KR20230019566A - 염분차발전용 전력변환 시스템 - Google Patents
염분차발전용 전력변환 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230019566A KR20230019566A KR1020210101222A KR20210101222A KR20230019566A KR 20230019566 A KR20230019566 A KR 20230019566A KR 1020210101222 A KR1020210101222 A KR 1020210101222A KR 20210101222 A KR20210101222 A KR 20210101222A KR 20230019566 A KR20230019566 A KR 20230019566A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- power
- salinity
- generation
- converter
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 127
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 67
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/007—Plural converter units in cascade
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1582—Buck-boost converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
- H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/002—Generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
염분차발전용 전력변환 시스템이 개시된다.
본 발명에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템은, 염수 그리고 담수와 같은 두가지의 유입수의 농도차를 이용하여 전력을 생산하는 염분차발전 모듈, 염분차발전 모듈과 연결되며, 염분차발전 모듈에서 출력되는 전력을 변환하는 염분차발전용 전력변환장치, 염분차발전용 전력변환장치와 연결되며 염분차발전용 전력변환장치에 의해 변환된 전력을 공급받는 전력수신부 및 전력수신부로부터 전력, 전압, 전류 값을 전달 받고, 전달 받은 전력, 전압, 전류값에 따라 염분차발전 모듈 및 염분차발전용 전력변환장치를 제어하도록 마련된 제어 모듈을 포함한다.
본 발명에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템은, 염수 그리고 담수와 같은 두가지의 유입수의 농도차를 이용하여 전력을 생산하는 염분차발전 모듈, 염분차발전 모듈과 연결되며, 염분차발전 모듈에서 출력되는 전력을 변환하는 염분차발전용 전력변환장치, 염분차발전용 전력변환장치와 연결되며 염분차발전용 전력변환장치에 의해 변환된 전력을 공급받는 전력수신부 및 전력수신부로부터 전력, 전압, 전류 값을 전달 받고, 전달 받은 전력, 전압, 전류값에 따라 염분차발전 모듈 및 염분차발전용 전력변환장치를 제어하도록 마련된 제어 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 염분차발전용 전력변환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염분차발전 모듈과 연계되어 염분차 염분차발전 모듈에서 출력되는 전력을 변환시킬 수 있는 염분차발전용 전력변환 시스템에 관한 것이다.
기존 발전량의 많은 부분을 차지하던 원자력 에너지와 화석 연료 등을 대체하기 위해, 풍력 및 태양광을 필두로 한 신재생에너지원은 국/내외적으로 그 비중이 증가하고 있는 추세이다.
태양광 및 풍력과 같은 기존 신재생에너지는 주변 환경으로부터 큰 영향을 받기 때문에 출력 안정성이 낮고, 불안정한 전력 생산 특성으로 인해 에너지 저장장치(ESS, Energy Storage System)의 의존도가 높다는 문제점이 있다. 더욱이, 기존 신재생에너지는 발전을 할 수 없는 기간을 가지므로 기저전력 요구량에 대응할 수 없다는 문제점이 있다. 이러한 이유로, 신재생에너지가 다수 포함된 전력계통은 더 이상 안정적인 전력공급원이 아니기 때문에 단시간 및 장시간의 전력품질 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 큰 용량을 가지는 에너지 저장장치를 사용하고 있으나, 큰 용량을 갖는 에너지 저장장치를 사용하게 될 경우에는 화재 등의 안전에 있어서의 문제가 발생하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 전력계통 측면에서 재래형 전원의 출력 조정, 변동성 전원의 출력조정, 비변동성 전원의 적용, 저손실 전력시스템의 구축, 에너지저장, PCS 단독운전방지, 전력수요 맞춤형 EMS, 전력 계통간 상호 운용, 발전출력예측 등의 기술이 고려되고 있고, 수용가 측면에서는 ICT 기술을 이용하여 에너지의 합리적 이용을 촉진하는 수요반응 기술이 주목받고 있다.
한편, 염수 그리고 담수와 같은 두가지의 유입수의 농도차를 이용하여 발전하는 염분차발전은 태양광 및 풍력 발전과 비교하여 출력 안정성이 높은 비변동성 전원이다.
염분차발전을 사용함에 따라, 에너지 저장장치의 의존도를 낮출 수 있으며, 기저전력 요구량에 대응할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 낮은 에너지 저장장치의 의존도에 근거하여 낮은 전력단가를 기대할 수 있으며, 온실가스의 배출이 적다. 더욱이, 염분차발전은 주변 환경으로부터 큰 영향을 받지 않으므로 연중 안정적인 전력 생산이 가능하며, 전 세계 강 하구로부터 추산된 높은 잠재적 에너지량을 가지므로 해수뿐아니라 생활용수, 공업용수 등을 사용할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 다양한 장점을 가지고 있음에도 불구하고 염분차 발전은 이용하여 염분차발전으로 인해 발생된 전력을 변환하는 시스템 및 이의 제어 방법과 같은 기술에 있어서 개발된 바가 없으므로, 이러한 기술 개발이 요구되고 있다.
더욱이, 염분차 발전에서 출력되는 전력을 전력망에 연계하여 송전하거나 배전하여 사용자가 사용하는데 어려움이 있으므로, 이를 해결할 수 있는 염분차발전용 전력변환 시스템의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명의 목적은 염분차발전 모듈과 연계된 전력변환 시스템을 구성하고 제어할 수 있는 염분차발전용 전력변환 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 염분차발전 모듈의 운전조건 변화에도 발전을 유지할 수 있고, 특히, 전류, 전압, 전력 및 전력분담 제어를 수행할 수 있는 염분차발전용 전력변환 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 염수 그리고 담수와 같은 두가지의 유입수의 농도차를 이용하여 전력을 생산하는 염분차발전 모듈, 염분차발전 모듈과 연결되며, 염분차발전 모듈에서 출력되는 전력을 변환하는 염분차발전용 전력변환장치, 염분차발전용 전력변환장치와 연결되며 염분차발전용 전력변환장치에 의해 변환된 전력을 공급받는 전력수신부 및 전력수신부로부터 전력, 전압, 전류 값을 전달받고, 전달받은 전력, 전압, 전류값에 따라 염분차발전 모듈 및 염분차발전용 전력변환장치를 제어하도록 마련된 제어 모듈을 포함하는, 염분차발전용 전력변환 시스템에 의해 달성될 수 있다.
또한, 염분차발전 모듈에 의해 발생되어 염분차발전용 전력변환장치로 입력되는 전력의 전압 및 전류를 감지하는 제1 센서 및 염분차발전용 전력변환장치에서 변환되어 출력된 전력의 전압 및 전류를 감지하는 제2 센서를 포함하고, 제어 모듈은 제1 센서 및 제2 센서의 감지 결과를 전달받고, 전달받은 감지 결과에 따라 염분차발전 모듈 및 염분차발전용 전력변환장치를 제어하도록 마련될 수 있다.
또한, 염분차발전 모듈과 연결되며, 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전류 및 전압의 변동과 이상을 방지하기 위한 전류 보상기 및 전압보상기 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 염분차발전용 전력변환장치는, DC/DC 컨버터로 마련되어 전력수신부에 직류 전력을 공급하거나, DC/DC 컨버터에 DC/AC 인버터가 추가로 마련되어 전력수신부에 교류 전력을 공급하도록 마련될 수 있다.
또한, 염분차발전 모듈은, 복수 개로 마련되되 복수 개의 염분차발전 모듈은 직렬 또는 병렬 형태로 마련되며, DC/DC 컨버터를 통해 전력수신부에 직류 전원을 공급하거나 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 통해 전력수신부에 교류 전력을 공급하도록 마련될 수 있다.
여기서, DC/DC 컨버터는, 전류 센서를 포함하고, 승압 및 전류 리플을 저감을 위한 인덕터, 양 방향으로의 전력 전달을 위한 스위치 및 출력단에 연결되며 전압센서가 마련되는 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터는, 인터페이스에서 제어 모듈로 입력되는 파라미터를 공유하고 전력변환이 동작될 수 있도록 제어 모듈에서 출력되는 PWM 신호를 이용하여 스위치의 온/오프 동작을 수행하도록 마련될 수 있다.
한편, DC/DC 컨버터에는 단상 DC/AC인버터 또는 3상 DC/AC 인버터 중에서 적어도 어느 하나가 연결되고, 각각의 DC/AC 인버터는 직류링크 커패시터와, 양방향으로의 전력 전달을 위한 스위치와 및 출력단에 연결되는 필터를 포함할 수 있다.
또한, 염분차발전 모듈이 복수 개로 마련되는 경우에 DC/DC 컨버터가 복수 개로 마련되어 복수 개의 염분차발전 모듈의 각각과 연결되고, 복수 개의 DC/DC 컨버터가 직렬 형태로 마련되는 경우에는 출력단의 전압을 감지하도록 센서가 마련되며, 복수 개의 DC/DC 컨버터가 병렬 형태로 마련되는 경우에는 출력단의 전류를 감지하도록 센서가 마련될 수 있다.
이때, 염분차발전용 전력변환장치와 연결되어 염분차발전용 전력변환장치에서 전력수신부로 공급되고 남은 전력이 저장되는 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치와 연결되고 전력변환을 수행하여 에너지 저장장치로 전력을 충전하거나 에너지 저장장치에 저장된 전력을 방전하도록 마련된 에너지 저장장치용 전력변환장치를 더 포함할 수 있다.
이러한, 에너지 저장장치에는 적어도 하나 이상의 DC/DC 컨버터 또는 DC/AC 인버터가 연결되며, 에너지 저장장치가 직류 전력을 공급받는 전력수신부와 연결되는 경우에는 DC/DC 컨버터가 연결되고, 에너지 저장장치가 교류 전력을 공급받는 전력수신부와 연결되는 경우에는 DC/AC 인터버가 추가로 연결될 수 있다.
상기와 같은, 염분차발전용 전력변환 시스템에서 전력 수신부에 직류 전력이 공급되는 경우, DC/DC 컨버터에 의해 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전력을 제어하도록 마련된 제1 제어모드 및 염분차발전 모듈로부터 최대치의 직류 전력 출력점을 추종하도록 마련된 제2 제어모드를 포함하고, 제2 제어모드에서 출력된 직류 전력은 에너지 저장장치에 저장되거나 전력 수신부로 공급되도록 마련될 수 있다.
또한, 염분차발전용 전력변환 시스템에서 전력 수신부에 교류 전력이 공급되는 경우, DC/DC 컨버터에 의해 염분차발전용 전력변환 시스템으로부터 출력되는 직류전압을 제어하도록 마련된 제3 제어모드 및 염분차발전 모듈로부터 최대치의 교류 전력 출력점을 추종하도록 마련된 제4 제어모드를 포함하고, 제3 제어모드 및 제4 제어모드에 의해 출력되는 직류 전압은 DC/AC 인버터에 의해 교류 전압으로 변환되어 전력 수신부로 공급되거나 에너지 저장장치에 저장되도록 마련될 수 있다.
한편, 복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 병렬로 마련되는 경우에는 전압보상기에 의해 전력 분담이 수행되어 전압 지령치가 변경되도록 제어되고, 복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 직렬로 마련되는 경우에는 전압 보상기에 의해 각 컨버터의 전압 및 염분차발전용 전력변환 시스템의 직류 전압이 일정하게 유지되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 염분차발전용 전력변환 시스템은, 염분차발전 모듈의 운전조건 변화에도 발전을 안정적으로 유지 및 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 염분차발전용 전력변환 시스템은, 단독 또는 여러 대의 염분차발전 모듈의 전력변환장치를 구성하고 안정적으로 시스템을 제어할 수 있는 제어기를 제공할 수 있어서, 전력수신부에 필요한 전력을 공급하거나, 전력망에 연계하여 최대 출력을 낼 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 염분차발전용 전력변환 시스템은, 상용 염분차발전 모듈에 연결하여 사용할 수 있어서 편의성 및 효율성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 염분차발전용 전력변환 시스템의 변형예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 염분차발전용 전력변환장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 단일 혹은 직렬 및 병렬로 마련될 수 있는염분차발전 모듈의 출력 전력을 제어하기위한 DC/DC 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시한 염분차발전 시스템이 교류 전력을 공급하는 경우에 DC/AC 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6는 도 1 및 도 2에 도시한 염분차발전 모듈이 복수 개로 마련되는 경우에 복수 개로 마련된 DC/DC 컨버터의 연결 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 2에 도시한 에너지 저장장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템의 제어 방법의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 염분차발전용 전력변환 시스템의 변형예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 염분차발전용 전력변환장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 단일 혹은 직렬 및 병렬로 마련될 수 있는염분차발전 모듈의 출력 전력을 제어하기위한 DC/DC 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시한 염분차발전 시스템이 교류 전력을 공급하는 경우에 DC/AC 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6는 도 1 및 도 2에 도시한 염분차발전 모듈이 복수 개로 마련되는 경우에 복수 개로 마련된 DC/DC 컨버터의 연결 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 2에 도시한 에너지 저장장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템의 제어 방법의 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템(100, 이하 '전력변환 시스템' 이라 함)을 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)은 염분차발전 모듈(110), 염분차발전용 전력변환장치(120), 전력수신부(140) 및 제어 모듈(130)을 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 염분차발전 모듈(110)은 염수와 담수의 염분차를 이용하여 전력을 생산하는 부분이다.
이를 위해, 염분차발전 모듈(110)에는 적어도 2개의 펌프(102)가 마련될 수 있다.
참고로, 2개의 펌프(102) 중에서 제1 펌프(1)는 brine pump로 마련될 수 있고 제2 펌프(2)는 fresh water pump로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 2개의 펌프(102)의 용량은 펌프와 연결되는 염분차발전 모듈(110)에 따라 달라질 수 있다.
2개의 펌프(120)는 후술할 제어 모듈(130)과 연결된다. 2개의 펌프(102)에서 제어 모듈(130)로 유압 신호를 포함하는 제어 신호(3)가 전달된다. 제어 모듈(130)은 2개의 펌프(120)로부터 전달받은 제어 신호(3)에 따라 펌프(102)를 제어하기 위한 제어 신호를 포함하는 제어 신호(2)가 전달된다. 그러면, 2개의 펌프(102)는 작동되어 염분차발전 모듈(110)로 염수 및 담수가 공급된다. 참고로, 제어 모듈(130)에서 염분차발전 모듈(110)의 작동을 위한 제어 신호(1)가 전달되게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 염분차발전용 전력변환장치(120)는 염분차발전 모듈(110)과 연결되며, 염분차발전 모듈(110)에서 추력되는 전력을 변환하는 부분이다.
다시 말해서, 염분차발전용 전력변환장치(120)는 염분차발전 모듈(110)에서 출력되는 직류 전력을 변환하여 후술할 전력수신부(140)에 공급한다.
이때, 염분차발전용 전력변환장치(120)는 염분차발전 모듈(110)에서 출력된 직류 전력을 그대로 전력수신부(140)에 직류 전력이 공급되도록 할 수도 있고, 직류 전력을 변환시켜서 전력수신부(140)에 교류 전력이 공급되도록 할 수도 있다.
여기서, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 염분차발전용 전력변환장치(120)는 직류 전력을 전력수신부(140)에 공급하는 경우에는 DC/DC 컨버터(124)가 마련될 수 있다. 이에 따라, 염분차발전 모듈(110)에 DC/DC 컨버터(124)가 연결되어 전력수신부(140)로 직류 전력(DC 전력)을 공급하게 된다.
반대로, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 염분차발전용 전력변환장치(120)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜서 전력수신부(140)에 교류 전력을 공급하는 경우에는 DC/DC 컨버터(124)에 추가로 DC/AC 인버터(126)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 염분차발전 모듈(110)에 DC/AC 인버터(126)가 추가로 마련되어 전력수신부(140)로 교류 전력(AC 전력)을 공급하게 된다.
참고로, DC/AC 인버터(126)는 1 스테이지 DC/AC 인버터 구조로 마련될 수 도 있고 2스테이지 DC/DC/AC 인버터 구조로 마련될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 염분차발전 모듈(110)은 복수 개로 마련될 수 있다. 또한, 복수 개의 염분차발전 모듈(110)은 직렬 또는 병렬의 형태로 마련될 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 염분차발전 모듈(110)이 직렬로 연결되는 경우에는 전압이 증가하고, 복수 개의 염분차발전 모듈(110)이 병렬로 연결되는 경우에는 전류가 증가한다.
이에 따라, 직렬 또는 병렬의 형태로 마련된 염분차발전 모듈(110)은 DC/DC 컨버터(124)를 통해 전력수신부(140)에 직류 전력이 공급되도록 시스템을 마련할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터(124)에 DC/AC 인버터(126)가 연결되어 교류 전력이 전력수신부(140)에 공급되도록 마련할 수 있다.
한편, DC/DC 컨버터(124)는 전압을 승압 또는 강압하기 위한 컨버터 구조로 마련되거나 염분차발전 모듈(110)의 전류리플 저감을 위해 인터리브드 타입으로 마련되거나 염분차발전 모듈(110)의 전류리플 저감 및 전력 수신부(140)에 공급하기 위한 적절한 전압을 생성하기 위한 토폴로지로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시한 바와 같이, DC/DC 컨버터(124)에는 전류 센서가 마련될 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터(124)에는 승압 및 전류 리플 저감을 위한 적어도 하나의 인덕터, 양 방향으로의 전력 전달을 위한 스위치, 컨버터의 출력단에 연결되며 전압센서가 마련되는 커패시터를 포함할 수 있다.
이러한, DC/DC 컨버터(124)는 인터페이스(150)에서 제어 모듈(130)로 입력되는 파라미터를 공유하고 전력변환이 동작될 수 있도록 제어 모듈(130)에서 출력되는 PWM 신호를 이용하여 스위치의 ON/OFF 동작을 수행한다.
참고로, 인터페이스(150)는 사용자에 의해 입력될 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터(124)는 스케일 제거를 위한 스트립 기능, 염분차발전 모듈(110)의 출력 전압 극성 반전에 대응할 수 있는 기능, 염분차발전 모듈 전류, 전압, 전력제어 기능, 염분차발전 모듈(110)의 출력 전류 리플 저감 기능, 부하 및 전력수신부(140)에 전력을 공급하는 기능, 염분차발전 모듈(110)의 수리 혹은 점검 시에 전력변환 시스템(100) 전체의 운전정지 방지를 위한 스위치 동작 기능, 직류 전력수신부(140)와의 연계를 위한 출력 전력 또는 전류 제어 기능, 교류 전력수신부(140)와의 연계를 위한 출력 전력 또는 전류 제어 기능 및 전력 분담을 위한 출력 전류 또는 전력 제어 기능을 포함할 수 있다.
또한, 염분차발전 시스템이 교류전력을 공급할 경우, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 DC/DC 컨버터(124)의 출력단에는 단상 DC/AC 인버터(126)가 연결될 수도 있고, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 3상 DC/AC 인버터(126)가 연결될 수도 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 각각의 DC/AC 인버터(126)는 직류링크 커패시터, 스위치, 교류 출력단 필터로 마련될 수 있다. 이때, 교류 출력단 필터는 인덕터, 인덕터-커패시터 또는 인덕터-커패시터-인턱터 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.
한편, 도 6를 참조하면, 염분차발전 모듈(110)이 복수 개로 마련되는 경우, DC/DC 컨버터(124)도 복수 개로 마련되어 복수 개의 염분차발전 모듈(110)의 각각과 연결될 수 있다.
여기서, 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)는 병렬 또는 직렬로 마련될 수 있다.
구체적으로, 도 6의 (a)를 참조하면, 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)가 병렬 형태로 마련된다. 이와 같이, 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)가 병렬 형태로 마련되는 것은 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)로부터 출력되는 전류를 키우기 위한 것이다.
병렬 형태로 마련된 DC/DC 컨버터(124)의 출력단에 전류 센서가 마련된다. 전류 센서를 이용하여 DC/DC 컨버터(124)의 출력단의 전류 또는 전력을 감지(피드백)할 수 있어서 순환 전류 제어 및 전력 분담 제어를 수행할 수 있게 된다.
또한, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)가 직렬 형태로 마련된다. 이와 같이, 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)가 직렬 형태로 마련되는 것은 복수 개의 DC/DC 컨버터(124)로부터 출력되는 전압을 키우기 위한 것이다.
직렬 형태로 마련된 DC/DC 컨버터(124)의 출력단에 전압 센서가 마련된다. 전압 센서를 이용하여 DC/DC 컨버터(124)의 출력단의 전압 또는 전력을 감지(피드백)할 수 있어서 전압의 밸런싱을 맞출 수 있게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력수신부(140)는 염분차발전용 전력변환장치(120)와 연결되어 염분차발전용 전력변환장치(120)에서 변환된 전력을 공급받는 부분이다.
상술한 바와 같이, 염분차발전용 전력변환장치(120)의 구성에 따라서 직류 전력이 공급될 수도 있고, 직류 전력이 변환된 교류 전력이 공급될 수도 있다.
전력수신부(140)로 공급된 직류 전력 또는 교류 전력은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)이 응용되는 분야에 따라 공급되는 대상이 달라질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어 모듈(130)은 획득된 정보를 디스플레이하고 저장하는 역할을 수행하며, 인터페이스(150)와 통신을 통해 설정을 입력받는다.
제어 모듈(130)은 전력변환 시스템(100)의 전체 제어를 관장하며, 특히, 유압, 전압, 전류, 전압의 주파수 및 전력 등의 정보를 획득하여 전력변환 시스템(100)을 제어한다.
참고로, 제어 모듈(130)은 인터페이스(150)로부터 입력되는 파라미터를 공유하고 염분차발전용 전력변환장치(120)를 이용한 전력 변환이 동작되도록 시스템 제어기 및 컨버터 제어기 중에서 적어도 하나로 마련될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 센서(121,122)를 포함할 수 있다.
센서(121,122)는 염분차발전용 전력변환장치(120)의 입력단 및 출력단에는 각각 마련될 수 있다.
염분차발전용 전력변환장치(120)의 입력단에 마련되는 제1 센서(121)는 염분차발전 모듈(110)에 의해 발생되어 염분차발전용 전력변환장치(120)로 입력되는 전력의 전압 및 전류를 감지할 수 있다.
염분차발전용 전력변환장치(120)의 출력단에 마련되는 제2 센서(122)는 염분차발전용 전력변환장치(120)를 통해 변환되어 출력된 전력의 전압 및 전류를 감지할 수 있다.
제어 모듈(130)은 제1 센서(121) 및 제2 센서(122)로부터 전압 및 전류 감지 결과를 전달받고, 전달받은 감지 결과에 따라 염분차발전 모듈(110) 및 염분차발전용 전력변환장치(120)를 제어하기 위한 신호를 발생시키게 된다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)은 에너지 저장장치(160) 및 에너지저장장치용 전력변환장치(170)를 더 포함할 수 있다.
에너지 저장장치(160)는 남는 전력을 충전하거나 전력의 갑작스러운 변화 및 오버로드 시 전력을 공급하는 부분이다.
다시 말해서, 에너지 저장장치(160)는 염분차발전용 전력변환장치(120)와 연결되어 염분차발전용 전력변환장치(120)에서 전력수신부(140)로 공급되고 남은 직류 전력 또는 교류 전력이 저장될 수 있다. 참고로, 에너지 저장장치(160)는 공급 전력의 갑작스러운 변화 및 예측 불가능한 큰 전력이 인가될 경우에도 사용될 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(160)는 도 7에 도시한 바와 같이 구성될 수 있다.
에너지 저장장치(160)에는 적어도 하나 이상의 DC/DC 컨버터(164) 또는 DC/AC 인버터(165)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 에너지 저장장치(160)가 직류 전력을 공급받는 전력수신부(140)와 연결되는 경우에는 적어도 하나의 DC/DC 컨버터(164)가 마련되어 직류 버스(DC bus)와 연결된다.
반대로, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 에너지 저장장치(160)가 교류 전력을 공급받는 전력수신부(140)와 연결되는 경우에는 DC/AC 인버터(165)가 마련되어 교류 버스(AC bus)와 연결된다. 이때, DC/AC 인버터(165)는 양 방향 DC/AC 인버터로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
참고로, 에너지 저장장치(160)에 연결되는 DC/DC 인버터(164) 및 DC/AC 인버터(165)는 염분차발전 모듈(110)에 연결되는 DC/DC 인버터(164) 및 DC/AC 인버터(165)와 별개로 마련된다.
이러한, 에너지 저장장치(160)에는 에너지저장장치용 전력변환장치(170)가 연결될 수 있다.
에너지저장장치용 전력변환장치(170)는 양 방향 전력변환을 수행하여 전력의 충전 또는 방전하는 부분이다. 다시 말해서, 에너지저장장치용 전력변환장치(170)는 전력수신부(140)의 갑작스러운 변화나 예측 불가능한 큰 부하가 인가될 경우에 전력수신부(140)로 공급되는 전력을 변환시켜서 에너지 저장장치(160)로 전력을 공급하거나 에너지 저장장치(160)에 저장된 전력을 방전시킨다.
한편, 에너지저장장치용 전력변환장치(170)의 출력단에는 제3 센서(162)가 마련될 수 있다.
제3 센서(162)는 에너지 저장장치(160)에 충전된 전력량을 감지하고 감지된 결과를 제어 모듈(130)로 송부할 수 있다. 제3 센서(162)에 의해 감지되어 제어 모듈(130)로 송부된 에너지 저장장치(160)에 충전된 전력량에 따라, 제어 모듈(130)에서 에너지저장장치용 전력변환장치(170)로 PWM 신호를 전달하여 에너지 저장장치(160)로 전력이 전달되어 저장되도록 하거나, 에너지 저장장치(160)에 저장된 전력이 방전되도록 할 수도 있다.
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)에서 전력수신부에 직류(DC) 전력이 공급되는 경우에 제어 방법(S100,S200)을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)에서 전력수신부에 직류 전력을 공급되는 경우 제1 제어모드 및 제2 제어모드로 동작될 수 있다.
제1 제어모드는 단독운전 모드로서, 전력수신부에 의해 요구되는 전력에 의존적으로 동작하는 모드를 의미한다.
구체적으로, 제1 제어모드는 직류 전력이 공급되는 전력수신부와 연결되므로 염분차발전 모듈의 DC/DC 컨버터에 의해 염분차발전 모듈로부터 출력되는 직류 전력을 제어한다. 이때, 전압 보상기와 전류 보상기가 동작한다. 이에 따라, 전류 보상기에 의해 염분차발전 모듈에서 출력되는 전류의 급격한 변동을 방지할 수 있고, 전압 보상기에 의해 염분차발전 모듈에서 출력되는 전압의 지령치를 추종할 수 있다.
제2 제어모드는 최대출력 모드로서, 염분차발전 모듈로부터 최대치의 직류 전력점을 추종하는 모드를 의미한다.
제2 제어모드를 통해 발전되는 직류 전력은 에너지 저장장치(ESS)로 저장되거나 부하 및 전력수신부로 공급된다. 이때에도, 전압 보상기와 전류 보상기가 동작한다.
도면에는 도시하지 않았지만, 전류 보상기는 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전류의 변동 및 전류의 이상을 방지할 수 있다. 특히, 전류 보상기는 제어 모듈로부터 염분차발전 모듈에서 출력된 전류를 전달받고 전달받은 전류값이 전류 지령치와 동일한지 확인하며, 과잉 공급시에는 지령치와 동일한 값이 되도록 전류를 보상한다.
또한, 전압 보상기는 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전압의 변동 및 전압의 이상을 방지할 수 있다. 특히, 전압 보상기는 제어 모듈로부터 염분차발전 모듈에서 출력된 전압을 전달받고 전달받은 전압값이 전압 지령치와 동일한지 확인하여, 과잉 공급시에는 지령치와 동일한 값이 되도록 전압을 보상한다.
한편, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제어 모듈에서는 제어 신호, 센서 신호 및 제어모드 신호를 출력한다.
이때, 제어 신호는 출력 전압 지령치, 전압 보상치, 전류 보상치 및 에너지 저장장치(ESS) 제어신호를 포함한다. 각각의 제어 신호는 컨버터 전압제어, 전압보상기, 전류보상기로 입력될 수 있다.
제어 모듈로부터 제어 신호가 입력되면, DC/DC 컨버터의 전압이 제어된다. 이때, DC/DC 컨버터는 전압 보상기와 연결되어 전압 지령치와 동일한지를 감지하고 감지된 결과에 따라 전압값을 보상받아서, DC/DC 컨버터의 전압이 일정하게 유지되도록 한다.
그 다음, DC/DC 컨버터의 전압이 제어되면, 염분차발전 모듈의 전류를 보상한다. 이때, 염분차발전 모듈은 전류 보상기와 연결되어 전류 지령치와 동일한지를 감지하고 감지된 결과에 따라 전류값을 보상받아서 전류 값이 일정하게 유지되도록 한다.
참고로, 전류 보상기는 복수 개의 염분차발전 모듈로 구성되는 경우에 포함되어 밸런싱 제어를 위해 사용되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음, DC/DC 컨버터의 전류를 제어한다.
그 다음, DC/DC 컨버터를 제어하는 PWM 신호가 생성되어 염분차발전용 전력변환장치로 전달된다. 이때, 염분차발전용 전력변환장치는 전달받은 신호에 따라 전력 수신부로 직류 전력을 공급한다.
한편, 도 9에 도시한 바와 같이, 에너지 저장장치가 전력변환 시스템(100)에 포함되는 경우에는 제어 신호가 에너지 저장장치로 입력될 수 있다.
제어 모듈로부터 충전 및 방전 신호를 포함하는 출력 신호가 에너지 저장장치(ESS)로 전달되어, 충전전류, 충전 전압, 출력전압 및 SoC 관리 제어를 수행한다.
그 다음, 에너지 저장장치를 제어하기 위한 PWM 신호가 생성되어 에너지 저장장치로 전달된다.
참고로, 복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 병렬로 마련되는 경우에는 전압보상기에 의해 전력 분담이 수행되어 전압 지령치가 변경되도록 제어된다. 또한, 복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 직렬로 마련되는 경우에는 전압 보상기에 의해 각 컨버터의 전압 및 염분차발전용 전력변환 시스템의 직류 전압이 일정하게 유지되도록 제어되게 된다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)에서 전력수신부(140)에 교류 전력이 공급되는 경우 경우에 제어 방법(S300,S400)을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 시스템(100)에서 전력수신부에 교류 전력을 공급되는 경우로서, 제3 제어모드 및 제4 제어모드로 동작될 수 있다.
제3 제어모드는 단독운전 모드로서, 전력수신부에 의해 요구되는 전력에 의존적으로 동작하는 모드를 의미한다.
구체적으로, 제3 제어모드는 교류 전력이 공급되는 전력수신부와 연결되므로, DC/DC 컨버터에 의해 염분차발전 모듈로부터 출력되는 직류 전압을 제어한다.
이때, 제3 제어모드에서 출력되는 직류 전압은 DC/AC 인버터에 의해 교류 전압으로 변환되어 결국 전력수신부에는 교류 전력이 공급된다. 여기서, 전압 보상기와 전류 보상기가 동작한다. 전류 보상기로 인하여 염분차발전 모듈에서 출력되는 전류의 급격한 변동을 방지할 수 있고, 전압 보상기에 의해 염분차발전 모듈에서 출력되는 전압의 지령치를 추종할 수 있다.
또한, 제3 제어모드에서는 DC/AC 인버터가 연결됨에 따라 출력전압 제어를 수행하게 된다.
제4 제어모드는 염분차발전 모듈에서 낼 수 있는 최대의 출력 전력점을 추종하는 모드를 의미한다.
다시 말해서, 제4 제어모드는 염분차발전 모듈로부터 최대치의 교류 전력 출력점을 추종하도록 마련된다.
제3 제어모드 및 제4 제어모드를 통해 출력된 교류 전력은 에너지 저장장치(ESS)로 저장되거나 전력수신부로 공급된다. 이때에도, 전압 보상기와 전류 보상기가 동작하게 된다.
또한, 제4 제어모드에서는 DC/AC 인버터가 연결되게 되면 직류링크 전압제어를 수행하게 된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 제3 제어모드 및 제4 제어모드에서, 전류 보상기는 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전류의 변동 및 전류의 이상을 방지할 수 있다. 특히, 전류 보상기는 제어 모듈로부터 염분차발전 모듈에서 출력된 전류를 전달받고 전달받은 전류값이 전류 지령치와 동일한지 확인하며, 과잉 공급시에는 지령치와 동일한 값이 되도록 전류를 보상한다.
또한, 전압 보상기는 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전압의 변동 및 전압의 이상을 방지할 수 있다. 특히, 전압 보상기는 제어 모듈로부터 염분차발전 모듈에서 출력된 전압을 전달받고 전달받은 전압값이 전압 지령치와 동일한지 확인하여, 과잉 공급시에는 지령치와 동일한 값이 되도록 전압을 보상한다.
한편, 제어 모듈에서는 제어 신호, 센서 신호 및 제어모드 신호를 출력한다.
이때, 제어 신호는 출력 전압 지령치, 전압 보상치, 전류 보상치 및 에너지 저장장치(ESS) 제어 신호를 포함한다. 각각의 제어 신호는 컨버터 전압제어, 전압보상기 및 전류보상기로 입력될 수 있다.
제어 모듈로부터 제어 신호가 입력되면, DC/DC 컨버터의 전압이 제어된다. 이때, DC/DC 컨버터는 전압보상기와 연결되어 전압값을 보상받기 때문에 전압 지령치와 동일한 전압으로 일정하게 유지된다.
그 다음, DC/DC 컨버터의 전압이 제어되면, 염분차발전 모듈의 전류를 제한다. 이때, 염분차발전 모듈은 전류 보상기와 연결되어 전류값을 보상받기 때문에 전류 지령치와 동일한 전류로 일정하게 유지된다.
참고로, 전류 보상기는 복수 개의 염분차발전 모듈로 구성되는 경우에 포함되어 밸런싱 제어를 위해 사용되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음, DC/DC 컨버터의 전류를 제어한다.
그 다음, DC/DC 컨버터를 제어하는 PWM 신호가 생성되어 염분차발전용 전력변환장치로 전달된다. 이때, 염분차발전용 전력변환장치는 전달받은 신호에 따라 전력 수신부로 직류 전력을 공급한다.
제3 제어모드 및 제4 제어모드에서는 염분차발전 모듈에 의해 발전된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력 수신부로 공급하기 때문에, DC/AC 인버터가 추가로 마련된다.
제어 모듈로부터 제어 신호가 입력되면, DC/DC 컨버터와 연결된 DC/AC 인버터의 직류링크 전압 및 출력전압을 제어한다.
그 다음, DC/AC 인버터의 전류를 제어한다.
그 다음, DC/AC 인버터를 제어하기 위한 PWM 신호가 생성되어 염분차발전용 전력변환장치로 전달된다. 이때, 염분차발전용 전력변환장치는 전달받은 신호에 따라 전력 수신부로 변환된 교류 전력이 공급된다.
한편, 도 11에 도시한 바와 같이, 에너지 저장장치가 전력변환 시스템(100)에 포함되는 경우에는 제어 모듈로부터 발생된 신호가 에너지 저장장치로 입력되게 된다.
제어 모듈로부터 충전 및 방전 신호를 포함하는 출력 신호가 에너지 저장장치로 전달되고, 그에 따라 충전전류, 충전 전압, 출력 전압 및 SoC 관리 제어를 수행하게 된다.
그 다음, 에너지 저장장치의 제어를 위한 PWM 신호가 생성되어 에너지저장장치용 전력변환장치로 전달된다.
에너지저장장치용 전력변환장치를 거쳐서 변환된 교류 전력은 전력수신부로 공급되거나, 에너지 저장장치에 저장되게 된다.
참고로, 복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 병렬로 마련되는 경우에는 전압보상기에 의해 전력 분담이 수행되어 전압 지령치가 변경되도록 제어된다. 또한, 복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 직렬로 마련되는 경우에는 전압 보상기에 의해 각 컨버터의 전압 및 염분차발전용 전력변환 시스템의 직류 전압이 일정하게 유지되도록 제어되게 된다.
상기한 구성에 의하여, 본 발명의 실시예들에 따른 염분차발전용 전력변환 시스템(100)은, 염분차발전 모듈의 운전조건 변화에도 발전을 안정적으로 유지 및 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 염분차발전용 전력변환 시스템(100)은, 단독 또는 여러 대의 염분차발전 모듈의 전력변환장치를 구성하고 안정적으로 시스템을 제어할 수 있는 제어기를 제공할 수 있어서, 전력수신부에 필요한 전력을 공급하거나, 전력망에 연계하여 최대 출력을 낼 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 염분차발전용 전력변환 시스템(100)은, 상용 염분차발전 모듈에 연결하여 사용할 수 있어서 편의성 및 효율성을 증대시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 염분차발전용 전력변환 시스템
110: 염분차발전 모듈
120: 염분차발전용 전력변환장치
130: 제어 모듈
140: 전력 수신부
150: 인터페이스
160: 에너지 저장장치
170: 에너지저장장치용 전력변환장치
121,122,162: 센서
110: 염분차발전 모듈
120: 염분차발전용 전력변환장치
130: 제어 모듈
140: 전력 수신부
150: 인터페이스
160: 에너지 저장장치
170: 에너지저장장치용 전력변환장치
121,122,162: 센서
Claims (14)
- 염수 그리고 담수와 같은 두가지의 유입수의 농도차를 이용하여 전력을 생산하는 염분차발전 모듈;
염분차발전 모듈과 연결되며, 염분차발전 모듈에서 출력되는 전력을 변환하는 염분차발전용 전력변환장치;
염분차발전용 전력변환장치와 연결되며 염분차발전용 전력변환장치에 의해 변환된 전력을 공급받는 전력수신부; 및
전력수신부로부터 전력, 전압, 전류 값을 전달받고, 전달받은 전력, 전압, 전류값에 따라 염분차발전 모듈 및 염분차발전용 전력변환장치를 제어하도록 마련된 제어 모듈;
을 포함하는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제1항에 있어서,
염분차발전 모듈에 의해 발생되어 염분차발전용 전력변환장치로 입력되는 전압 및 전류를 감지하는 제1 센서; 및
염분차발전용 전력변환장치에서 변환되어 출력된 전압 및 전류를 감지하는 제2 센서를 포함하고,
제어 모듈은 제1 센서 및 제2 센서의 감지 결과를 전달받고, 전달받은 감지 결과에 따라 염분차발전 모듈 및 염분차발전용 전력변환장치를 제어하도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제1항에 있어서,
염분차발전 모듈과 연결되며, 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전류 및 전압의 변동과 이상을 방지하기 위한 전류 보상기 및 전압보상기 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제3항에 있어서,
염분차발전용 전력변환장치는,
DC/DC 컨버터로 마련되어 전력수신부에 직류 전력을 공급하거나,
DC/DC 컨버터에 DC/AC 인버터가 추가로 마련되어 전력수신부에 교류 전력을 공급하도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제4항에 있어서,
염분차발전 모듈은,
복수 개로 마련되되 복수 개의 염분차발전 모듈은 직렬 또는 병렬의 형태로 마련되며,
DC/DC 컨버터를 통해 전력수신부에 직류 전력을 공급하거나 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 통해 전력수신부에 교류 전력을 공급하도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제5항에 있어서,
DC/DC 컨버터는,
전류 센서를 포함하고, 승압 및 전류 리플을 저감을 위한 인덕터;
양방향으로의 전력 전달을 위한 스위치; 및
출력단에 연결되며 전압센서가 마련되는 커패시터를 포함하는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제6항에 있어서,
DC/DC 컨버터는,
인터페이스에서 제어 모듈로 입력되는 파라미터를 공유하고 전력변환이 동작될 수 있도록 제어 모듈에서 출력되는 PWM 신호를 이용하여 스위치의 온/오프 동작을 수행하도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제5항에 있어서,
DC/DC 컨버터에는 단상 DC/AC인버터 또는 3상 DC/AC 인버터 중에서 적어도 어느 하나가 연결되고,
각각의 DC/AC 인버터는 직류링크 커패시터와, 양방향으로의 전력 전달을 위한 스위치와 및 출력단에 연결되는 필터를 포함하는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제6항 또는 제8항에 있어서,
염분차발전 모듈이 복수 개로 마련되는 경우에 DC/DC 컨버터가 복수 개로 마련되어 복수 개의 염분차발전 모듈의 각각과 연결되고,
복수 개의 DC/DC 컨버터가 직렬 형태로 마련되는 경우에는 출력단의 전압을 감지하도록 마련되며,
복수 개의 DC/DC 컨버터가 병렬 형태로 마련되는 경우에는 출력단의 전류를 감지하도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제9항에 있어서,
염분차발전용 전력변환장치와 연결되어 염분차발전용 전력변환장치에서 전력수신부로 공급되고 남은 전력이 저장되는 에너지 저장장치; 및
에너지 저장장치와 연결되고 전력변환을 수행하여 에너지 저장장치로 전력을 충전하거나 에너지 저장장치에 저장된 전력을 방전하도록 마련된 에너지 저장장치용 전력변환장치를 더 포함하는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제10항에 있어서,
에너지 저장장치에는 적어도 하나 이상의 DC/DC 컨버터 또는 DC/AC 인버터가 연결되며,
에너지 저장장치가 직류 전력을 공급받는 전력수신부와 연결되는 경우에는 DC/DC 컨버터가 연결되고, 에너지 저장장치가 교류 전력을 공급받는 전력수신부와 연결되는 경우에는 DC/AC 인터버가 추가로 연결되는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제11항에 있어서,
염분차발전용 전력변환 시스템에서 전력 수신부에 직류 전력이 공급되는 경우,
DC/DC 컨버터에 의해 염분차발전 모듈로부터 출력되는 전력을 제어하도록 마련된 제1 제어모드; 및
염분차발전 모듈로부터 최대치의 직류 전력 출력점을 추종하도록 마련된 제2 제어모드를 포함하고,
제2 제어모드에서 출력된 직류 전력은 에너지 저장장치에 저장되거나 전력 수신부로 공급되도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제11항에 있어서,
염분차발전용 전력변환 시스템에서 전력 수신부에 교류 전력이 공급되는 경우,
DC/DC 컨버터에 의해 염분차발전용 전력변환 시스템으로부터 출력되는 직류전압을 제어하도록 마련된 제3 제어모드; 및
염분차발전 모듈로부터 최대치의 교류 전력 출력점을 추종하도록 마련된 제4 제어모드를 포함하고,
제3 제어모드 및 제4 제어모드에 의해 출력되는 직류 전압은 DC/AC 인버터에 의해 교류 전압으로 변환되어 전력 수신부로 공급되거나 에너지 저장장치에 저장되도록 마련된, 염분차발전용 전력변환 시스템.
- 제12항 또는 제13항에 있어서,
복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 병렬로 마련되는 경우에는 전압보상기에 의해 전력 분담이 수행되어 전압 지령치가 변경되도록 제어되고,
복수 개의 염분차발전용 DC/DC 컨버터가 직렬로 마련되는 경우에는 전압 보상기에 의해 각 컨버터의 전압 및 염분차발전용 전력변환 시스템의 직류 전압이 일정하게 유지되도록 제어되는, 염분차발전용 전력변환 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210101222A KR102573283B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 염분차발전용 전력변환 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210101222A KR102573283B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 염분차발전용 전력변환 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230019566A true KR20230019566A (ko) | 2023-02-09 |
| KR102573283B1 KR102573283B1 (ko) | 2023-09-06 |
Family
ID=85224573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210101222A KR102573283B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 염분차발전용 전력변환 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102573283B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120001335A (ko) * | 2010-06-29 | 2012-01-04 | (주) 이이시스 | 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법 |
| KR20140102997A (ko) * | 2013-02-15 | 2014-08-25 | 전봉진 | 부분 위상 윈도우 모니터링 기법을 이용한 고립 운전 검출 장치 및 방법 |
| KR101544747B1 (ko) * | 2014-07-03 | 2015-08-19 | 한국에너지기술연구원 | 염도차 자가발전시스템 |
| KR101572873B1 (ko) * | 2015-04-15 | 2015-11-30 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전기에너지 저장 시스템의 양방향 인버터 |
| KR101620846B1 (ko) * | 2015-07-31 | 2016-05-13 | 상명대학교 천안산학협력단 | 농도차 발전장치 및 발전방법 |
| KR20200022082A (ko) | 2018-08-22 | 2020-03-03 | 에스퓨얼셀(주) | 신재생 에너지 하이브리드 발전 시스템 및 이를 위한 발전 방법 |
-
2021
- 2021-08-02 KR KR1020210101222A patent/KR102573283B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120001335A (ko) * | 2010-06-29 | 2012-01-04 | (주) 이이시스 | 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법 |
| KR20140102997A (ko) * | 2013-02-15 | 2014-08-25 | 전봉진 | 부분 위상 윈도우 모니터링 기법을 이용한 고립 운전 검출 장치 및 방법 |
| KR101544747B1 (ko) * | 2014-07-03 | 2015-08-19 | 한국에너지기술연구원 | 염도차 자가발전시스템 |
| KR101572873B1 (ko) * | 2015-04-15 | 2015-11-30 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전기에너지 저장 시스템의 양방향 인버터 |
| KR101620846B1 (ko) * | 2015-07-31 | 2016-05-13 | 상명대학교 천안산학협력단 | 농도차 발전장치 및 발전방법 |
| KR20200022082A (ko) | 2018-08-22 | 2020-03-03 | 에스퓨얼셀(주) | 신재생 에너지 하이브리드 발전 시스템 및 이를 위한 발전 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 전기충전인프라 구축용 염분차발전 원천기술 개발(V)(2019.12.31.) 1부.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102573283B1 (ko) | 2023-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6923231B2 (ja) | 直流バス制御システム | |
| US9093862B2 (en) | Method and apparatus for controlling a hybrid power system | |
| JP5799254B2 (ja) | 配電システム | |
| US20090189445A1 (en) | Renewable energy management and storage system | |
| WO2011114422A1 (ja) | 電力供給システム、電力供給方法、プログラム、記録媒体及び電力供給制御装置 | |
| JP5945594B2 (ja) | 電力供給システム | |
| WO2011039608A1 (ja) | 配電システム | |
| WO2015011932A1 (ja) | 電力変換装置、電力管理装置、および電力管理方法 | |
| JP2007066724A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| KR102559055B1 (ko) | 태양광 발전 시스템 | |
| CN103999319A (zh) | 并联逆变器系统的自适应负载分担 | |
| WO2020105359A1 (ja) | 直流給配電システム | |
| JP5070882B2 (ja) | 電力供給システムおよび電力供給方法 | |
| WO2019246022A1 (en) | Microgrid controller with one or more sources | |
| EP2159896B1 (en) | Electrical system and method of operating such a system | |
| KR101409272B1 (ko) | 신재생 에너지 연계 전력 시스템 | |
| KR102573283B1 (ko) | 염분차발전용 전력변환 시스템 | |
| JP4624717B2 (ja) | 電源システム | |
| CN113839460A (zh) | 一种供电系统、供电方法和供电装置 | |
| US20170222439A1 (en) | Configurable inverter apparatus, photovoltaic system comprising such an inverter apparatus | |
| JP2018207786A (ja) | 電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置 | |
| US11205911B2 (en) | Energy storage system | |
| Indrajith et al. | A Review: Controlling Techniques of DC Microgrids | |
| JP2016177832A (ja) | パワーコンディショナ及びその制御方法 | |
| JP2022095563A (ja) | 電力供給システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |