KR20200068835A - 분산전원 지능형 자율 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분산전원 지능형 자율 제어장치에 관한 것으로서, 분산전원에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 수집된 상태정보로부터 분산전원과 접속된 계통연계 설비로 안정적인 전력공급이 이루어지게 설정된 계통연계 안정화 범위에서 분산전원과 접속된 계통연계설비로 전력이 공급되게 제어하고, 수집된 분산전원 상태정보가 계통연계 안정화 범위를 벗어난 장애 상태로 판단되면 장애 상태정보를 브로드캐스팅 하는 지능형 원격 터미널 유닛과, 장애시 계통 안정화 제어 루틴이 포함된 제어 시퀀스가 등록된 제어 시퀀스 데이터베이스와, 장애 상태 정보가 수신되면 장애 복구를 위한 계통 안정화 제어 루틴을 지능형 원격 터미널 유닛에 각각 전송해 줄 것을 제어시퀀스 데이터베이스에 요청하는 디바이스 관리 유닛을 구비한다.
Description
본 발명은 분산전원 지능형 자율 제어장치에 관한 것으로서, 상세하게는 계통연계설비에 안정적인 전력공급이 이루어지기 위한 제어부담을 분산시킬 수 있도록 된 분산전원 지능형 자율 제어장치에 관한 것이다.
최근 분산전원의 계통 접속이 증가하고, 에너지 자립을 위한 독립계통에 대한 연구 및 실증이 다양하게 진행되고 있다. 분산전원의 경우 주로 태양광 발전과 풍력발전 그리고 연료전지와 같이 재생 에너지 위주로 설치가 이루어지고 있으며 계통에 연계되는 방식과 계통과 분리되어 운영되는 계통 독립방식으로 분류가 된다. 각각의 방식은 주어진 환경과 경제적인 제약 그리고 필요에 의해 선택을 하게 되며 실제 계통을 운영 시 발견되는 계통상의 다양한 문제점에 대한 해결방안은 거의 고려되지 않고 설계가 이루어진다. 특히 재생 에너지로 기저부하의 40%이상을 담당하게 되면 태양광과 풍력 같은 비 선형적인 발전패턴으로 인해 계통의 운영자체가 불안하게 되며, 자칫하면 전체 정전으로 이어지는 사고가 발생할 수 있다.
한편, 분산전원을 제어하기 방식은 국내 등록특허 제10-1219883호 등 다양하게 제안되고 있다.
그런데, 국내 도서지역에서의 에너지 자립형 마이크로그리드 실증의 성공과 실패의 사례를 보면 안정도 측면에서 강한 설계와 국소적인 작은 스트레스에도 쉽게 계통이 무너지는 설계의 차이점을 확인할 수 있는데, 이는 그 지역 기후에 적합한 재생 에너지의 발전 비율과 전체적으로 계통의 안정도를 주도할 수 있는 전원의 용량에 대한 설비투자, 그리고 계통을 상시 감시 및 제어가 가능한 관리시스템이 유기적으로 조합이 이루어졌을 때 안정적으로 계통 운영이 되고 그 반대의 경우나 한 요소라도 부족하게 되면 계통 운영이 불안하게 됨을 알 수 있다.
따라서 분산전원의 동적 특성을 지속적으로 감시 및 서포팅 제어해줄 수 있는 수단의 필요성이 절실하다.
특히, 분산전원으로부터 계통통연계설비로의 동기화가 허용 범위를 벗어난 경우 계통연계설비의 분산전원과의 기본 분리 시간 이후 재 접속허용이 가능하기 때문에 동기화 허용범위를 유지하기 위한 제어의 신속도도 매우 중요하다.
또한, 분산전원의 계통연계설비에 안정적인 전력공급이 이루어지기 위한 제어부담이 집중화되는 경우 안정화를 위한 처리속도가 늦어질 수 있어 제어부담을 효율적으로 분산시킬 수 있도록 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 분산전원의 계통연계설비로의 안정적인 전력공급이 이루어지도록 제어하되 제어부담을 분산시켜 안정화를 위한 처리속도도 향상시킬 수 있는 분산전원 지능형 자율 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분산전원 지능형 자율 제어장치는 할당된 분산전원에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 수집된 상태정보로부터 상기 분산전원과 접속된 계통연계 설비로 안정적인 전력공급이 이루어지게 설정된 계통연계 안정화 범위에서 상기 분산전원과 접속된 계통연계설비로 전력이 공급되게 제어하고, 수집된 분산전원 상태정보가 상기 계통연계 안정화 범위를 벗어난 장애 상태로 판단되면 장애 상태정보를 브로드캐스팅 하는 지능형 원격 터미널 유닛과; 장애시 계통 안정화 제어 루틴이 포함된 제어 시퀀스가 등록된 제어 시퀀스 데이터베이스와; 상기 지능형 원격 터미널 유닛으로부터 상기 장애 상태 정보가 수신되면 장애 복구를 위한 계통 안정화 제어 루틴을 상기 지능형 원격 터미널 유닛에 각각 전송해 줄 것을 상기 제어시퀀스 데이터베이스에 요청하며, 장애에 대한 정보를 다른 지능형 원격 터미널 유닛에 브로드캐스팅 하는 디바이스 관리 유닛; 및 상기 지능형 원격 터미널 유닛의 펌웨어를 버전별로 업데이트하여 저장한 펌웨어 업데이트 데이터베이스;를 포함하며, 상기 각 지능형 원격 터미널 유닛은 설치된 펌웨어 버전을 주기적으로 상기 디바이스관리 유닛에 전송하며, 상기 디바이스 관리 유닛은 펌웨어 버전이 가장 새로운 최상위 버전이 아닌 경우 최상위 버전의 펌웨어를 각 지능형 원격 터미널 유닛에 전송해 줄 것을 상기 펌웨어 업데이트 데이터베이스에 요청하고, 상기 분산전원은 전력을 생성하는 전력생성부와; 상기 전력생성부에서 생성된 전력을 상용 교류전력으로 변환하여 상기 계통연계설비로 제공하는 인버터;를 구비하고, 상기 지능형 원격 터미널 유닛은 상기 인버터에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하는 분산전원 상태정보 수집모듈과; 상기 분산전원 상태정보 수집모듈에서 수집된 전압, 전류, 위상, 주파수가 설정된 계통연계 안정화 범위 내로 유지되게 상기 인버터를 제어하고, 장애상태로 판단되면 통신모듈을 통해 장애상태정보를 상기 디바이스 관리유닛에 전송되게 처리하는 제어모듈;을 구비한다.
바람직하게는 상기 분산전원 상태정보 수집모듈은 상기 계통연계 설비의 상용 교류전원에 대한 전압, 위상 및 주파수를 포함한 계통전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 상기 제어모듈은 상기 계통전원 상태정보를 이용하여 상기 분산전원 상태정보 수집모듈에서 수집된 분산정보 상태정보에 대한 상기 계통연계 안정화 범위 내로 유지되는 지를 판단하도록 구축된다.
본 발명에 따른 분산전원 지능형 자율 제어장치에 의하면, 분산전원의 계통연계설비로의 안정적인 전력공급이 이루어지도록 하는 제어부담을 분산시켜 안정화를 위한 처리속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 분산전원 지능형 자율 제어장치를 나타내 보인 블록도이고,
도 2는 도 1의 분산전원과 지능형 원격 터미널 유닛의 접속구조를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 2의 지능형 원격 터미널 유닛의 제어모듈의 제어과정을 나타내 보인 플로우도이다.
도 2는 도 1의 분산전원과 지능형 원격 터미널 유닛의 접속구조를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 2의 지능형 원격 터미널 유닛의 제어모듈의 제어과정을 나타내 보인 플로우도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산전원 지능형 자율 제어장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 분산전원 지능형 자율 제어장치를 나타내 보인 블록도이고, 도 2는 도 1의 분산전원과 지능형 원격 터미널 유닛의 접속구조를 나타내 보인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 분산전원 지능형 자율 제어장치는 디바이스 관리유닛(100), 지능형 원격 터미널 유닛(iRTU)(200), 제어 시퀀스 데이터베이스(DB)(300), 펌웨어 업데이트 데이터베이스(DB)(400)를 구비한다.
분산전원(10)은 전력을 생성하는 전력생성부(20)와, 전력생성부(20)에서 생성된 전력을 상용 교류전력으로 변환하여 계통연계설비(50)로 제공하는 인버터를 구비한다.
여기서, 전력생성부(20)는 태양광 발전, 풍력발전, 연료전지, 디젤발전, 수력발전, 화력발전, 조력발전, 지열발전, ESS(Energy Storage System), 열병합발전 등과 같은 전력생산설비가 적용될 수 있다.
지능형 원격 터미널 유닛(200)은 할당된 분산전원(10)에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 수집된 상태정보로부터 분산전원(10)과 접속된 계통연계 설비(50)로 안정적인 전력공급이 이루어지게 설정된 계통연계 안정화 범위에서 분산전원(10)과 접속된 계통연계설비(50)로 전력이 공급되게 제어한다.
지능형 원격 터미널 유닛(200)은 분산전원(10)으로부터 수집된 분산전원 상태정보가 설정된 계통연계 안정화 범위를 벗어난 장애 상태로 판단되면 장애 상태정보를 다바이스 관리유닛(100)으로 브로드캐스팅 한다.
지능형 원격 터미널 유닛(200)은 분산전원 상태정보 수집모듈(210), 제어모듈(220) 및 통신모듈(230)을 구비한다.
분산전원 상태정보 수집모듈(210)은 인버터(30)에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 수집된 정보를 제어모듈(220)에 제공한다.
바람직하게는 분산전원 상태정보 수집모듈(210)은 인버터 뿐만아니라, 계통연계 설비(50)의 상용 교류전원에 대한 전압, 위상 및 주파수를 포함한 계통전원 상태정보를 측정하여 수집하여 제어모듈(220)에 제공한다.
분산전원 상태정보 수집모듈(210)은 유효전력, 무효전력, 역률, 전압파형, 전류파형, 고조파전압, 고조파 전류, 플리커 정보도 수집하도록 구축될 수 있음은 물론이다.
제어모듈(220)은 분산전원 상태정보 수집모듈(210)에서 수집된 전압, 전류, 위상, 주파수가 설정된 계통연계 안정화 범위 내로 유지되게 인버터(30)를 제어하고, 장애상태로 판단되면 통신모듈을 통해 장애상태정보를 디바이스 관리유닛(100)에 전송되게 처리한다.
또한, 제어모듈(220)은 계통전원 상태정보를 이용하여 분산전원 상태정보 수집모듈(210)에서 수집된 분산정보 상태정보에 대한 계통연계 안정화 범위 내로 유지되는 지를 판단하도록 구축되는 것이 바람직하다.
일 예로서, 계통 연계에 대한 동기화에 대해 아래의 표 1과 같은 연계 조건을 적용하는 경우 아래의 동기화 조건이 계통연계 안정화 범위로 설정될 수 있다.
| 분산전원 정격용량합계 (KW) |
주파수 차 (Δf, Hz) |
전압차 (ΔV, %) |
위상각 차 (Δφ, °) |
| 0~500 | 0.3 | 10 | 20 |
| 500초과~1,500 | 0.2 | 5 | 15 |
| 1,500초과~20,000미만 | 0.1 | 3 | 10 |
이 경우, 장애상태는 계통연계설비(50)와의 동기화 조건이 벗어나 분산전원(10)으로부터 계통연계설비(50)로의 전력공급이 차단되는 조건에 해당한다.
제어모듈(220)은 설치된 펌웨어 버전을 통신모듈(230)을 통해 주기적으로 디바이스관리 유닛(100)에 전송하고, 펌웨어 업데이트 데이터베이스(400)로부터 제공되는 최신버전의 펌웨어를 업데이트 처리한다.
이러한 제어모듈(220)의 계통전원으로 안정적인 전원공급이 이루어지게 제어하는 자체 제어과정을 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 분산전원 상태정보 수집모듈(210)로부터 상태 정보를 수집하고(단계 310), 수집된 상태정보로부터 장애상태인지를 판단한다(단계 320).
단계 320에서 장애상태가 아닌 것으로 판단되면 수집된 상태정보를 기반으로 게통 연계 안정화 범위내로 인버터의 출력상태가 유지되게 분산전원의 인버터(30)를 제어하고 단계 310으로 복귀한다.
이와는 다르게, 단계 320에서 장애상태로 판단되면, 장애상태를 디바이스 관리유닛(100)에 브로드 캐스팅한다(단계 340).
단계 340 이후에는 제어시퀀스 데이터 베이스(300)로부터 계통안정화 제어루틴이 수신됐는지를 판단하고(단계 350)한다.
단계 350에서, 제어시퀀스 데이터 베이스(300)로부터 계통안정화 제어루틴이 수신됐다고 판단되면 수신된 계통안정화 제어루틴을 수행한다.
이러한 지능형 원격 터미널 유닛(200)에 의하면, 인버터(30)에서 계통연계 설비(50)로 허용범위내로 동기화가 되도록 자체제어를 수행하고, 장애 발생시만 디바이스 관리유닛(100), 제어시퀀스 데이터 베이스(300)가 관여하게 함으로써 중앙집중 제어부분에 대한 부담을 줄일 수 있으면서 계통연계 동기화 제어가 보다 신속하고 안정적으로 유지될 수 있는 장점을 제공한다.
통신모듈(230)은 제어모듈(220)에 제어되어 디바이스 관리유닛(100) 및 제어시퀀스 데이터 베이스(300), 펌웨어 업데이트 데이터 베이스(400)와 통신을 수행한다.
한편, 제어시퀀스 데이터 베이스(300)는 장애시 계통 안정화 제어 루틴이 포함된 제어 시퀀스가 등록되어 있다.
여기서, 계통 안정화 제어 루틴은 유효전력 공급한계곡선, 무효전력 공급한계곡선, 전압/주파수 드룹(Droop) 운전 명령, 부하차단 명령 및 계통연계 명령을 포함할 수 있다.
제어 시퀀스 데이터베이스(300)는 운영되는 계통의 기본정보와 각 분산전원(10) 및 부하의 기본정보 그리고 계통 한계 운전을 위한 설정 값들이 XML(Extensible Markup Language) 형식의 구조를 갖고 있다.
디바이스 관리 유닛(100)은 지능형 원격 터미널 유닛(200)으로부터 장애 상태 정보가 수신되면 장애 복구를 위한 계통 안정화 제어 루틴을 지능형 원격 터미널 유닛(200)에 각각 전송해 줄 것을 제어시퀀스 데이터베이스(300)에 요청하며, 장애에 대한 정보를 다른 지능형 원격 터미널 유닛(200)에 브로드캐스팅 한다.
또한, 디바이스 관리 유닛(100)은 펌웨어 버전이 가장 새로운 최상위 버전이 아닌 경우 최상위 버전의 펌웨어를 각 지능형 원격 터미널 유닛에 전송해 줄 것을 펌웨어 업데이트 데이터베이스(400)에 요청한다.
펌웨어 업데이트 데이터베이스(400)는 지능형 원격 터미널 유닛(200)의 펌웨어를 버전별로 업데이트하여 저장하고, 디바이스 관리유닛(100)으로부터 최상위 버전의 펌웨어를 각 지능형 원격 터미널 유닛에 전송해 주라는 요청신호가 수신되면 최상위 버전의 펌웨어를 전송되게 처리한다.
이상에서 설명된 분산전원 지능형 자율 제어장치에 의하면, 분산전원의 계통연계설비로의 안정적인 전력공급이 이루어지도록 하는 제어부담을 분산시켜 안정화를 위한 처리속도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
10: 분산전원 20: 전력생성부
30: 인버터 100: 디바이스 관리유닛
200: 지능형 원격 터미널 유닛
300: 제어 시퀀스 데이터베이스
400: 펌웨어 업데이트 데이터베이스
30: 인버터 100: 디바이스 관리유닛
200: 지능형 원격 터미널 유닛
300: 제어 시퀀스 데이터베이스
400: 펌웨어 업데이트 데이터베이스
Claims (2)
- 할당된 분산전원에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 수집된 상태정보로부터 상기 분산전원과 접속된 계통연계 설비로 안정적인 전력공급이 이루어지게 설정된 계통연계 안정화 범위에서 상기 분산전원과 접속된 계통연계설비로 전력이 공급되게 제어하고, 수집된 분산전원 상태정보가 상기 계통연계 안정화 범위를 벗어난 장애 상태로 판단되면 장애 상태정보를 브로드캐스팅 하는 지능형 원격 터미널 유닛과;
장애시 계통 안정화 제어 루틴이 포함된 제어 시퀀스가 등록된 제어 시퀀스 데이터베이스와;
상기 지능형 원격 터미널 유닛으로부터 상기 장애 상태 정보가 수신되면 장애 복구를 위한 계통 안정화 제어 루틴을 상기 지능형 원격 터미널 유닛에 각각 전송해 줄 것을 상기 제어시퀀스 데이터베이스에 요청하며, 장애에 대한 정보를 다른 지능형 원격 터미널 유닛에 브로드캐스팅 하는 디바이스 관리 유닛; 및
상기 지능형 원격 터미널 유닛의 펌웨어를 버전별로 업데이트하여 저장한 펌웨어 업데이트 데이터베이스;를 포함하며
상기 각 지능형 원격 터미널 유닛은 설치된 펌웨어 버전을 주기적으로 상기 디바이스관리 유닛에 전송하며, 상기 디바이스 관리 유닛은 펌웨어 버전이 가장 새로운 최상위 버전이 아닌 경우 최상위 버전의 펌웨어를 각 지능형 원격 터미널 유닛에 전송해 줄 것을 상기 펌웨어 업데이트 데이터베이스에 요청하고,
상기 분산전원은
전력을 생성하는 전력생성부와;
상기 전력생성부에서 생성된 전력을 상용 교류전력으로 변환하여 상기 계통연계설비로 제공하는 인버터;를 구비하고,
상기 지능형 원격 터미널 유닛은
상기 인버터에서 출력되는 전압, 전류, 위상, 주파수를 포함한 분산전원 상태정보를 측정하여 수집하는 분산전원 상태정보 수집모듈과;
상기 분산전원 상태정보 수집모듈에서 수집된 전압, 전류, 위상, 주파수가 설정된 계통연계 안정화 범위 내로 유지되게 상기 인버터를 제어하고, 장애상태로 판단되면 통신모듈을 통해 장애상태정보를 상기 디바이스 관리유닛에 전송되게 처리하는 제어모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 분산전원 지능형 자율 제어장치. - 제1항에 있어서, 상기 분산전원 상태정보 수집모듈은 상기 계통연계 설비의 상용 교류전원에 대한 전압, 위상 및 주파수를 포함한 계통전원 상태정보를 측정하여 수집하고, 상기 제어모듈은 상기 계통전원 상태정보를 이용하여 상기 분산전원 상태정보 수집모듈에서 수집된 분산정보 상태정보에 대한 상기 계통연계 안정화 범위 내로 유지되는 지를 판단하도록 구축된 것을 특징으로 하는 분산전원 지능형 자율 제어장치.
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| KR1020180155649A KR20200068835A (ko) | 2018-12-06 | 2018-12-06 | 분산전원 지능형 자율 제어장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200068835A true KR20200068835A (ko) | 2020-06-16 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020180155649A KR20200068835A (ko) | 2018-12-06 | 2018-12-06 | 분산전원 지능형 자율 제어장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20200068835A (ko) |
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2018
- 2018-12-06 KR KR1020180155649A patent/KR20200068835A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |