KR20230133696A

KR20230133696A - 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 및 전압 유지 방법

Info

Publication number: KR20230133696A
Application number: KR1020220030988A
Authority: KR
Inventors: 홍준희; 박상영
Original assignee: 가천대학교 산학협력단
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-09-19
Also published as: KR102591100B1

Abstract

본 발명의 목적은 현재 전기 에너지를 공급하는 일반적인 경우인 중앙 집중적인 하나의 망에 연결된 수 많은 초대용량 동기 발전기를 통해 빛의 속도로 교류 에너지가 발생하고, 다시 빛의 속도로 교류 에너지가 실시간 소비되도록, 교류 계통을 사용하지 않고 개별적인 단위 마다 신재생 에너지 발전기와 직류 에너지 저장 장치가 달린 다수의 개별적인 분산형 직류 에너지 계통에서 각각의 단위 간의 에너지 흐름을 제어하고 전압을 유지할 수 있는 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 및 전압 유지 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템는, 내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드; 상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터; 상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터; 및 상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드;를 포함하며, 상기 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 외부 통신 연결 없이 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 에너지 저장 장치의 충전 상태를 추정 또는 계산하여 인접 연결된 모든 외부 직류 나노 그리드 노드의 에너지 흐름을 제어하고, 전체 나노 그리드 전력 계통을 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 및 전압 유지 방법{A energy flow and voltage control method for the distributed DC nanogrid system}

본 발명은 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류 계통을 사용하지 않고, 개별 단위마다 신 재생 에너지 발전기와 직류 에너지 저장 장치가 달린 다수의 개별적 분산형 직류 에너지 계통에서 각각의 단위 간의 에너지 흐름을 제어하고 전압을 유지하는 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 나노 그리드의 예 및 직류 나노 그리드의 기본 형태를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 나노 그리드의 예 및 직류 나노 그리드의 기본 형태가 있다.

자연 에너지 자원은 재생 가능 에너지나, 재생 에너지로 불리고 있지만, 태양이 비치면 발전하고 바람이 불어올 때만 발전한다.

수력 발전은 강의 유량에 따라 발전량이 달라지고, 태양광 발전이나, 연료 전지, 축전기는 직류이므로 그것을 교류로 변환하는 전력 변환기가 필요하다.

재생 에너지 인버터는 동기 계통의 전압과 주파수에 맞춰 전류를 보내는 전류 모드로 발전한다.

이를 개통 연계 모드(=grid tie mode)라 한다.

계통의 주파수에 맞게 전력을 주입하거나 줄이거나 하는 단순 동작을 하는 것이다.

큰 규모의 교류 전력 계통에서는 조금 문제가 덜하지만, 낙도와 같은 경우에는 태양광 발전을 작은 규모의 디젤 교류 발전기 전력 수급의 30 ~ 50 % 이상의 순간적인 불균형을 흡수하는 것이 곤란하여 계통 주파수를 유지할 수 없게 된다.

이러한 원인은 교류 계통이 빛의 속도로 에너지를 발전하고, 또한 빛의 속도로 에너지를 소비하는 것에 기인한고 할 수 있다.

도 1에 나타낸 나노 그리드는 마이크로그리드보다 한 단위 더 작은 형태의 최소 단위의 분산 제어 전원을 말하는 것으로, 교류그리드 보다는 직류그리드로 구성하여, 재생 에너지에 좀 더 적합하게 구성하고 있다.

직류 에너지 저장 장차를 통해 에너지를 실시간 저장하였다가, 내부적인 전기 부하에 대해 공급하며, 다른 나노 그리드에도 에너지를 공급하거나, 공급받을 수 있는 하드웨어(=에너지 라우터)로 구성된다.

도 2는 종래 하이브리드 분산형 그리드 제어 및 근접 접속형 그리드 제어의 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 하이브리드 분산형 그리드 제어 및 근접 접속형 그리드 제어 예제의 모습을 알 수 있다.

직류 나노 그리드를 위의 2개의 형태로 구성하고 실증하기 위한 많은 연구가 있었는데, 하이브리드 분산형 그리드에서 여러 개의 전원 공급기와 부하가 개별 동작 중인 상태에서 직류 전압을 원하는 오차(+/-10%)로 유지하는 것은 모든 현재의 반도체 소자를 사용한 전력 변환기가 기본적으로 전류를 제어하여 전압을 유지하는 구조이다.

이러한 직류 공급선의 용량성 부하가 초기 충전 전류나 회로 차단시의 아크 전류 억제를 위해 최소 값으로 유지되는 관계로 기술적으로 가능하나, 매우 빠른 통신 속도가 필요로 하며, 동작 도중 통신이 안되는 경우, 전압 유지에 애로가 있는 문제점이 있다.

따라서 일반적인 인터넷 접속 방식인 근접 접속형 그리드 제어 방식에 대해 관심이 있으며, 이러한 방식은 하이브리드 분산형에 비해 좀 더 많은 개수의 에너지 라우터의 개수가 필요하여, 전력 변환기 가격이 상승하는 단점은 있으나 최근의 전력변환기의 가격의 하락 등으로 좀 더 유리하다.

다만, 근접 접속형도 개별적인 노드 간의 통신 등으로 에너지의 흐름 제어를 하는 관계로 상호 통신이 순간적으로 느려지거나 전체 통신이 안 되는 경우에는 전압 유지나 에너지 흐름 제어가 어려워질 수 있는 문제점이 있다.

재생 에너지는 직류 배전에 적합하며, 직류 에너지 저장 장치를 가진 여러 개의 직류 나노 그리드가 다시 직류 나노 그리드 간 에너지 라우터로 연결되어 에너지 라우터의 에너지 흐름을 제어하여 각 직류 나노 그리드의 전압을 안정화시켜시는데, 고속의 통신 없이는 에너지 흐름 제어와 전압 안정화를 하는데 어려움이 있었다.

그리고, 이러한 통신을 통한 제어 방식들은 하나의 나노 그리드 내부에서도 같은 직류 버스에 물리적으로 떨어진 곳에 AC 전력망에 연결된 다른 양방향 AC/DC 전력 변환기가 연결되거나, 전력 용량을 높이기 위해 혹은 고장을 예비하여 더미 전력 변환기로 하기 위해 AC/DC 전력 변환기가 병렬 연결되는 경우에, 순간적으로 통신이 느려지거나 안되는 경우 제어에 애로가 발생할 수 있었다.

따라서, 여러 개의 개별 직류 나노 그리드가 연결된 직류 나노 그리드 망에서 별도의 통신선을 통해, 전압 유지 및 에너지 흐름은 제어할 수 있겠지만 교류 망에서처럼, 전압 유지 및 에너지 흐름 제어에 대한 통신선이 필요하지 않는 개념이 요구된다.

국내 등록특허공보 제10-2053424호

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 현재 전기 에너지를 공급하는 일반적인 경우인 중앙 집중적인 하나의 망에 연결된 수 많은 초대용량 동기 발전기를 통해 빛의 속도로 교류 에너지가 발생하고, 다시 빛의 속도로 교류 에너지가 실시간 소비되도록, 교류 계통을 사용하지 않고 개별적인 단위 마다 신재생 에너지 발전기와 직류 에너지 저장 장치가 달린 다수의 개별적인 분산형 직류 에너지 계통에서 각각의 단위 간의 에너지 흐름을 제어하고 전압을 유지할 수 있는 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템은, 내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드; 상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터; 상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터; 및 상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드;를 포함하며, 상기 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 외부 통신 연결 없이 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 에너지 저장 장치의 충전 상태를 추정 또는 계산하여 인접 연결된 모든 외부 직류 나노 그리드 노드의 에너지 흐름을 제어하고, 전체 나노 그리드 전력 계통을 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템은, 상기 제 1 에너지 라우터와 상기 제 2 에너지 라우터를 연결하는 내부 통신 장치; 및 상기 내부 통신 장치와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어하는 마이크로 컴퓨터;를 포함하며, 상기 마이크로 컴퓨터는 하나 이상의 내부 직류 에너지의 충전 상태에 따라, 상기 직류 버스 전압의 크기를 직류 전압 오차 퍼센트 내에서 비례하여 출력하고, 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 간에 상호 전류가 흐르지 않고 저항에 의한 전압 강하가 없는 상태에서 전압 측정만으로 상호 통신 없이 인접 직류 나노 그리드 노드의 에너지 저장 장치의 충전 상태를 확인할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템은, 상기 직류 버스에서 하나 이상의 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드와 에너지를 주고 받을 수 있도록 연결되는 하나 이상의 DC/DC 양방향 전력 변환기;를 더 포함하며, 상기 DC/DC 양방향 전력 변환기와 연결되는 상기 제 2 에너지 라우터는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 연결선에 부하 전류가 흐르지 않는 상태에서 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 직류 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 상기 제 2 에너지 라우터는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 직류 전압 차에 의한 히스테리시스에 의해, 1 % 이상의 데드존(dead zone)에 의한 전압차로 전류 방향을 결정하고, 전류의 크기는 상기 DC/DC 양방향 전력 변환기의 미리 정해진 최대 전류에 의한 가상 저항 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 상기 제 2 에너지 라우터는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 직류 전압 차에 문턱 전압을 지정하고, 1 % 이상의 문턱 전압에 의한 전압차에 의해 전류 방향을 결정하고, 전류의 크기는 상기 DC/DC 양방향 전력 변환기의 미리 정해진 최대 전류에 의한 가상 저항 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 상기 에너지 저장 장치의 충전 전류는 상기 제 2 에너지 라우터의 입출력 전류와 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 내부 부하 전류가 정해질 경우, 자동 에너지 평형에 의해 실시간으로 결정되며, 상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 20% 이하인 경우, 상기 직류 버스의 전압이 최저 오차 범위로 조정됨과 아울러 상기 제 2 에너지 라우터는 자동 차단되고, 입력 에너지가 상기 에너지 저장 장치에 저장되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기의 입출력 전력 용량을 늘리거나 또는 고장시, 제 3 DC/DC 양방향 전력 변환기를 추가하여 병렬 운전하는 경우, 상기 데드존이 있는 전력 드룹 제어를 사용하여 순환 전류 발생을 최소로 억제하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 상기 제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기는 동작 중인 직류 전원에 직류가 투입되거나 차단되는 경우, 투입시의 돌입 전류로 인한 부품의 파손이나 또는 차단시 직류 아크 발생을 최소화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 제 1 DC/DC 양방향 전력 변환기의 전체 전력 합산 용량은 2 ㎾ 이상 10 ㎾ 이하이며, 상기 직류 버스의 전압은 24 V 이상 1500 V 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 상기 제 2 에너지 라우터는 신재생 에너지원과 연결되고 단방향 에너지로 변환되어 상기 직류 버스에 에너지를 공급하며, 상기 신재생 에너지원은 태양 전지 발전 장치, 풍력 발전 장치 또는 연료 전지 발전 장치 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서, 상기 에너지 저장 장치는 배터리의 잔존 용량이 98 % 를 초과하거나, 상기 신재생 에너지원에 의해 계통 전압이 110 % 를 초과할 경우, 에너지 입력을 차단하고, 출력만 실행하는 과전압 방지 모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템은, 내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드; 상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터; 상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터; 상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드; 상기 제 1 에너지 라우터와 상기 제 2 에너지 라우터를 연결하는 내부 통신 장치; 및 상기 내부 통신 장치와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어하는 마이크로 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적들 달성하기 위해, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템은, 내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드; 상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터; 상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터; 상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드; 상기 제 1 에너지 라우터와 상기 제 2 에너지 라우터를 연결하는 내부 통신 장치; 상기 내부 통신 장치와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어하는 마이크로 컴퓨터; 및 상기 직류 버스에서 하나 이상의 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드와 에너지를 주고 받을 수 있도록 연결되는 하나 이상의 DC/DC 양방향 전력 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

본 발명에 의하면, 현재 전기 에너지를 공급하는 일반적인 경우인 중앙 집중적인 하나의 망에 연결된 수 많은 초대용량 동기 발전기를 통해 빛의 속도로 교류 에너지가 발생하고, 다시 빛의 속도로 교류 에너지가 실시간 소비되도록, 교류 계통을 사용하지 않고 개별적인 단위 마다 신재생 에너지 발전기와 직류 에너지 저장 장치가 달린 다수의 개별적인 분산형 직류 에너지 계통에서 각각의 단위 간의 에너지 흐름을 제어하고 전압을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 나노 그리드의 예 및 직류 나노 그리드의 기본 형태를 나타내는 도면.
도 2는 종래 하이브리드 분산형 그리드 제어 및 근접 접속형 그리드 제어의 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 일반적인 리튬 이온 배터리의 충방전 및 부하별 충전 용량을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 2개의 나노 그리드와 에너지라우터 연결 회로 모델을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 dead zone과 에너지 저장 장치의 SOC를 반영하는 인접 나노 그리드 간 전압차를 반영한 에너지 라우터의 드룹 곡선을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 히스테리시스와 에너지 저장 장치의 SOC를 반영하는 나노 그리드 간 전압차를 반영한 에너지 라우터의 드룹 곡선을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 비절연 방식의 양방향 에너지 라우터 예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 나노 그리드 노드 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 10은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 직류 나노 그리드의 에너지 라우터 흐름 제어 및 전압 유지 예를 나타내는 도면.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 일반적인 리튬 이온 배터리의 충방전 및 부하별 충전 용량을 나타내는 도면.

도 3을 참조하면, 일반적인 리튬 이온 배터리의 충전/방전 및 부하별 충전용량(=state of charge)에 대해 나타내고 있다.

리튬 이온 배터리의 충전/방전 중인지 알고 단자 전압을 측정을 한다면, 해당 배터리의 충전 용량을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 2개의 나노 그리드와 에너지라우터 연결 회로 모델을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 2개의 직류 나노 그리드가 에너지 라우터로 연결된 회로 모델을 spice 형태로 재구성하고 있다.

V1 노드의 나노 그리드는 12V로 100% SOC 상태의 출력이 나오고, V2 노드의 나노 그리드는 9V로 0% SOC 상태의 출력이 나오며, V1 노드의 배터리는 1C의 커패시터로 등가하고, V2 노드의 배터리는 0.5C의 커패시터로 등가하였다.

또한, 에너지 라우터는 v1과 v2의 차이를 가상의 2옴 저항으로 연결하는 드룹 회로식과 드룹 회로에서의 전류원으로 등가할 수 있다.

즉, 각 나노 그리드가 내부 SOC 상태를 출력 전압으로 표현하여 인접 나노 그리드 노드에게 그 값을 전달하면, 나노 그리드 간의 에너지 전달을 위한 에너지 라우터가 내부 드룹 회로식을 통해, 높은 SOC의 노드에서 낮은 SOC의 노드로 에너지를 전달하여, 에너지 흐름 제어와 전체 나노 그리드의 개별 전압 제어가 가능할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 dead zone과 에너지 저장 장치의 SOC를 반영하는 인접 나노 그리드 간 전압차를 반영한 에너지 라우터의 드룹 곡선을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 기존의 직류 마이크로 그리드나, 직류 전력 변환기에서 일반적으로 사용하는 V-P 곡선상에서의 드룹 곡선를 변형하여, 본 발명에서 제안하는 dead zone과 에너지 저장 장치의 SOC를 반영하는 인접 나노 그리드간 전압차를 반영한 에너지 라우터의 드룹 곡선을 설명하고 있다.

dead zone 을 0으로 하면 기존의 드룹 곡선과 유사하다.

이러한 dead zone은 전력 라우터가 에너지를 양방향으로 흐름 제어하는데 있어, 내부 구성 요소 중 인덕터의 전류가 완전히 0이 되는데 걸리는 시간을 확보하고, 양방향 제어기 내부의 변수를 다시 초기화하는 시간을 확보하기 위해서 꼭 필요로 하다.

도 6은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 히스테리시스와 에너지 저장 장치의 SOC를 반영하는 나노 그리드 간 전압차를 반영한 에너지 라우터의 드룹 곡선을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 기존의 직류 마이크로 그리드나, 직류 전력 변환기에서 일반적으로 사용하는 V-P 곡선상에서의 드룹 곡선를 변형하여, 본 발명에서 제안하는 히스테리시스와 에너지 저장 장치의 SOC를 반영하는 나노 그리드 간 전압차를 반영하는 에너지 라우터의 드룹 곡선을 설명하고 있다.

히스테리시스의 값을 0으로 하면 기존의 드룹 곡선과 유사하다.

이러한 히스테리시스는 전력 라우터가 에너지를 양방향으로 흐름 제어하는데 있어, 내부 구성 요소 중 인덕터의 전류가 완전히 0이 되는데 걸리는 시간을 확보하고, 양방향 제어기 내부의 변수를 다시 초기화하는 시간을 확보하기 위해서 꼭 필요하다.

그리고 이러한 SOC를 반영한 출력 전압 제어는 2개의 나노 그리드 간의 별도의 통신 없이, 각각의 SOC를 알게 해 줄 수 있으며, 사전에 정한 혹은 최소의 전류로 드룹 곡선에 의해 충전 혹은 방전이 가능해져서, 나노드리드 에너지 흐름 제어와 전압 유지가 매우 쉬워지고 심지어는 통신이 전혀 이루어지지 않아도 자율적으로 인접 노드를 통해 전체 직류 나노드리드 계통이 유지될 수 있다.

물론 통신이 되는 경우에는 좀 더 섬세한 제어가 가능하지만, 일반적인 가정이나 사무실에서는 연결 만으로 물리적인 논리적인 설정이 완료될 수 있다.

이러한 dead zone 또는 히스테리스 제어는 양방향 DC/DC 간 연결이나 양방향 AC/DC 연결시에 용량 증대를 위해 전력 회로를 병렬 연결하거나, 고장시를 예비하기 위해 추가 연결 장치를 항시 장착 동작하는 경우에서, 충전/방전이 교체되는 경우에 일반적으로 병렬 회로간의 순환 전류가 발생하는 것을 억제하여, 병렬 연결 증설 시에 매우 도움이 된다.

이러한 직류 회로의 병렬 추가 증설시에는 회로 투입시의 초기 충전 전류나 회로 차단시의 아크 발생 문제가 있는데, 이러한 문제는 병렬 증설 회로 설계시에 반영되어야 한다.

도 7은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 비절연 방식의 양방향 에너지 라우터 예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 비절연 방식의 양방향 에너지 라우터의 예이다.

에너지 라우터는 절연형과 비절연 방식이 있고, 양방향과 단방향 에너지 라우터로 분류될 수 있다.

절연형은 일반적으로 고주파 변압기를 통해 절연되며, 48V 이상의 배터리가 연결된 회로에서는 내선 규정상 변압기로 절연하거나, 누전 차단기를 장착하게 되어 있다.

저압 회로에서는 비절연 방식이 많이 사용되며, 고압 회로는 절연 방식을 권고한다.

여기에서는 편의상 비절연 방식에 대해서 설명한다.

도 7에서, 4개의 스위치를 사용한 승압형 컨버터와 강압형 컨버터가 직렬로 붙은 방식의 양방향 에너지 라우터이며, 일반적인 동작은 승압형 컨버터가 동작시에는 강압형 컨버터는 항시 on되고, 반대로 강압형 컨버터가 동작시에는 승압형 컨버터가 항시 on되는 구조이다.

이러한 동작 때문 100% duty에서 동작되어야 하므로 N-MOS 스위치 만으로 동작하는 브리지 회로에는 boot-strap 방식의 게이트 드라이버 회로는 적용하기 어려우며 윗쪽 스위치에 대한 추가적인 전원공급 회로를 통해 duty 100% 동작을 한다.

도 8은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 나노 그리드 노드 구조를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 전력 회사를 통해 AC 그리드 망에 양방향 AC/DC 전력 변환기가 연결된다.

여기서, 갈바닉 절연을 위해 DAB(Dual Active Bridge) 전력 변환기와 고주파 변압기가 연결되어 다시 DC/DC 양방향 전력변환을 한다.

이때, 하나 이상의 AC/DC 전력 변환기와 쌍으로 연결된 DAB를 용량 증설 또는 고장 대비 병렬 연결하는 경우, AC/DC 전력 변환기 및 DAB의 제어기의 드룹 곡선을 데드 존(Dead Zone) 또는 히스테리시스가 있는 드룹 곡선으로 하면 병렬 동작 시의 순환 전류 문제를 해결하여 증설이 매우 용이하다.

태양광 패널의 전력을 MPPT(maximum power point tracking)하여 DC/DC 단방향으로 전력 변환하는 전력 변환기가 장착되고, 가정용의 경우 48V 이상의 배터리는 안전 규격이 매우 강화되므로 48V 수준의 배터리에서 직류 버스와 양방향 전력변환을 하는 전력 라우터가 설치된다.

이 경우 통상 고주파 변압기로 추가 절연하며, 드룹 곡선은 일반적인 드룹 곡선을 사용하여, 전압을 일정하게 제어하는데 주력한다.

전기 자동차나 P2P로 외부로 에너지를 주고 받는 2개 이상의 양방향 에너지 라우터가 장착될 수 있고, 선택적으로 에너지 라우터의 드룹 곡선은 내부 배터리의 충전 상태를 출력 전압의 크기로 다른 나노 그리드와 통신하고, 미리 정해지거나 또는 통신에 의해 상호 합의한 드룹 곡선에 의해 전류 크기를 제어하여 전력의 흐름을 제어할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템(1000)은 하나의 직류 나노 그리드 노드(100)와, 제 1 에너지 라우터(200)와, 제 2 에너지 라우터(300)와, 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400)를 포함한다.

본 발명에서는 설명의 용이함을 위해 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400)를 예로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 외부 직류 나노 그리드 노드(400)는 추가적으로 더 많은 노드들이 외부로 연결될 수 있다.

하나의 직류 나노 그리드 노드(100)는 내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 에너지 저장 장치(110)를 충방전시킨다.

좀 더 상세하게는 내부 에너지 저장 장치(110)는 직류 에너지 저장 장치일 수 있다.

제 1 에너지 라우터(200)는 직류 나노 그리드 노드(100)와 연결되며, 제 1 DC/DC 양방향 전력 변환기(210)와 제어기(220)로 구성된다.

제 2 에너지 라우터(300)는 제 1 에너지 라우터(200)와 연결된다.

하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400)는 각각의 제 2 에너지 라우터(300)에 각각 개별 접속된다.

여기서, 외부 직류 나노 그리드 노드(400)는 외부 직류 나노 그리드 노드(400) 간의 외부 통신 연결 없이 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드(400)의 에너지 저장 장치(410)의 충전 상태를 추정 또는 계산하여 인접 연결된 모든 외부 직류 나노 그리드 노드(400)의 에너지 흐름을 제어하고, 전체 나노 그리드 전력 계통을 유지한다.

좀 더 상세하게는 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템(1000)은 내부 통신 장치(500)와, 마이크로 컴퓨터(600)를 포함한다.

여기서, 내부 통신 장치(500)는 제 1 에너지 라우터(200)와 제 2 에너지 라우터(300)를 연결한다.

또한, 마이크로 컴퓨터(600)는 내부 통신 장치(500)와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어한다.

이러한 마이크로 컴퓨터(600)는 하나 이상의 내부 직류 에너지의 충전 상태에 따라, 직류 버스 전압의 크기를 직류 전압 오차 퍼센트 내에서 비례하여 출력하고, 인접 연결된 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400) 간에 상호 전류가 흐르지 않고 저항에 의한 전압 강하가 없는 상태에서 전압 측정만으로 상호 통신 없이 인접 연결된 하나 이상의 직류 나노 그리드 노드(400)의 각각의 에너지 저장 장치(410)의 충전 상태를 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템(1000)은 직류 버스에서 하나 이상의 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드(400)와 에너지를 주고 받을 수 있도록 연결되는 하나 이상의 DC/DC 양방향 전력 변환기(310)를 더 포함할 수 있다.

이러한 DC/DC 양방향 전력 변환기(310)와 연결되는 제 2 에너지 라우터(300)는 인접 연결된 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400)의 연결선에 부하 전류가 흐르지 않는 상태에서 인접 연결된 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400)의 직류 전압을 측정한다.

또한, 제 2 에너지 라우터(300)는 인접 연결된 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드(400) 간의 직류 전압 차에 의한 히스테리시스에 의해, 1 % 이상의 데드존(Dead Zone)에 의한 전압차로 전류 방향을 결정하고, 전류의 크기는 제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기(310)의 미리 정해진 최대 전류에 의한 가상 저항 값에 의해 정해진다.

또한, 제 2 에너지 라우터(300)는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드(400) 간의 직류 전압 차에 문턱 전압을 지정하며, 1 % 이상의 문턱 전압에 의한 전압차에 의해 전류 방향을 결정하고, 전류의 크기는 제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기(310)의 미리 정해진 최대 전류에 의한 가상 저항 값에 의해 정해진다.

한편, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템(1000)에서 에너지 저장 장치(410)의 충전 전류는 제 2 에너지 라우터(300)의 입출력 전류와 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드(400) 내부 부하 전류가 정해질 경우, 자동 에너지 평형에 의해 실시간으로 결정되며, 에너지 저장 장치(410)의 충전 상태가 20% 이하인 경우, 직류 버스의 전압이 최저 오차 범위로 조정됨과 아울러 제 2 에너지 라우터(300)는 자동 차단되고, 입력 에너지가 에너지 저장 장치(400)에 저장된다.

제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기(310)의 입출력 전력 용량을 늘리거나 또는 고장시나, 제 3 DC/DC 양방향 전력 변환기(도시 생략)를 추가하여 병렬 운전하는 경우, 데드존이 있는 전력 드룹 제어를 사용하여 순환 전류 발생을 최소로 억제한다.

제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기(310)는 동작 중인 직류 전원에 직류가 투입되거나 차단되는 경우, 투입시의 돌입 전류로 인한 부품의 파손이나 또는 차단시 직류 아크 발생을 최소화한다.

제 1 DC/DC 양방향 전력 변환기(210)의 전체 전력 합산 용량은 2 ㎾ 이상 10 ㎾ 이하이며, 직류 버스의 전압은 24 V 이상 1500 V 이하이다.

제 2 에너지 라우터(300)는 신재생 에너지원과 연결되고 단방향 에너지로 변환되어 직류 버스에 에너지를 공급하며, 신재생 에너지원은 태양 전지 발전 장치, 풍력 발전 장치 또는 연료 전지 발전 장치 중 하나 이상이다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템(1000)에서, 에너지 저장 장치(110, 410)는 배터리의 잔존 용량이 98 % 를 초과하거나, 신재생 에너지원에 의해 계통 전압이 110 % 를 초과할 경우, 에너지 입력을 차단하고, 출력만 실행하는 과전압 방지 모드를 수행한다.

도 10은 본 발명에 따른 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템에서 직류 나노 그리드의 에너지 라우터 흐름 제어 및 전압 유지 예를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 직류 나노 그리드에서 에너지 라우터 흐름 제어 및 각 노즈 별 전압 유지의 사례가 있다.

노드 1의 충전상태 100% 전압으로 AC전원에 연결되어 항시 충전이 가능하다.

노브 1과 AC전원에서는 노드 2와 노드 4에 공급하는 전류인 8.5A가 흘러들어 온다.

노드 1과 노드 2 사이는 전압 차이에 정해진 드룹 저항에 의해 6A가 흐르고 노드 5에 1.5A가 흘러 들어가 실제로 노드 2는 3.5A의 전류가 에너지 저장 장치에 충전된다.

노드 2와 3은 전압 차이가 dead zone인 10%이므로 충전/방전이 일어나지 않는다.

노드 4와 5는 5A로 노드 5 쪽으로 충전된다.

노드 2와 5 사이는 전류가 흐르지 않는다.

노드 5와 6 사이도 충전이 이루어지지 않는다.

노드 5와 6 사이는 -4A가 흘러 노드 5 쪽으로 충전이 이루어진다.

노드 5에 들어오는 모든 전류는 1.2 + 5 + 4 + 6.5 = 16.7A가 충전된다.

노드 4와 7 사이는 3.5A로 충전되며, 노드 7과 8 사이는 -5A로 노드 7이 충전된다.

노드 5와 8 사이는 -6.5A로 노드 5가 충전되며, 노드 6과 9 사이는 2A로 노드 9가 충전되고, 노드 8과 9 사이는 노드 9가 4.5A로 충전되며, 노드 9에는 외부로 직류 전자 부하에 5A로 방전되므로 노드9는 1.5A로 에너지 저장 장치에 충전된다.

도 10은 매우 간단한 예를 들었으나, 실제로는 좀 더 복잡한 연결에 대해서도 에너지 흐름 제어와 직류 전압 유지가 가능하며, 인접한 전력선을 일종의 내부 SOC를 알려주는 통신선으로 사용하므로 통신이 안되거나, 일부 계통이 단절되는 상황에서 안정적이고 안전하게 직류 나노 그리드 계통을 유지하는 특징이 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 현재 전기 에너지를 공급하는 일반적인 경우인 중앙 집중적인 하나의 망에 연결된 수 많은 초대용량 동기 발전기를 통해 빛의 속도로 교류 에너지가 발생하고, 다시 빛의 속도로 교류 에너지가 실시간 소비되도록, 교류 계통을 사용하지 않고 개별적인 단위 마다 신재생 에너지 발전기와 직류 에너지 저장 장치가 달린 다수의 개별적인 분산형 직류 에너지 계통에서 각각의 단위 간의 에너지 흐름을 제어하고 전압을 유지할 수 있는 효과가 있다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

100 : 직류 나노 그리드 노드
110 : 제 1 에너지 저장 장치
200 : 제 1 에너지 라우터
210 : 제 1 DC/DC 양방향 전력 변환기
220 : 제어기
300 : 제 2 에너지 라우터
310 : 제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기
400 : 외부 직류 나노 그리드 노드
410 : 제 2 에너지 저장 장치
500 : 내부 통신 장치
600 : 마이크로 컴퓨터
1000 : 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템

Claims

내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드;
상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터;
상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터; 및
상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드;를 포함하며,
상기 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 외부 통신 연결 없이 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 에너지 저장 장치의 충전 상태를 추정 또는 계산하여 인접 연결된 모든 외부 직류 나노 그리드 노드의 에너지 흐름을 제어하고, 전체 나노 그리드 전력 계통을 유지하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 에너지 라우터와 상기 제 2 에너지 라우터를 연결하는 내부 통신 장치; 및
상기 내부 통신 장치와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어하는 마이크로 컴퓨터;를 포함하며,
상기 마이크로 컴퓨터는 하나 이상의 내부 직류 에너지의 충전 상태에 따라, 상기 직류 버스 전압의 크기를 직류 전압 오차 퍼센트 내에서 비례하여 출력하고,
인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 간에 상호 전류가 흐르지 않고 저항에 의한 전압 강하가 없는 상태에서 전압 측정만으로 상호 통신 없이 인접 직류 나노 그리드 노드의 에너지 저장 장치의 충전 상태를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 직류 버스에서 하나 이상의 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드와 에너지를 주고 받을 수 있도록 연결되는 하나 이상의 DC/DC 양방향 전력 변환기;를 더 포함하며,
상기 DC/DC 양방향 전력 변환기와 연결되는 상기 제 2 에너지 라우터는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 연결선에 부하 전류가 흐르지 않는 상태에서 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드의 직류 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 에너지 라우터는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 직류 전압 차에 의한 히스테리시스에 의해, 1 % 이상의 데드존(dead zone)에 의한 전압차로 전류 방향을 결정하고, 전류의 크기는 상기 DC/DC 양방향 전력 변환기의 미리 정해진 최대 전류에 의한 가상 저항 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 에너지 라우터는 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 간의 직류 전압 차에 문턱 전압을 지정하고, 1 % 이상의 문턱 전압에 의한 전압차에 의해 전류 방향을 결정하고, 전류의 크기는 상기 DC/DC 양방향 전력 변환기의 미리 정해진 최대 전류에 의한 가상 저항 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치의 충전 전류는 상기 제 2 에너지 라우터의 입출력 전류와 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드 내부 부하 전류가 정해질 경우, 자동 에너지 평형에 의해 실시간으로 결정되며,
상기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 20% 이하인 경우, 상기 직류 버스의 전압이 최저 오차 범위로 조정됨과 아울러 상기 제 2 에너지 라우터는 자동 차단되고, 입력 에너지가 상기 에너지 저장 장치에 저장되는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기의 입출력 전력 용량을 늘리거나 또는 고장시, 제 3 DC/DC 양방향 전력 변환기를 추가하여 병렬 운전하는 경우, 상기 데드존이 있는 전력 드룹 제어를 사용하여 순환 전류 발생을 최소로 억제하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
제 2 DC/DC 양방향 전력 변환기는 동작 중인 직류 전원에 직류가 투입되거나 차단되는 경우, 투입시의 돌입 전류로 인한 부품의 파손이나 또는 차단시 직류 아크 발생을 최소화하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
제 1 DC/DC 양방향 전력 변환기의 전체 전력 합산 용량은 2 ㎾ 이상 10 ㎾ 이하이며, 상기 직류 버스의 전압은 24 V 이상 1500 V 이하인 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 에너지 라우터는 신재생 에너지원과 연결되고 단방향 에너지로 변환되어 상기 직류 버스에 에너지를 공급하며,
상기 신재생 에너지원은 태양 전지 발전 장치, 풍력 발전 장치 또는 연료 전지 발전 장치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 에너지 저장 장치는 배터리의 잔존 용량이 98 % 를 초과하거나, 상기 신재생 에너지원에 의해 계통 전압이 110 % 를 초과할 경우, 에너지 입력을 차단하고, 출력만 실행하는 과전압 방지 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드;
상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터;
상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터;
상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드;
상기 제 1 에너지 라우터와 상기 제 2 에너지 라우터를 연결하는 내부 통신 장치; 및
상기 내부 통신 장치와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어하는 마이크로 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.
내부에 하나의 직류 전압을 가지며, 상기 직류 전압에 원하는 전압을 유지시키기 위해 내부 직류 에너지 저장 장치를 충방전시키는 하나의 직류 나노 그리드 노드;
상기 직류 나노 그리드 노드와 연결되며, DC/DC 양방향 전력 변환기와 제어기로 구성되는 제 1 에너지 라우터;
상기 제 1 에너지 라우터와 연결되는 하나 이상의 제 2 에너지 라우터;
상기 제 2 에너지 라우터에 각각 개별 접속되는 하나 이상의 외부 직류 나노 그리드 노드;
상기 제 1 에너지 라우터와 상기 제 2 에너지 라우터를 연결하는 내부 통신 장치;
상기 내부 통신 장치와 연결되며, 직류 버스 전압의 크기를 제어하는 마이크로 컴퓨터; 및
상기 직류 버스에서 하나 이상의 인접 연결된 외부 직류 나노 그리드 노드와 에너지를 주고 받을 수 있도록 연결되는 하나 이상의 DC/DC 양방향 전력 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 시스템.