KR20240036896A - Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module - Google Patents

Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module Download PDF

Info

Publication number
KR20240036896A
KR20240036896A KR1020220115498A KR20220115498A KR20240036896A KR 20240036896 A KR20240036896 A KR 20240036896A KR 1020220115498 A KR1020220115498 A KR 1020220115498A KR 20220115498 A KR20220115498 A KR 20220115498A KR 20240036896 A KR20240036896 A KR 20240036896A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wind
power
hybrid
generator
solar
Prior art date
Application number
KR1020220115498A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이상창
Original Assignee
이상창
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이상창 filed Critical 이상창
Priority to KR1020220115498A priority Critical patent/KR20240036896A/en
Publication of KR20240036896A publication Critical patent/KR20240036896A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02S10/12Hybrid wind-PV energy systems
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30Electrical components
    • H02S40/32Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

본 발명은, 풍력발전기(110), 태양광 발전기(120), 풍력발전기(110) 또는 태양광 발전기(120)에 의해 각각 생산된 전력을 저장하는 배터리(130), 배터리(130)로의 과충전을 방지하는 덤프로드(140), FPGA(151e)를 사용하여 배터리(130)의 충전효율을 극대화하기 위한 최대 전력점 추종 MPPT 알고리즘을 구현하여서, 배터리(130)로의 전력 저장 및 덤프로드(140)의 과충전 및 과방전을 제어하고, 애플리케이션 또는 전력 저장 제어 관련 데이터의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하도록 외부 네트워크와 유무선통신이 가능하도록 하는 유무선 인터페이스를 구비하는, 하이브리드 컨트롤러(150), 및 유무선 인터페이스를 통해 하이브리드 컨트롤러(150)에 의한 발전량과 충전량의 계측정보를 표준 프로토콜 인증을 거쳐 수신하는 권한이 부여되어 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 실시간 모니터링하는 모니터링 서버를 포함하여, 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하는, 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템을 개시한다.The present invention provides overcharging of the battery 130, which stores the power produced by the wind generator 110, the solar generator 120, the wind generator 110, or the solar generator 120, respectively. By implementing the maximum power point tracking MPPT algorithm to maximize the charging efficiency of the battery 130 using the dump load 140 and FPGA 151e to prevent power storage in the battery 130 and the dump load 140 A hybrid controller 150, and a wired/wireless interface that controls overcharge and overdischarge, and has a wired/wireless interface that enables wired/wireless communication with an external network to collect, store, manage, and analyze data related to application or power storage control. Through the hybrid controller 150, the authority to receive the measurement information of power generation and charging amount through standard protocol authentication is granted, and the external system includes a monitoring server that performs real-time monitoring by collecting, storing, managing, and analyzing the measurement information. We are launching a controller system for wind and solar hybrid power generation that connects to the network to collect, store, manage, and analyze measurement information, utilize it as big data, and analyze the measurement information for real-time monitoring.

Description

풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템{CONTROLLER SYSTEM FOR HYBRID GENERATOR OF WIND TURBINE AND SOLAR MODULE}Controller system for wind and solar hybrid power generation {CONTROLLER SYSTEM FOR HYBRID GENERATOR OF WIND TURBINE AND SOLAR MODULE}

본 발명은 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하도록 하며, 2종의 방열핀에 의해 하이브리드 컨트롤러의 열적 안정성을 구현할 수 있는, 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템에 관한 것이다.The present invention connects to an external network to collect, store, manage, and analyze measurement information, utilize it as big data, analyze measurement information for real-time monitoring, and realize thermal stability of the hybrid controller by using two types of heat dissipation fins. This relates to a controller system for wind and solar hybrid power generation.

주지하는 바와 같이, 급격하게 진행되고 있는 전세계적 신재생에너지 시대로의 전환을 앞두고 수력, 조력, 태양광, 소형 ORC 발전터빈, 풍력 등의 다양한 에너지의 충전에 사용되는 소형 하이브리드 컨트롤러의 수요가 급증하고 있다.As is well known, the demand for small hybrid controllers used to charge various energies such as hydropower, tidal power, solar power, small ORC power generation turbines, and wind power is rapidly increasing ahead of the rapidly progressing global transition to the era of new and renewable energy. I'm doing it.

한편, 소형 하이브리드 발전시스템의 주요 발전 영역은 200 내지 700W정도 수준으로 예상되고 있으며, 제어기는 직류 전원 50V 이하에서만 적용가능한 제품이 대부분을 차지하고 있고, 맞춤형으로 설계된 제어프로그램의 특성으로 인해 주변 환경이나 한정된 공급원에서만 제어기의 사용이 가능하며, 통신기능의 부재로 한 번 정해진 제어프로그램을 지역의 환경에 맞게 수정 및 보안이 불가능한 한계가 있다.Meanwhile, the main power generation area of small hybrid power generation systems is expected to be around 200 to 700 W, and most controllers are applicable only to DC power sources of 50 V or less, and due to the characteristics of custom-designed control programs, they can be used in the surrounding environment or limited areas. The use of the controller is possible only from the supply source, and due to the lack of communication function, there is a limitation in that the control program once set cannot be modified and secured to suit the local environment.

이에, 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하도록 하며, 2종의 방열핀에 의해 하이브리드 컨트롤러의 열적 안정성을 구현할 수 있는 기술이 요구된다.Accordingly, by connecting to an external network, measurement information is collected, stored, managed, and analyzed for use as big data, and measurement information is analyzed for real-time monitoring, and the thermal stability of the hybrid controller can be realized by two types of heat dissipation fins. Skills are required.

한국 등록특허공보 제10-1613907호 (하이브리드 발전기 및 그의 전력 제어 방, 2016.04.21)Korean Patent Publication No. 10-1613907 (Hybrid generator and its power control room, 2016.04.21) 한국 공개특허공보 제10-2018-0049511호 (하이브리드 발전 설비의 충전 효율 향상을 위한 모니터링 제어 방법, 2018.05.11)Korean Patent Publication No. 10-2018-0049511 (Monitoring control method for improving charging efficiency of hybrid power generation equipment, 2018.05.11)

본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하도록 하며, 2종의 방열핀에 의해 하이브리드 컨트롤러의 열적 안정성을 구현할 수 있는, 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템을 제공하는 데 있다.The technical task to be achieved by the idea of the present invention is to collect, store, manage and analyze measurement information by connecting to an external network and utilize it as big data, analyze the measurement information and monitor it in real time, and connect to an external network to collect, store, manage and analyze measurement information. The goal is to provide a controller system for wind and solar hybrid power generation that can realize the thermal stability of the hybrid controller.

전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 실시예는, 800W 이상의 전력을 생산하는 풍력발전기; 200W 이상의 전력을 생산하는 태양광 발전기; 상기 풍력발전기 또는 상기 태양광 발전기에 의해 각각 생산된 전력을 저장하는 배터리; 상기 배터리로의 과충전을 방지하는 덤프로드; FPGA를 사용하여 상기 배터리의 충전효율을 극대화하기 위한 최대 전력점 추종 MPPT 알고리즘을 구현하여서, 상기 배터리로의 전력 저장 및 상기 덤프로드의 과충전 및 과방전을 제어하고, 애플리케이션 또는 전력 저장 제어 관련 데이터의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하도록 외부 네트워크와 유무선통신이 가능하도록 하는 유무선 인터페이스를 구비하는, 하이브리드 컨트롤러; 및 상기 유무선 인터페이스를 통해 상기 하이브리드 컨트롤러에 의한 발전량과 충전량의 계측정보를 표준 프로토콜 인증을 거쳐 수신하는 권한이 부여되어 상기 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 실시간 모니터링하는 모니터링 서버;를 포함하는, 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-described object, an embodiment of the present invention includes a wind power generator producing power of 800W or more; Solar generator producing more than 200W of power; a battery that stores power produced by the wind generator or the solar power generator, respectively; a dump load that prevents overcharging of the battery; By implementing the maximum power point tracking MPPT algorithm to maximize the charging efficiency of the battery using an FPGA, power storage in the battery and overcharging and overdischarging of the dump load are controlled, and application or power storage control-related data A hybrid controller equipped with a wired and wireless interface that enables wired and wireless communication with an external network to perform collection, storage, management, and analysis; And a monitoring server that is authorized to receive measurement information of power generation and charging amount by the hybrid controller through the wired/wireless interface through standard protocol authentication, and performs real-time monitoring by collecting, storing, managing, and analyzing the measurement information. Provides a controller system for wind and solar hybrid power generation, including:

여기서, 상기 하이브리드 컨트롤러는, 상기 풍력발전기로부터의 가변 AC 전력을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에 의해 정류된 가변 DC 전력을 강화하는 DC/DC 벅 컨버터와, 상기 DC/DC 벅 컨버터의 전단에 형성되어 입력 전압 및 전류를 계측하는 전단센서와, 상기 DC/DC 벅 컨버터의 후단에 형성되어 출력 전압 및 전류를 계측하는 후단센서와, 상기 FPGA에 의해 상기 풍력발전기로부터 상기 DC/DC 벅 컨버터로의 차단스위치를 제어하는 제1게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 덤프로드로의 차단스위치를 제어하는 제2게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 DC/DC 벅 컨버터를 제어하는 제3게이트 드라이버로 구성되는, 제1제어단; 및 상기 태양광 발전기로부터의 가변 DC 전력을 상승시키는 DC/DC 부스트 컨버터와, 상기 DC/DC 부스트 컨버터의 전단에 형성되어 입력 전압 및 전류를 계측하는 전단센서와, 상기 DC/DC 부스트 컨버터의 후단에 형성되어 출력 전압 및 전류를 계측하는 후단센서와, 상기 FPGA에 의해 상기 태양광 발전기로부터 상기 DC/DC 부스트 컨버터로의 차단스위치를 제어하는 제4게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 덤프로드로의 차단스위치를 제어하는 제5게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 DC/DC 부스트 컨버터를 제어하는 제6게이트 드라이버로 구성되는, 제2제어단;을 포함할 수 있다.Here, the hybrid controller includes a rectifier that rectifies variable AC power from the wind power generator, a DC/DC buck converter that strengthens the variable DC power rectified by the rectifier, and a front end of the DC/DC buck converter. a front-end sensor that measures the input voltage and current, a rear-end sensor that is formed at the rear of the DC/DC buck converter and measures the output voltage and current, and the FPGA from the wind turbine to the DC/DC buck converter. It consists of a first gate driver that controls the blocking switch, a second gate driver that controls the blocking switch to the dump load by the FPGA, and a third gate driver that controls the DC/DC buck converter by the FPGA. a first control stage; and a DC/DC boost converter that increases variable DC power from the solar generator, a front-end sensor formed at the front of the DC/DC boost converter to measure input voltage and current, and a back-end of the DC/DC boost converter. A back-end sensor is formed in and measures the output voltage and current, a fourth gate driver controls a cutoff switch from the solar generator to the DC/DC boost converter by the FPGA, and the dump load by the FPGA. It may include a second control stage, which is composed of a fifth gate driver that controls the cutoff switch, and a sixth gate driver that controls the DC/DC boost converter by the FPGA.

또한, 상기 하이브리드 컨트롤러는 외부환경의 온도, 습도, 미세먼지, 풍향, 풍속을 각각 계측하는 제1센서와 인터페이스를 통해 연결되어 계측 값을 수신하고, 제2센서를 통해 상기 하이브리드 컨트롤러의 셀의 온도를 계측하여 계측 값을 수신할 수 있다.In addition, the hybrid controller is connected through an interface to a first sensor that measures the temperature, humidity, fine dust, wind direction, and wind speed of the external environment, and receives the measured values, and detects the temperature of the cells of the hybrid controller through the second sensor. You can measure and receive the measured value.

또한, 상기 하이브리드 컨트롤러는 벌크와 충전과 슬립의 3단계로 상기 배터리를 충전할 수 있다.Additionally, the hybrid controller can charge the battery in three stages: bulk, charge, and sleep.

또한, 상기 풍력발전기는 나선형 블레이드와, 발전기와, 상기 나선형 블레이드의 회전수를 계측하는 인코더와, 상기 나선형 블레이드의 과회전 방지용 브레이크를 구비하고, 상기 하이브리드 컨트롤러는 상기 인코더에 의한 회전수에 따라 상기 브레이크를 제어할 수 있다.In addition, the wind power generator includes spiral blades, a generator, an encoder that measures the rotation speed of the spiral blades, and a brake to prevent over-rotation of the spiral blades, and the hybrid controller operates according to the rotation speed by the encoder. You can control the brakes.

또한, 상기 모니터링 서버는 상기 계측정보를 분석하여 상기 하이브리드 컨트롤러의 기능을 검증하여 오류 및 오작동의 원인을 제거하며, 고장을 진단하고, 교체시기를 예측할 수 있다.Additionally, the monitoring server can analyze the measurement information to verify the function of the hybrid controller, eliminate causes of errors and malfunctions, diagnose failures, and predict replacement times.

본 발명에 의하면, 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하도록 하며, 2종의 방열핀에 의해 하이브리드 컨트롤러의 열적 안정성을 구현할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by connecting to an external network, measurement information is collected, stored, managed, and analyzed for use as big data, measurement information is analyzed for real-time monitoring, and thermal stability of the hybrid controller is maintained by two types of heat dissipation fins. There is an effect that can be implemented.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템의 하이브리드 컨트롤러의 회로도를 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템의 풍령발전기를 예시한 것이다.
도 4는 도 1의 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템의 모듈케이스 및 방열모듈을 예시한 것이다.
Figure 1 shows a schematic configuration diagram of a controller system for wind and solar hybrid power generation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a circuit diagram of the hybrid controller of the wind and solar hybrid power generation controller system of FIG. 1.
Figure 3 illustrates the wind chime generator of the controller system for wind and solar hybrid power generation of Figure 1.
Figure 4 illustrates the module case and heat dissipation module of the controller system for wind and solar hybrid power generation in Figure 1.

이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention having the above-described features will be described in more detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 실시예에 의한 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템은, 풍력발전기(110), 태양광 발전기(120), 풍력발전기(110) 또는 태양광 발전기(120)에 의해 각각 생산된 전력을 저장하는 배터리(130), 배터리(130)로의 과충전을 방지하는 덤프로드(140), FPGA(151e)를 사용하여 배터리(130)의 충전효율을 극대화하기 위한 최대 전력점 추종 MPPT 알고리즘을 구현하여서, 배터리(130)로의 전력 저장 및 덤프로드(140)의 과충전 및 과방전을 제어하고, 애플리케이션 또는 전력 저장 제어 관련 데이터의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하도록 외부 네트워크와 유무선통신이 가능하도록 하는 유무선 인터페이스를 구비하는, 하이브리드 컨트롤러(150), 및 유무선 인터페이스를 통해 하이브리드 컨트롤러(150)에 의한 발전량과 충전량의 계측정보를 표준 프로토콜 인증을 거쳐 수신하는 권한이 부여되어 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 실시간 모니터링하는 모니터링 서버를 포함하여, 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하는 것을 요지로 한다.The controller system for wind and solar hybrid power generation according to an embodiment of the present invention controls the power produced by the wind generator 110, the solar generator 120, the wind generator 110, or the solar generator 120. By implementing the maximum power point tracking MPPT algorithm to maximize the charging efficiency of the battery 130 using the storage battery 130, the dump load 140 to prevent overcharging of the battery 130, and the FPGA 151e, Controls storage of power in the battery 130 and overcharging and overdischarging of the dump load 140, and enables wired and wireless communication with an external network to collect, store, manage, and analyze data related to application or power storage control. The hybrid controller 150, which has an interface, and a wired/wireless interface are authorized to receive the measurement information of power generation and charge amount by the hybrid controller 150 through standard protocol authentication, so as to collect, store, and manage the measurement information. Including a monitoring server that performs analysis and monitors in real time, the purpose is to connect to an external network to collect, store, manage, and analyze measurement information, use it as big data, and analyze measurement information for real-time monitoring.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 전술한 구성의 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 4, the controller system for wind and solar hybrid power generation of the above-described configuration will be described in detail as follows.

우선, 풍력발전기(110)는 800W 이상의 전력을 생산하여 하이브리드 컨트롤러(150)로 전송한다.First, the wind generator 110 produces power of 800W or more and transmits it to the hybrid controller 150.

여기서, 도 4를 참고하면, 풍력발전기(110)는 나선형 블레이드(111)와, 발전기(112)와, 나선형 블레이드의 회전수를 계측하는 인코더와, 나선형 블레이드(111)의 과회전 방지용 마그네틱 브레이크(113)와, 풍향에 따라 회전하는 요잉(yawing) 시스템(114)을 구비하고, 하이브리드 컨트롤러(150)는 인코더에 의한 회전수에 따라 브레이크를 제어할 수 있다.Here, referring to FIG. 4, the wind power generator 110 includes a spiral blade 111, a generator 112, an encoder for measuring the rotation speed of the spiral blade, and a magnetic brake ( 113) and a yawing system 114 that rotates according to the wind direction, and the hybrid controller 150 can control the brake according to the number of rotations by the encoder.

다음, 태양광 발전기(120)는 200W 이상의 전력을 생산하여 하이브리드 컨트롤러(150)로 전송한다.Next, the solar generator 120 produces power of 200W or more and transmits it to the hybrid controller 150.

다음, 배터리(130)는 풍력발전기(110) 또는 태양광 발전기(120)에 의해 각각 생산된 전력을 저장하도록 한다. 여기서, 배터리(130)는 4개의 뱅크로 분리 구성되어 하이브리드 컨트롤러(150)에 의해 입력 전압의 손실없이 충전이 원활하도록 할 수 있다.Next, the battery 130 stores the power produced by the wind generator 110 or the solar generator 120, respectively. Here, the battery 130 is divided into four banks to enable smooth charging without loss of input voltage by the hybrid controller 150.

다음, 덤프로드(140)는 배터리(130)로의 과충전을 방지하고자 잉여전력을 저장하거나 소모하도록 한다.Next, the dump load 140 stores or consumes surplus power to prevent overcharging of the battery 130.

다음, 하이브리드 컨트롤러(150)는, FPGA(151e)(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 배터리(130)의 충전효율을 극대화하기 위한 최대 전력점 추종 MPPT 알고리즘을 구현하여서, 배터리(130)로의 전력 저장 및 덤프로드(140)의 과충전 및 과방전을 제어하고, 전력생산 및 전력저장 애플리케이션 또는 전력 저장 제어 관련 데이터의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하도록 외부 네트워크와 유무선통신이 가능하도록 하는 유무선 인터페이스를 구비한다.Next, the hybrid controller 150 uses the FPGA 151e (Field Programmable Gate Array) to implement the maximum power point tracking MPPT algorithm to maximize the charging efficiency of the battery 130, thereby storing power in the battery 130. And a wired and wireless interface that enables wired and wireless communication with an external network to control overcharge and overdischarge of the dump load 140, and to collect, store, manage, and analyze data related to power production and power storage applications or power storage control. Equipped with

여기서, 하이브리드 컨트롤러(150)는, 풍력발전기(110)로부터 생산된 전력의 저장을 제어하는 제1제어단(151)과, 태양광 발전기(120)로부터 생산된 전력의 저장을 제어하는 제2제어단(152)을 포함한다.Here, the hybrid controller 150 includes a first control stage 151 that controls the storage of power produced from the wind generator 110, and a second control stage that controls the storage of power produced by the solar generator 120. Includes stage 152.

구체적으로, 도 1 및 도 2를 참고하면, 제1제어단(151)은 풍력발전기(110)로부터의 가변 AC 전력을 정류하는 정류기(151a)와, 정류기(151a)에 의해 정류된 가변 DC 전력을 강화하는 DC/DC 벅 컨버터(151b)와, DC/DC 벅 컨버터(151b)의 전단에 형성되어 입력 전압 및 전류를 계측하는 전단센서(151c)와, DC/DC 벅 컨버터(151b)의 후단에 형성되어 출력 전압 및 전류를 계측하는 후단센서(151d)와, FPGA(151e)에 의해 풍력발전기(110)로부터 DC/DC 벅 컨버터(151b)로의 차단스위치를 제어하는 제1게이트 드라이버(151f)와, FPGA(151e)에 의해 덤프로드(140)로의 차단스위치를 제어하는 제2게이트 드라이버(151g)와, FPGA(151e)에 의해 DC/DC 벅 컨버터(151b)를 제어하는 제3게이트 드라이버(151h)와, 덤프로드(140)로의 입력 전압 및 전류를 계측하는 로드센서(151i)로 구성될 수 있다.Specifically, referring to FIGS. 1 and 2, the first control stage 151 includes a rectifier 151a that rectifies variable AC power from the wind power generator 110, and variable DC power rectified by the rectifier 151a. A DC/DC buck converter (151b) that strengthens, a front-end sensor (151c) formed at the front end of the DC/DC buck converter (151b) to measure the input voltage and current, and a rear end of the DC/DC buck converter (151b) A rear-end sensor 151d is formed to measure the output voltage and current, and a first gate driver 151f controls the cutoff switch from the wind power generator 110 to the DC/DC buck converter 151b by the FPGA 151e. , a second gate driver (151g) that controls the blocking switch to the dump load (140) by the FPGA (151e), and a third gate driver (151g) that controls the DC/DC buck converter (151b) by the FPGA (151e) 151h) and a load sensor 151i that measures the input voltage and current to the dump load 140.

또한, 제2제어단(152)은 태양광 발전기(120)로부터의 가변 DC 전력을 상승시키는 DC/DC 부스트 컨버터(152a)와, DC/DC 부스트 컨버터(152a)의 전단에 형성되어 입력 전압 및 전류를 계측하는 전단센서와, DC/DC 부스트 컨버터(152a)의 후단에 형성되어 출력 전압 및 전류를 계측하는 후단센서와, FPGA(151e)에 의해 태양광 발전기(120)로부터 DC/DC 부스트 컨버터(152a)로의 차단스위치를 제어하는 제4게이트 드라이버와, FPGA(151e)에 의해 덤프로드(140)로의 차단스위치를 제어하는 제5게이트 드라이버와, FPGA(151e)에 의해 DC/DC 부스트 컨버터(152a)를 제어하는 제6게이트 드라이버로 구성될 수 있다.In addition, the second control stage 152 is formed at the front of the DC/DC boost converter 152a, which increases the variable DC power from the solar generator 120, and the input voltage and A front-end sensor that measures the current, a rear-end sensor formed at the rear of the DC/DC boost converter (152a) to measure the output voltage and current, and a DC/DC boost converter from the solar generator (120) by the FPGA (151e). A fourth gate driver that controls the blocking switch to (152a), a fifth gate driver that controls the blocking switch to the dump load (140) by the FPGA (151e), and a DC/DC boost converter ( It may be configured as a sixth gate driver that controls 152a).

또한, 하이브리드 컨트롤러(150)는 벌크(bulk)와 충전(charge)과 슬립(sleep)의 3단계로 배터리(130)를 충전하여 배터리(130)의 수명연장을 위한 최적화된 방식으로 충전하도록 할 수 있다.In addition, the hybrid controller 150 can charge the battery 130 in three stages: bulk, charge, and sleep in an optimized manner to extend the life of the battery 130. there is.

한편, 하이브리드 컨트롤러(150)는 외부환경의 온도, 습도, 미세먼지, 풍향, 풍속의 환경정보를 각각 계측하는 제1센서와 인터페이스를 통해 연결되어 계측값을 실시간으로 수신하고, 제2센서를 통해 하이브리드 컨트롤러(150)의 셀의 온도를 계측하여 계측값을 실시간으로 수신하여 저장하여서, 풍력발전기(11)와 태양광 발전기(120)에 의한 전력생산량을 제어하고 배터리(130)로의 전력저장량을 제어할 수 있고, 모니터링 서버에서 빅데이터로 활용하여 일별, 월별, 분기별 또는 연도별 전력생산량을 예측하도록 할 수 있다.Meanwhile, the hybrid controller 150 is connected through an interface with a first sensor that measures environmental information such as temperature, humidity, fine dust, wind direction, and wind speed of the external environment, and receives the measured values in real time, and receives the measured values in real time through the second sensor. Measures the temperature of the cells of the hybrid controller 150, receives and stores the measured values in real time, controls the amount of power produced by the wind generator 11 and the solar generator 120, and controls the amount of power stored in the battery 130. It can be used as big data on the monitoring server to predict power production by day, month, quarter, or year.

다음, 모니터링 서버는 유무선 인터페이스를 통해 하이브리드 컨트롤러(150)에 의한 발전량과 충전량의 계측정보 및 환경정보를 표준 프로토콜 인증을 거쳐 수신하는 권한이 부여되어서, 계측정보 및 환경정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 전력생산과 전력저장 상황과 을 실시간으로 모니터링하도록 한다.Next, the monitoring server is authorized to receive measurement information and environmental information of the power generation and charging amount by the hybrid controller 150 through a wired and wireless interface through standard protocol authentication, and collects, stores, and manages the measurement information and environmental information. Perform analysis to monitor power production and power storage status in real time.

또한, 모니터링 서버는 하이브리드 컨트롤러(150)로부터 유무선 전송된 계측정보 및 환경정보를 분석하여서 하이브리드 컨트롤러(150)의 기능을 검증하여 오류 및 오작동의 원인을 제거하며, 고장을 진단하고, 교체시기를 예측하도록 할 수 있다.In addition, the monitoring server analyzes measurement information and environmental information transmitted wired or wirelessly from the hybrid controller 150 to verify the function of the hybrid controller 150 to eliminate causes of errors and malfunctions, diagnose failures, and predict replacement times. You can do it.

도 4는 도 1의 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템의 모듈케이스(162) 및 방열모듈을 예시한 것으로, 이를 참조하여 상술하면 다음과 같다.FIG. 4 illustrates the module case 162 and the heat dissipation module of the wind and solar hybrid power generation controller system of FIG. 1, which will be described in detail as follows.

하이브리드 컨트롤러(150)는 외부전극(161)을 구비한 모듈케이스(162)의 전극패드(163)에 전기적으로 연결되어 실장되며, 모듈케이스(162)의 저면에는 방열모듈(164)이 결합되고, 방열모듈(164)은 모듈케이스(162)와의 중첩영역에 형성되는 구리재질의 제1방열핀(165)과, 모듈케이스(162)와 중첩되지 않는 영역에 형성되는 알루미늄재질의 제2방열핀(166)을 구비하여서, 하이브리드 컨트롤러(150)에 의한 발열을 원활하게 방열하여 열적 안정성을 구현하도록 할 수 있다.The hybrid controller 150 is mounted by being electrically connected to the electrode pad 163 of the module case 162 equipped with external electrodes 161, and a heat dissipation module 164 is coupled to the bottom of the module case 162, The heat dissipation module 164 includes a first heat dissipation fin 165 made of copper formed in an overlapping area with the module case 162, and a second heat dissipation fin 166 made of aluminum formed in an area that does not overlap the module case 162. By providing a , heat generated by the hybrid controller 150 can be smoothly dissipated to achieve thermal stability.

즉, 모듈케이스(162)와 직접 접촉하는 영역에는 열전도성이 양호한 구리재질의 제1방열핀(165)을 형성하고, 제1방열핀(165)에 인접한 영역에는 알루미늄재질의 제2방열핀(166)을 형성하여서 저비용으로 열전도가 이루어지도록 하여 양호한 방열효과를 구현할 수 있다.That is, a first heat dissipation fin 165 made of copper with good thermal conductivity is formed in the area in direct contact with the module case 162, and a second heat dissipation fin 166 made of aluminum is formed in the area adjacent to the first heat dissipation fin 165. By forming it to conduct heat at low cost, a good heat dissipation effect can be realized.

또한, 제1방열핀(165)과 제2방열핀(166)의 사이에는 공냉 또는 수냉방식으로 냉각이 이루어지도록 하는 냉각파이프가 지그재그형태로 추가로 배설되어 제2센서에 의해 계측된 고열에 하이브리드 컨트롤러(150)가 냉각파이프로의 냉기 또는 냉각수의 유도을 제어하여 대처하도록 할 수도 있다.In addition, between the first heat dissipation fin 165 and the second heat dissipation fin 166, a cooling pipe is additionally disposed in a zigzag shape to allow cooling to be performed by air or water cooling, so that the high heat measured by the second sensor is controlled by the hybrid controller ( 150) may be able to cope by controlling the induction of cold air or coolant into the cooling pipe.

또한, 모듈케이스(162)의 저면에 접촉하는 영역에도 구리재질의 방열판이 형성되어 제1방열핀(165)과 결합되도록 구성될 수도 있다.Additionally, a heat sink made of copper may be formed in the area in contact with the bottom of the module case 162 and configured to be coupled to the first heat sink fin 165.

또한, 제1방열핀(165)은 방열모듈(164)로부터 일부 노출되는 구조로 형성되어 방열면적을 확장하도록 할 수도 있다.Additionally, the first heat dissipation fin 165 may be formed in a structure that is partially exposed from the heat dissipation module 164 to expand the heat dissipation area.

또한, 배터리(130)에 저장된 전력을 가로등, 신호등, 실외 조명장치, 안심콜 포스트 등에 공급하여 외부전력공급없이 안정적으로 공급하도록 할 수 있다.In addition, the power stored in the battery 130 can be supplied to street lights, traffic lights, outdoor lighting devices, safe call posts, etc. to ensure stable supply without external power supply.

따라서, 전술한 바와 같은 풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템의 구성에 의해서, 외부 네트워크와 접속하여 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 빅데이터로 활용하고, 계측정보를 분석하여 실시간 모니터링하도록 하며, 2종의 방열핀에 의해 하이브리드 컨트롤러의 열적 안정성을 구현할 수 있다.Therefore, by configuring the controller system for wind and solar hybrid power generation as described above, the measurement information is collected, stored, managed and analyzed by connecting to an external network to utilize it as big data, and the measurement information is analyzed in real time. monitoring, and the thermal stability of the hybrid controller can be realized by two types of heat dissipation fins.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so various equivalents may be substituted for them at the time of filing the present application. It should be understood that variations and variations may exist.

110 : 풍력발전기 111 : 나선형 블레이드
112 : 벌전기 113 : 마그네틱 브레이크
114 : 요잉 시스템 120 : 태양광 발전기
130 : 배터리 140 : 덤프로드
150 : 하이브리드 컨트롤러 151 : 제1제어단
152 : 제2제어단 161 : 외부전극
162 : 모듈케이스 163 : 전극패드
164 : 방열모듈 165 : 제1방열핀
166 : 제2방열핀
110: wind generator 111: spiral blade
112: electric generator 113: magnetic brake
114: Yawing system 120: Solar generator
130: Battery 140: Dump load
150: Hybrid controller 151: First control stage
152: second control stage 161: external electrode
162: module case 163: electrode pad
164: Heat dissipation module 165: First heat dissipation fin
166: Second heat dissipation fin

Claims (6)

800W 이상의 전력을 생산하는 풍력발전기;
200W 이상의 전력을 생산하는 태양광 발전기;
상기 풍력발전기 또는 상기 태양광 발전기에 의해 각각 생산된 전력을 저장하는 배터리;
상기 배터리로의 과충전을 방지하는 덤프로드;
FPGA를 사용하여 상기 배터리의 충전효율을 극대화하기 위한 최대 전력점 추종 MPPT 알고리즘을 구현하여서, 상기 배터리로의 전력 저장 및 상기 덤프로드의 과충전 및 과방전을 제어하고, 애플리케이션 또는 전력 저장 제어 관련 데이터의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하도록 외부 네트워크와 유무선통신이 가능하도록 하는 유무선 인터페이스를 구비하는, 하이브리드 컨트롤러; 및
상기 유무선 인터페이스를 통해 상기 하이브리드 컨트롤러에 의한 발전량과 충전량의 계측정보를 표준 프로토콜 인증을 거쳐 수신하는 권한이 부여되어 상기 계측정보의 수집과 저장과 관리와 분석을 수행하여 실시간 모니터링하는 모니터링 서버;를 포함하는,
풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템.
Wind turbines producing more than 800W of power;
Solar generator producing more than 200W of power;
a battery that stores power produced by the wind generator or the solar power generator, respectively;
a dump load that prevents overcharging of the battery;
By implementing the maximum power point tracking MPPT algorithm to maximize the charging efficiency of the battery using an FPGA, power storage in the battery and overcharging and overdischarging of the dump load are controlled, and application or power storage control-related data A hybrid controller equipped with a wired and wireless interface that enables wired and wireless communication with an external network to perform collection, storage, management, and analysis; and
A monitoring server that is authorized to receive measurement information of power generation and charging amount by the hybrid controller through the wired/wireless interface through standard protocol authentication and performs real-time monitoring by collecting, storing, managing, and analyzing the measurement information. doing,
Controller system for wind and solar hybrid power generation.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 컨트롤러는,
상기 풍력발전기로부터의 가변 AC 전력을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에 의해 정류된 가변 DC 전력을 강화하는 DC/DC 벅 컨버터와, 상기 DC/DC 벅 컨버터의 전단에 형성되어 입력 전압 및 전류를 계측하는 전단센서와, 상기 DC/DC 벅 컨버터의 후단에 형성되어 출력 전압 및 전류를 계측하는 후단센서와, 상기 FPGA에 의해 상기 풍력발전기로부터 상기 DC/DC 벅 컨버터로의 차단스위치를 제어하는 제1게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 덤프로드로의 차단스위치를 제어하는 제2게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 DC/DC 벅 컨버터를 제어하는 제3게이트 드라이버로 구성되는, 제1제어단; 및
상기 태양광 발전기로부터의 가변 DC 전력을 상승시키는 DC/DC 부스트 컨버터와, 상기 DC/DC 부스트 컨버터의 전단에 형성되어 입력 전압 및 전류를 계측하는 전단센서와, 상기 DC/DC 부스트 컨버터의 후단에 형성되어 출력 전압 및 전류를 계측하는 후단센서와, 상기 FPGA에 의해 상기 태양광 발전기로부터 상기 DC/DC 부스트 컨버터로의 차단스위치를 제어하는 제4게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 덤프로드로의 차단스위치를 제어하는 제5게이트 드라이버와, 상기 FPGA에 의해 상기 DC/DC 부스트 컨버터를 제어하는 제6게이트 드라이버로 구성되는, 제2제어단;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템.
According to paragraph 1,
The hybrid controller,
A rectifier that rectifies variable AC power from the wind power generator, a DC/DC buck converter that strengthens the variable DC power rectified by the rectifier, and a front end of the DC/DC buck converter to measure input voltage and current. A front-end sensor that is formed at the rear of the DC/DC buck converter to measure output voltage and current, and a first that controls a cutoff switch from the wind power generator to the DC/DC buck converter by the FPGA. A first control stage consisting of a gate driver, a second gate driver that controls a blocking switch to the dump load by the FPGA, and a third gate driver that controls the DC/DC buck converter by the FPGA; and
A DC/DC boost converter that increases variable DC power from the solar generator, a front-end sensor formed at the front of the DC/DC boost converter to measure input voltage and current, and a front-end sensor at the rear of the DC/DC boost converter. A back-end sensor is formed to measure the output voltage and current, a fourth gate driver that controls a cutoff switch from the solar generator to the DC/DC boost converter by the FPGA, and a fourth gate driver that controls the cutoff switch to the dump load by the FPGA. A second control stage consisting of a fifth gate driver that controls the cutoff switch and a sixth gate driver that controls the DC/DC boost converter by the FPGA,
Controller system for wind and solar hybrid power generation.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 컨트롤러는 외부환경의 온도, 습도, 미세먼지, 풍향, 풍속을 각각 계측하는 제1센서와 인터페이스를 통해 연결되어 계측값을 수신하고, 제2센서를 통해 상기 하이브리드 컨트롤러의 셀의 온도를 계측하여 계측값을 수신하는 것을 특징으로 하는,
풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템.
According to paragraph 1,
The hybrid controller is connected through an interface to a first sensor that measures the temperature, humidity, fine dust, wind direction, and wind speed of the external environment, and receives measured values, and measures the temperature of the cells of the hybrid controller through the second sensor. Characterized in receiving the measured value,
Controller system for wind and solar hybrid power generation.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 컨트롤러는 벌크와 충전과 슬립의 3단계로 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는,
풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템.
According to paragraph 1,
The hybrid controller is characterized in that it charges the battery in three stages: bulk, charge, and sleep.
Controller system for wind and solar hybrid power generation.
제1항에 있어서,
상기 풍력발전기는 나선형 블레이드와, 발전기와, 상기 나선형 블레이드의 회전수를 계측하는 인코더와, 상기 나선형 블레이드의 과회전 방지용 브레이크를 구비하고,
상기 하이브리드 컨트롤러는 상기 인코더에 의한 회전수에 따라 상기 브레이크를 제어하는 것을 특징으로 하는,
풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템.
According to paragraph 1,
The wind power generator includes spiral blades, a generator, an encoder that measures the number of rotations of the spiral blades, and a brake to prevent over-rotation of the spiral blades,
The hybrid controller is characterized in that it controls the brake according to the number of rotations by the encoder,
Controller system for wind and solar hybrid power generation.
제1항에 있어서,
상기 모니터링 서버는 상기 계측정보를 분석하여 상기 하이브리드 컨트롤러의 기능을 검증하여 오류 및 오작동의 원인을 제거하며, 고장을 진단하고, 교체시기를 예측하는 것을 특징으로 하는,
풍력 및 태양광 하이브리드 발전용 컨트롤러 시스템.
According to paragraph 1,
The monitoring server analyzes the measurement information to verify the function of the hybrid controller, eliminates causes of errors and malfunctions, diagnoses failures, and predicts replacement times.
Controller system for wind and solar hybrid power generation.
KR1020220115498A 2022-09-14 2022-09-14 Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module KR20240036896A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115498A KR20240036896A (en) 2022-09-14 2022-09-14 Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115498A KR20240036896A (en) 2022-09-14 2022-09-14 Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240036896A true KR20240036896A (en) 2024-03-21

Family

ID=90472528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220115498A KR20240036896A (en) 2022-09-14 2022-09-14 Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240036896A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101613907B1 (en) 2014-06-26 2016-04-21 김만익 Hybrid electric power generator and method for controlling electric power of the same
KR20180049511A (en) 2016-11-03 2018-05-11 (주)이씨스 Monitoring Control Method for Improving Charging Efficiency of Hybrid Generation Facilities

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101613907B1 (en) 2014-06-26 2016-04-21 김만익 Hybrid electric power generator and method for controlling electric power of the same
KR20180049511A (en) 2016-11-03 2018-05-11 (주)이씨스 Monitoring Control Method for Improving Charging Efficiency of Hybrid Generation Facilities

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. An intelligent solar energy-harvesting system for wireless sensor networks
KR101478791B1 (en) Method and System for Power Management
KR101298500B1 (en) Micro-Grid Simulation Apparatus and Power Management System
US10288041B2 (en) Renewable energy system having a distributed energy storage systems and photovoltaic cogeneration
KR101863141B1 (en) Power-controlled energy management system using lithium battery and supercapacitor
KR20210106136A (en) Smart piezoelectric energy harvesting systems
Hossain et al. Solar-wind power generation system for street lighting using internet of things
KR101509148B1 (en) Photovoltaics System, apparatus and method for operating of storage battery
KR101270977B1 (en) Clustering hybrid streetlight system
Eze et al. Comprehensive Review of Recent Electric Vehicle Charging Stations
Kosmadakis et al. Towards performance enhancement of hybrid power supply systems based on renewable energy sources
Merei et al. Optimization of an Off-grid hybrid PV-Wind-Diesel system with different battery technologies-Sensitivity Analysis
Kim et al. Computer-aided design and optimization of hybrid energy storage systems
KR102016731B1 (en) Battery energy storage system and management method thereof
KR102185938B1 (en) Grid participation type electric vehicle charging system with self-propelled type smart energy storage system
KR20240036896A (en) Controller system for hybrid generator of wind turbine and solar module
CN103532143A (en) New energy power generation system capable of making up power prediction accuracy
CN114844114B (en) Distributed optical storage-based remote safe operation and maintenance method for power distribution network
US20190109477A1 (en) Battery heat management
KR20170134072A (en) System for managing solar power generation device, method for managing solar power generation device, and computer readable storage medium
Aziz Electric vehicle utilization for ancillary grid services
JP3530519B2 (en) Voltage equalizing device for power storage device and power storage system provided with the device
Li et al. Supply and demand oriented energy management in the internet of things
Kemper et al. Model based design of a renewable energy supply with hybrid energy storage system
KR20210055109A (en) Removable electric vehicle charging system equipped with smart energy storage unit