너지 저장 시스템(21~23) 및 디젤 발전기(24~26)를 제어한다.

제어부(286)는 전력회사로부터의 외부 정상전력이 공급되고 있는 상태일 때 온(ON)되어 있는 내부 부하(30)에서 감지된 소비전력의 크기와 전력품질을 통신부(281)를 통해 수신하여 저장부(283)의 데이터베이스에 저장한다.

또한, 제어부(286)는 내부 부하 감지 센서(13)의 감지결과에 기초하여 내부 부하로 공급되는 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 이상인 경우, 내부 부하로 공급되는 전력이 증가 또는 감소되도록 전력변환장치(27)를 제어한다. 그리고, 제어부(286)는 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 미만이면, 전력품질의 목표값 변경이 필요한지 판단하고, 판단결과에 따라 전력품질이 증가 또는 감소하도록 전력변환장치(27)를 제어한다.

본 발명에 따라, 제어부(286)는 전력분석부(284)와 데이터 통신하면서, 본 발명의 전력품질 변환을 위하여, 전력분석부(284) 데이터를 기초로 생성된 제어명령 데이터를 전력변환장치(27)에 송신할 수 있다.

그리고, 제어부(286)는 전력변환장치(27)로부터 내부 부하로 공급되는 전력 품질 파라미터로서, 피크 전력, 역률, 주파수, 고조파에 대한 데이터를 내부 부하의 센서로부터 수신할 수 있다.

제어부(286)는 입력부로부터 입력되는 비상전력 공급시의 상세한 비상전력 공급계획 정보를 저장부(283)에 저장되도록 제어한다.

또한, 제어부(286)는 디젤 발전기(24~26)가 정지모드, 대기모드, 정비모드의 다양한 동작모드 상태 중 하나로 운전을 변경하도록 제어명령을 출력할 수 있다. 제어부(286)는 정전시 대기모드의 디젤 발전기(24~26)가 운전하도록 디젤 발전기에 제어명령을 출력하는 것이 효과적이다.

또한, 제어부(286)는 복수의 에너지 저장 시스템(21~23)의 배터리의 충전상태, 방전상태, 대기상태를 인식하고, 적어도 하나의 상태가 되도록 복수의 에너지 저장 시스템(21~23)에 실행명령을 출력할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 비상 발전기 시스템의 외부 정상전력 공급시 동작 순서도이다.

도 4에 보인 바와 같이, 정상적인 외부 전력이 내부 부하(30)에 공급될 때, 현재 시점의 피크 전력 크기와 전력품질을 감지한다(S40).

공급전력의 피크 전력 크기와 전력품질의 감지결과와 정전기준을 비교하여, 공급전력이 정전되었는지 아닌지를 판단한다(S41).

정상적인 전력이 공급되는 경우에는, 다음 단계를 실행한다.

에너지 저장 시스템의 전력충전 상태를 판단하고(S42), 판단결과, 에너지 저장 시스템의 배터리 전력의 충전이 필요하면, 전력제어장치(28)가 전력변환장치(27)에 의해 정상 공급되는 전력을, 충전이 필요한 에너지 저장 시스템(21~23)에 공급한다(S43).

S42단계의 판단결과 에너지 저장 시스템의 충전이 필요하지 않으면, 적어도 한 개 이상의 디젤 발전기(24~26)가 정상적인 동작 대기상태에 있는지를 판단한다(S44). 정상적인 대기 상태이면, S40단계로 돌아가서 지금까지의 실행 순서를 반복한다.

만약, 정상적인 동작 대기상태의 디젤 발전기가 없는 경우이면, 전력제어장치(28)는 통신부(281)를 통하여 관리자 서버시스템, 관리자 모바일 장치 등으로 경보 신호 또는 문자를 전송한다(S45).

한편, S41단계의 판단결과 정전이면 비상전력을 공급할 수 있는 도 5의 과정을 실시한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 비상 발전기 시스템의 정전시 비상전력 공급 동작 순서도이다.

도 5에 보인 바와 같이, 정전이 확인되면 비상전력을 공급하는 동안 정상전력이 재공급되지 않도록 정상 전력 스위치(12)를 차단하고, 에너지 저장 시스템(21~23)의 배터리의 전력을 일정시간 내부 부하(30)에 공급한다(S51).

전력분석부(284)는, 현재 시점에서 전력을 사용 중인 내부 부하(30)와 각 내부 부하의 전력품질 목표값 기준과, 현재 에너지 저장 시스템의 충전 전력과 디젤 발전기의 발전 전력량을 이용하여 지속 가능한 비상전력 공급시간을 산출한다(S52). 여기서, 비상전력 공급시, 전력품질 목표값 기준은 정상전력 공급시 전력품질 기준을 적용할 수 있다. 정전시에도 필수적으로 전력이 공급되어야 하는 내부 부하(전력장치)들의 전력품질 목표값들을 비상전력 공급계획 정보를 산출하기 위한 데이터로서 미리 저장하여 이용하도록 할 수 있다.

이때, 내부 부하(30)에 지속적으로 공급할 수 있는 총 전력에너지는 에너지 저장 시스템(21~23)의 충전 전력량과 디젤 발전기(24~26)의 발전 전력량을 합한 총량이다. 이 총 전력에너지는 시간이 지날수록 디젤 발전기의 발전 전력량 가까이 수렴한다.

따라서, 비상전력 공급계획 정보에 따라 본 발명의 스마트 비상 발전기 시스템을 구비할 때 장시간의 정전상태를 고려하는 경우 디젤 발전기의 발전량을 비상발전 기준으로 활용할 수 있다.

전력분석부(284)가 산출한 전력공급 지속시간을 제어부(286)에 전송하고, 제어부(286)가 표시부(285)의 화면에 표시한다(S53). 또한, 제어부(286)는 비상전력이 공급되고 있음을 통신부(281)를 통해 전력 수요자들에게 통지할 수 있으며, 향후 사전에 저장된 비상전력 공급계획 정보에 따라 각각의 내부 부하에 대한 비상전력 공급계획 정보를 세부적으로 작성하여 통지할 수도 있다.

정전시 비상전력을 공급할 내부 부하가 변경되는지 판단하고(S54), 내부 부하가 변경된 경우에는 내부 부하로 공급되는 피크전력 변동범위가 소정 기준값을 초과하는지에 대한 판단을 실행한다(S55). 정전이후 내부 부하(30)의 온(ON)/오프(OFF) 반복동작으로 인한 피크전력의 변동이 커질 수 있기 때문이다.

S55단계의 판단결과, 피크전력 변동이 크면, 내부 부하로 공급되는 피크 공급전력이 증가 또는 감소하도록 전력제어장치(28)가 전력변환장치(27)와 에너지 저장 시스템(21~23)을 제어한다(S56).

S55단계의 판단결과 피크전력 변동이 크지 않으면, 내부 부하(30)로 비상공급되는 전력품질값을 전력변환장치(27)로부터 제어부(286)가 감지하고, 전력분석부(284)가 전력품질 목표값과 비교하여 변경이 필요한지에 대한 판단을 실시한다(S57).

S57단계의 판단결과 전력품질의 변경이 필요하다고 판단되면, 비상전력의 전력품질 목표값을 만족시킬 수 있도록, 전력제어장치(28)가 전력변환장치(27)와 에너지 저장 시스템(21~23)을 제어하여 전력품질을 증감하는 전력제어를 실시한다(S58).

S57단계의 판단결과 전력품질 변경이 필요하지 않다고 판단되면, 모든 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전되었던 전력이 비상전력으로 공급되어 소비된 전력만큼, 디젤 발전기(24~26)의 발전전력으로 에너지 저장 시스템(21~23)의 배터리를 재충전하는 제어를 실시한다(S59).

여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 S59단계는, 디젤 발전기(24~26)의 발전전력을, 충전이 필요한 에너지 저장 시스템의 적어도 하나의 배터리에 효율적으로 다시 충전하기 위해 전력변환장치(27)를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, S59단계는, 디젤 발전기(24~26)의 발전전력을 에너지 저장 시스템(21~23)에 충전할 때, 전력분석부(284)가 에너지 저장 시스템(21~23)의 충전모드 및 방전모드에서의 전력 에너지 효율을 분석하고, 각각의 에너지 저장 시스템(21~23)의 실행모드를 충전, 방전 또는 대기로 결정하여 제어부(286)에 전송할 수 있고, 제어부(286)는 디젤 발전기(24~26)의 동작을 개시하여 충전이 필요한 에너지 저장 시스템에 충전을 시작할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상전력 공급계획 정보를 실행하기 위한 스마트 비상발전기 시스템의 동작 순서도이다.

도 6에 보인 바와 같이, 정전이 발생하면, 관리자가 전력제어장치(28)의 입력부(282)를 통하여 비상전력 공급 요청 신호를 비상발전기 시스템의 제어부로 입력한다(S60).

관리자는 입력부(282)를 통하여 현재 내부 부하 중에서 전력공급상태를 변경할 내부 부하를 선택할 수 있고(S61), 이때, 스마트 비상 발전기 시스템은 내부 부하 목록을 표시부(285)에 표시할 수 있으며, 사용자의 편의를 위하여 현재 비상전력이 공급되고 있는 내부 부하와 비상전력이 공급되지 않고 있는 내부 부하를 다른 색상으로 구분하여 표시할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 내부 부하가 표시된 전기회로도면을 표시부에 표시하게 할 수 있다. 그리고, 다른 실시예에 따라, 관리자는 입력부(282)를 통해 적어도 한 개 이상의 내부 부하 또는 전력품질 목표값을 추가로 입력할 수 있다.

다음 단계로 현재 시점에서의 에너지 저장 시스템의 전력량과 현재 발전중인 디젤 발전기의 전력량을 점검 및 확인한다(S62).

정전이 되면, 곧바로 에너지 저장 시스템에 저장된 전력이 기존에 연결되어 있는 내부 부하로 공급됨에 따라 에너지 저장 시스템의 전력량이 점차 줄어든다. 따라서, 현재시점에서 확인된 전력량에 기초하여, 예를 들어, 일정 시간후 에너지 저장 시스템의 전력량이 일정 크기 미만이 되면, S61단계에서 선택된 적어도 한 개 이상의 내부 부하에 대하여 저장부(283)에 기록된 목표 전력품질 데이터를 기준으로 비상전력 공급 지속 시간을 산출하고 표시부(285)에 출력한다.

다음으로, 상술한 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 표시부에 출력한다(S63). 이때 현재 전력량 조건에서 비상전력을 지속적으로 공급할 수 있는 비상전력 공급 지속시간을 산출하거나, 현재 에너지 저장시스템의 전력량을 최대로 재충전한 상태에서 선택된 내부 부하에 비상전력을 지속적으로 공급할 수 있는 비상전력 공급 지속시간을 산출할 수 있다.

예를 들어, 에너지 저장 시스템에 전력량이 충분한 경우에는, 현재시점의 충전 전력량을 파악후 변경된 내부 부하에 대해 비상전력 공급계획 정보를 작성한다.

그러나, 에너지 저장 시스템에 전력량이 충분하지 않은 경우에는 에너지 저장 시스템을 재충전 후에 공급가능한 전력량을 파악한 다음, 변경된 내부 부하에 대해 비상전력계획 정보를 작성한다.

이때, 에너지 저장 시스템에 전력량을 최대로 재충전하기 위한 조건으로 내부 부하 가동조건을 어떻게 설정해야 하는지에 대한 정보도 제공할 수 있다. 예를 들어, 내부 부하 가동조건 중 하나는 내부 부하로 공급되는 전력을 모두 차단하고 에너지 저장 시스템을 충전하는 것이고, 다른 하나는 내부 부하에 최소한의 전력을 공급하면서 에너지 저장 시스템을 충전하는 것이다.

이에 따라, 비상전력 공급계획 정보를 실행하기 전에 대기시간이 걸리고, 이 대기시간을 계산하여 표시부(285)에 출력할 수도 있다.

예를 들어, 현재시점의 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 파악 후에 변경된 내부 부하에 대해 비상전력 계획 정보를 작성할 때 에너지 저장 시스템에 충전된 전력량이 최대인 경우 대기시간은 없다. 그러나, 에너지 저장 시스템에 충전된 전력량이 일정기준 미만이면 재충전을 한 다음에 비상전력계획을 작성해야 하므로, 대기시간이 필요하다.

다음 단계로, 비상전력 공급계획 정보를 실행할지 승인여부에 대한 선택화면을 표시부(285)에 표시한다(S64). 관리자는 표시부(285)에 출력된 결과를 확인하여, 승인하지 않을 경우 S61단계로 돌아가서 최적으로 전력을 공급하기 위한 내부 부하를 바꿔가며 다른 비상전력 공급계획 정보를 작성할 수 있다.

예를 들어, 내부 부하가 2개였는데 에너지 저장 시스템에 공급가능한 전력량이 충분하지 않을 경우 내부 부하를 1개로 변경해서 다른 비상전력 공급계획 정보를 작성할 수 있다.

다음으로, 전력분석부(284)는 상기 단계에서 승인된 비상전력 공급계획 정보와 관련하여 실행에 필요한 모든 데이터들을 제어부(286)로 전송하고, 제어부(286)는 비상전력 공급계획 정보에 따른 전력품질에 맞는 전력이 내부 부하에 공급되도록 전력변환장치를 제어한다(S65). 상기 데이터에는 에너지 저장 시스템의 동작에 필요한 데이터와 전력변환장치 동작에 필요한 데이터 및 비상발전기 동작에 필요한 데이터들을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 비상전력 공급계획 정보는, 정전시 비상전력을 반드시 공급해야 할 내부 부하들 리스트를 다양하게 변경 설정한 것과 에너지 저장 시스템이 저장 가능한 충전량 및 디젤 발전기의 발전량을 이용하여 산출한 시뮬레이션 결과 데이터로서, 저장부(283)에 사전에 미리 저장될 수도 있음은 물론이다.

이러한 구성에 의하여, 전력공급이 필요한 임의의 내부 부하를 기준으로 전력공급 대기시간과 전력공급이 가능한 지속시간을 포함하는 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 정전시 수요 전력 장치에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.

또한, 본 발명은 수요 전력장치의 전력품질 요구 등급에 따라 비상전력품질을 다르게 공급함으로써 스마트한 전력소비효율을 달성할 수 있다. 비상 발전기로 발전할 수 있는 전력을 기초로 특정 수요 전력장치에 대한 전력공급 가능성을 분석하여 비상전력 공급을 효율적으로 계획하고 실행하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 발전기 전력을 에너지 저장 시스템에 먼저 저장한 후 다시 수요자의 요구 품질에 맞도록 다양한 전력품질 수준의 비상전력으로 변환하여 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 다양한 품질 수준의 비상전력 시나리오를 설계하고 유지 관리 공급할 수 있어서, 최대 전력소비효율을 달성하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 장시간의 정전시에도 발전에 의한 배터리 충전 동작과정에 의해 다양한 전력 수요장치의 동작에 필요한 전력공급을 계획 및 관리하는데 응용할 수 있다.

1 : 비상 발전기 시스템 10 : 변압기
12 : 정상전력 스위치 13 : 내부 부하 감지 센서
20 : 전력저장장치 21~23 : 에너지 저장 시스템
24~26 : 디젤 발전기 27 : 전력변환장치
28 : 전력제어장치 30 : 내부 부하
271~273 : 전력 개폐스위치 274~276 : 인버터 및 컨버터
281 : 통신부 282 : 입력부
283 : 저장부 284 : 전력분석부
285 : 표시부 286 : 제어부

Claims (6)

1. 스마트 비상 발전기 시스템에 있어서,
   정상전력의 연결을 온/오프하는 정상 전력 스위치와,
   소비전력 크기와 공급 전력의 품질을 감지하여 송신하는 복수의 내부 부하와,
   적어도 하나의 발전기와,
   배터리, 외부 공급 전력에 의해 상기 배터리를 충전하는 충전부와 상기 배터리를 방전하는 방전부, 상기 배터리의 충전량을 감지하는 충전량 감지 센서를 포함하고, 상기 발전기로부터 공급되는 전력으로 충전되며 상기 충전된 전력을 외부로 방전하는 적어도 하나의 에너지 저장 시스템과,
   상기 에너지 저장 시스템에서 방전되는 전력 품질을 변환하여 출력하는 전력변환장치와,
   정전시 상기 정상 전력 스위치를 오프시키고 상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력을, 상기 내부 부하의 수요 전력 크기 및 정전 직전의 전력품질값에 맞게 상기 전력변환장치에 의해 변환하여 상기 각 내부 부하에 공급하고, 상기 발전기로 상기 에너지 저장 시스템을 충전함과 동시에 상기 발전기의 발전 전력량과 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 합한 전체 비상전력량을 산출하고,
   상기 전체 비상전력량과 현재 연결된 내부 부하의 수요 전력 크기 및 미리 저장된 상기 내부 부하별 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 표시하는 전력제어장치와 상기 내부 부하의 구동 여부를 식별하기 위한 내부 부하 감지 센서를 포함하고;
   상기 전력제어장치는,
   표시부와, 사용자 선택을 입력하기 위한 입력부와, 상기 내부 부하와 통신하기 위한 통신부와, 복수의 내부 부하의 식별정보, 정전시 필수로 전력이 공급되어야 하는 내부 부하의 식별정보, 상기 각 내부 부하의 수요 전력 크기 및 전력품질 목표값이 저장되고, 정전 직전의 각 내부 부하의 전력품질값이 저장되는 저장부와,
   정전시 상기 내부 부하의 수요 전력 크기와 상기 에너지 저장 시스템에 저장된 충전 전력량과 상기 발전기의 발전 전력량 및 상기 저장부에 저장된 각 내부 부하의 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상공급계획 정보를 작성하여 출력하는 전력분석부와,
   상기 전력분석부의 비상전력 공급계획 정보에 따라 상기 전력변환장치를 제어하여 상기 내부 부하로 공급되는 전력을 제어하는 제어부와,
   상기 발전기의 전력을 소정 전력품질의 전력으로 변환하여 상기 에너지 저장 시스템에 공급하는 변환회로와, 상기 변환회로에서 변환된 전력을 상기 에너지 저장 시스템으로 공급하는 충전모드와 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력을 내부 부하로 공급하는 방전모드를 선택하기 위한 전력개폐 스위치를 포함하고;
   상기 전력분석부는, 상기 발전기의 발전 전력량과 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 합한 전체 비상전력량과 현재 연결된 내부 부하의 소비 전력 및 미리 저장된 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상전력공급계획 정보를 작성하고, 상기 비상전력 공급계획 정보를 작성하기 전에, 상기 에너지저장 시스템을 재충전하도록 상기 제어부에 요청하고,
   상기 제어부는 상기 에너지 저장 시스템을 재충전시에, 내부 부하로 공급되는 전력을 모두 차단한 상태에서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하거나, 내부 부하에 미리 설정된 크기의 최소의 전력을 공급하면서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하고,
   정전후에 상기 입력부를 통해 소정 내부 부하의 온/오프 선택이 입력되면, 상기 제어부는 상기 저장부로부터 상기 온/오프 선택된 내부 부하의 전력품질 목표값을 독출하여 상기 전력분석부에 제공하고, 상기 변경된 내부 부하의 전력품질 목표값과 상기 에너지 저장 시스템의 전력량 및 상기 발전기의 발전량에 기초하여 비상전력 공급계획 정보를 상기 전력분석부가 재작성하게 하는 것인, 스마트 비상 발전기 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 비상전력 공급계획 정보는, 전력공급이 필요한 임의의 내부 부하를 기준으로 비상전력공급이 가능한 지속시간을 포함하고, 에너지 저장 시스템을 충전한 후 비상전력을 공급하는 경우에 복수의 에너지 저장 시스템 내에 있는 배터리 충전을 위한 대기시간을 포함하는 스마트 비상 발전기 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 내부 부하 감지 센서의 감지결과에 기초하여 상기 내부 부하로 공급되는 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 이상인 경우, 상기 내부 부하로 공급되는 전력이 증가 또는 감소되도록 상기 전력변환장치를 제어하고, 상기 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 미만이면, 전력품질의 목표값 변경이 필요한지 판단하고, 판단결과에 따라 전력품질이 증가 또는 감소하도록 상기 전력변환장치를 제어하고,
   상기 제어부는 정전시 상기 충전량 감지 센서의 감지값에 기초하여, 상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력이 미리 설정된 크기 이하가 되면, 상기 발전기의 전력이 상기 에너지 저장 시스템을 충전하도록 상기 전력변환장치를 제어하는 스마트 비상 발전기 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 내부 부하에는 수요 전력의 크기 감지센서, 상기 수요 전력의 품질을 감지하는 전력품질 감지센서, 외부와 통신을 위한 통신부가 설치되는 것인, 스마트 비상 발전기 시스템.
5. 발전기와 에너지 저장 시스템을 구비한 스마트 비상 발전기 시스템의 비상전력 제어 방법으로서,
   정전시 상기 정상 전력 스위치를 오프시키는 단계;
   상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력을, 적어도 하나의 내부 부하의 수요 전력 크기 및 정전 직전의 전력품질값에 맞게 변환하여 적어도 하나의 내부 부하에 일정시간 공급하고,
   상기 에너지 저장 시스템에 충전된 전력이 미리 설정된 크기 이하가 되면, 상기 발전기로 상기 에너지 저장 시스템을 충전함과 동시에 상기 발전기의 발전 전력량과 상기 에너지 저장 시스템의 충전 전력량을 합한 전체 비상전력량을 산출하는 단계;
   상기 내부 부하로 공급되는 전력을 모두 차단한 상태에서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하거나, 내부 부하에 미리 설정된 크기의 최소의 전력을 공급하면서 상기 에너지 저장 시스템을 재충전하고, 상기 전체 비상전력량과 현재 연결된 내부 부하의 수요 전력 크기 및 내부 부하별 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 표시하는 단계;
   상기 비상전력 공급계획 정보를 표시한 후에 소정 내부 부하의 연결의 온/오프를 선택 입력받는 단계;
   상기 온/오프 선택된 내부 부하의 전력품질 목표값, 나머지 내부 부하의 전력품질 목표값, 상기 에너지 저장 시스템의 나머지 충전량 및 상기 발전기의 발전량에 기초하여 비상전력 공급계획 정보를 재작성하여 표시하는 단계;
   정전이 발생한 경우 소정 내부 부하의 연결의 온/오프에 의한 내부 부하로 공급할 피크 전력의 변동량이 일정 크기 이상인지 체크하는 단계;
   상기 피크 전력의 변동량이 일정 크기 이상인 경우, 현재 에너지 저장 시스템에 저장된 전력량과 적어도 하나의 상기 발전기의 발전량을 합한 전체 비상전력량을 산출하는 단계;
   상기 전체 비상전력량과 정전후 연결되어 있는 내부 부하의 수요 전력 및 전력품질 목표값에 기초하여 전력공급 지속시간을 산출하여 비상전력 공급계획 정보를 작성하여 사용자에게 표시하는 단계를 포함하는 스마트 비상 발전기 시스템의 비상전력 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 내부 부하로 공급되는 전력의 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 이상인 경우, 상기 내부 부하로 공급되는 전력이 증가 또는 감소되도록 상기 발전기 및 에너지 저장 시스템을 제어하는 단계와,
   상기 피크 전력의 변동량이 소정 기준값 미만이면, 상기 내부 부하로 공급되는 전력의 전력품질의 목표값 변경이 필요한지 판단하는 단계와,
   상기 판단결과에 따라 상기 내부 부하로 공급되는 전력품질이 증가 또는 감소하도록 제어하는 단계를 포함하는 스마트 비상 발전기 시스템의 비상전력 제어 방법.
   
   
   
   
   
   

Images