KR20210108894A - Power converter for controlling power flow of hydrogen generating system based on renewable energy - Google Patents

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Abstract

In accordance with the present invention, provided is a power conversion device of a hydrogen conversion system of renewable energy including: a water electrolyzing unit positioned at the midpoint between a renewable energy source and a system connected to each other through a transmission line, and receiving renewable energy power through the transmission line to produce hydrogen and oxygen; a fuel cell for producing power from the hydrogen produced by the water electrolyzing device to transmit the same to the system; and a power conversion device installed between the water electrolyzing device, the fuel cell, and the power transmission line. The power conversion device of the present invention comprises: a power conversion unit for connecting a system during power reception of a water electrolyzing device and power generation of a fuel cell; and a controller for controlling the water electrolyzing device, the fuel cell and the power conversion unit on the basis of a renewable energy generation output power (P(t)) and a system voltage (Vg(t)). The power conversion unit includes: an AC conversion unit for converting AC power of the system into DC power; a DC conversion unit for adjusting voltage of the DC power; a current control unit for controlling a current flow during power reception of the water electrolyzing device and power generation of the fuel cell to prevent generated power of the fuel cell from being input into the water electrolyzing device; and a power buffer for preventing sudden fluctuation in voltage and current that may occur due to operations of the AC conversion unit, the DC conversion unit and the current control device. Therefore, overvoltage and low voltage of a connected system are solved.

Description

재생에너지 수소변환 시스템의 전력흐름을 제어하는 전력변환장치{Power converter for controlling power flow of hydrogen generating system based on renewable energy} Power converter for controlling power flow of hydrogen generating system based on renewable energy

본 발명은 재생에너지 수소변환 시스템의 전력흐름을 제어하는 전력변환장치에 관한 것이다. The present invention relates to a power conversion device for controlling the power flow of a renewable energy hydrogen conversion system.

재생에너지, 그 중에서도 태양광과 풍력은 이론상 어디에서나 전력을 발생시켜 활용할 수 있고, 태양의 복사열에 기반하고 있어 설치 이후 별도의 연료를 사용하지 않으므로 온실가스를 발생하지 않는 에너지원으로서 주목받아 왔고, 다방면의 기술개발 및 시장 개척을 통해 전통 기력발전에 준하는 실용성과 경제성을 확보하였다. 그러나 설치 입지에 따른 효율의 편차가 크고 짧게는 초 단위의, 길게는 1년 단위의 출력 변동성을 가지고 있으며 이를 제어할 수 없어 변동형 재생에너지(Variable Renewable Energy, VRE)라고 부르고 있다.Renewable energy, especially solar and wind power, can theoretically be used anywhere by generating electricity, and since it is based on the radiant heat of the sun, it does not use a separate fuel after installation, so it has been attracting attention as an energy source that does not generate greenhouse gases. It has secured practicality and economic feasibility comparable to traditional energy generation through technological development and market development in various fields. However, there is a large variation in efficiency depending on the installation location, and it has output variability in units of seconds and 1 year as long as it is impossible to control, so it is called Variable Renewable Energy (VRE).

변동성의 해결과 더불어, VRE의 설치용량이 증가하면서 VRE의 발전출력 변동에 따라 부하에 필요한 전력과의 수급 불균형 문제가 발생하고 있으며, VRE를 온전히 활용하기 위해서는 계절적 변동성을 완충하기 위한 장기적, 대용량 에너지 저장 시스템이 요구되고 있다.In addition to resolving the variability, as the installed capacity of the VRE increases, a supply-demand imbalance problem with the power required for the load occurs due to the change in the generation output of the VRE. A storage system is required.

도 1은 Power to Gas 및 그 활용개념도이다. 1 is a conceptual diagram of Power to Gas and its utilization.

이러한 상황에서 도 1과 같이 물을 전기 분해하여 수소를 얻고 수소를 기반으로 하여 합성 연료를 생산하며, 이러한 에너지 저장체에서 연료전지를 통해 전력을 생산하는 수소기반 재생에너지 저장시스템과 전력 가스화(Power to Gas) 개념이 등장하였다. 현재 널리 쓰이고 있는 전기화학적 에너지 저장 방식과 비교하여 아래 도 2와 표 1에 나타낸다. In this situation, as shown in FIG. 1, water is electrolyzed to obtain hydrogen, and synthetic fuel is produced based on hydrogen, and a hydrogen-based renewable energy storage system and power gasification (Power) that produce electric power through a fuel cell in such an energy storage body. to Gas) concept emerged. Compared with the electrochemical energy storage method currently widely used, it is shown in FIG. 2 and Table 1 below.

도 2의 (A)는 배터리 기반 재생에너지 저장 시스템, 도 2의 (B)는 수소 기반 재생에너지 저장 시스템을 나타내는 도면이다.Figure 2 (A) is a battery-based renewable energy storage system, Figure 2 (B) is a view showing a hydrogen-based renewable energy storage system.

재생에너지 저장 방식Renewable energy storage method 배터리 에너지 저장battery energy storage 수소 에너지 저장hydrogen energy storage 적정 저장 용량Appropriate storage capacity 수 kWh ~ 수십 MWhSeveral kWh to several tens of MWh 수백 MWh ~ 수 TWhHundreds of MWh to several TWh 저장 기간storage duration 수 분~1일A few minutes to 1 day 1시간 ~ 수 개월1 hour to several months 저장(Power to Power) 효율Power to Power Efficiency 80~95%80-95% 20~40% (P2G 50~75%)20~40% (P2G 50~75%) 전력 외 활용성Utilization outside of power 낮음lowness 높음height 용량 증설 비용capacity expansion cost 용량에 정비례directly proportional to capacity 용량에 따라 점감Decrease according to capacity

재생에너지 저장 방식의 주요 특징 비교Comparison of main characteristics of renewable energy storage methods

도 3은 수전해장치 및 연료전지의 방식(전해질)별 특징을 비교한 비교표이다.3 is a comparison table comparing the characteristics of each type (electrolyte) of a water electrolyzer and a fuel cell.

수전해장치와 연료전지는 공통적으로 전기화학적 셀을 적층 한 스택을 주요 구성요소로 가지고 있다. 이론상으로는 하나의 스택이 수전해와 연료전지 발전을 동시에 수행할 수 있으나, 양극과 음극의 구성 촉매가 동일하고 전극의 활성화 저항이 낮은 고온 연료전지에서 적용이 가능하다고 알려져 있으며, 운전 온도가 상온~약 200℃ 내외인 저온 환경에서 사용하기 위해 한 쌍의 셀 전극에 두 종류의 촉매를 동시에, 안정적으로 도포하여 운전하는 것은 기술적으로 매우 어렵다. 도 3은 수전해와 연료전지의 운전원리(전해질)에 따른 비교를 나타낸 표이다.A water electrolyzer and a fuel cell have a stack in which electrochemical cells are stacked as a major component in common. Theoretically, one stack can perform both water electrolysis and fuel cell power generation, but it is known that it can be applied to high-temperature fuel cells with the same catalyst and low activation resistance of the anode and cathode, and the operating temperature is room temperature. It is technically very difficult to simultaneously and stably apply and operate two types of catalysts on a pair of cell electrodes for use in a low-temperature environment around 200°C. 3 is a table showing a comparison according to the operating principle (electrolyte) of water electrolysis and a fuel cell.

또한, 수전해장치와 연료전지는 각각 직류전력의 부하와 전원으로서 동작하는데, 스택이나 셀의 효율과 수명을 유지하기 위해서는 전압, 전류의 흔들림(리플)이 적어야 한다. 하지만 널리 사용되는 상용교류계통은 전력의 수급, 발전소와의 거리에 의한 송전손실 등에 의해 전압 및 주파수가 변동될 수 있으므로, VRE에 인접하여 설치된 수전해장치 또는 연료전지와 계통을 연결하는 전력변환장치는 계통으로부터 오는 변동성을 억제하기 위해 내부에 절연 변압기가 포함되어야 한다. In addition, the water electrolyzer and the fuel cell operate as a DC power load and power source, respectively. In order to maintain the efficiency and lifespan of a stack or cell, fluctuations (ripple) of voltage and current must be small. However, in a widely used commercial AC system, voltage and frequency may vary due to power supply and demand and transmission loss due to the distance from the power plant. An isolating transformer must be included inside to suppress the variability from the system.

도 4는 수전해장치의 급전장치 구조 연결도로서 비절연형 및 절연형 직류/교류 인버터의 구성도를 나타낸 것이다. 4 is a structural connection diagram of a power feeding device of a water electrolyzer, showing the configuration of non-insulated and insulated DC/AC inverters.

도 4의 (A)는 단순 정류방식을 나타내고, 도 4의 (B)는 PWM 컨버팅 방식을 나타내는 도면이다. 수전해장치가 전력저장수단으로서 활용되기 이전에는 다이오드에 기반한 정류방식을 사용해도 무방하였으나, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식에 기반한 교류/직류 컨버터를 적용하여 효율을 향상할 수 있다. FIG. 4A is a diagram showing a simple rectification method, and FIG. 4B is a diagram illustrating a PWM converting method. Before the water electrolyzer was used as a power storage means, it was okay to use a diode-based rectification method, but the efficiency can be improved by applying an AC/DC converter based on a pulse width modulation (PWM) method.

도 5는 수전해 컨버터에 사용할 수 있는 직류/교류 인버터의 회로도면 예시로이다. 도 5의 (A)는 비절연형을 나타내고, 도 5의 (B)는 절연형을 나타낸다. 5 is an exemplary circuit diagram of a DC/AC inverter that can be used in a water electrolytic converter. Fig. 5(A) shows a non-insulating type, and Fig. 5(B) shows an insulating type.

도 4의 (B), 도 5의 (B)는 방향성이 반대일 뿐 그 구성상 유사성이 높으며, 배터리 방식 에너지 저장방식에서 사용되는 충방전 전력 변환장치의 기본 구성과도 유사하다. 하나의 시스템의 입출력을 제어하기 위해 복수의 전력변환장치가 포함되어야 하는 비효율이 발생할 수 있다.4 (B) and 5 (B) have high similarity in configuration only with opposite directions, and are similar to the basic configuration of a charging/discharging power converter used in a battery-type energy storage method. Inefficiency may occur that a plurality of power converters must be included to control the input/output of one system.

수전해장치를 통해 VRE를 수소로 변환 및 저장하고, 연료전지 발전을 통해 전력을 생산하는 방식은 대용량 장기 저장 및 합성가스 제작 등 2차 활용성에서 장점이 있으나, 수전해장치와 연료전지를 결합한 시스템 전체의 시각에서 볼 때 배터리를 통한 저장방식 대비 효율이 낮다. The method of converting and storing VRE into hydrogen through a water electrolyzer and generating electric power through fuel cell power generation has advantages in secondary usability such as large-capacity long-term storage and synthesis gas production. From the point of view of the whole system, the efficiency is low compared to the storage method through the battery.

등록번호 제10-1816839호, 2018년 1월 9일 공고, 신재생에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 및 이의 제어 방법Registration No. 10-1816839, Announced on January 9, 2018, Composite power circuit and control method for new and renewable energy direct link type hydrogen generator

본 발명은 수전해장치와 연료전지를 결합한 재생에너지 수소변환 시스템에서 연료전지의 출력을 수전해장치가 재사용하지 않도록 운전을 제어하는 전력변환장치를 제공한다. The present invention provides a power conversion device for controlling the operation so that the water electrolysis device does not reuse the output of the fuel cell in a renewable energy hydrogen conversion system combining a water electrolysis device and a fuel cell.

또한, 본 발명은 재생에너지 수소변환 시스템에서 수전을 위한 전력변환장치와 발전을 위한 전력변환장치를 구별하지 않고 통합하여 운영할 수 있도록 전력변환장치를 구성하는 기술과 계통 상황 및 필요에 따라 수전 및 발전을 제어하는 전력변환장치를 제공한다. In addition, the present invention provides a technology for configuring a power conversion device so that the power conversion device for power reception and the power conversion device for power generation can be integrated and operated in a renewable energy hydrogen conversion system, and according to the system situation and need, power reception and A power conversion device for controlling power generation is provided.

본 발명의 일 측면에 따른 송전선으로 서로 연계되어 있는 재생에너지원과 계통의 중간 지점에 위치하여 송전선을 통해 재생에너지 전력을 수전하여 수소와 산소를 생산하는 수전해장치와, 수전해장치가 생산한 수소로부터 전력을 생산하여 계통에 송전하는 연료전지와, 수전해장치와 연료전지와 송전선 사이에 설치되는 전력변환장치를 포함하는 재생에너지 수소 변환 시스템의 전력변환장치로서, 수전해장치의 수전과 연료전지 발전시 계통 연결을 수행하는 전력변환부 및 재생에너지 발전 출력전력(P(t)) 및 계통전압(Vg(t))에 기초하여, 수전해장치, 연료전지 및 전력변환부를 제어하는 제어기를 포함하고, 전력변환부는, 계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 교류변환부와, 직류전력의 전압을 조정하는 직류변환부와, 수전해장치의 수전과 연료전지 발전시 전류흐름을 제어하여, 연료전지 발전 전력이 수전해장치로 입력되지 않게 하는 전류제어부와, 교류변환부, 직류변환부 및 전류제어부의 동작에 의해 발생할 수 있는 전압 및 전류의 급격한 변동을 방지하는 전력버퍼를 포함한다. According to an aspect of the present invention, a water electrolyzer for producing hydrogen and oxygen by receiving renewable energy power through a transmission line and receiving renewable energy power through a transmission line, located at a midpoint between a renewable energy source and a system connected to each other by a transmission line, and the water electrolyzer produced by the A power conversion device for a renewable energy hydrogen conversion system including a fuel cell that generates electric power from hydrogen and transmits it to a system, and a power conversion device installed between a water electrolyzer and a fuel cell and a power transmission line. Based on the power conversion unit and the renewable energy generation output power (P(t)) and the grid voltage (Vg(t)) for performing grid connection during battery power generation, a controller for controlling the water electrolyzer, the fuel cell and the power conversion unit Including, the power conversion unit, the AC conversion unit for converting the AC power of the system into the DC power, the DC conversion unit for adjusting the voltage of the DC power, and by controlling the current flow during power reception and fuel cell power generation of the water electrolysis device, It includes a current control unit for preventing the fuel cell power generation from being input to the water electrolyzer, and a power buffer for preventing sudden changes in voltage and current that may occur due to the operation of the AC conversion unit, the DC conversion unit, and the current control unit.

교류변환부는 제어기의 제어에 따라 스위칭 소자에 의한 펄스 폭 변조(PWM)를 통해 수전 전력량 및 발전 전력량을 조정 가능하고 리플을 저감하고, 직류변환부는 절연 트랜스포머를 포함하여 수전 전력 및 발전 전력의 전류 리플을 최소화하도록 할 수 있다. The AC conversion unit can adjust the amount of power received and generated power through pulse width modulation (PWM) by a switching element under the control of the controller and reduces the ripple, and the DC conversion unit includes an insulation transformer and the current ripple of the received power and generated power can be minimized.

전류제어부는 제어기의 제1 제어신호(S1)에 따라 시스템 전체 입출력를 제어하는 입출력 제어부와, 제어기의 제2 제어신호(S2)에 따라 수전해장치의 수전 여부를 제어하는 수전해 입력 제어부와, 제어기의 제3 제어신호(S3)에 따라 연료전지의 발전 여부를 제어하는 연료전지 출력 제어부를 포함할 수 있다. The current control unit includes an input/output control unit for controlling the entire system input/output according to the first control signal (S 1 ) of the controller, and an electrolysis input control unit for controlling whether the water electrolysis device is receiving power according to the second control signal (S 2 ) of the controller; , it may include a fuel cell output control unit for controlling whether the fuel cell is generated according to the third control signal (S 3 ) of the controller.

전류제어부는 제어기의 제4 제어신호(S4)에 따라 전력버퍼의 충방전 여부를 제어하는 전력버퍼 충방전 제어부를 더 포함할 수 있다. The current control unit may further include a power buffer charging/discharging control unit for controlling whether the power buffer is charged/discharged according to the fourth control signal S 4 of the controller.

직류변환부는 교류변환부의 출력으로 나타난 직류 전압을 수전해장치의 운전전압으로 승압 또는 강압하는 수전해 컨버터와, 연료전지의 운전전압을 교류변환부의 직류 전압으로 승압 또는 강압하는 연료전지 컨버터를 포함하여, 교류변환부의 직류전압과 수전해장치의 운전전압이 다르더라도 교류변환부로터 수전해장치로 수전이 가능하고, 교류변환부의 직류전압과 연료전지의 운전전압이 다르더라도 연료전지로부터 교류변환부로 송전이 가능할 수 있다. The DC converter includes a water electrolytic converter that boosts or steps down the DC voltage displayed as the output of the AC converter to the operating voltage of the electrolyzer, and a fuel cell converter that boosts or steps down the operating voltage of the fuel cell to the DC voltage of the AC converter. , even if the DC voltage of the AC converter is different from the operating voltage of the electrolyzer, power can be received from the AC converter to the electrolyzer, and even if the DC voltage of the AC converter and the operating voltage of the fuel cell are different, power is transmitted from the fuel cell to the AC converter This may be possible.

직류변환부는 전력버퍼의 운전전압을 교류변환부의 직류 전압으로 변환하는 전력버퍼 충방전 컨버터를 더 포함하여, 교류변환부의 직류 전압과 전력버퍼의 운전전압이 다르더라도 수전 및 송전이 가능할 수 있다. The DC converter further includes a power buffer charging/discharging converter that converts the operating voltage of the power buffer into the DC voltage of the AC converter, so that even if the DC voltage of the AC converter and the operating voltage of the power buffer are different, power reception and transmission may be possible.

수전해 컨버터는 수전해장치의 용량에 기초하여 2개 이상의 수전해 컨버터 단위 모듈이 병렬 연결되어 구성되고, 연료전지 컨버터는 연료전지의 수 또는 용량에 기초하여 2개 이상의 연료전지 컨버터 단위 모듈이 병렬 연결되어 구성되고, 전력버퍼 충방전 컨버터는 전력버퍼의 수 또는 용량에 기초하여 2개 이상의 전력버퍼 충방전 컨버터 모듈이 병렬 연결되어 구성될 수 있다. The water electrolytic converter consists of two or more water electrolytic converter unit modules connected in parallel based on the capacity of the water electrolyzer, and the fuel cell converter includes two or more fuel cell converter unit modules in parallel based on the number or capacity of fuel cells. The power buffer charging/discharging converter may be configured by connecting two or more power buffer charging/discharging converter modules in parallel based on the number or capacity of the power buffers.

교류변환부를 통해 전류제어부로 유입되는 제1 전류측정치(I1(t))를 지령하는 제1 전류지령치(I*1(t))가 0보다 클 때(I1(t)>0), 제어기가 수전해 입력 제어부에 닫힘 신호(S2=1)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부에 열림 신호(S3=0)를 전달하고, 반대로 연료전지를 통해 발전하도록 하기 위하여 제1 전류지령치(I*1(t))가 0보다 작을 때(I*1(t)<0), 제어기가 수전해 입력 제어부에 열림 신호(S2=0)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부에 닫힘 신호(S3=1)를 전달할 수 있다. When the first current command value (I* 1 (t)) that commands the first current measurement value (I 1 (t)) flowing into the current control unit through the AC conversion unit is greater than 0 (I 1 (t) > 0), The controller transmits a closing signal (S 2 =1) to the electrolysis input control unit, an open signal (S 3 = 0) to the fuel cell output control unit, and conversely, the first current command value ( When I* 1 (t)) is less than 0 (I* 1 (t) < 0), the controller transmits an open signal (S 2 =0) to the electrolytic input control unit, and a closing signal (S 2 =0) to the fuel cell output control unit S 3 =1) can be transmitted.

재생에너지 발전출력(P(t))이 소정의 값(Pg) 이상이거나, 계통전압(Vg(t))이 소정의 고전압값(VH) 이상으로 상승하여 미리 지정한 시간 이상 지속될 때, 제어기는 입출력 제어부, 수전해 입력 제어부, 전력버퍼 충방전 제어부를 구동하고, 연료전지 출력 제어부를 구동종료하도록 제어하며, 교류변환부의 수전 전력은 전압 안정을 위한 필요 전력량과 수전해장치가 수전할 수 있는 재생에너지 발전량 중 큰 값을 추종하고, 수전해장치의 운전 전력은 교류변환부의 수전 전력을 추종하며, 교류변환부의 수전 전력과 수전해장치의 운전전력의 차이를 전력버퍼의 충방전 전력으로 하여 재생에너지 출력(P(t))의 증가에 의한 계통전압(Vg(t))의 상승을 방지하고, 재생에너지 발전 전력을 안정적으로 수소로 변환할 수 있다. When the renewable energy generation output (P(t)) is greater than or equal to a predetermined value (Pg), or when the grid voltage (Vg(t)) rises above a predetermined high voltage value (V H ) and continues for more than a predetermined time, the controller The input/output control unit, the electrolysis input control unit, the power buffer charging/discharging control unit are driven, and the fuel cell output control unit is controlled to terminate the operation, and the power received by the AC conversion unit is the amount of power required for voltage stabilization and the regeneration that the electrolysis device can receive Renewable energy by following the larger value among the energy generation amount, the operation power of the electrolytic receiving device follows the receiving power of the AC converting unit, and the difference between the receiving power of the AC converting unit and the operating power of the receiving electrolytic device as the charging/discharging power of the power buffer It is possible to prevent an increase in the system voltage Vg(t) due to an increase in the output P(t), and to stably convert renewable energy generation power into hydrogen.

연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 저전압값(VL) 이하로 저하하여 미리 지정한 시간 이상 지속될 때, 제어기는 입출력 제어부, 연료전지 출력 제어부, 전력버퍼 충방전 제어부를 구동하고, 수전해 입력 제어부를 구동종료하도록 제어하며, 교류변환부의 송전 전력은 계통전압(Vg(t))의 안정을 위한 필요 전력량을 추종하고, 연료전지의 발전 전력은 교류변환부의 송전 전력을 추종하며, 교류변환부의 송전 전력과 연료전지의 발전 전력 차이를 전력버퍼의 충방전 전력으로 하여, 재생에너지와 부하의 불균형에 의한 계통전압(Vg(t))의 강하를 방지한다. When the associated system voltage (Vg(t)) drops below a predetermined low voltage value (V L ) and continues for a predetermined time or longer, the controller drives the input/output control unit, the fuel cell output control unit, and the power buffer charge/discharge control unit, The input control unit is controlled to terminate driving, and the transmission power of the AC conversion unit follows the amount of power required for stabilization of the grid voltage (Vg(t)), and the power generated by the fuel cell follows the transmission power of the AC conversion unit. By using the difference between the power transmitted by the converter and the power generated by the fuel cell as the charging/discharging power of the power buffer, a drop in the grid voltage (Vg(t)) due to the imbalance between the renewable energy and the load is prevented.

재생에너지 발전출력(P(t))이 소정의 값(Pg) 이상이거나 재생에너지 수소변환 시스템에 연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 고전압값(VH) 이상으로 상승할 때, 연료전지가 발전하고 있을 경우, 제어기는 연료전지의 발전량이 0이 되도록 제어하고, 연료전지의 발전량이 0이 된 이후 연료전지 출력 제어부가 구동종료상태가 되도록 제어한다.When the renewable energy generation output (P(t)) is greater than or equal to a predetermined value (Pg) or the grid voltage (Vg(t)) associated with the renewable energy hydrogen conversion system rises above a predetermined high voltage value (V H ), When the fuel cell is generating power, the controller controls the power generation amount of the fuel cell to be 0, and after the power generation amount of the fuel cell becomes 0, the fuel cell output controller controls the driving end state.

연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 저전압값(VL) 이하로 저하된 상태에서 수전해장치가 운전하고 있을 때, 제어기는 수전해장치의 운전 전력을 0이 될 때까지 수전해장치의 자체 용량의 일정 배수로 정의되는 소정의 속도로 저하시키며, 수전해장치의 운전 전력이 0이 된 이후 수전해 입력 제어부가 구동종료 상태가 되도록 제어할 수 있다. When the water electrolyzer is operating in a state where the associated grid voltage (Vg(t)) is lowered to a predetermined low voltage value (V L ) or less, the controller receives and electrolyzes the operating power of the water electrolyzer until it becomes zero. It is lowered at a predetermined rate defined as a predetermined multiple of the device's own capacity, and after the operation power of the water electrolyzer becomes 0, the water electrolysis input control unit can be controlled so that the driving end state is reached.

본 발명에 따르면, 재생에너지 출력전력의 변동을 흡수하고 연계 계통의 과전압 및 저전압을 해결하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력흐름을 제어하는 전력변환장치를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device for controlling the power flow of the renewable energy hydrogen conversion system that absorbs variations in the renewable energy output power and solves the overvoltage and low voltage of the linked system.

도 1은 Power to Gas 및 그 활용개념도이다.
도 2의 (A)는 배터리 기반 재생에너지 저장 시스템, 도 2의 (B)는 수소 기반 재생에너지 저장 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 수전해장치 및 연료전지의 방식(전해질)별 특징을 비교한 비교표이다.
도 4는 수전해장치의 급전장치 구조 연결도로서 (A)단순 정류방식, (B)PWM 컨버팅 방식을 나타내는 도면이다.
도 5는 직류/교류 인버터의 회로도면 예시로서, (A)비절연형, (B)절연형을 나타내는 도면이다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치를 포함하는 재생에너지 수소변환 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 물의 PH에 따른 수전해의 전극반응식과 전극반응전압을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6의 직류변환부 및 전류제어부의 상세 구성을 나타내는 전력변환장치 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 컨버터 및 연료전지 컨버터가 각각 복수 컨버터 모듈로 구성되는 경우의 전력변환장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 6의 재생에너지 수소변환 시스템 내부의 제어기의 제어 연결을 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 6의 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a conceptual diagram of Power to Gas and its utilization.
Figure 2 (A) is a battery-based renewable energy storage system, Figure 2 (B) is a view showing a hydrogen-based renewable energy storage system.
3 is a comparison table comparing the characteristics of each type (electrolyte) of a water electrolyzer and a fuel cell.
4 is a diagram showing a structure connection diagram of a power feeding device of a water electrolyzer, (A) a simple rectifying method, and (B) a PWM converting method.
5 is an example of a circuit diagram of a DC/AC inverter, showing (A) non-isolated type and (B) isolated type.
6 is a view showing a renewable energy hydrogen conversion system including a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing an electrode reaction equation and electrode reaction voltage of water electrolysis according to the pH of water.
FIG. 8 is a diagram of a power converter showing detailed configurations of a DC converter and a current controller of FIG. 6 .
9 is a view showing the configuration of a power conversion device in the case where the electrolytic converter and the fuel cell converter are each configured with a plurality of converter modules according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing the control connection of the controller inside the renewable energy hydrogen conversion system of FIG.
11 and 12 are flowcharts illustrating a control method of the power conversion device of the renewable energy hydrogen conversion system of FIG. 6 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

도 6은 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치를 포함하는 재생에너지 수소변환 시스템을 나타내는 도면이다. 6 is a view showing a renewable energy hydrogen conversion system including a power conversion device according to an embodiment of the present invention.

재생에너지 수소변환 시스템(1000)은 재생에너지원(10) 및 계통(20)과 연계한다. 재생에너지 수소변환 시스템(1000)은 전력변환장치(100), 수전해장치(200), 수소저장장치(300), 연료전지(400)와 상기의 장치들을 보조하는 보조장치(도시되지 않음)를 포함한다. The renewable energy hydrogen conversion system 1000 is associated with the renewable energy source 10 and the system 20 . The renewable energy hydrogen conversion system 1000 includes a power conversion device 100, a water electrolysis device 200, a hydrogen storage device 300, a fuel cell 400, and an auxiliary device (not shown) supporting the above devices. include

전력변환장치(100)는 수전해장치(200)의 수전과 연료전지(400) 발전시 계통(20) 연결을 동시에 담당한다. 전력변환장치(100)는 계통(20)의 교류 전력을 직류전력으로 변환하여 수전해장치(200)에 공급하고, 연료전지(400)의 직류 발전출력을 교류전력으로 변환하여 계통(20)에 송전한다. The power conversion device 100 is in charge of receiving power from the water electrolyzer 200 and connecting the grid 20 when the fuel cell 400 is generated. The power conversion device 100 converts the AC power of the grid 20 into DC power and supplies it to the water electrolyzer 200 , converts the DC power generation output of the fuel cell 400 into AC power, and sends it to the grid 20 . transmit

수전해장치(200)는 송전선으로 서로 연계되어 있는 재생에너지 발전원(10)과 계통(20)의 중간 지점에 위치하여 송전선을 통해 재생에너지 전력을 수전하여 수소와 산소를 생산한다. The water electrolyzer 200 is located at a midpoint between the renewable energy power generation source 10 and the system 20 that are connected to each other through a power transmission line, and receives renewable energy power through the transmission line to produce hydrogen and oxygen.

연료전지(400)는 수전해장치(200)가 생산한 수소로부터 전력을 생산하여 계통(20)에 송전한다. The fuel cell 400 generates electric power from the hydrogen produced by the water electrolyzer 200 and transmits the electric power to the system 20 .

수전해장치(200)와 수전해스택(도시되지 않음)에 적층된 셀의 수에 따라 운전전압이 정해지고, 연료전지(400)는 연료전지스택(도시되지 않음)에 적층 된 셀의 수에 따라 그 운전전압이 정해진다. The operating voltage is determined according to the number of cells stacked on the water electrolyzer 200 and the water electrolysis stack (not shown), and the fuel cell 400 depends on the number of cells stacked on the fuel cell stack (not shown). The operating voltage is determined accordingly.

전력변환장치(100)는 전력변환부(110) 및 제어기(120)를 포함한다. The power converter 100 includes a power converter 110 and a controller 120 .

전력변환부(110)는 제어기(120)의 제어에 따라 재생에너지 발전원(10)의 출력 변동을 흡수하고 연계된 계통(20)의 과전압 및 저전압을 해결하는 재생에너지 수소변환 시스템(1000)의 전력흐름을 제어한다. The power conversion unit 110 absorbs the output fluctuation of the renewable energy power generation source 10 according to the control of the controller 120 and solves the overvoltage and low voltage of the associated system 20 of the renewable energy hydrogen conversion system 1000 of control the power flow.

제어기(120)는 전력변환장치(100), 수전해장치(200), 수소저장장치(300) 및 연료전지(400)와 상호 통신하며 에너지 흐름을 제어한다. 제어기(120)는 재생에너지 발전출력(P(t)) 및 계통전압(Vg(t))에 기초하여, 수전해장치(200), 연료전지(400) 및 전력변환부(100)를 제어할 수 있다. The controller 120 communicates with the power conversion device 100 , the water electrolysis device 200 , the hydrogen storage device 300 , and the fuel cell 400 and controls the energy flow. The controller 120 controls the water electrolysis device 200, the fuel cell 400 and the power conversion unit 100 based on the renewable energy generation output (P(t)) and the system voltage (Vg(t)). can

전력변환부(110)는 교류변환부(112), 전류제어부(114), 직류변환부(116) 및 전력버퍼(118)를 포함할 수 있다. The power conversion unit 110 may include an AC conversion unit 112 , a current control unit 114 , a DC conversion unit 116 , and a power buffer 118 .

교류 변환부(112)는 교류인 계통(20)과 직류 환경인 시스템(1000) 내부를 연계한다. 교류 변환부(112)는 계통(20)의 교류전력을 직류전력으로 변환한다. 교류변환부(112)는 스위칭 소자에 의한 펄스 폭 변조(PWM)를 통해 수전 전력량 및 발전 전력량을 조정 가능하고 리플을 저감할 수 있다.The AC converter 112 connects the inside of the system 1000 that is an AC environment with the system 20 that is an AC environment. The AC converter 112 converts AC power of the system 20 into DC power. The AC converter 112 may adjust the amount of power received and the amount of power generated through pulse width modulation (PWM) by a switching element, and may reduce ripple.

전류제어부(114)는 직류변환부(116) 인근에 위치하여 충방전 상황에 따라 시스템(1000) 내부의 전력흐름을 조정한다. 전류제어부(114)는 수전해장치(200)의 수전과 연료전지(400) 발전시 전류흐름을 제어하여, 연료전지(400)의 발전 전력이 수전해장치(200)로 입력되지 않게 제어한다. The current control unit 114 is located near the DC conversion unit 116 and adjusts the power flow inside the system 1000 according to the charging/discharging situation. The current control unit 114 controls the current flow during the power reception of the water electrolysis device 200 and the power generation of the fuel cell 400 so that the generated power of the fuel cell 400 is not input to the water electrolysis device 200 .

전류제어부(114)는 그 내부에 필요에 따라 회로를 연결 또는 차단할 수 있는 릴레이들과 릴레이의 온/오프(On/Off)에 의한 이상 고전압/저전압을 억제하기 위한 커패시터, 회로의 이상을 확인하여 차단하는 퓨즈 등 보호부품의 조합을 포함할 수 있다. The current control unit 114 checks the abnormalities of the relays that can connect or block the circuit as needed therein, the capacitors for suppressing the abnormal high voltage/low voltage caused by the on/off of the relay, and the circuit. It may include a combination of protection components such as a fuse that blocks.

직류변환부(116)는 시스템(1000) 내의 수전해장치(200)와 연료전지(400)와, 전력변환장치(100) 사이의 전압을 조정한다. 직류변환부(116)는 직류전력의 전압을 승압한다. 직류변환부(116)는 절연 트랜스포머(도시되지 않음)를 포함하여 수전 전력 및 발전 전력의 전류 리플을 최소화하도록 할 수 있다. 또한, 직류변환부(116)는 전력버퍼(118)의 전압과 전력변환부(110)의 전압을 조정할 수 있다. The DC converter 116 adjusts the voltage between the water electrolysis device 200 and the fuel cell 400 in the system 1000 , and the power converter 100 . The DC converter 116 boosts the voltage of the DC power. The DC converter 116 may include an insulation transformer (not shown) to minimize the current ripple of the received power and the generated power. In addition, the DC converter 116 may adjust the voltage of the power buffer 118 and the voltage of the power converter 110 .

전력버퍼(118)는 교류변환부(112), 직류변환부(116) 및 전류제어부(120)의 동작에 의해 발생할 수 있는 전압 및 전류의 급격한 변동을 방지하도록 충방전 전환시의 충격을 완충한다. The power buffer 118 buffers the shock at the time of charging/discharging conversion to prevent sudden fluctuations in voltage and current that may be caused by the operation of the AC conversion unit 112 , the DC conversion unit 116 , and the current control unit 120 . .

도 7은 물의 PH에 따른 수전해의 전극반응식과 전극반응전압을 나타내는 도면이다. 7 is a view showing an electrode reaction equation and electrode reaction voltage of water electrolysis according to the pH of water.

물의 전기화학적 반응식 및 양극 반응 포텐셜은 도 7에 도시된 것과 같이 V0=1.229V이나, 실제 수전해의 셀 전압은 수학식 1의 (a)과 같이 저항성분에 의한 과전압으로, 연료전지(400)의 셀 전압은 수학식 1의 (b)와 같이 내부 저항에 의한 전압강하로 나타난다. 따라서, 같은 적층 수를 가지더라도 수전해장치(200)의 스택의 운전전압(VElectolyzer)과 연료전지(400)의 스택은 운전전압(VFuelCell)의 차이가 발생한다. 전력버퍼(118)도 사양에 따라서는 수전해장치(200) 및 연료전지(400)와 운전전압 차이가 발생할 수 있다. The electrochemical reaction formula and the anode reaction potential of water are V 0 =1.229V as shown in FIG. 7, but the actual cell voltage of water electrolysis is an overvoltage due to the resistive component as shown in Equation 1 (a), and the fuel cell 400 ) is expressed as a voltage drop due to the internal resistance as shown in Equation (1) (b). Therefore, a difference occurs between the operating voltage V Electolyzer of the stack of the water electrolyzer 200 and the operating voltage V FuelCell of the stack of the fuel cell 400 even though they have the same number of stacks. The power buffer 118 may also have a difference in operating voltage from the water electrolyzer 200 and the fuel cell 400 depending on specifications.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

이를 보정하기 위해서는 도 8과 같이 직류변환부(116)를 3종의 컨버터를 포함하여 구성될 수 있다. In order to correct this, the DC converter 116 may include three types of converters as shown in FIG. 8 .

도 8은 도 6의 전류제어부(114) 및 직류변환부(116)의 상세를 나타내는 전력변환장치(100)를 나타내는 도면이다. FIG. 8 is a view showing the power conversion device 100 showing details of the current control unit 114 and the DC conversion unit 116 of FIG. 6 .

전류제어부(114)는 입출력 제어부(810), 수전해 입력 제어부(820), 전력버퍼 충방전 제어부(830), 연료전지 출력 제어부(840)를 포함할 수 있다. The current control unit 114 may include an input/output control unit 810 , an electrolysis input control unit 820 , a power buffer charging/discharging control unit 830 , and a fuel cell output control unit 840 .

입출력 제어부(810)는 제어기(120)의 제1 제어신호(S1)에 따라 재생에너지 수소변환 시스템(1000) 전체 입출력를 제어한다. The input/output control unit 810 controls the entire input/output of the renewable energy hydrogen conversion system 1000 according to the first control signal S 1 of the controller 120 .

수전해 입력 제어부(820)는 제어기(120)의 제2 제어신호(S2)에 따라 수전해장치(200)의 수전 여부를 제어할 수 있다.The electrolysis input control unit 820 may control whether the electrolysis device 200 receives power according to the second control signal S 2 of the controller 120 .

연료전지 출력 제어부(840)는 제어기(120)의 제3 제어신호(S3)에 따라 연료전지의 발전 여부를 제어할 수 있다. The fuel cell output control unit 840 may control whether the fuel cell is generated according to the third control signal S 3 of the controller 120 .

전력버퍼 충방전 제어부(830)는 제어기(120)의 제4 제어신호(S4)에 따라 전력버퍼(140)의 충방전 여부를 제어할 수 있다. The power buffer charging/discharging control unit 830 may control whether to charge/discharge the power buffer 140 according to the fourth control signal S 4 of the controller 120 .

직류변환부(116)는 수전해 컨버터(850), 전력버퍼충방전 컨버터(860) 및 연료전지 컨버터(870)를 포함할 수 있다. 직류변환부(116)는 교류변환부(112)의 직류측 전압과 수전해장치(200) 또는 연료전지(400), 전력버퍼(118)의 운전전압이 다를 때, 장치들(110, 200, 400) 간의 직류전압이 다르더라도 전력변환장치(100)의 수전 및 송전이 가능하도록 구성될 수 있다. The DC converter 116 may include an electrolytic converter 850 , a power buffer charging/discharging converter 860 , and a fuel cell converter 870 . When the DC side voltage of the AC conversion unit 112 and the operating voltage of the water electrolysis device 200 or the fuel cell 400 and the power buffer 118 are different, the DC converter 116 is configured to operate the devices 110, 200, 400) may be configured to enable power reception and transmission of the power conversion device 100 even if the DC voltages between them are different.

수전해 컨버터(850)의 입력전압은 교류변환부(112)의 출력으로 나타난 직류측전압(이하에서 직류전압)과 같게 유지되고 수전해 컨버터(850)의 출력전압은 수전해장치(200)의 운전전압이다. 수전해 컨버터(850)는 교류변환부(112)의 출력으로 나타난 직류전압을 수전해장치(200)의 운전전압으로 승압 또는 강압할 수 있다. The input voltage of the water electrolytic converter 850 is maintained to be the same as the DC side voltage (hereinafter, DC voltage) shown as the output of the AC conversion unit 112 , and the output voltage of the water electrolytic converter 850 is that of the water electrolysis device 200 . is the driving voltage. The water electrolytic converter 850 may step-up or step-down the DC voltage displayed as the output of the AC conversion unit 112 to the operating voltage of the water electrolysis device 200 .

연료전지 컨버터(870)의 입력전압은 연료전지(400)의 운전전압(즉, 연료전지(400)의 출력전압)과 같으며, 연료전지(400)의 운전전압은 교류변환부(112)의 입력전압이 된다. 이를 위해, 연료전지 컨버터(870)는 연료전지(400)의 운전전압을 교류변환부(112)의 직류전압으로 승압 또는 강압할 수 있다. 따라서, 교류변환부(112)의 직류전압과 수전해장치(200)의 운전전압이 다르더라도 교류변환부(112)로터 수전해장치(200)로 수전이 가능하고, 교류변환부(112)의 직류전압과 연료전지(400)의 운전전압이 다르더라도 연료전지(400)로부터 교류변환부(112)로 송전이 가능할 수 있다. The input voltage of the fuel cell converter 870 is the same as the operating voltage of the fuel cell 400 (ie, the output voltage of the fuel cell 400 ), and the operating voltage of the fuel cell 400 is the operating voltage of the AC converter 112 . becomes the input voltage. To this end, the fuel cell converter 870 may step-up or step-down the operating voltage of the fuel cell 400 to the DC voltage of the AC converter 112 . Therefore, even if the DC voltage of the AC converter 112 and the operating voltage of the electrolyzer 200 are different, it is possible to receive power from the AC converter 112 to the electrolyzer 200, and Even if the DC voltage and the operating voltage of the fuel cell 400 are different, power may be transmitted from the fuel cell 400 to the AC converter 112 .

전력버퍼 충방전 컨버터(860)의 입력전압은 전력버퍼(118)의 운전전압과 같으며, 전력버퍼(118)의 출력전압은 운전전압을 교류변환부(112)로 입력되는 전압이다. 이를 위해 전력버퍼 충방전 컨버터(860)는 전력버퍼(118)의 전압(VB)을 교류변환부(112)의 직류전압으로 변환할 수 있다. 따라서, 교류변환부(112)의 직류전압과 전력버퍼(118)의 운전전압이 다르더라도 수전 및 송전이 가능하다. The input voltage of the power buffer charging/discharging converter 860 is the same as the operating voltage of the power buffer 118 , and the output voltage of the power buffer 118 is a voltage that is input to the AC converter 112 from the operating voltage. To this end, the power buffer charging/discharging converter 860 may convert the voltage V B of the power buffer 118 into a DC voltage of the AC converter 112 . Therefore, even if the DC voltage of the AC converter 112 and the operating voltage of the power buffer 118 are different, power reception and transmission are possible.

전력버퍼(118)의 크기는 재생에너지원(10)의 출력변동성이 크거나 연계 계통(20)이 불안정한 경우에 대비하도록 상기의 요소들에 대응할 수 있도록 충분히 커야 한다. 이런 경우 전력변환장치(100)의 내부 직류전압을 전력버퍼(118)의 전압(VB)과 동기화할 수 있으며, 실시예에 따라서는 전력버퍼 충방전 컨버터(860)와 전력버퍼 충방전 제어부(830)를 제외할 수 있다. The size of the power buffer 118 should be large enough to cope with the above factors in order to prepare for the case where the output variability of the renewable energy source 10 is large or the linkage system 20 is unstable. In this case, the internal DC voltage of the power conversion device 100 can be synchronized with the voltage V B of the power buffer 118, and according to an embodiment, the power buffer charging/discharging converter 860 and the power buffer charging/discharging control unit ( 830) can be excluded.

재생에너지 발전출력(P(t))이 소정의 값(Pg) 이상이거나, 재생에너지 수소변환 시스템(1000)에 연계된 계통(20)의 계통전압(Vg(t))이 소정의 고전압값(VH) 이상으로 상승하여 미리 지정한 시간(τ) 이상 지속될 때, 전류제어부(120)는 입출력 제어부(810), 수전해 입력 제어부(820), 전력버퍼 충방전 제어부(830)를 구동하고, 연료전지 출력 제어부(840)를 구동종료한다. 이를 위하여, 제어기(120)는 제1 제어신호(S1)를 닫힘신호(S1=1)로 생성하여 입출력 제어부(810)로 전송하고, 제2 제어신호(S2)를 닫힘신호(S2=1)로 생성하여 수전해 입력 제어부(820)로 전송하고, 제4 제어신호(S4)를 닫힘신호(S4=1)로 생성하여 전력버퍼 충방전 제어부(830)로 전송하고, 제3 제어신호(S3)를 열림신호(S3=0)로 생성하여 연료전지 출력 제어부(840)로 전송할 수 있다. Renewable energy generation output (P(t)) is greater than or equal to a predetermined value (Pg), or the grid voltage (Vg(t)) of the grid 20 linked to the renewable energy hydrogen conversion system 1000 is a predetermined high voltage value ( When it rises above V H and lasts longer than a predetermined time (τ), the current control unit 120 drives the input/output control unit 810, the electrolysis input control unit 820, the power buffer charging/discharging control unit 830, and the fuel The driving of the battery output control unit 840 is terminated. To this end, the controller 120 generates a first control signal (S 1 ) as a closing signal (S 1 =1), transmits it to the input/output control unit 810, and transmits the second control signal (S 2 ) as a closing signal (S). 2 = 1) is generated and transmitted to the electrolytic input control unit 820, and the fourth control signal (S 4 ) is generated as a closing signal (S 4 = 1) and transmitted to the power buffer charging/discharging control unit 830, The third control signal S 3 may be generated as an open signal S 3 =0 and transmitted to the fuel cell output control unit 840 .

교류변환부(112)의 수전 전력은 전압 안정을 위한 필요 전력량과 수전해장치(200)가 수전할 수 있는 재생에너지 발전량 중 큰 값을 추종하고, 수전해장치(200)의 운전 전력은 교류변환부(112)의 수전 전력을 추종한다. 교류변환부(112)의 수전 전력과 수전해장치(200)의 운전전력의 차이를 전력버퍼(150)의 충방전 전력으로 하여 재생에너지 출력전력(P(t))의 증가에 의한 계통전압(Vg(t))의 상승을 방지하고, 재생에너지 발전 전력을 안정적으로 수소로 변환할 수 있다. The power received by the AC converter 112 follows the larger value of the amount of power required for voltage stabilization and the amount of renewable energy that the electrolysis device 200 can receive, and the operating power of the electrolysis device 200 is converted to AC. It tracks the received power of the unit 112 . The system voltage ( It is possible to prevent the rise of Vg(t)) and convert renewable energy generation power into hydrogen stably.

재생에너지 수소변환 시스템(1000)에 연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 저전압값(VL) 이하로 저하하여 미리 지정한 시간(τ) 이상 지속될 때, 전류제어부(120)는 입출력 제어부(810), 연료전지 출력 제어부(840), 전력버퍼 충방전 제어부(830)를 구동하고, 수전해 입력 제어부(820)를 구동종료한다. 이를 위하여, 제어기(120)는 제1 제어신호(S1)를 닫힘신호(S1=1)로 생성하여 입출력 제어부(810)로 전송하고, 제3 제어신호(S3)를 닫힘신호(S3=1)로 생성하여 연료전지 출력 제어부(830)로 전송하고, 제4 제어신호(S4)를 닫힘신호(S4=1)로 생성하여 전력버퍼 충방전 제어부(830)로 전송하고, 제2 제어신호(S2)를 열림신호(S2=0)로 생성하여 수전해 입력 제어부(810)로 전송할 수 있다. When the grid voltage (Vg(t)) associated with the renewable energy hydrogen conversion system 1000 drops below a predetermined low voltage value (V L ) and lasts more than a predetermined time (τ), the current control unit 120 is an input/output control unit 810 , the fuel cell output control unit 840 , and the power buffer charging/discharging control unit 830 are driven, and the driving of the electrolysis input control unit 820 is terminated. To this end, the controller 120 generates a first control signal (S 1 ) as a closing signal (S 1 =1) and transmits it to the input/output control unit 810, and transmits the third control signal (S 3 ) as a closing signal (S). 3 = 1) is generated and transmitted to the fuel cell output control unit 830, and a fourth control signal (S 4 ) is generated as a closing signal (S 4 = 1) and transmitted to the power buffer charging/discharging control unit 830, The second control signal S 2 may be generated as an open signal (S 2 =0) and transmitted to the electrolytic input control unit 810 .

교류변환부(112)의 송전 전력은 계통전압(Vg(t))의 안정을 위한 필요 전력량을 추종하고, 연료전지(400)의 발전 전력은 교류변환부(112)의 송전 전력을 추종하며, 교류변환부(112)의 송전 전력과 연료전지(400)의 발전 전력 차이를 전력버퍼(118)의 충방전 전력으로 하여, 재생에너지와 부하의 불균형에 의한 계통전압(Vg(t))의 강하를 방지한다. The transmission power of the AC conversion unit 112 tracks the amount of power required for stabilization of the system voltage Vg(t), and the generated power of the fuel cell 400 tracks the transmission power of the AC conversion unit 112, The difference between the power transmitted by the AC converter 112 and the power generated by the fuel cell 400 is the charging/discharging power of the power buffer 118, and the system voltage (Vg(t)) drops due to the imbalance between the renewable energy and the load. to prevent

재생에너지 발전출력(P(t))이 소정의 값(Pg) 이상이거나 재생에너지 수소변환 시스템(1000)에 연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 고전압값(VH) 이상으로 상승할 때, 연료전지(400)가 발전하고 있을 경우, 제어기(120)는 연료전지(400)의 발전량이 0이 되도록 제어하고, 연료전지(400)의 발전량이 0이 된 이후 연료전지 출력 제어부(840)가 구동종료상태가 되도록 제어한다. Renewable energy generation output (P(t)) is greater than or equal to a predetermined value (Pg) or the grid voltage (Vg(t)) associated with the renewable energy hydrogen conversion system 1000 rises above a predetermined high voltage value (V H ) When the fuel cell 400 is generating power, the controller 120 controls the power generation amount of the fuel cell 400 to be 0, and after the power generation amount of the fuel cell 400 becomes 0, the fuel cell output control unit ( 840) is controlled to be in the driving end state.

재생에너지 수소변환 시스템(1000)에 연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 저전압값(VL) 이하로 저하된 상태에서 수전해장치(200)가 운전하고 있을 때, 제어기(120)는 수전해장치(200)의 운전 전력을 0이 될 때까지 수전해장치(200)의 자체 용량의 일정 배수로 정의되는 소정의 속도로 저하시킨다. 제어기(120)는 수전해장치(200)의 운전 전력이 0이 된 이후 수전해 입력 제어부(820)가 구동종료 상태가 되도록 제어한다. When the water electrolyzer 200 is operating in a state in which the grid voltage Vg(t) associated with the renewable energy hydrogen conversion system 1000 is lowered to a predetermined low voltage value (V L ) or less, the controller 120 decreases the operating power of the water electrolyzer 200 at a predetermined rate defined as a constant multiple of the self-capacitance of the water electrolyzer 200 until it becomes zero. The controller 120 controls the water electrolysis input control unit 820 to be in the driving end state after the operation power of the electrolysis apparatus 200 becomes 0.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 컨버터(850) 및 연료전지 컨버터(870)가 각각 복수 컨버터 모듈로 구성되는 경우의 전력변환장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 9 is a diagram showing the configuration of the power conversion device 100 when the electrolytic converter 850 and the fuel cell converter 870 are each configured with a plurality of converter modules according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 수전해 컨버터(850)는 복수의 모듈(850-1 내지 850-m)으로 구성될 수 있으며, 연료전지 컨버터(870)는 복수의 모듈(870-1 내지 870-n)로 구성될 수 있다. As shown in FIG. 9 , the electrolytic converter 850 may include a plurality of modules 850-1 to 850-m, and the fuel cell converter 870 includes a plurality of modules 870-1 to 870-m. n) can be configured.

직류 변환부(130)에서 수전해 컨버터(850)는 수전해장치(300)의 용량에 기초하여 2개 이상의 수전해 컨버터 단위 모듈(850-1 내지 850-m)이 병렬 연결되어 구성될 수 있다. In the DC converter 130 , the electrolytic converter 850 may be configured by connecting two or more electrolytic converter unit modules 850-1 to 850-m in parallel based on the capacity of the electrolytic device 300 . .

연료전지 컨버터(870)는 연료전지(400)의 수 또는 용량에 기초하여 2개 이상의 연료전지 컨버터 단위 모듈(870-1 내지 870-n)이 병렬 연결되어 구성될 수 있다. The fuel cell converter 870 may be configured by connecting two or more fuel cell converter unit modules 870 - 1 to 870 -n in parallel based on the number or capacity of the fuel cells 400 .

도시되지 않았으나, 전력버퍼 충방전 컨버터(860)도 전력버퍼(118)의 수 또는 용량에 기초하여 2개 이상의 전력버퍼 충방전 컨버터 모듈이 병렬 연결되어 구성될 수 있다. Although not shown, the power buffer charging/discharging converter 860 may also be configured by connecting two or more power buffer charging/discharging converter modules in parallel based on the number or capacity of the power buffers 118 .

도 9에 도시된 바와 같이, 수전해 컨버터(850), 연료전지 컨버터(870) 또는 전력버퍼 충방전 컨버터(860)가 각각 다수의 모듈로 컨버터를 구성하는 경우, 제어기(120)는 각 컨버터를 구성하는 모듈의 운전전력을 분배하여야 한다. 예를 들어, 제어기(120)는 수전해 컨버터(850)의 각 수전해 컨버터 단위 모듈(850-1 내지 850-m) 또는 연료전지 컨버터(870)의 각 연료전지 컨버터 단위 모듈(870-1 내지 870-n)에 대한 출력 지령치를 지정하고, 이를 수전해 컨버터(850) 또는 연료전지 컨버터(870)에 전달하는 분배 과정을 수행할 수 있다. 이 때 컨버터에 전달하는 지령치는 컨버터가 담당하는 전류를 모듈의 수로 나눠 동등하게 분배하거나, 운전하는 모듈이 정격운전에 가깝게 동작하도록 모듈의 정격용량을 순차적으로 배분할 수 있다.As shown in FIG. 9, when the electrolytic converter 850, the fuel cell converter 870, or the power buffer charge/discharge converter 860 constitutes a converter with a plurality of modules, the controller 120 controls each converter. The operating power of the composing modules should be distributed. For example, the controller 120 may include each water electrolytic converter unit module 850 - 1 to 850 -m of the water electrolytic converter 850 or each fuel cell converter unit module 870 - 1 to 850 - m of the fuel cell converter 870 . 870-n), a distribution process of designating an output command value and transmitting it to the electrolytic converter 850 or the fuel cell converter 870 may be performed. At this time, the command value delivered to the converter can be equally distributed by dividing the current in charge of the converter by the number of modules, or the rated capacity of the modules can be sequentially distributed so that the operating module operates close to the rated operation.

도 10은 도 6의 재생에너지 수소변환 시스템(1000) 내부의 제어기(120)의 제어 연결을 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a view showing the control connection of the controller 120 inside the renewable energy hydrogen conversion system 1000 of FIG. 6 .

도 10은 도 9의 구성으로부터 재생에너지 수소변환 시스템(100) 내의 제어기(120)가 전력변환장치(100)의 세부 요소와 어떻게 통신하는지를 나타내는 것으로, 도면의 한계상 각 컨버터 모듈에 대한 표시는 생략하였다. 이하에서는 제어기(120)의 동작 중 본 발명에 연관된 전력변환장치(100)의 제어 구성과 제어 흐름을 중심으로 설명한다. 10 shows how the controller 120 in the renewable energy hydrogen conversion system 100 communicates with the detailed elements of the power conversion device 100 from the configuration of FIG. did. Hereinafter, the control configuration and control flow of the power conversion device 100 related to the present invention during the operation of the controller 120 will be mainly described.

제어기(120)는 교류변환부(112), 전류제어부(114) 및 직류변환부(116)에 대해 통신하는 것으로 정의될 수 있다. 제어기(120)는 교류변환부(112), 전류제어부(114) 및 직류변환부(116)외에도 수전해 입력 제어부(820)와 수전해 컨버터(850), 연료전지 출력 제어부(840)와 연료전지 컨버터(870), 교류변환부(112)와 입출력 제어부(810)를 직접 제어하도록 입출력 회로별로 통신하는 방법으로도 구성할 수 있다. The controller 120 may be defined as communicating with the AC conversion unit 112 , the current control unit 114 , and the DC conversion unit 116 . In addition to the AC conversion unit 112 , the current control unit 114 and the DC conversion unit 116 , the controller 120 includes an electrolytic input control unit 820 , an electrolytic converter 850 , a fuel cell output control unit 840 , and a fuel cell. The converter 870, the AC conversion unit 112, and the input/output control unit 810 may be configured as a communication method for each input/output circuit to directly control the control unit 810.

또한 전압사양의 차이로 전력버퍼(118)에 대한 전력버퍼 충방전 컨버터(860)가 필수적인 경우, 제어기(120)는 전력버퍼 충방전 컨버터(860)와 전력버퍼 충방전 제어부(830)에 대한 제어 신호를 갖는다. 입출력 제어부(810), 수전해 입력 제어부(820), 전력버퍼 충방전 제어부(830) 및 연료전지 출력 제어부(840)는 각각 동작 여부와 더불어 회로의 열림과 닫힘 상태를 정의할 수 있으며, 동작에 관한 파라미터를 단순화하면 제어기(120)에서 신호를 통해 동작 가능한 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. Also, when the power buffer charging/discharging converter 860 for the power buffer 118 is essential due to the difference in voltage specifications, the controller 120 controls the power buffer charging/discharging converter 860 and the power buffer charging/discharging control unit 830. have a signal The input/output control unit 810, the electrolysis input control unit 820, the power buffer charging/discharging control unit 830, and the fuel cell output control unit 840 may define the open and closed states of the circuit as well as whether the operation is performed, respectively. If the related parameters are simplified, the controller 120 may be configured to include a switch operable through a signal.

이를 위해 제어기(120)는 제1 제어신호(S1)를 이용하여 입출력 제어부(810)로 열림/닫힘 신호를 전송하고 상태를 확인할 수 있으며, 제2 제어신호(S2)를 이용하여 수전해 입력 제어부(820)로 열림/닫힘 신호를 전송하고 상태를 확인할 수 있으며, 제4 제어신호(S4)를 이용하여 전력버퍼 충방전 제어부(830)로 열림/닫힘 신호를 전송하고 상태를 확인할 수 있으며, 제3 제어신호(S3)를 이용하여 연료전지 출력 제어부(840)로 열림/닫힘 신호를 전송하고 상태를 확인할 수 있다. To this end, the controller 120 may transmit an open/close signal to the input/output control unit 810 using the first control signal S 1 and check the state, and receive the electrolysis using the second control signal S 2 . It is possible to transmit the open/close signal to the input control unit 820 and check the state, and to transmit the open/close signal to the power buffer charging/discharging control unit 830 using the fourth control signal (S 4 ) and check the state In addition, an open/close signal may be transmitted to the fuel cell output control unit 840 using the third control signal S 3 and the state may be checked.

제어기(120)는 수전해 컨버터(850), 연료전지 컨버터(870), 그리고 구성에 포함되는 경우 전력버퍼 충방전 컨버터(860)에서 전류제어부(120)로 연결되는 회로에 흐르는 전류의 값을 측정할 수 있다. 또한, 제어기(120)는 수전해 컨버터(850)에 대한 제2 전류지령치(I*2(t))와 연료전지 컨버터(870)에 대한 제3 전류지령치(I*3(t))을 지정할 수 있다. 제어기(120)는 필요한 경우 계통(20)의 상황과 전류 지령값으로 유도되는 교류변환부(1110)의 제1 전류지령치(I*1(t))와 전력버퍼 충방전 컨버터(860)의 제4 전류지령치(I*4(t))을 지정할 수 있다. 여기에서, 제1 전류지령치(I*1(t))는 교류변환부(112)에서 전류제어부(114)로 유입되는 직류전류인 제1 전류측정치(I1(t))를 지령하는 값을 나타낸다. The controller 120 measures the value of the current flowing in the electrolytic converter 850 , the fuel cell converter 870 , and the circuit connected from the power buffer charging/discharging converter 860 to the current controller 120 when included in the configuration. can do. In addition, the controller 120 designates a second current command value (I * 2 (t)) for the electrolytic converter 850 and a third current command value (I * 3 (t)) for the fuel cell converter 870 . can The controller 120 is, if necessary, the first current command value (I * 1 (t)) of the AC conversion unit 1110 induced by the current command value and the situation of the system 20 and the power buffer charge/discharge converter 860. 4 Current command value (I* 4 (t)) can be specified. Here, the first current command value (I * 1 (t)) is a value for commanding the first current measurement value (I 1 (t)), which is a direct current flowing from the AC conversion unit 112 to the current control unit 114 . indicates.

이하에서는 제어기(120)가 연계된 재생에너지원(10)의 출력전력(P(t))과 계통전압(Vg(t))에 대응하여 시스템(1000) 내에서 전력변환장치(100) 구성요소가 어떻게 제어되어야 하는지 설명한다. Hereinafter, in response to the output power (P(t)) and the grid voltage (Vg(t)) of the renewable energy source 10 to which the controller 120 is linked, the power conversion device 100 components in the system 1000 Describes how to be controlled.

재생에너지원(10)에서 계통(20)으로 송전 가능한 전력을 (P(t))라고 정의하며, 이는 재생에너지원(10)이 연계된 계통(20)의 용량, 재생에너지 발전사업자와 송전업자의 계약용량 등에 의해 정의되는 소정의 값으로, 재생에너지의 평균 발전출력(Pmean(t))과 같거나 더 큰 값으로 설정할 수 있다. The electric power that can be transmitted from the renewable energy source 10 to the grid 20 is defined as (P(t)), which is the capacity of the grid 20 to which the renewable energy source 10 is connected, and the renewable energy generator and power transmission company. is a predetermined value defined by the contract capacity of

계통전압(Vg(t))의 기준점은 VG로 두고, 이는 시스템의 계통연계 시점에 따라 상이하나 본 서술에서는 국내의 상-중성점 전압 표준인 220[V]로 간주한다. 또한 재생에너지 수소변환 시스템(1000)의 수전 기준전압(VH)과 발전 기준전압(VF)는 교류계통(20)의 전압표준 내에서 소정의 값으로 정의하되. 수전 기준전압은 기준점보다 높고, 발전 기준전압은 기준점보다 낮다.The reference point of the grid voltage (Vg(t)) is set to V G , which is different depending on the time of grid connection of the system, but in this description, it is regarded as 220 [V], the domestic phase-neutral voltage standard. In addition, the power reception reference voltage (V H ) and the power generation reference voltage (V F ) of the renewable energy hydrogen conversion system 1000 are defined as predetermined values within the voltage standard of the AC system 20 . The reception reference voltage is higher than the reference point, and the power generation reference voltage is lower than the reference point.

전력변환장치(100) 내부회로전압(VPCS)은 전력버퍼(118)의 전압(VB)과 같으며, 도 7과 같은 구성의 경우 전력변환장치(100) 내부회로전압(VPCS)은 수전해장치(200)의 직류전압 및 연료전지(400)의 직류전압을 양 극단으로 하는 범위 내의 임의의 값으로 할 수 있다. The internal circuit voltage (V PCS ) of the power converter 100 is the same as the voltage (V B ) of the power buffer 118 , and in the case of the configuration as shown in FIG. 7 , the internal circuit voltage (V PCS ) of the power converter 100 is The DC voltage of the water electrolyzer 200 and the DC voltage of the fuel cell 400 may be any value within the range of both extremes.

임의의 시점 t에서 계통(20)으로부터 교류변환부(112)를 통해 시스템(1000) 내부에 유입되는 전류량을 I1(t), 수전해 컨버터(850)의 입력 전류량을 I2(t), 연료전지 컨버터(870)의 출력 전류량을 I3(t), 전력버퍼(118)의 충전 전류량을 I4(t)로 정의하고, 정의한 전류량에 대해 다음과 같은 수학식 2가 성립한다. 단, 시스템(1000)의 목적이 재생에너지의 저장 및 계통(20)의 전압 유지이므로 연료전지(400)와 수전해장치(200)가 동시에 동작하는 일이 없기 때문에, I2(t)와 I3(t) 중 하나는 0의 값을 가진다.At an arbitrary time t, the amount of current flowing into the system 1000 from the system 20 through the AC converter 112 is I 1 (t), the amount of input current of the electrolytic converter 850 is I 2 (t), The output current amount of the fuel cell converter 870 is defined as I 3 (t) and the charging current amount of the power buffer 118 is defined as I 4 (t), and the following Equation 2 holds for the defined current amount. However, since the purpose of the system 1000 is to store renewable energy and maintain the voltage of the system 20, the fuel cell 400 and the water electrolyzer 200 do not operate simultaneously, so I 2 (t) and I One of 3 (t) has a value of 0.

[수학식 2] [Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

전류제어부(114)는 수전해장치(200)를 동작하여 계통(20)으로부터 전력을 수전하여 교류변환부(112)를 통해 변환되어 시스템(1000) 내부에 유입되는 제1 전류측정치(I1(t))를 지령하는 제1 전류지령치(I*1(t))가 0보다 클 때(I*1(t)>0), 제어기(120)가 수전해 입력 제어부(820)에 닫힘 신호(S2=1)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부(840)에 열림 신호(S3=0)를 전달한다. The current control unit 114 operates the water electrolysis device 200 to receive power from the system 20, is converted through the AC conversion unit 112, and is converted to a first current measured value I 1 ( When the first current command value (I* 1 (t)) for commanding t)) is greater than 0 (I* 1 (t) > 0), the controller 120 sends a closing signal to the electrolytic input control unit 820 ( S 2 =1) and transmits an open signal (S 3 =0) to the fuel cell output control unit 840 .

반대로 연료전지(400)를 통해 발전하도록 하기 위하여 제1 전류지령치(I*1(t))가 0보다 작을 때(I*1(t)<0), 제어기(120)가 수전해 입력 제어부(820)에 열림 신호(S2=0)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부(840)에 닫힘 신호(S3=1)를 전달한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음 수학식 3과 같다.Conversely, in order to generate power through the fuel cell 400, when the first current command value (I* 1 (t)) is less than 0 (I* 1 (t) < 0), the controller 120 receives the electrolysis input control unit ( An open signal (S 2 =0) is transmitted to the 820 , and a close signal (S 3 =1) is transmitted to the fuel cell output control unit 840 . This is expressed by the following Equation (3).

<수학식 3><Equation 3>

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

도 11 및 도 12는 도 6의 재생에너지 수소변환 시스템(1000)의 전력변환장치(100)의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 11 and 12 are flowcharts illustrating a control method of the power conversion device 100 of the renewable energy hydrogen conversion system 1000 of FIG. 6 .

제어기(120)는 재생에너지 출력전력(P(t)) 및 계통전압(Vg(t)) 값을 수신한다(1110). The controller 120 receives the renewable energy output power (P(t)) and the system voltage (Vg(t)) value ( 1110 ).

재생에너지 출력전력(P(t))이 소정의 전압값(Pg) 이상으로 증가(P(t)>Pg)하거나(1112), 계통(20)의 계통전압(Vg(t))이 수전 기준전압(VH) 이상으로 상승하는 경우(Vg(t)>VH)(1114), 제어기(120)는 교류변환부(112)에 수전할 제1 전류지령치(I1*(t))를 전송하고, 제어기(120)는 입출력 제어부(810)에 닫힘 신호(S1=1)를 전달한다(1116).Renewable energy output power (P(t)) is increased (P(t)>Pg) above a predetermined voltage value (Pg) (1112), or the grid voltage (Vg(t)) of the grid 20 is based on the power reception When it rises above the voltage (V H ) (Vg(t)>V H ) ( 1114 ), the controller 120 receives the first current command value (I 1 *(t)) to receive the AC conversion unit 112 . Then, the controller 120 transmits the closing signal (S 1 =1) to the input/output control unit 810 (1116).

제어기(120)는 I3(t)가 0인지 확인하고, 제3 전류(I3)가 0이면(1118), 연료전지 출력 제어부(840)에 열림 신호(S3=0)를 전달하며, 수전해 입력 제어부(820)에 닫힘 신호(S2=1)를 전달하여 수전해장치(200) 동작을 준비한다(1120). The controller 120 checks whether I 3 (t) is 0, and when the third current I 3 is 0 (1118), transmits an open signal (S 3 =0) to the fuel cell output control unit 840, A closing signal (S 2 =1) is transmitted to the water electrolysis input control unit 820 to prepare for the operation of the water electrolysis device 200 ( 1120 ).

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00005
Figure pat00005

이때, 연료전지(400)가 운전하고 있어서 제3 전류(I3)가 0보다 큰 경우(I3(t)>0)(1118), 제어기(120)는 제3 전류지령치(I*3(t))를 0으로 전달하여 연료전지(400)의 출력을 0으로 낮춘 후(1122), 연료전지(400)의 실제 발전출력이 0이 되었을 때 연료전지 출력 제어부(840)에 열림 신호(S3=0)를 전달하며, 수전해 입력 제어부(820)에 닫힘 신호(S2=1)를 전달하여 수전해장치(200) 동작을 준비한다(1120). 이는 수학식 5로 나타낼 수 있다. At this time, when the fuel cell 400 is operating and the third current I 3 is greater than 0 (I 3 (t) > 0) 1118, the controller 120 controls the third current command value I* 3 ( t)) to 0 to lower the output of the fuel cell 400 to 0 (1122), and when the actual power generation output of the fuel cell 400 becomes 0, an open signal (S) to the fuel cell output control unit 840 3 = 0), and a closing signal (S 2 =1) is transmitted to the electrolysis input control unit 820 to prepare the operation of the electrolysis apparatus 200 ( 1120 ). This can be expressed by Equation 5.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00006
Figure pat00006

재생에너지 출력전력(P(t))과 계통전압(Vg(t))의 변화가 추세적이라고 판단할 만한 시간(τ)이 충분히 지난 후에도, 수학식 4 및 수학식 5와 같은 조건이 유지될 때, 즉, 계통전압(Vg(t))이 계통전압(Vg(t))이 수전 기준전압(VH) 이상이고(Vg(t-τ)>VH)(1124), 재생에너지 출력전력(P(t))이 소정의 전압값(Pg) 이상인 경우(P(t-τ)>Pg)(1124), 수전해장치(200)가 수전할 전력에 대한 제2 전류지령치(I2*(t))를 부가한다(1210). Even after enough time τ to determine that the change in the renewable energy output power P(t) and the grid voltage Vg(t) is trending, the conditions such as Equations 4 and 5 may be maintained. In other words, when the grid voltage (Vg(t)) is the grid voltage (Vg(t)) is the reception reference voltage (V H ) or more (Vg(t-τ)>V H ) (1124), the renewable energy output power When (P(t)) is greater than or equal to the predetermined voltage value (Pg) (P(t-τ)>Pg) 1124 , the second current command value I 2 * (t)) is added (1210).

제어기(120)는 교류변환부(112)의 제1 전류지령치(I1*(t)) 및 수전해 컨버터(850)의 제2 전류지령치(I2*(t))를 계산하여 교류변환부(112) 및 수전해 컨버터(860)에 전달한다(1210). 교류변환부(112)의 제1 전류지령치(I1*(t))와 수전해 컨버터(850)의 제2 전류지령치(I2*(t))는 시간에 따라 변동하는 값으로 아래 수학식 6과 같은 혹은 유사한 과정을 통해 정의되며, 실제 전류값과 지령치의 차이는 PWM 방식의 온/오프 듀티비(On/Off Duty Ratio) 제어에 의해 변경된다. The controller 120 calculates the first current command value (I 1 *(t)) of the AC conversion unit 112 and the second current command value (I 2 *(t)) of the electrolytic converter 850 to the AC conversion unit (112) and transfer to the electrolytic converter 860 (1210). AC converting unit first current command value (I 1 * (t)) of 112 and a power reception by Equation below in the second current command value (I 2 * (t)) is a value that varies according to the time of the converter (850) It is defined through the same or similar process as 6, and the difference between the actual current value and the command value is changed by the PWM method On/Off Duty Ratio control.

또한, 교류변환부(112)의 제1 전류지령치(I1*(t)) 및 수전해 컨버터(850)의 제2 전류지령치(I2*(t))에 따라 교류변환부(112)의 제1 전류측정치(I1(t)) 및 제2 전류측정치(I2(t))가 정해지면, 전류버퍼(140)의 입력전류(I4(t))는 전류측정치(I1(t))와 전류측정치(I2(t))의 차로 정해진다(1210). In addition, according to the first current command value (I 1 *(t)) of the AC conversion unit 112 and the second current command value (I 2 *(t)) of the electrolytic converter 850, the AC conversion unit 112 is When the first measured current I 1 (t) and the second current measured value I 2 (t) are determined, the input current I 4 (t) of the current buffer 140 is the current measured value I 1 (t) )) and the current measurement value (I 2 (t)) is determined (1210).

[수학식 6] [Equation 6]

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 6 및 의 α, β, γ는 소정의 상수 값으로 γ는 1 이하의 양수 값을 갖는다. α, β, and γ in Equation 6 and γ are predetermined constant values, and γ has a positive value of 1 or less.

수학식 4 및 수학식 5의 조건이 해제되었을 경우 즉, 계통(20)의 계통전압(Vg(t))이 수전 기준전압(VH) 이하이거나(Vg(t)≤VH)(1212), 재생에너지 출력전력(P(t))이 소정의 전압값(Pg) 이하이면(P(t)≤Pg)(1214), 제어기(120)는 수전해장치(200)의 운전전력을 0 또는 0보다 큰 소정의 최소값까지 점차 감소시키도록 수학식

Figure pat00008
을 이용하여 제2 전류지령치(I2*(t))를 결정하도록 제어할 수 있다(1216, 1218). When the conditions of Equations 4 and 5 are released, that is, the grid voltage (Vg(t)) of the grid 20 is less than or equal to the power reception reference voltage (V H ) (Vg(t)≤V H ) (1212) , when the renewable energy output power (P(t)) is less than or equal to a predetermined voltage value (Pg) (P(t)≤Pg) 1214 , the controller 120 sets the operating power of the water electrolyzer 200 to 0 or Equation to gradually decrease to a predetermined minimum value greater than 0
Figure pat00008
It is possible to control to determine the second current command value (I 2 *(t)) by using (1216, 1218).

이러한 과정의 감소폭은 수전해장치(200)의 정격전류값(I2Max)에 대해 소정의 상수 δ를 곱한 것으로 할 수 있다. The reduction width of this process may be multiplied by a predetermined constant δ with respect to the rated current value (I 2Max ) of the water electrolyzer 200 .

이는 수학식 7로 나타낼 수 있다.This can be expressed by Equation (7).

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00009
Figure pat00009

수학식 7의 δ는 소정의 상수 값으로 δ는 1 이하의 양수 값을 갖는다. In Equation 7, δ is a predetermined constant value, and δ has a positive value of 1 or less.

여기에서는 제2 전류측정치(I2)가 0이 되는 경우, 수전해장치(200)를 종료한다고 정의한다. 제2 전류측정치(I2)가 0이 되어(1218), 수전해장치(200)의 운전이 종료되면, 제어기(120)는 수전해 입력 제어부(820)에 열림 신호(S2=0)를 부가하여 수전해 입력 제어부(820)의 동작을 중지시키고, 입출력 제어부(810)에 열림신호(S1=0)를 부가하여 입출력 제어부(810)의 동작을 중지하도록 제어한다(1220). Here, when the second current measurement value I 2 becomes 0, it is defined that the water electrolysis device 200 is terminated. When the second current measurement value (I 2 ) becomes 0 ( 1218 ) and the operation of the water electrolysis device 200 is terminated, the controller 120 sends an open signal (S 2 =0) to the water electrolysis input control unit 820 . In addition, the operation of the input/output control unit 820 is stopped by electrolysis, and an open signal (S 1 =0) is added to the input/output control unit 810 to stop the operation of the input/output control unit 810 ( 1220 ).

다시 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 재생에너지 출력전력(P(t))의 변동, 부하 급증 등의 이유로 계통전압(Vg(t))이 일정 전압값(VL) 이하로 감소할 경우(1150), 연료전지 운전을 통해 계통전압(Vg(t))의 복구를 수행한다. 이를 위하여 제어기(120)는 입출력 제어부(810)에 닫힘신호(S1=1)를 부가하고, 이 경우 제1 전류지령치(I*1(t))는 0보다 작다(1152). Referring back to FIG. 11 , according to an embodiment of the present invention, the grid voltage Vg(t) is lower than a certain voltage value V L due to a change in the renewable energy output power P(t), a sudden load surge, etc. , the system voltage Vg(t) is restored through fuel cell operation (1150). To this end, the controller 120 adds a closing signal (S 1 =1) to the input/output control unit 810, and in this case, the first current command value I* 1 (t) is less than 0 (1152).

제2 전류측정치(I2)가 0이어서 수전해장치(200)가 운전중이 아닌 경우는(1154), 제어기(120)는 수전해 입력 제어부(820)에 열림신호(S2=0)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부(840)에 닫힘신호(S3=1)을 전달한다(1156). When the second current measurement value I2 is 0 and thus the electrolysis apparatus 200 is not in operation ( 1154 ), the controller 120 transmits an open signal (S 2 =0) to the electrolysis input control unit 820 . and transmits a closing signal (S 3 =1) to the fuel cell output control unit 840 ( 1156 ).

계통전압(Vg(t))이 일정 전압값(VL) 이하로 감소하는 추세가 일정 시간 후에도 지속되는 경우(Vg(t-τ)<VL)(1160), 연료전지(400)가 운전 가능 상태가 되기까지 전력버퍼(118)에 저장된 에너지를 일시적으로 사용하되, 제어기(120) 내 메모리(도시되지 않음)에 상황이 발생한 시점인 이때의 전력버퍼(118)의 전압측정값을 전력버퍼 기준전압(Vs)으로 저장할 수 있다(VS=VB(t))(1230). 이러한 절차는 수학식 8으로 표시될 수 있다. When the trend in which the system voltage (Vg(t)) decreases below a certain voltage value (V L ) continues even after a predetermined time (Vg(t-τ) < V L ) ( 1160 ), the fuel cell 400 operates The energy stored in the power buffer 118 is temporarily used until a possible state, but the voltage measurement value of the power buffer 118 at this time, which is the time when a situation occurs in the memory (not shown) in the controller 120, is used as the power buffer. It can be stored as the reference voltage (Vs) (V S =V B (t)) (1230). This procedure can be expressed by Equation (8).

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00010
Figure pat00010

즉, 계통전압(Vg(t))가 기준저전압(VL)보다 작고, 일정시간이 지난뒤에도 이 상태가 유지되면(Vg(t-τ)<VL), 교류변환부(112)에 대한 제1 전류지령치(I*1(t))는 제2 전류측정치(I2(t)) 및 계통전압(Vg(t))에서 계통전압의 기준점(VG)을 뺀 값에 β를 곱한 소정의 값 및 0 중 작은 값으로 조정된다. That is, if the grid voltage (Vg(t)) is smaller than the reference low voltage (V L ) and this state is maintained even after a certain period of time has elapsed (Vg(t-τ)<V L ), the The first current command value (I* 1 (t)) is a predetermined value obtained by multiplying the value obtained by subtracting the reference point (V G ) of the grid voltage from the second current measurement value (I 2 (t)) and the grid voltage (Vg(t)) multiplied by β is adjusted to the smaller of the value of and 0.

수전해장치(200)가 운전중인 경우는(1154), 제어기(120)는 수전해 컨버터(850)에 대한 제2 전류지령치(I*2(t))가 점차 감소되도록 하여 수전해장치(200)의 운전전력이 점차 감소하도록 제어하여(1158), 도 12에 도시된 바와 같이 수전해장치(200)의 운전 종료를 완료한 후 상기의 절차를 이행한다(1230). When the water electrolysis device 200 is in operation (1154), the controller 120 causes the second current command value (I * 2 (t)) for the water electrolysis converter 850 to be gradually decreased to decrease the water electrolysis device 200 ) is controlled to gradually decrease ( 1158 ), and as shown in FIG. 12 , after completing the operation of the water electrolyzer 200 , the above procedure is performed ( 1230 ).

수전해장치(200)가 운전 중이 아닌 상태에서(I2(t)=0)(1154), 제어기(120)는 수전해 입력 제어부(820)에 열림 신호(S2=0)를 부가하고, 연료전지 출력 제어부(840)에 닫힘 신호(S3=1)를 부가한다(1156). In a state where the water electrolysis device 200 is not in operation (I 2 (t) = 0) (1154), the controller 120 adds an open signal (S 2 =0) to the water electrolysis input control unit 820, A closing signal (S 3 =1) is added to the fuel cell output control unit 840 ( 1156 ).

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00011
Figure pat00011

이후 계통전압(Vg(t))이 소정의 범위 내로 복구되면(Vg(t)>VL)(1232), 연료전지(400)의 발전 출력 중 전력버퍼(118)의 충전에 사용할 일부를 제외한 나머지를 계통(20)에 송전한다(1234, 1236). After that, when the system voltage Vg(t) is restored within a predetermined range (Vg(t)>V L ) 1232 , a portion of the power generation output of the fuel cell 400 is excluded for use in charging the power buffer 118 . The remainder is transmitted to the grid 20 (1234, 1236).

전력버퍼(118)의 전압(VB(t))이 전력버퍼(118)의 기준전압(Vs)에 도달하면(1234), 제어기(120)는 재생에너지 수소변환 시스템(100)이 계통 안정화라는 목적을 완수하였다고 판단하여 연료전지(400)가 더 이상의 출력을 발생시키기 않도록 제어한다. 상세하게는 교류변환부(112)가 연료전지(400)의 출력 전체를 계통(20)에 송전하되, 발전출력(P(t))을 점차 감소하여 0이 되도록 한다(1238, 1240). 이러한 과정에서 연료전지(400)의 출력의 감소폭은 연료전지(400)의 정격 출력 전류(I3Max)에 대해 소정의 상수 δ를 곱한 것으로 정해질 수 있다. 이 과정을 수학식 10 및 수학식 11로 나타낸다.When the voltage (V B (t)) of the power buffer 118 reaches the reference voltage (Vs) of the power buffer 118 ( 1234 ), the controller 120 determines that the renewable energy hydrogen conversion system 100 is system stabilization. It is determined that the purpose has been accomplished and the fuel cell 400 is controlled not to generate any more output. In detail, the AC conversion unit 112 transmits the entire output of the fuel cell 400 to the system 20, but gradually decreases the power generation output P(t) to 0 (1238, 1240). In this process, the decrease in the output of the fuel cell 400 may be determined by multiplying the rated output current I 3Max of the fuel cell 400 by a predetermined constant δ. This process is represented by Equations (10) and (11).

이 과정이 끝나면, 제어기(120)는 입출력 제어부(810)에 열림신호(S1=0)를 부가하여 동작을 중지시키고, 연료전지 출력 제어부(840)에 열림신호(S3=0)를 가하여 동작을 중지시킨다(1242). When this process is finished, the controller 120 adds an open signal (S 1 =0) to the input/output control unit 810 to stop the operation, and applies an open signal (S 3 =0) to the fuel cell output control unit 840 to Stop the operation (1242).

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00012
Figure pat00012

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00013
Figure pat00013

수학식 2부터 수학식 11까지 수학식으로 표현된 제어방법은 재생에너지 출력전력(t)) 변동을 흡수하고 연계 계통(20)의 과전압 및 저전압을 해결하는 방식의 일례로 다양하게 변형될 수 있다. The control method expressed by the equations from Equation 2 to Equation 11 can be variously modified as an example of a method of absorbing the renewable energy output power (t)) fluctuations and solving the overvoltage and the undervoltage of the linked system 20 . .

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.An aspect of the present invention may be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. Codes and code segments implementing the above program can be easily inferred by a computer programmer in the art. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in network-connected computer systems, and may be stored and executed as computer-readable codes in a distributed manner.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. The above description is only one embodiment of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to implement it in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to the content described in the claims.

100: 전력변환장치 110: 전력변환부
120: 제어기 112: 교류변환부
114: 전류제어부 116: 직류변환부
118: 전력버퍼 200; 수전해장치
300: 수소저장장치 400: 연료전지
810: 입출력 제어부 820: 수전해 입력 제어부
830: 전력버퍼 충방전 제어부 840: 연료전지 출력 제어부
850: 수전해 컨버터 860: 전력버퍼 충방전 컨버터
870: 연료전지 컨버터
100: power conversion device 110: power conversion unit
120: controller 112: AC conversion unit
114: current control unit 116: DC conversion unit
118: power buffer 200; water electrolyzer
300: hydrogen storage device 400: fuel cell
810: input/output control unit 820: electrolysis input control unit
830: power buffer charge/discharge control unit 840: fuel cell output control unit
850: water electrolytic converter 860: power buffer charging and discharging converter
870: fuel cell converter

Claims (12)

송전선으로 서로 연계되어 있는 재생에너지원과 계통의 중간 지점에 위치하여 송전선을 통해 재생에너지 전력을 수전하여 수소와 산소를 생산하는 수전해장치와, 수전해장치가 생산한 수소로부터 전력을 생산하여 계통에 송전하는 연료전지와, 수전해장치와 연료전지와 송전선 사이에 설치되는 전력변환장치를 포함하는 재생에너지 수소 변환 시스템의 전력변환장치로서,
수전해장치의 수전과 연료전지 발전시 계통 연결을 수행하는 전력변환부; 및
재생에너지 발전 출력전력(P(t)) 및 계통전압(Vg(t))에 기초하여, 수전해장치, 연료전지 및 전력변환부를 제어하는 제어기; 를 포함하고,
전력변환부는,
계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 교류변환부;
직류전력의 전압을 조정하는 직류변환부;
수전해장치의 수전과 연료전지 발전시 전류흐름을 제어하여, 연료전지 발전 전력이 수전해장치로 입력되지 않게 하는 전류제어부; 및
교류변환부, 직류변환부 및 전류제어부의 동작에 의해 발생할 수 있는 전압 및 전류의 급격한 변동을 방지하는 전력버퍼; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
A water electrolyzer that produces hydrogen and oxygen by receiving renewable energy power through a power line, which is located at the midpoint between the renewable energy source and the grid, which are connected to each other through a power line, and a water electrolyzer that produces power from the hydrogen produced by the power line A power conversion device for a renewable energy hydrogen conversion system, comprising: a fuel cell for transmitting power to
a power conversion unit for performing grid connection between power reception of the water electrolyzer and fuel cell power generation; and
Based on the renewable energy generation output power (P(t)) and the system voltage (Vg(t)), a controller for controlling the water electrolyzer, the fuel cell and the power conversion unit; including,
power converter,
AC conversion unit for converting AC power of the system into DC power;
DC converter for adjusting the voltage of DC power;
a current control unit that controls the current flow during power reception of the water electrolyzer and power generation of the fuel cell so that power generated by the fuel cell is not input to the water electrolyzer; and
a power buffer for preventing sudden fluctuations in voltage and current that may be caused by the operation of the AC conversion unit, the DC conversion unit and the current control unit; Power conversion device of the renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that it comprises a.
제1항에 있어서,
교류변환부는 제어기의 제어에 따라 스위칭 소자에 의한 펄스 폭 변조(PWM)를 통해 수전 전력량 및 발전 전력량을 조정 가능하고 리플을 저감하고,
직류변환부는 절연 트랜스포머를 포함하여 수전 전력 및 발전 전력의 전류 리플을 최소화하도록 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
According to claim 1,
The AC conversion unit can adjust the amount of power received and generated power through pulse width modulation (PWM) by a switching element under the control of the controller, and reduces ripple,
The DC converter includes an insulation transformer, and a power converter of a renewable energy hydrogen conversion system to minimize the current ripple of received power and generated power.
제1항에 있어서,
전류제어부는
제어기의 제1 제어신호(S1)에 따라 시스템 전체 입출력를 제어하는 입출력 제어부;
제어기의 제2 제어신호(S2)에 따라 수전해장치의 수전 여부를 제어하는 수전해 입력 제어부; 및
제어기의 제3 제어신호(S3)에 따라 연료전지의 발전 여부를 제어하는 연료전지 출력 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
According to claim 1,
current control unit
an input/output controller for controlling the entire system input/output according to the first control signal (S 1 ) of the controller;
an electrolysis input control unit for controlling whether the electrolysis device receives power according to the second control signal (S 2 ) of the controller; and
a fuel cell output control unit for controlling whether the fuel cell generates power according to a third control signal (S 3 ) of the controller; Power conversion device of the renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that it comprises a.
제3항에 있어서,
전류제어부는 제어기의 제4 제어신호(S4)에 따라 전력버퍼의 충방전 여부를 제어하는 전력버퍼 충방전 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
4. The method of claim 3,
The current control unit includes: a power buffer charging/discharging control unit for controlling whether the power buffer is charged/discharged according to the fourth control signal (S 4 ) of the controller; Power conversion device of the renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서,
직류변환부는
교류변환부의 출력으로 나타난 직류전압을 수전해장치의 운전전압으로 승압 또는 강압하는 수전해 컨버터; 및
연료전지의 운전전압을 교류변환부의 직류전압으로 승압 또는 강압하는 연료전지 컨버터; 를 포함하여,
교류변환부의 직류전압과 수전해장치의 운전전압이 다르더라도 교류변환부로터 수전해장치로 수전이 가능하고, 교류변환부의 직류전압과 연료전지의 운전전압이 다르더라도 연료전지로부터 교류변환부로 송전이 가능한 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
According to claim 1,
DC converter
a water electrolytic converter that boosts or steps down the DC voltage displayed as the output of the AC conversion unit to the operating voltage of the water electrolyzer; and
a fuel cell converter that boosts or steps down the operating voltage of the fuel cell to the DC voltage of the AC converter; including,
Even if the DC voltage of the AC converter and the operating voltage of the electrolyzer are different, power can be received from the AC converter to the electrolyzer, and even if the DC voltage of the AC converter and the operating voltage of the fuel cell are different, power transmission from the fuel cell to AC converter Power conversion device of the renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that possible.
제5항에 있어서,
직류변환부는 전력버퍼의 운전전압을 교류변환부의 직류전압으로 변환하는 전력버퍼 충방전 컨버터; 를 더 포함하여,
교류변환부의 직류전압과 전력버퍼의 운전전압이 다르더라도 수전 및 송전이 가능한 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
6. The method of claim 5,
The DC converter includes: a power buffer charging/discharging converter that converts the operating voltage of the power buffer into a DC voltage of the AC converter; further including,
Power conversion device of a renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that it is possible to receive and transmit power even if the DC voltage of the AC conversion unit and the operating voltage of the power buffer are different.
제6항에 있어서,
수전해 컨버터는 수전해장치의 용량에 기초하여 2개 이상의 수전해 컨버터 단위 모듈이 병렬 연결되어 구성되고,
연료전지 컨버터는 연료전지의 수 또는 용량에 기초하여 2개 이상의 연료전지 컨버터 단위 모듈이 병렬 연결되어 구성되고,
전력버퍼 충방전 컨버터는 전력버퍼의 수 또는 용량에 기초하여 2개 이상의 전력버퍼 충방전 컨버터 모듈이 병렬 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
7. The method of claim 6,
The water electrolytic converter consists of two or more water electrolytic converter unit modules connected in parallel based on the capacity of the water electrolyzer,
The fuel cell converter is configured by connecting two or more fuel cell converter unit modules in parallel based on the number or capacity of fuel cells,
The power buffer charging/discharging converter is a power conversion device of a renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that two or more power buffer charging/discharging converter modules are connected in parallel based on the number or capacity of the power buffers.
제3항에 있어서,
교류변환부를 통해 유입되는 제1 전류측정치(I1(t))를 지령하는 제1 전류지령치(I*1(t))가 0보다 클 때(I*1(t)>0), 제어기가 수전해 입력 제어부에 닫힘 신호(S2=1)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부에 열림 신호(S3=0)를 전달하고,
반대로 연료전지를 통해 발전하도록 하기 위하여 제1 전류지령치(I*1(t))가 0보다 작을 때(I*1(t)<0), 제어기가 수전해 입력 제어부에 열림 신호(S2=0)를 전달하고, 연료전지 출력 제어부에 닫힘 신호(S3=1)를 전달하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
4. The method of claim 3,
When the first current command value (I* 1 (t)) that commands the first current measurement value (I 1 (t)) flowing in through the AC converter is greater than 0 (I* 1 (t) > 0), the controller A closing signal (S 2 =1) is transmitted to the electrolysis input control unit, and an open signal (S 3 =0) is transmitted to the fuel cell output control unit,
Conversely, when the first current command value (I* 1 (t)) is less than 0 (I* 1 (t) < 0) in order to generate electricity through the fuel cell, the controller receives an open signal (S 2 = 0) and transmits a closing signal (S 3 =1) to the fuel cell output control unit.
제4항에 있어서,
재생에너지 발전출력(P(t))이 소정의 값(Pg) 이상이거나, 계통전압(Vg(t))이 소정의 고전압값(VH) 이상으로 상승하여 미리 지정한 시간 이상 지속될 때,
제어기는 입출력 제어부, 수전해 입력 제어부, 전력버퍼 충방전 제어부를 구동하고, 연료전지 출력 제어부를 구동종료하도록 제어하며,
교류변환부의 수전 전력은 전압 안정을 위한 필요 전력량과 수전해장치가 수전할 수 있는 재생에너지 발전량 중 큰 값을 추종하고, 수전해장치의 운전 전력은 교류변환부의 수전 전력을 추종하며,
교류변환부의 수전 전력과 수전해장치의 운전전력의 차이를 전력버퍼의 충방전 전력으로 하여 재생에너지 출력(P(t))의 증가에 의한 계통전압(Vg(t))의 상승을 방지하고, 재생에너지 발전 전력을 안정적으로 수소로 변환하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
5. The method of claim 4,
When the renewable energy generation output (P(t)) is above a predetermined value (Pg), or when the grid voltage (Vg(t)) rises above a predetermined high voltage value (V H ) and continues for more than a predetermined time,
The controller drives the input/output control unit, the electrolysis input control unit, the power buffer charging/discharging control unit, and controls the fuel cell output control unit to terminate the driving,
The power received by the AC converter follows the larger of the amount of power required for voltage stabilization and the amount of renewable energy that the electrolyzer can receive, and the operating power of the electrolyzer follows the power received by the AC converter,
The difference between the receiving power of the AC converter and the operating power of the electrolyzer is used as the charging/discharging power of the power buffer to prevent the increase of the grid voltage (Vg(t)) due to the increase in the renewable energy output (P(t)), A power conversion device for a renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that it converts renewable energy generation power into hydrogen stably.
제4항에 있어서,
연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 저전압값(VL) 이하로 저하하여 미리 지정한 시간 이상 지속될 때,
제어기는 입출력 제어부, 연료전지 출력 제어부, 전력버퍼 충방전 제어부를 구동하고, 수전해 입력 제어부를 구동종료하도록 제어하며,
교류변환부의 송전 전력은 계통전압(Vg(t))의 안정을 위한 필요 전력량을 추종하고, 연료전지의 발전 전력은 교류변환부의 송전 전력을 추종하며, 교류변환부의 송전 전력과 연료전지의 발전 전력 차이를 전력버퍼의 충방전 전력으로 하여, 재생에너지와 부하의 불균형에 의한 계통전압(Vg(t))의 강하를 방지하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
5. The method of claim 4,
When the associated grid voltage (Vg(t)) drops below a predetermined low voltage value (V L ) and continues for more than a predetermined time,
The controller drives the input/output control unit, the fuel cell output control unit, and the power buffer charging/discharging control unit, and controls the electrolysis input control unit to terminate the driving,
The power transmitted by the AC converter follows the amount of power required for stabilization of the grid voltage (Vg(t)), the power generated by the fuel cell follows the power transmitted by the AC conversion section, and the power transmitted by the AC converter and the power generated by the fuel cell A power conversion device for a renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that by using the difference as the charging/discharging power of the power buffer, the drop of the system voltage (Vg(t)) due to the imbalance between the renewable energy and the load is prevented.
제4항에 있어서,
재생에너지 발전출력(P(t))이 소정의 값(Pg) 이상이거나 재생에너지 수소변환 시스템에 연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 고전압값(VH) 이상으로 상승할 때, 연료전지가 발전하고 있을 경우,
제어기는 연료전지의 발전량이 0이 되도록 제어하고, 연료전지의 발전량이 0이 된 이후 연료전지 출력 제어부가 구동종료상태가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
5. The method of claim 4,
When the renewable energy generation output (P(t)) is greater than or equal to a predetermined value (Pg) or the grid voltage (Vg(t)) associated with the renewable energy hydrogen conversion system rises above a predetermined high voltage value (V H ), If the fuel cell is generating power,
The controller controls the power generation amount of the fuel cell to be 0, and after the power generation amount of the fuel cell becomes 0, the fuel cell output control unit controls the driving end state.
제4항에 있어서,
연계된 계통전압(Vg(t))이 소정의 저전압값(VL) 이하로 저하된 상태에서 수전해장치가 운전하고 있을 때,
제어기는 수전해장치의 운전 전력을 0이 될 때까지 수전해장치의 자체 용량의 일정 배수로 정의되는 소정의 속도로 저하시키며,
수전해장치의 운전 전력이 0이 된 이후 수전해 입력 제어부가 구동종료 상태가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재생에너지 수소변환 시스템의 전력변환장치.
5. The method of claim 4,
When the water electrolyzer is operating in a state where the associated grid voltage (Vg(t)) is lowered to a predetermined low voltage value (V L ) or less,
The controller lowers the operating power of the water electrolyzer at a predetermined rate defined as a constant multiple of the capacity of the water electrolyzer until it becomes zero,
Power conversion device of a renewable energy hydrogen conversion system, characterized in that after the operation power of the water electrolysis device becomes 0, the water electrolysis input control unit controls the driving end state.
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