KR20200039936A - Amp를 이용한 하이브리드 마이크로 그리드 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 변환 시스템(PCS), 태양광 발전기(PV), 계통 전력, 부하 및 에너지 충전 장치(ESS)를 포함하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템에 있어서, 상기 부하는 해안에 정박 중인 선박을 포함하며, 태양광 발전기, 에너지 충전 장치 및 계통 전력은 상기 선박에 대하여 육상 전력(AMP)을 공급하도록 연결되고, 상기 태양광 발전기 및 상기 계통 전력은 잔류 전력을 에너지 충전 장치의 배터리에 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템을 제공한다.

Description

AMP를 이용한 하이브리드 마이크로 그리드 시스템{Hybrid Micro Grid System using AMP}
본 발명은 AMP(Alternative maritime power)를 이용한 하이브리드 마이크로 그리드 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 정박 중인 선박에 전기를 공급하기 위하여 신재생 에너지를 사용하고 효율적으로 전력 공급을 전환할 수 있도록 구축된 하이브리드 마이크로 그리드 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 장치, 즉 ESS(Energy storage system)를 이용한 전력 관리 시스템, 즉 PMS(Power Management system)가 재생 에너지의 총체적 전달과 관리를 위하여 도입되고 있다. 예를 들어 산간이나 도서의 일정 영역을 PMS 관리 지역으로 설정하고 상용 전력 및 신재생 에너지를 이용하여 전력 공급을 제어하는 것이다.
기존의 전력계통에 정보통신(IT) 기술을 융합해 전력망을 지능화, 고도화하여 에너지 이용효율을 극대화, 고품질 전력서비스의 제공과 부가서비스를 창출할 것으로 기대되는 차세대 전력계통을 ‘스마트그리드’라고 한다. 특히, 태양광이나 풍력발전과 같은 신재생에너지와 소형 분산전원을 이용하여 소규모 지역에서 자체적으로 전기를 생산, 저장, 소비하는 새로운 개념의 전력공급시스템으로 ‘마이크로그리드’가 주목 받고 있다.
마이크로그리드는 고갈되지 않는 태양광, 풍력과 같은 환경 친화적인 에너지를 효율적으로 이용하여 생산된 전기에너지를 이용하여 피크부하에 대한 전력공급의 유연성을 확보하여 전체 전력계통의 에너지 이용효율을 극대화시킬 수 있고, 전원이 분산됨에 따라 안정적인 전력공급은 물론 전력손실 감소에 기여할 것으로 기대된다.
한편, 많은 경우 선박이 정박지에 있을 때 육상 측으로부터 선박에 전력을 공급할 필요가 있다. 선박은 예를 들어 충전 가능한 배터리시스템 및 충전 가능한 배터리 시스템에 의해 에너지가 공급되는 전기 추진 시스템을 포함하는 선박이다. 선박이 종래의 내연기관 선박일 수도 있고, 선박이 정박지에 있을 때 필요한 전기를 생산하기 위해 선박의 보조 발전기를 사용하는 대신에 선박이 육상 측 교류 전압 네트워크에 연결되는 것도 가능하다. 그러나. 선박이 육상 측 교류 전압 네트워크와 다른 주파수 또는 전압 레벨을 사용할 수 있으므로 육상 측 교류 전압 네트워크를 선박의 선상 교류 전압 네트워크에 항상 연결할 수 있는 것은 아니다. 이 경우, 선박에 육상 전원(AMP) 공급 시스템을 연결할 수 있다면 상기의 문제를 해결할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 정박 중인 선박에 전기를 공급하기 위하여 신재생 에너지를 사용하고 효율적으로 전력 공급을 전환할 수 있도록 구축된 하이브리드 마이크로 그리드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 신재생 에너지로 태양광 발전(PV:Photovoltaic)을 도입할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전력 변환 시스템(PCS), 태양광 발전기(PV), 계통 전력, 부하 및 에너지 충전 장치(ESS)를 포함하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템에 있어서, 상기 부하는 해안에 정박 중인 선박을 포함하며, 태양광 발전기, 에너지 충전 장치 및 계통 전력은 상기 선박에 대하여 육상 전력(AMP)을 공급하도록 연결되고, 상기 태양광 발전기 및 상기 계통 전력은 잔류 전력을 에너지 충전 장치의 배터리에 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템을 제공한다.
상기 선박은 충전 가능한 배터리시스템 및 충전 가능한 배터리 시스템에 의해 에너지가 공급되는 전기 추진 시스템을 포함하는 선박일 수 있다.
심야 시간 또는 장마 기간과 같이 전력 수요가 많지 않은 시간대에는 태양광 발전기와 배터리의 연결은 차단되며, 계통 전력에서 공급된 전력의 일부가 부하로 공급되고, 남은 전력이 배터리에 공급되어 충전되도록 할 수 있다.
태양광의 활용이 높은 낮 시간대에는 태양광 발전기에서 공급된 전력은 릴레이를 경유하여 부하로 공급되고, 남은 전력은 배터리에 공급되어 충전되도록 할 수 있다.
부하에서 실제 사용한 과거 수요 전력을 토대로 상기 하이브리드 마이크로 그리드 시스템이 사전 설정한 기준값을 기준으로, 부하의 예측 수요 전력이 기준값과 동일한 레벨이면, 태양광 발전기와 배터리 사이의 연결이 차단되어 충전 작업은 중단되며, 계통 전력에서 공급된 전력의 일부와 배터리에 충전된 전력이 부하로 공급되도록 할 수 있다.
부하의 예측 수요 전력이 기준값보다 일정 수준 이상 높으면, 태양광 발전기에서 공급된 전력과, 배터리의 전력이 모두 부하로 공급되도록 할 수 있다.
부하의 예측 수요 전력이 기준값보다 일정 수준 이상 낮으면, 계통 전력에서 부하로의 전원 공급은 중단되며, 태양광 발전기에서 공급된 전력과 배터리의 전력이 부하로 공급되도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 해상 태양광 발전 및 에너지 충전 장치를 활용하여 마이크로 그리드 기반 기술을 마련할 수 있으며, 하이브리드(계통형/독립형) 형태의 안정적인 전력 공급이 가능하다.
AMP 기술을 사용하면, 온실 가스 및 오염 물질을 감축할 수 있으며, 태양광을 에너지원으로 사용하는 경우 황산화물, 질소 산화물 및 미세 먼지의 배출을 감축할 수 있다.
본 발명에 의하면, 친환경 AMP 서비스 모델을 구축하고 빅데이터 기반의 스마트 항구 기반을 조성하여 지역 활성화 모델을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 마이크로 그리드 시스템의 전체 구성도;
도 2 내지 도 4 각각은 본 발명의 충전 시나리오의 각각의 실시예를 보인 구성도; 그리고
도 5 내지 도 7 각각은 본 발명의 방전 시나리오의 각각의 실시예를 보인 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)의 전체 구성도이다.
본 발명의 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)은 하이브리드 전력 변환 시스템(PCS: Power conversion system:10), 태양광 발전기(PV; 20), 계통 전력(30), 부하(40) 및 에너지 충전 장치(ESS; 50)를 포함한다.
하이브리드 PCS(10)는 DC/DC 컨버터(12)와 DC/AC컨버터(14)를 구비한다. 태양광 발전기(20)는 태양전지셀로 이루어지는 패널 모듈을 통하여 태양광을 전력으로 전환한다. 계통 전력(30)은 예를 들어 한전에서 공급되는 기본 공급 전력을 말한다. 본 발명의 실시예에 따른 부하(40)는 해안에 정박 중인 선박(42)과, 전기 차량등의 급속 충전이 필요한 충전소(44)와, 기타 전력 소비 장치(46)를 포함한다. 선박(42)은 충전 가능한 배터리시스템 및 충전 가능한 배터리 시스템에 의해 에너지가 공급되는 전기 추진 시스템을 포함하는 선박이다. 에너지 충전 장치(ESS; 50)는 하이브리드 PCS(10)와 연결되며, 배터리(B)를 포함한다.
도 1을 참조로 본 발명의 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)의 전력 공급 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
계통 전력(30)은 부하(40) 및 하이브리드 PCS(10)로 전력을 공급한다. 하이브리드 PCS(10)로 공급된 전력은 DC/AC 컨버터(14)를 통하여 직류로 전한되어 ESS(50)에 저장된다. ESS(50)에 저장된 전원은 DC/AC 컨버터(14)를 통하여 교류로 전환되어 부하(40)에 공급된다. 선박(42)은 계통 전력(30) 및/또는 ESS(50) 및 PV(20)로부터 전원을 공급받으며, 따라서 선박(42)을 위한 AMP네트워크를 구축할 수 있다.
PV, 즉 태양광 발전기(20)에서 생성된 전력은 하이브리드 PCS(10)로 공급되고, 하이브리드 PCS(10)로 공급된 전력은 DC/DC 컨버터(12)를 통하여 직류로 전한되어 ESS(50)에 저장된다. ESS(50)에 저장된 전원은 DC/AC 컨버터(14)를 통하여 교류로 전환되어 부하(40)에 공급된다. 따라서, 계통 전력에 태양광 발전, 즉 PV를 결합한 선박을 위한 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)을 구축할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)을 이용한 충전 시나리오를 ESS(50)의 배터리(B)를 기준으로 도시한 구성도이다. PV(20)와 배터리(B)사이에는 DC/DC컨버터(12)가 설치되고, 배터리(B)는 DC/AC컨버터(14)를 통하여 릴레이(60)를 경유하여 계통 전력(30)을 단속하는 그리드 스위치(Gs)를 통하여 계통 전력(30)에, 그리고 부하 스위치(Ls)를 통하여 부하(40)에 각각 연결된다.
이를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시나리오를 설명하면 다음과 같다.
ESS 기준 충전 작동 흐름
먼저 심야 시간 또는 장마 기간과 같이 전력의 수요가 많지 않은 시간대에는 도 2에서와 같이 PV(20)와 배터리(B)사이의 연결은 차단되며, 계통 전력(30)에서 공급된 전력의 일부는 폐쇄된 부하 스위치(Ls)를 통하여 부하(40)로 공급되고, 남은 전력은 DC/AC컨버터(14)를 통하여 배터리(B)에 공급되어 충전된다. PV(20)는 기후와 날씨의 영향으로 가동하지 못하는 경우이다.
다음, 태양광의 활용이 높은 낮 시간대에는 도 3에서와 같이 PV(20)에서 공급된 전력은 바로 릴레이(60)를 경유하여 폐쇄된 부하 스위치(Ls)를 통하여 부하(40)로 공급되고, 남은 전력은 DC/DC컨버터(12)를 통하여 배터리(B)에 공급되어 충전된다. PV(20)를 최대한 가용 전력으로 활용하면서 남는 전력을 예비적으로 비축하는 경우이다.
다음, 부하(40)의 예상 수요 전력이 태양광을 활용할 정도의 소정 임계치에 다다르지 못하면, 도 4에서와 같이, 배터리(B)와 계통 전력(30) 및 부하(40) 사이의 연결은 차단되며, PV(20)에서 공급된 전력은 모두 DC/DC컨버터(11)를 통하여 배터리(B)에 공급되어 충전된다.
당업자라면, 도 3 및 도 4에서는 생략하였지만, 계통 전력(30)에서 공급된 전력은 부하(40)로 공급되고 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)을 이용한 방전 시나리오를 ESS(50)의 배터리(B)를 기준으로 도시한 구성도이다. 도 2 내지 도 4에서와 같이 PV(20)와 배터리(B)사이에는 DC/DC컨버터(12)가 설치되고, 배터리(B)는 DC/AC컨버터(14)를 통하여 릴레이(60)를 경유하여 계통 전력(30)을 단속하는 그리드 스위치(Gs)를 통하여 계통 전력(30)에, 그리고 부하 스위치(Ls)를 통하여 부하(40)에 각각 연결된다.
이를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 시나리오를 설명하면 다음과 같다.
ESS 기준 방전 작동 흐름
본 발명의 방전 시나리오는 부하(40)에서 실제 사용한 과거 수요 전력을 토대로 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)이 사전 설정한 기준값을 기준으로, 부하(40)의 예측 수요 전력이 기준값과 동일한 레벨이면, 도 5에서와 같이 PV(20)와 배터리(B)사이의 연결이 차단되어 충전 작업은 오프되며, 계통 전력(30)에서 공급된 전력의 일부와 배터리(B)에 충전된 전력이 DC/AC컨버터(14)를 통하여 부하(40)로 공급된다. 예를 들어 심야 시간이지만 정류 중인 부하(40)의 선박(42)에 신속하게 전력을 공급하는 경우가 이에 해당한다.
다음, 부하(40)에서 전력 사용량이 많을 것으로 예측되는 경우, 즉 부하(40)의 예측 수요 전력이 기준값보다 일정 수준 이상 높으면, 도 6에서와 같이 PV(20)에서 공급된 전력과, 배터리(B)의 전력이 모두 부하 스위치(Ls)를 통하여 부하(40)로 공급된다. 계통 전력(30)은 기본적으로 부하(40)로 공급되고 있다.
다음, 부하(40)의 예측 수요 전력이 기준값보다 일정 수준 이상 낮으면, 도 7에서 그리드 스위치(Gs)는 개방되어 계통 전력(30)에서 부하(40)로의 전원 공급은 중단되며, PV(20)에서 공급된 전력과 배터리(B)의 전력이 부하 스위치(Ls)를 통하여 부하(40)로 공급된다.
이상의 본원발명에 의하면, 부하(40)의 선박(42)은 계통전력(30), 배터리(B) 및 PV(20)로부터 어느 경우에도 필요한 전원을 공급받을 수 있으므로 본원발명의 하이브리드 마이크로 그리드 시스템(1)은 정박 중인 선박에 전기를 공급하기 위하여 신재생 에너지를 사용하여 효율적으로 전력 공급을 전환하는 기능을 발휘한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 예시를 든 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하지 않으며 본 발명에 대해서는 다양한 변경이 가능하고, 이들도 모두 본 발명의 권리범위에 속하며, 본 발명의 권리범위는 이하 첨부한 특허청구범위에 의하여 규정된다.
(1): 하이브리드 마이크로 그리드 시스템 (10): 전력 변환 시스템(PCS) (20): 태양광발전기 (30): 계통 전력 (40): 부하 (50): 에너지 충전 장치(ESS) (B): 배터리 (Gs): 그리드 스위치 (Ls): 부하 스위치

Claims (7)

  1. 전력 변환 시스템(PCS), 태양광 발전기(PV), 계통 전력, 부하 및 에너지 충전 장치(ESS)를 포함하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템에 있어서, 상기 부하는 해안에 정박 중인 선박을 포함하며, 태양광 발전기, 에너지 충전 장치 및 계통 전력은 상기 선박에 대하여 육상 전력(AMP)을 공급하도록 연결되고, 상기 태양광 발전기 및 상기 계통 전력은 잔류 전력을 에너지 충전 장치의 배터리에 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 선박은 충전 가능한 배터리시스템 및 충전 가능한 배터리 시스템에 의해 에너지가 공급되는 전기 추진 시스템을 포함하는 선박인 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 심야 시간 또는 장마 기간과 같이 전력 수요가 많지 않은 시간대에는 태양광 발전기와 배터리의 연결은 차단되며, 계통 전력에서 공급된 전력의 일부가 부하로 공급되고, 남은 전력이 배터리에 공급되어 충전되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 태양광의 활용이 높은 낮 시간대에는 태양광 발전기에서 공급된 전력은 릴레이를 경유하여 부하로 공급되고, 남은 전력은 배터리에 공급되어 충전되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 부하에서 실제 사용한 과거 수요 전력을 토대로 상기 하이브리드 마이크로 그리드 시스템이 사전 설정한 기준값을 기준으로, 부하의 예측 수요 전력이 기준값과 동일한 레벨이면, 태양광 발전기와 배터리 사이의 연결이 차단되어 충전 작업은 중단되며, 계통 전력에서 공급된 전력의 일부와 배터리에 충전된 전력이 부하로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
  6. 제 2항에 있어서, 부하의 예측 수요 전력이 기준값보다 일정 수준 이상 높으면, 태양광 발전기에서 공급된 전력과, 배터리의 전력이 모두 부하로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 부하의 예측 수요 전력이 기준값보다 일정 수준 이상 낮으면, 계통 전력에서 부하로의 전원 공급은 중단되며, 태양광 발전기에서 공급된 전력과 배터리의 전력이 부하로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 마이크로 그리드 시스템.
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