WO2020149494A1 - 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 마이크로 그리드내의 다른 셀(수용가) 또는 에너지원과 연결되어 그 연결된 셀 또는 에너지원에 송전을 요청하여 전송되는 전기에너지를 저장하거나, 상기 전기에너지를 부하 또는 송전 요청하는 다른 셀에 전송하는 기능을 구비하는 직류배전 자율제어 시스템 및 운용방법에 관한 것으로서, 전체 시스템의 동작을 차단하거나 제어하는 통신 및 제어유닛, 입력되는 서로 다른 크기와 종류의 복수 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하는 단방향 DC-DC 변환장치, 일 측은 각각 다른 전압의 직류 배전선로에 연결되고, 다른 일 측은 단방향 DC-DC 변환장치와 연결되는 다수 개의 양방향 DC-DC 변환장치, 상기 변환장치들과 연결되며, 공급된 직류전원을 셀 내부의 교류 부하에 공급하는 독립형 DC-AC 인버터를 포함하는 시스템이며, 또한, 마이크로 그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류 자율배전 제어시스템(DC-DACS)을 다수 개의 셀에 결합하는 단계, DC-DACS이 결합된 셀을 클러스터 DC 그리드에 연결하는 단계, 다수 개의 클러스트 DC 그리드를 메인 DC 그리드에 연결하는 단계, DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 단계를 포함하는 운용방법에 관한 것이다. 따라서 각 셀 단위에서 신·재생에너지 설비의 설치 운영으로 대규모 설비 설치공간이 불필요하고, 기존의 배전 선로를 이용한 서로 다른 전압의 직류송배전을 함으로서 각 셀 간, 클러스터 간의 직류배전 자율제어가 가능하도록 구성된다.

Description

직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법
본 발명은 마이크로 그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전을 위한 직류 자율배전 제어시스템(DC-ADCS: Autonomous Distribution Control System) 및 그 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀 간에는 직류 배전을 실시하고, 셀 내에서는 직류 또는 교류의 전력 분배가 가능한 기능을 갖는 마이크로 그리드내의 부하 간 효율적인 전력 송배전에 관한 것으로서, 상기 직류배전 선로 간의 전압이 다르더라도 본 발명의 DC-ADCS를 통함으로써 서로 다른 크기의 전압을 갖는 전력을 전송할 수 있도록 할 수 있는 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
태양광발전 등 분산전원의 도입 확대에 따라 역조류(Reverse Power, Reverse Current)에 의한 계통전압의 상승과 주파수 조정력 부족 문제가 스마트그리드 확산의 주된 제약 요인이 되고 있다.
이의 대안으로, 분산전원 및 ESS(Energy Storage System)를 구비한 개별 수용가 단위의 셀을 상호 연계한 클러스터(소형 마이크로 그리드 개념)를 구성하고, 셀 상호간에 전력 수수를 실시하여 주파수변동 흡수와 전압 안정화가 가능하도록 함으로써, 분산자원의 확대에 따른 기간계통에 미치는 영향을 최소화하고 전력 이용효율 향상을 기할 필요가 있다.
전력수급에는 품질, 운영, 경제적 및 사회적 문제 등이 수반된다. 본 발명은 상술한 문제점을 해소하면서 에너지 사용효율을 극대화하는 연구로서, 기존의 시설(배선 선로)을 그대로 사용하면서 대규모 신·재생에너지 설비의 설치를 최소화하고 각 셀(수용가)에 소요량만 배전하는 직류 자율배전 제어시스템을 구축하고 운용하여 에너지 자립체계를 구축하는데 이바지 하고자 한다.
또한, 직류 마이크로 그리드를 구성함에 있어서, 저전압 배전계통은 직류1500V 또는 직류750V로 구성하고 있다. 이때 1500V와 750V 배전선로는 직접 연결할 수 없다. 즉, 서로 다른 크기의 전압을 갖는 배전선로를 통해 전력을 전송하려면 별도의 시스템을 필요로 하는 문제점이 있다.
본 출원인은 특허 '마이크로 그리드 내의 부하 간 효율작인 전력 송배전을 위한 직류배전 자율제어 시스템 및 그 운용방법(제10-2017-0138178호, 2017. 10. 24 출원)' 을 출원한바 있다. 상기 발명의 직류배전 자율제어 시스템은 DC 그리드에서 인입되는 크기가 동일한 전압의 직류 전력을 송배전하는 시스템으로서, 상술 바와 같이 다른 크기의 전압을 송배전하는 저전압 배전계통에 적용하는데 제한적인 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 서로 다른 수준의 전압크기를 갖는 배전선로를 본 발명의 직류 자율배전 제어시스템(DC-ADCS)에 연결하여, 직류 송배전을 함으로서 각 셀 간, 클러스터 간의 직류 자율배전 제어가 가능하도록 구성되는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은, 신재생 에너지 등 분산 전원의 계통연계 증가에 따른 계통전압 상승과 주파수 조정력 부족문제 해결을 위해 분산전원과 ESS를 구비한 다수의 수용가(셀)를 직류계통으로 상호 연계하여 클러스터를 구성하고, 클러스터 상호간의 원활한 전력수급을 통하여 기간계통의 주파수 및 전압 안정화가 가능한 기술을 개발하고자 한다. 그럼으로써, 분산자원의 수용률 증대와 전력 이용효율 향상에 기여할 것으로 기대한다.
본 발명의 다른 목적은, 분산전원의 확대에 따른 기간계통의 부담과 영향을 최소화하기 위한 소규모 직류 그리드의 구축과 전력을 자율 배전 제어하기 위한 시스템을 개발하고 실증하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다수의 클러스터 간의 자율적 전력 프로슈머가 가능하도록 하고, 클러스터내의 개별 셀이 보유한 ESS 성비공유를 실현함으로서 기간계통간의 공존을 통해 향후 수용반응(DR) 및 가상발전(VVP) 시스템 구축에 대한 경제적이며 효율적 대응을 위한 전력신기술 기반조성에 기여하고자 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 특징은, 통신 및 제어유닛과, 계통 연계형 컨버터와, 배터리 충·방전제어용 컨버터와, 직류 전력용 컨버터와, 차단 및 전환장치와, 독립형 DC-AC 인버터를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 다른 특징은, 상기 통신 및 제어유닛은, 데이터를 송·수신하며 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 전체 시스템의 동작을 제어하도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 통신 및 제어유닛은, 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성되며, 이더넷(TCP/IP) 통신을 이용하여 전력량 정보 및 필요한 데이터를 송수신 하도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 계통 연계형 컨버터는, 상기 통신 및 제어유닛에 의해 제어되며, 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되어, 셀과 셀, 클러스터와 클러스터의 DC 전력의 자율적 분배를 실현하도록 다수 개의 양방향 DC-DC 변환장치로 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 계통 연계형 컨버터의 상기 U1 및 U2 양방향 DC-DC 변환장치는, 일 측은 각각 다른 크기의 전압을 갖는 직류 배전 선로에 연결되며, 다른 일 측은 상기 직류 전력용 컨버터의 단방향 DC-DC 변환장치와 연결되도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터는, 상기 통신 및 제어유닛에 의해 제어되며, 계통 연계형 컨버터 및 직류 전력용 컨버터에 연결되어, 상기 컨버터들로부터 전기에너지를 전달받아 배터리에 저장하거나, 부하에 공급하도록 양방향 DC-DC 변환장치로 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터는, 배터리 충전장치를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 직류 전력용 컨버터는, 상기 통신 및 제어유닛에 의해 제어되며, DC Source에서 생산된 직류 전력을 변환하여 상기 계통 연계형 컨버터로 보내 다른 셀에 전력을 전송하거나, 배터리 충·방전 제어용 컨버터로 보내 배터리에 저장하는 단방향 DC-DC 변환장치로 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 차단 및 전환장치는, 상기 통신 및 제어유닛에 의해 제어되며, 상기 계통 연계형 컨버터 및 직류전원용 컨버터에 연결되어 부하에 전력 전송을 차단하거나 배터리 또는 다른 셀에 전력 전송을 전환하도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 독립형 DC-AC 인버터는, 상기 차단 및 전환장치에 연결되어, 부하에 교류전원을 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 특징은, (a) 결합 단계와, (b) 클러스터 DC 그리드 연결 단계와, (c) 메인 DC 그리드 연결 단계 및 (d) 송·수전 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 다른 특징은, 상기 (a) 결합 단계는, DC-DACS을 다수 개의 셀에 결합하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 다른 특징은, 상기 (b) 클러스터 DC 그리드 연결 단계는, 상기 DC-DACS이 결합된 셀을 클러스터 DC 그리드에 연결하도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 (b) 클러스터 DC 그리드 연결 단계는, 신·재생 에너지원이 더 연결되도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 (c) 메인 그리드 연결 단계는, 상기 다수 개의 클러스트 DC 그리드를 메인 DC 그리드에 연결하도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 (d) 송·수전 단계는, 상기 DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지도록 구성된다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 또 다른 특징은, 상기 (d) 송·수전 단계는, 평상시에는 상기 DC-DACS에 의해 셀 자체에서만 송전하고, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 중에서 송전을 요청한 셀 간에 송전 및 수전을 하고 나머지 셀은 차단되도록 구성된다.
이상에서와 같이 본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가(셀) 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법은, 기존의 배전선로를 그대로 이용하는 것이 가능하고, 각각의 셀에 필요한 만큼의 소규모 전력공급설비를 설치 운영함으로써 경제적, 사회적인 이익을 극대화할 수 있다.
본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법은, 기존 교류계통의 일반적인 문제점인 전력품질 문제, 운영 문제 등을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명의 DC-ADCS는 교류 계통에서 발생하는 전력 품질 측면의 전압안정성, 전압조정, 순시전압변동, 상간 불평형, 주파수 변동, 전압 왜형, 전류 왜형, 잡음 및 누설 등의 문제에 대해 교류 대신에 직류를 사용하는 배전계통 제어시스템으로 인하여 대응책이 용이하다.
또한, 본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 및 그 운용방법은, 교류 전력수급 운영상에서, 부하유동 관리, 전압 관리, 전압조정기 관리, 시스템 스위칭, 전력손실, 용량관리 어려움, 비용 과다 등의 문제점에 대한 대응책이 용이하다.
또한, 본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템은, 서로 다른 수준의 전압크기를 갖는 배전선로를 연결하여 직류송배전을 함으로서 별도의 장치가 필요 없이 각 셀 간, 클러스터 간의 직류배전 자율제어가 가능한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간의 개략적인 전기에너지 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류 자율배전 제어시스템을 운용한 배전 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템을 운용한 전기에너지 흐름제어를 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템을 운용할 때 셀 간 배전 손실 및 효율을 계산한 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 운용방법을 나타내는 개략적인 단계별 공정도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의 할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템(DC-ADCS : Autonomous Distribution Control System)은, 마이크로 그리드내의 수용가 또는 에너지원과 연결되어 그 연결된 셀 또는 에너지원에 송전을 요청하여 전송되는 전기에너지를 저장하거나, 상기 전기에너지를 부하 또는 송전 요청하는 다른 셀에 전송하는 직류배전 선로 간의 전압이 다르더라도 본 발명의 상기 DC-ADCS를 통함으로써 서로 다른 크기의 전압을 갖는 전력을 전송할 수 있는 발명이다.
또한, 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템(DC-ADCS)을 운용방법은, 셀 간에는 직류 배전을 실시하고, 셀 내에서는 직류 또는 교류의 전력 분배가 가능한 기능을 갖는 상기 DC-ADCS 으로써 클러스터의 전력 이용효율 향상을 도모하고자 한다. 개별 셀이 보유한 ESS(Energy Storage System) 또는 직류 ESS의 설비 공유를 실현함으로써 기간 계통과의 공존을 통해 향후 수요반응(DR) 및 가상발전(VPP) 시스템 구축에 대한 기반을 조성하는 발명이다.
본 발명에 사용되는 용어를 설명하면, 수용가(셀)는 개별 주소를 부여받은 에너지원(태양광, ESS, 풍력, 기타)을 갖추고 개별 IP주소를 부여받은 상기 DC-ADCS을 설치하여 전력을 자유롭게 주고받을 수 있는 최소 단위의 수용가를 말한다.
또한, 클러스터(cluster)는 다수의 셀을 하나로 묶어 분산자원을 공유하는 마이크로 그리드의 최소 단위를 말한다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간의 개략적인 전기에너지 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 직류 자율배전 제어시스템을 운용한 배전 제어 흐름을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템을 운용한 전기에너지 흐름제어를 나타내는 그림이고, 도 5는 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템을 운용할 때 셀 간 배전 손실 및 효율을 계산한 그림이고, 도 6은 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템 운용방법을 나타내는 개략적인 단계별 공정도이다.
<실시 예 1> 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템은, 통신 및 제어유닛(10)과, 계통 연계형 컨버터(20)와, 배터리 충·방전제어용 컨버터(30)와, 직류 전력용 컨버터(40)와, 차단 및 전환장치(50)와, 독립형 DC-AC 인버터(60)를 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 통신 및 제어유닛(10)은, 데이터를 송·수신하며, 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 전체 시스템의 동작을 제어하도록 구성된다.
또한, 이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 통신 및 제어유닛(10)은, 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성되며, 이더넷(TCP/IP) 통신을 이용하여 전력량 정보 및 필요한 데이터를 송수신 하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 계통 연계형 컨버터(20)는, 상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되어, 셀과 셀, 클러스터와 클러스터의 DC 전력의 자율적 분배를 실현하도록 다수 개의 양방향 DC-DC 변환장치(U1, U2)로 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 계통 연계형 컨버터(20)의 상기 U1 및 U2 양방향 DC-DC 변환장치는, 일 측은 각각 다른 크기의 전압을 갖는 직류 배전 선로에 연결되며, 다른 일 측은 상기 직류 전력용 컨버터(40)의 단방향 DC-DC 변환장치(U4)와 연결되며, 상기 DC-ADCS 내에서는 동일한 전압으로 제어되도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30)는, 상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 계통 연계형 컨버터(20) 및 직류 전력용 컨버터(40)에 연결되어, 상기 컨버터들(20,40))로부터 전기에너지를 전달받아 배터리(33)에 저장하거나, 부하(61)에 공급하도록 양방향 DC-DC 변환장치(U3)로 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30)는, 배터리 충전장치(32)를 더 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 직류 전력용 컨버터(40)는, 상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, DC Source(42)에서 생산된 직류 전력을 변환하여 상기 계통 연계형 컨버터(20)로 보내 다른 셀에 전력을 전송하거나, 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30)로 보내 배터리(33)에 저장하는 단방향 DC-DC 변환장치(U4)로 구성된다.
이때, 상기 DC Source(42)는 광기전력 셀(Cell PV), 풍력발전기, 발전기(NG/Diesel Generator) 등 다양한 발전시스템이 제공되며, 상기 DC Source(42)에서 생산되는 서로 다른 크기 및 종류의 직류 전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환되도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 차단 및 전환장치(50)는, 상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 상기 계통 연계형 컨버터(20) 및 직류전원용 컨버터(40)에 연결되어 부하에 전력 전송을 차단하거나 배터리 또는 다른 셀에 전력 전송을 전환하도록 구성된다.
이러한 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 상기 독립형 DC-AC 인버터(60)는, 상기 차단 및 전환장치(50)에 연결되어, 부하(61)에 교류전원을 공급하도록 구성된다.
<실시 예 2> 본 발명에 따른 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가(셀) 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법은, (a) 결합 단계(S100); (b) 클러스터 DC 그리드 연결 단계(S200); (c) 메인 DC 그리드 연결 단계(S300); (d) 송·수전 단계(S400)를 포함한다.
본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 상기 (a) 결합 단계(S100)는, DC-DACS(100)을 다수 개의 셀에 결합하여 구성된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 상기 (b) 클러스터 DC 그리드 연결 단계(S200)는, 상기 DC-DACS이 결합된 셀을 클러스터 DC 그리드(1.2)에 연결하도록 구성된다.
이러한 본 발명의 상기 (b) 클러스터 DC 그리드 연결 단계(S200)는, 신·재생 에너지원이 더 연결되도록 구성된다.
본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 상기 (c) 메인 그리드 연결 단계(S300)는, 상기 다수 개의 클러스터 DC 그리드(1.2)를 메인 DC 그리드(1.1)에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법의 상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 상기 DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지며, P2P 직류 전력거래 되도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 이러한 본 발명의 상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 평상시에는 상기 DC-DACS에 의해 셀 자체에서만 송전하고, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 중에서 송전을 요청한 셀 간에 송전 및 수전을 하고 나머지 셀은 차단되도록 구성된다.
다시 도 3을 참조하여 상기 (d) 송·수전 단계(S400)를 설명하면, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 간에 발생하는 전기에너지 흐름 제어를 예시한 바와 같이, 셀 A에서 셀 D로의 전기에너지 흐름(셀 A 송전→셀 D 수전)이 이루어진다. 나머지 셀 B/C/E/F는 배전선로와 연결되는 선로를 DC-ADCS의 차단장치(미도시)가 차단한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 DC-DACS(100)의 제어에 의한 전기에너지 분배를 나타내며, 4개의 셀(셀 A, B, C, D)로 구성된 하나의 클러스터 내에서의 전기에너지 흐름 제어(송전, 수전) 및 셀 간의 배전 손실 및 효율을 예시하고 있다.
<실시 예 2-1> 셀 A, B, C, D에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀(A)이 다수 개의 셀(B, C)에 송전을 요청할 때,
- 상기 셀 B, C의 전력량을 비교한다(S410 단계).
- 상기 단계에서 전력량이 많은 셀 B 또는 C가 우선 송전을 개시한다(S420 단계).
- 송전하는 셀 B 또는 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈춘다(S430 단계).
또한, 상기 셀 A의 송전 요청이 아직 유효하면,
- 상기 셀 B 또는 셀 C 중에서 송전 하지 않은 셀 C 또는 셀 B가 송전을 개시한다(S440 단계).
- 상기 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈춘다(S450 단계).
이때, 에너지의 흐름은 1) B→A, 2) B→D→A, 3) B→C→A, 4) B→C→D→A, 5) B→D→C→A, 6) C→A, 7) C→D→A, 8) C→B→A, 9) C→B→D→A, 10) C→D→B→A 중에서 택일되고, 셀 간 배전 손실이 가장 적으며 효율이 가장 높은 경로 순으로 배전된다.
<실시 예 2-2> 셀 A, B, C, D에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀 C가 다른 셀 B에게 송전을 요청할 때,
- 상기 셀 B가 셀 C에게 송전을 개시한다(S410＇ 단계).
- 상기 셀 B가 최저 용량이 되었거나, 셀 C가 필요만큼 수전하였으면, 송전을 멈춘다(S420＇ 단계).
이 때, 셀 A는 배선 선로와 차단(절연) 상태로 된다.
<실시 예 2-3> 셀 A, B, C, D에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 다수 개의 셀(B, C)이 하나의 셀(A)에 송전을 요청할 때,
- 요청 받은 상기 셀 A가 송전을 개시한다(S410〃 단계).
- 상기 셀 B와 셀 C는 각각 수전을 개시한다(S420〃단계).
- 상기 셀 B 또는 셀 C 각각의 송전요청이 멈출 때까지 셀 A가 송전을 계속한다(S430〃 단계).
- 상기 셀 A가 최저 용량이 되거나, 셀 B와 셀 C 모두에게서 송전요청이 멈추면 송전을 멈춘다(S440〃 단계).

Claims (14)

  1. 마이크로 그리드 내의 수용가(셀) 또는 에너지원과 연결되어 그 연결된 셀 또는 에너지원에 송전을 요청하여 전송되는 전기에너지를 저장하거나, 상기 전기에너지를 부하 또는 송전 요청하는 다른 셀에 전송하는 기능을 구비하는 직류 자율배전 제어시스템에 있어서,
    데이터를 송·수신하며, 상기 전기에너지의 흐름을 측정·감지하여 전체 시스템의 동작을 차단하거나 제어하도록 구성되는 통신 및 제어유닛(10);
    상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 직류 배전선로(DC-Grid)에 연결되어, 셀과 셀, 클러스터와 클러스터의 DC 전력의 자율적 분배를 실현하도록 복수 개의 양방향 DC-DC 변환장치(U1, U2)로 구성되는 계통 연계형 컨버터(20);
    상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, 상기 계통 연계형 컨버터(20) 및 직류 전력용 컨버터(40)에 연결되어, 상기 컨버터(20, 40)로부터 전기에너지를 전달받아 배터리(33)에 저장하거나, 부하(61)에 공급을 제어하도록 양방향 DC-DC 변환장치(U3)로 구성되는 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30);
    상기 통신 및 제어유닛(10)에 의해 제어되며, DC Source(42)에서 생산된 직류전력을 변환하여 상기 계통 연계형 컨버터(20)로 보내 다른 셀에 전력을 전송하거나, 상기 배터리 충·방전제어용 컨버터(30)로 보내 배터리(33)에 저장하는 단방향 DC-DC 변환장치(U4)로 구성되는 직류 전력용 컨버터(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 직류 자율배전 제어시스템(100)은, 상기 계통 연계형 컨버터(20) 및 직류 전력용 컨버터(40)에 연결되어 부하(61)에 전력 전송을 차단하거나 상기 배터리(33) 또는 다른 셀(1.21)에 전력 전송을 전환하도록 구성되는 차단 및 전환장치(50) 및 독립형 DC-AC 인버터(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 독립형 DC-AC 인버터(60)는, 상기 차단 및 전환장치(50)에 연결되어, 공급된 직류 전원을 셀 내부의 교류 부하(61)에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 및 제어유닛(10)은, 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성되며, 이더넷(TCP/IP) 통신을 이용하여 전력량 정보 및 필요한 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 계통 연계형 컨버터(20)의 U1 및 U2 양방향 DC-DC 변환장치는, 일 측은 각각 다른 크기의 전압을 갖는 직류 배전 선로에 연결되며, 다른 일 측은 상기 직류 전력용 컨버터(40)의 단방향 DC-DC 변환장치(U4)와 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 직류 전력용 컨버터(40)의 단방향 DC-DC 변환장치(U4)는, DC Source(42)로부터 입력되는 복수의 서로 다른 크기 및 종류의 직류전원을 소정 크기의 전압과 전류로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30)는, 배터리 충전장치(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30)에는, 상기 계통 연계형 컨버터(20)와, 상기 배터리 충·방전 제어용 컨버터(30) 및 상기 직류 전력용 컨버터(40)가 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템.
  9. 상기 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 직류 마이크로 그리드 내의 수용가(셀) 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법에 있어서,
    (a) 상기 직류 자율배전 제어시스템(DC-DACS :100)을 다수 개의 셀(1.21)에 결합하는, 결합 단계(S100);
    (b) 상기 DC-DACS이 결합된 셀(1.21)을 클러스터 DC 그리드(1.2)에 연결하는, 클러스터 DC 그리드 연결 단계(S200);
    (c) 상기 다수 개의 클러스터 DC 그리드(1.2)를 메인 DC 그리드(1.1)에 연결하는, DC 그리드 연결 단계(S300);
    (d) 상기 DC-DACS에 의해 송전 및 수전이 스스로 이루어지는 송·수전 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 (d) 송·수전 단계(S400)는,
    동일한 클러스터 DC 그리드(1.2) 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀(A)이 다수 개의 셀(B, C)에 송전을 요청할 때,
    상기 셀 B, C의 전력량을 비교하는 단계(S410);
    상기 단계에서 전력량이 많은 셀 B 또는 C가 우선 송전을 개시하는 단계(S420);
    상기 송전하는 셀 B 또는 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요량만큼 수전하였으면 송전을 멈추는 단계(S430);를 포함하며,
    또한, 상기 셀 A의 송전 요청이 아직 유효하면,
    상기 셀 B 또는 셀 C 중에서 송전 하지 않은 셀 C 또는 셀 B가 송전을 개시하는 단계(S440);
    상기 셀 C가 최저 용량이 되었거나, 셀 A가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈추는 단계(S450);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 하나의 셀 C가 다른 셀 B에게 송전을 요청할 때,
    상기 셀 B가 셀 C에게 송전을 개시하는 단계(S410');
    상기 셀 B가 최저 용량이 되었거나, 셀 C가 필요만큼 수전하였으면 송전을 멈추는 단계(S420');를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 동일한 클러스터 내의 셀 A, B, C에서, 각 셀 간의 부하 차에 따라 다수 개의 셀(B, C)이 하나의 셀(A)에 송전을 요청할 때,
    요청 받은 상기 셀 A가 송전을 개시하는 단계(S410");
    상기 셀 B와 셀 C는 각각 수전을 개시하는 단계(S420");
    상기 셀 B 또는 셀 C 각각의 송전요청이 멈출 때까지 셀 A가 송전을 계속하는 단계(S430");
    상기 셀 A가 최저 용량이 되거나, 셀 B와 셀 C 모두에게서 송전요청이 멈추면 송전을 멈추는 단계(S440");를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 평상시에는 상기 DC-DACS에 의해 셀 자체에서만 송전하는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 (d) 송·수전 단계(S400)는, 동일한 전력선에 연결되어 있는 여러 개의 셀 중에서, 송전을 요청한 셀 간에, 송전 및 수전을 하고, 나머지 셀은 차단되는 것을 특징으로 하는 직류 마이크로 그리드 내의 수용가 상호간 직류 자율배전 제어시스템의 운용방법.
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