KR20240038179A - 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 모듈 전력제어시스템에 관한 것으로서, 태양광 모듈과 상기 태양광 모듈의 전력을 관리하는 전력제어시스템과 ESS에 설치된 인접한 센서 노드(1-1)들의 데이터가 클러스터 헤드를 통해 클러스터링되고, 각 클러스터 헤드(1-2)들을 통해 클러스터링된 데이터가 웹 네트워크로 전송되도록 하는 센서 네트워크 클러스터링부; 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS와 연결되어, 상기 센서 네트워크 클러스터링부의 데이터 수집, 및 ESS 현장 통합관리시스템으로 기능하는 인터페이스 모듈; 상기 인터페이스 모듈(30)에 연결되고, 충전 및 방전 제어 시스템 기능을 가지고 설정된 값에 따라 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템의 자동 제어 기능을 갖는 ESS; 상기 인터페이스 모듈에 연결되고, 웹 네트워크로 연결되어 전력제어시스템의 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS를 포함하는 발전설비를 총괄하는 EMS; 및 상기 인터페이스 모듈과 EMS와 연결되어 비상 상황 데이터를 외부에 백업하는 클라우드부;를 포함한다.
Description
본 발명은 태양광 모듈 전력제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 클러스터 헤드의 센서의 문제 발생 시 다른 하나의 클러스터 헤드로 전환하여 다시 클러스터링하고, 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS와 연결되어, 센서 네트워크 클러스터링부의 데이터 수집 및 ESS 현장 통합관리시스템으로 기능하는 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 ESS(Energy storage system)는 발전소에서 과잉 생산된 전력 또는 불규칙하게 생산되는 신재생 에너지를 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장장치를 말한다.
구체적으로 ESS란 에너지를 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전기 전력계통에 전기를 저장해 두는 시스템을 말한다. 다시 말해서, 기존의 2차 전지처럼 하나의 제품에 시스템이 통합된 스토리지로 구성되는 하나의 집합체이다.
최근 급속히 성장하고 있는 신재생 에너지인 태양광 발전 시 불안정한 발전 에너지를 저장했다가 필요한 시점에 안정적으로 전력계통에 다시 공급해주는 필수 장치로 ESS의 중요성이 대두되고 있다. 만약 ESS가 없다면 바람이나 태양광에 의존하는 불안정한 전력 공급으로 인해 전력계통에 갑작스러운 단전 등 심각한 문제가 발생할 수 있다.
따라서 이러한 환경에서 스토리지가 매우 중요한 분야로 대두되고 있다.
이러한 ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생 에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전력 등의 기능으로 사용되고 있다.
에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다.
물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.
그러나 이러한 종래 발명들은 웹 네트워크 기반의 EMS는 현장의 상황에 실시간 대응이 어렵고, 센서 불량, 네트워크가 불안정할 시 또는 화재 시, 데이터 저장 및 처리 신뢰성 저하되는 단점과 EMS의 데이터 손실 시, 데이터복구 불가의 단점이 있었다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 센서 네트워크 클러스터링부는 어느 하나의 클러스터 헤드의 센서의 문제 발생 시 다른 하나의 클러스터 헤드로 전환하여 다시 클러스터링하고, 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS와 연결되어, 센서 네트워크 클러스터링부의 데이터 수집 및 ESS 현장 통합관리시스템으로 기능하는 인터페이스 모듈을 포함하며, ESS 내/외부에 Cloud 기반의 Black Box 기능을 설치하여, 화재 발생시 데이터 복구가 가능한 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 ESS DB 누적 및 암호화된 데이터 전송 방식 기반으로, 해킹당하더라도 데이터 분석 및 확인이 불가능한 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 PMS와 EMS 사이에 INTERFACE 모듈을 설치하여 데이터 흐름을 원활히 하고, 이종간 통신이 가능하도록 하는 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배터리실에 공조기 2대를 병렬로 연결하여 동작 시켜, 한대가 고장 나더라도 고치는 시간 동안 다른 공조기의 사용이 가능한 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 태양광 모듈과 상기 태양광 모듈의 전력을 관리하는 전력제어시스템과 ESS에 설치된 인접한 센서노드들의 데이터가 클러스터 헤드를 통해 클러스터링되고, 각 센서 클러스터들을 통해 클러스터링된 데이터가 웹 네트워크로 전송되도록 하는 센서 네트워크 클러스터링부; 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS와 연결되어, 상기 센서 네트워크 클러스터링부의 데이터 수집, 및 ESS 현장 통합관리시스템으로 기능하는 인터페이스 모듈; 상기 인터페이스 모듈에 연결되고, 충전 및 방전 제어 시스템 기능을 가지고 설정된 값에 따라 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템의 자동 제어 기능을 갖는 ESS; 상기 인터페이스 모듈에 연결되고, 웹 네트워크로 연결되어 전력제어시스템의 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS를 포함하는 발전설비를 총괄하는 EMS; 및 상기 인터페이스 모듈과 EMS가 연결되어 비상 상황 데이터를 외부에 백업한다.
상기 센서 네트워크 클러스터링부는 어느 하나의 클러스터 헤드의 센서의 문제 발생 시 다른 하나의 클러스터 헤드로 전환하여 다시 클러스터링한다.
상기 전력제어시스템 내 배터리 Rack 하단에 무진동 장치를 설치함으로, 이동형 및 무진동 ESS로 사용 가능하다.
상기 ESS는 PCS와 연동하여 작동하고, 충/방전 제어 시스템 기능을 가지고 설정된 값에 따라 PCS 자동 제어하는 기능을 갖는다.
상기 클라우드부는 EMS 내부 또는 외부에 Cloud 기반의 Black Box 기능을 설치하여 EMS의 데이터를 이중화거나, 상기 인터페이스 모듈에 Local Database를 설치 및 이중 저장하여, 화재 발생 시 데이터 복구가 가능하다.
상기 ESS는, 상기 전력제어시스템의 현장의 상태에 따라 단순한 연산기능 및 클라우드 서버로 DATA를 전송하여 처리하는 PMS를 포함한다.
상기 인터페이스 모듈은, 상기 EMS와 통하지 않고서도 공조, 소방, 및 센서 데이터를 현장에 직접 연동제어할 수 있고, 상기 전력제어시스템에 즉각적인 현장 대응이 필요한 긴급정지장치, 소화 및 공조설비를 분석 및 연산하여 제어하는 기능을 갖는다.
상기 EMS는, 상기 전력제어시스템의 발전량 분석, 수요분석, 위험상황 분석을 통해 원격 제어하고, 클라우드 서버로 전송하여 데이터를 분석하도록 한다.
상기 전력제어시스템에는 공조기 복수개를 병렬로 연결하여 동작시켜, 한대가 고장 나더라도 다른 공조기로 즉시 전환이 가능하다.
상기 EMS의 발전량 예측 기능은 기상 APl를 통해 태양광 > 부하이 되는 시간이 언제 인지 예측 또는 태양광 발전이 되지 않을 때, 발전기를 통한 충전량을 예측한다.
상기 EMS를 통해 배터리의 수동 충방전을 조절하는 수동 모드 기능; 상기 전력제어시스템의 상하부 온도차이가 발생하는 경우 서큘레이터를 가동하여 공기순환시키는 공조제어 기능; 또는 상기 전력제어시스템에서 필요한 경우 상업용 냉난방기 풍속 및 온도를 제어하는 온도 제어 기능; 중 하나를 포함한다.
상기 전력제어시스템 내의 소화 기능은 송수신기 통신 기능을 통해 화재접점 및 소화약제 방출접점 모니터링 기능을 통하여 화재 시 소화기를 작동한다.
상기 태양광 모듈 전력제어시스템의 인터페이스 모듈을 이용한 전력 제어 방법에 있어서, 독립형 시스템으로서 운전하는 독립 운전 모드에 대한 판단을 시작하는 단계; 태양광 발전량 >부하 소비량이면, 독립 운전 모드로 판단 종료하는 단계; 태양광 발전량 >부하 소비량이 아닌 경우, 즉 태양광 발전량 < 부하 소비량이거나 같은 경우 배터리 SOC가 20% 이상인지 확인하고, 배터리 SOC(State of Charge)가 20% 이상이면 상기 독립 운전 모드로 변경하는 단계; 만일 배터리 SOC가 20% 이하인 경우, 발전기를 가동하고, 배터리 충전 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.
상기 배터리 충전여부를 확인하여, 만일 배터리 SOC가 일정치 이상일 경우 배터리를 최대 충전하는 최대충전모드로 변경하고 배터리 SOC가 50% 이상인지를 다시 확인하는 단계;를 더 포함한다.
만일 배터리의 충전이 안되어 배터리 SOC가 일정치 이하일 경우, 배터리를 단독 충전하는 단독 충전 모드로 변경한 후 태양광 발전량 > 부하 소비량인 경우 상기 독립 운전 모드로 변경하며, 태양광 발전량 < 부하 소비량인 경우 단독 충전 모드를 유지하는 단계(S208, 209);를 더 포함한다.
본 발명에 따른 지능형 AI 기반의 EMS를 통하여, i) ESS 알고리즘 세분화로 인한 ESS의 화재 예방이 가능하고, ii) PMS의 시퀀스 간소화에 따른 신호 처리 시간이 감소한다.
또한, 본 발명은 배터리(리튬, 납축, 인산철 등) Rack 하단에 “무진동” 장치를 설치함으로, 이동형 ESS로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 EMS 내/외부에 Cloud 기반의 Black Box 기능을 설치하여, 화재 발생시 데이터 복구가 가능하다.
또한, 본 발명은 ESS DB 누적 및 암호화된 데이터 전송 방식 도입으로, 해킹당하더라도 해커가 데이터를 도용할 수 없으며, 관리자 인증 후 데이터 분석 및 확인이 가능하다.
또한, 본 발명은 PMS와 EMS 사이에 INTERFACE 모듈을 설치하여 데이터 흐름을 원활히 하고, 이종간 통신이 가능하다.
또한, 본 발명은 공조기 2대를 병렬로 연결하여 동작시켜, 한대가 고장 나더라도 고치는 시간 동안 다른 공조기의 사용이 가능하다.
또한, 본 발명은 제어시스템 내에 차단기와 MC가 통신으로 제어함으로, 시스템의 물리적(H/W) 및 시스템적(S/W)으로 시스템의 보호가 가능하다.
또한, 본 발명은 발전기가 연동되어 제어가 가능함으로써, 국내/외 오지 혹은 재난/재해 지역, 개발도상국, 도서 산간지역, 농촌 지역 등 독립형 시스템으로 다방면 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크 클러스터링에 대한 예를 보여주는 도면으로, 센서의 데이터를 그룹으로 분류하고 클러스터링 기법을 이용한 데이터 처리 기술을 통해 센서 네트워크의 전력 및 접속성 인식을 통한 제품 품질 향상이 가능한 것을 보여주는 도면이다.
도 3은 종래 제어 컨테이너 구성도를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신규 제어 컨테이너 구성도
도 5는 종래 시스템과 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템을 보여주는 도면이다.
도 6은 종래와 본 발명의 ESS 시스템 구성도를 비교하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 EMS / PMS / 인터페이스 모듈 (API) 비교 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 시스템 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 시스템 동작 순서도를 보여주는 도면이다.
도 11은 EMS 기능 List를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 네트워크 클러스터링에 대한 예를 보여주는 도면으로, 센서의 데이터를 그룹으로 분류하고 클러스터링 기법을 이용한 데이터 처리 기술을 통해 센서 네트워크의 전력 및 접속성 인식을 통한 제품 품질 향상이 가능한 것을 보여주는 도면이다.
도 3은 종래 제어 컨테이너 구성도를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신규 제어 컨테이너 구성도
도 5는 종래 시스템과 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템을 보여주는 도면이다.
도 6은 종래와 본 발명의 ESS 시스템 구성도를 비교하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 EMS / PMS / 인터페이스 모듈 (API) 비교 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 시스템 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 시스템 동작 순서도를 보여주는 도면이다.
도 11은 EMS 기능 List를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템은 태양광 발전부(3) 및 전력제어시스템(2)을 포함하고 있으며, 태양광 발전부(3)는 태양광 패널(21)로 이루어져 있고, 전력제어시스템(2)은 도 4와 같은 배터리실(23)과 출입문(9) 구성을 갖고 센서 노드(1-1), 클러스터 헤드(1-2), 및 센서 클러스터(1-3) 등을 포함하며, 전력 제어부 또는 전력 시스템을 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이 센서 네트워크 클러스터링 방법을 보면, 인접한 센서(1-1)들의 데이터를 클러스터 헤드(1-2) 및 센서 클러스터(1-3)를 통해 클러스터링(군집화)하고, 각 센서 클러스터(1-3)를 통해 클러스터링된 데이터를 전송한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 위한 전력 및 접속성 인식 클러스터 링 구현방법은, 크게 나누어, 각각의 노드에서 자신의 개설된 접속 수(Ci) 값을 계산하여 모든 인접하는 노드에 전달하는 단계(S110)와, 인접하는 노드로부터 개설된 접속 수 값을 수신한 후 자신의 접속성 지수(Si)를 계산하는 단계(S120)와, 접속성 지수를 계산 후 각각의 노드에서 자신의 접속성 지수(Si)를 TTL 값과 함께 다른 모든 노드들에 전달하는 단계(S130)와, 상기한 단계에서 전달된 값들 중 가장 높은 접속성 지수(Si) 값을 가지는 노드에 투표하는 단계(S140) 및 투표 결과에 근거하여 각각의 노드에서 자신의 클러스터 헤드(CH)를 결정하는 단계(S150)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 클러스터 헤드 결정단계에서 접속성 인식을 통해 접속성 지수가 가장 높은 노드를 클러스터 헤드로 선정하게 되고, 이를 통해 각 노드의 에너지 효율 개선 및 전체 네트워크의 총 수명이 향상된다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 종래 제어 컨테이너와 비교하여 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력제어시스템에 포함되는 전력 제어부는 배터리실(23)과 출입문(9) 등으로 이루어지고 전력 제어부 또는 전력 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 EMS(ESS Management System)는 ESS 시스템 전체통제 및 기능 관리하는 장치이고, PCS(Power Conditioning System)는 AC/DC, DC/AC로 변환하여 부하에 전력을 공급하는 장치이며, PMS(PCS Management System): PCS에 내장되어 시스템 통제 및 관리하는 장치이고, 배터리(BATTERY)는 PCS와 연결하여 전기를 저장하는 장치이며, BMS(Battery Management System)는 상기 배터리를 관리 및 감시하는 장치이다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 종래 ESS 시스템 구성도와 본 발명에 따른 ESS 시스템 구성도를 살펴보면, 종래 시스템의 경우 ① 웹 네트워크 기반의 EMS는 현장의 상황에 실시간 대응이 어려움, ② 네트워크가 불안정할 시, 데이터 처리 신뢰성 저하, ③ EMS의 데이터 손실 시, 데이터복구 불가의 단점이 있다.
이에 반하여 본 발명은 ① 현장에 설치된 인터페이스 모듈의 제어를 통해 현장에 실시간 대응이 가능, ② 현장 설비들에 직접 연결되어 데이터 처리 신뢰성 향상, ③ Local Database, EMS의 데이터 이중화, 데이터 복구 가능 등의 장점이 있다.
클라우드에 비상상황 데이터 백업 장치(50)에는 Cloud 기반의 Black Box 기능을 설치하여, 화재 발생시 데이터복구가 가능하다.
도 7에 도시된 바와 같이 전력제어시스템(2)의 환기 및 통풍을 위해 사용하는 서큘레이터(12), 전력제어시스템(2)의 안전 관리 정보를 수집하는 센서모듈(11), 전력제어시스템(2)의 화재를 예방하는 소화 장비(13), PMS, BMS, 인버터 등 현장의 모든 설비들과 연결이 가능한 인터페이스 모듈(API)(30), 인터페이스 모듈(30)과 EMS를 통신 연결하기 위한 TCP/IP, Mongo DB를 이용한 Local DB(42), 전력제어시스템의 모든 요소의 상태를 실시간으로 감시하고, 발전설비를 총괄하는 EMS(41), 전력제어시스템(2)의 난방, 환기 및 공기를 조절하고 순환하기 위해 사용하는 공조기(14), RS485 모드버스(modbus) 시리얼 통신 프로토콜에 연결되는 GCU(43), 복수개의 태양광 모듈로 이루어진 태양광 장치(21), 배터리를 관리 및 감시하는 BMS(22), PCS와 연동하여 작동하고, ESS의 충/방전 제어 시스템 기능을 갖는 PMS(24), AC/DC, DC/AC로 변환하여 부하에 전력을 공급하는 PCS(25), 독립적으로 전력을 생성하는 발전기(44), 발전기(44)에서 생성된 전력을 저장하는 배터리(23), PCS(25)로 부터 전력을 공급받아 작동하는 부하(45) 등으로 구성된다.
상기 EMS(41)는 발전기 기동 조건, 발전기 정지 조건, 발전기 가동 중 충전량 제어, 발전량 예측, 독립형 시스템 PCS 운영모드,계통연계형 시스템 PCS 운영모드,（계통연계형） 스케줄링 모드, 수동 모드, 공조제어, 소화장치, PCS 운영모드 등으로 작동된다.
도 8에 도시된 바와 같이, EMS / PMS / 인터페이스 모듈 (API) 비교표를 보면, 수행능력을 시스템 기능, 제어대상, 기능 및 성능, 데이터 처리로 나누어 비교하고 있다.
먼저 시스템 기능을 보면 PMS(24)의 경우 PCS와 연동하여 작동하고, ESS의 충/방전 제어 시스템 기능을 가지고 있으며, 인터페이스 모듈(30)의 경우 PMS, BMS, 인버터 등 현장의 모든 설비들과 연결이 가능하고, 데이터 수집, ESS 현장 통합관리시스템으로 기능한다.
또한 EMS(41)의 경우 전력제어시스템의 모든 요소의 상태를 실시간으로 감시하고, 발전설비를 총괄하는 시스템이다.
한편 제어대상에 대해 알아보면, PMS(24)의 경우 설정된 값에 따라 PCS 자동 제어 기능을 갖고 있고, 인터페이스 모듈(30)의 경우 공조, 소방, 센서 등을 EMS와 통하지 않고 현장에서 연동 제어할 수 있고, EMS(41)의 경우 사용자 및 관리자를 통해 원격 제어가 가능하다.
또한 EMS / PMS / 인터페이스 모듈 (API) 의 기능 및 성능을 알아보면, PMS(24)의 경우 현장의 상태에 따라 단순한 연산 기능 및 PCS 제어 기능을 갖고, 인터페이스 모듈(30)의 경우 즉각적인 현장 대응이 필요한 긴급정지장치, 소화 및 공조설비를 분석/연산하여 제어하는 기능을 가지며, EMS(41)의 경우 발전량 분석, 수요분석, 위험 상황 분석과 같은 복잡한 연산을 통해 전체 시스템을 제어하는 기능을 갖는다.
예를 들어 데이터 처리는 PMS(24)의 경우 클라우드 서버로 DATA를 전송하여 처리하고, 인터페이스 모듈(30)의 경우 현장 DB 저장 및 클라우드 서버로 DATA를 전송하여 처리하며, EMS(41)의 경우 클라우드 서버로 전송하여 데이터를 분석한다.
도 9에 도시된 바와 같이 최대충전모드[1번], 단독 충전 모드[2 번], 독립 운전 모드[9 번]로의 태양광(발전량)과 부하(소비량)를 비교하여 모드 변경하는 과정에 대하여 설명한다.
먼저 독립형 시스템에서, 운전모드 판단을 시작한다(S201).
태양광(발전량) > 부하(소비량)이면(S202), 독립 운전 모드[9 번]이므로 독립형 시스템 운전모드로 판단 종료한다(S210, S211).
태양광 > 부하가 아닌 경우(S202), 즉 태양광<부하이거나 같은 경우 배터리 SOC가 20% 이상인지 확인하고(S203), 배터리 SOC(State of Charge)가 20% 이상이면 상술한 독립 운전 모드[9번]로 변경하고, 독립형 시스템 운전모드 판단 종료 과정을 진행하며(S210, 211),
만일 배터리 SOC가 20% 이하인 경우(S203), 발전기를 가동하고(S204), 배터리 충전 여부를 확인한다(S205).
배터리 충전 여부를 확인하여(S205), 만일 배터리 충전이 되었을 경우(SOC가 일정치 이상일 경우) 최대충전모드[1번]로 변경하고(S206) 배터리 SOC가 50% 이상인지를 다시 확인한다(S207).
만일 배터리의 충전이 안 되었을 경우(SOC가 일정치 이하일 경우; S205), 단독 충전 모드[2 번]로 변경한 후 태양광 > 부하인 경우 상술한 독립 운전 모드[9 번]로 변경한 후 독립형 시스템 운전모드 판단 종료 과정을 진행하며, 태양광 < 부하인 경우 단독 충전 모드[2 번]를 유지한다(S208, 209).
도 10에 도시된 바와 같이 독립 운전 모드[9번]와 최대충전모드 [1 번]의 독립형 시스템 동작 순서도를 참고하면, 독립 운전 모드[9번]의 기본 운전 상태는 태양광 발전 20[kW], 부하 3~5[kW], 및 잉여전력 배터리 충전 상태이다.
이 때 모드 변경 조건은 "태양광 < 부하" 및 SOC 20% 이하이다.
만일 모드 변경 준비 상태인 경우 발전기 기동 후 차단기 On시킨다.
모드 변경이 독립 운전 모드[9 번] 에서 최대충전모드 [1 번]로 변경이면, 변경된 최대충전모드 [1 번]의 기본 운전 상태는 발전기 전력을 부하에 공급 및 잉여전력 배터리 충전 상태이다.
그리고 다른 모드 변경 조건은 "태양광 > 부하" 또는 SOC 50% 이상이다.
다른 모드 변경 준비는 발전기 정지 후 차단기 Off 상태이다.
만일 모드 변경이 최대충전모드 [1 번] 에서 독립 운전 모드[9 번]로 변경이면, 독립운전모드 [9 번]의 운전 상태는 다시 태양광 발전량 20[kW], 부하 소비량 3~5[kW], 및 잉여전력 배터리 충전 상태임이 바람직하다.
도 11에 도시된 바와 같이 이하 9가지 운영모드[1번 ~ 9번] 중 단독 충전 모드[2 번], 최대 출력 모드[3 번] , 출력 유지 모드[4 번], 단독 방전 모드［6 번］, 태양광 전력 방전 모드[7 번] 등을 통해 EMS 기능을 제공하는 것을 설명한다.
EMS 기능 List를 보면, EMS(41)는 발전기 기동 조건, 발전기 정지 조건, 발전기 가동 중 충전량 제어, 발전량 예측, 독립형 시스템 PCS 운영모드,계통연계형 시스템 PCS 운영모드,（계통연계형） 스케줄링 모드, 수동 모드, 공조제어, 소화장치, PCS 운영모드 등으로 작동된다.
먼저 발전기 기동 조건을 보면, 설정된 배터리 SOC 값보다 낮아진 경우 발전기를 기동（태양광 발전량 < 부하 이고, SOC가 20% 이하 일때)하는 조건이다.
발전기 정지 조건의 경우는 (1) 설정된 SOC 만큼 충전이 될 경우, (2) 태양광 발전량 > 부하인 경우이다.
발전기 가동 중 충전량 제어 기능은 발전기 80% 출력 량 = 부하 + 충전량 (이 때 충전량 = 80% 출력량 - 부하) 일 경우 작동한다.
발전량 예측 기능은 기상 APl를 통해 태양광(발전량) > 부하(소비량)이 되는 시간이 언제 인지 예측 (또는 태양광 발전이 되지 않을 때, 발전기를 통한 충전량 예측)하는 기능이다.
독립형 시스템 PCS 운영모드（발전기 o )는 기본모드인 경우 독립 운전 모드[9번]가 되고, 발전기 가동 모드인 경우 최대 충전 모드[1 번] 또는 단독 충전 모드[2번] 중 하나로 가동한다.
계통연계형 시스템 PCS 운영모드（발전기 X）는 충전 시 태양광 전력 방전 모드[7 번] 또는 단독 충전 모드[2 번], 만충 시 태양광 단독 방전 모드［기본모드; 6 번］, 방전 시 최대 출력 모드[3 번] 또는 출력 유지 모드[4 번] 중 하나를 실행한다.
(계통연계형) 스케줄링 모드는 설정한 스케줄링(시간)에 따라 충방전 스케줄을 운영(독립형 시스템 x)하는 기능이다.
수동 모드 기능은 EMS(EMS 설정창에서 수동 제어)를 통해 수동 충방전 조절하는 기능이다.
공조제어 기능은 상하부 온도차이가 발생하는 경우 서큘레이터를 가동하여 공기순환시키고, 온도 제어가 필요한 경우 상업용 냉난방기 풍속 및 온도를 제어한다.
소화(장치) 기능은 P형 수신기 통신, 화재접점, 및 소화약제 방출접점 모니터링 기능을 통해 이루어진다.
PCS 운영모드는 Hybrid PCS 의 9가지 운영모드[1번 ~ 9번]를 설정 및 운영하는 기능을 포함한다.
1-1 : 센서 노드
1-2 : 클러스터 헤드
1-3 : 센서 네트워크 클러스터링부
2 : 전력제어시스템
11 : 센서모듈
12 : 서큘레이터
13 : 소화장비
14 : 공조21 : 태양광 장치
22 : BMS
23 : 배터리
24 : PMS
25 : PCS
30 : 인터페이스 모듈
41 : EMS
42 : Local DB
43 : GCU
44 : 발전기
45 : 부하
1-2 : 클러스터 헤드
1-3 : 센서 네트워크 클러스터링부
2 : 전력제어시스템
11 : 센서모듈
12 : 서큘레이터
13 : 소화장비
14 : 공조21 : 태양광 장치
22 : BMS
23 : 배터리
24 : PMS
25 : PCS
30 : 인터페이스 모듈
41 : EMS
42 : Local DB
43 : GCU
44 : 발전기
45 : 부하
Claims (12)
- 태양광 모듈과 상기 태양광 모듈의 전력을 관리하는 전력제어시스템과 ESS에 설치된 인접한 센서 노드(1-1)들의 데이터가 클러스터 헤드를 통해 클러스터링되고, 각 클러스터 헤드(1-2)들을 통해 클러스터링된 데이터가 웹 네트워크로 전송되도록 하는 센서 네트워크 클러스터링부(1-3);
상기 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS와 연결되어, 상기 센서 네트워크 클러스터링부(1-3)의 데이터 수집, 및 ESS 현장 통합관리시스템으로 기능하는 인터페이스 모듈(30);
상기 인터페이스 모듈(30)에 연결되고, 충전 및 방전 제어 시스템 기능을 가지고 설정된 값에 따라 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템의 자동 제어 기능을 갖는 ESS(20);
상기 인터페이스 모듈(30)에 연결되고, 웹 네트워크로 연결되어 전력제어시스템의 상태를 실시간으로 감시하고, 상기 태양광 모듈과 전력제어시스템과 ESS를 포함하는 발전설비를 총괄하는 EMS(41); 및
상기 인터페이스 모듈(30)과 EMS(41)와 연결되어 비상 상황 데이터를 외부에 백업하는 클라우드부(50);를 포함하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 센서 네트워크 클러스터링부(1-3)는 어느 하나의 클러스터 헤드의 센서의 문제 발생 시 다른 하나의 클러스터 헤드로 전환하여 다시 클러스터링하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 전력제어시스템 내 배터리 Rack 하단에 무진동 장치를 설치함으로, 이동형 및 무진동 ESS로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 ESS(20)는 PCS와 연동하여 작동하고, 충/방전 제어 시스템 기능을 가지고 설정된 값에 따라 PCS 자동 제어하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 클라우드부(50)는 EMS 내부 또는 외부에 Cloud 기반의 Black Box 기능을 설치하여 EMS의 데이터를 이중화거나 상기 인터페이스 모듈(30)에 Local Database를 설치 및 이중 저장하여, 화재 발생시 데이터 복구가 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 ESS(20)는,
상기 전력제어시스템의 현장의 상태에 따라 단순한 연산기능 및 클라우드 서버로 DATA를 전송하여 처리하는 PMS(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 인터페이스 모듈(30)은,
상기 EMS와 통하지 않고서도 공조, 소방, 및 센서 데이터를 현장에 직접 연동제어할 수 있고,
상기 전력제어시스템에 즉각적인 현장 대응이 필요한 긴급정지장치, 소화 및 공조설비를 분석 및 연산하여 제어하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 EMS(41)는,
상기 전력제어시스템의 발전량 분석, 수요분석, 위험상황 분석을 통해 원격 제어하고, 클라우드 서버로 전송하여 데이터를 분석하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 전력제어시스템에는 공조기 복수개를 병렬로 연결하여 동작시켜, 한대가 고장 나더라도 다른 공조기로 즉시 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 EMS(41)의 발전량 예측 기능은 기상 APl를 통해 태양광(발전량) > 부하(소비량)이 되는 시간이 언제 인지 예측 또는 태양광 발전이 되지 않을 때, 발전기를 통한 충전량을 예측하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력제어시스템. - 상기 청구항 1의 태양광 모듈 전력제어시스템의 인터페이스 모듈을 이용한 전력 제어 방법에 있어서,
독립형 시스템으로서 운전하는 독립 운전 모드에 대한 판단을 시작하는 단계(S201);
태양광 발전량 >부하 소비량이면(S202), 독립 운전 모드로 판단 종료하는 단계(S211);
태양광 발전량 >부하 소비량이 아닌 경우(S202), 즉 태양광 발전량 < 부하 소비량이거나 같은 경우 배터리 SOC(State of Charge)가 20% 이상인지 확인하고(S203), 배터리 SOC가 20% 이상이면 상기 독립 운전 모드로 변경하는 단계(S210, 211);
만일 배터리 SOC가 20% 이하인 경우(S203), 발전기를 가동하고(S204), 배터리 충전 여부를 확인하는 단계(S205);를 포함하는 태양광 모듈 전력제어시스템을 이용한 전력 제어 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 배터리 충전여부를 확인하여(S205), 만일 배터리 SOC가 일정치 이상일 경우 배터리를 최대 충전하는 최대충전모드로 변경하고(S206) 배터리 SOC가 50% 이상인지를 다시 확인하는 단계(S207);를 더 포함하는 태양광 모듈 전력제어시스템을 이용한 전력 제어 방법.
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| KR1020220116004A KR102677000B1 (ko) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 태양광 모듈 전력제어시스템 및 이를 이용한 전력제어방법 |
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| KR20170002312A (ko) * | 2015-06-29 | 2017-01-06 | (주) 이이시스 | 신재생에너지 연계 하이브리드 에너지 저장 장치에 대한 적응형 에너지 관리 스케줄링 시스템 및 방법 |
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2022
- 2022-09-15 KR KR1020220116004A patent/KR102677000B1/ko active IP Right Grant
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |