KR20160144658A

KR20160144658A - Grid connected inverter having control function of Energy Storage System

Info

Publication number: KR20160144658A
Application number: KR1020150081077A
Authority: KR
Inventors: 이환귀
Original assignee: 주식회사 주왕산업
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2016-12-19

Abstract

본 발명은 신재생 에너지가 상용 계통으로 무의미하게 전달되는 것을 최소화하고, 신재생 에너지의 사용량을 극대화할 수 있도록 하는 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치에 관한 것으로,
상기 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치는 신재생 발전 장치의 발전 전력을 상용 전력으로 변환하여 전력 부하, 에너지 저장 장치, 및 상용 계통 중 적어도 하나로 출력하는 인버팅부; 및 상기 상용 계통과 상기 전력 부하간의 전류 흐름을 측정 및 분석하여 잉여 전력 발생 상태인지 전력 부족 상태인지 확인하고, 잉여 전력 발생이면, 상기 인버팅부의 출력 전력을 통해 상기 에너지 저장 장치를 충전시키고, 전력 부족 상태이면 상기 에너지 저장 장치에 충전된 전력을 상기 전력 부하에 공급하는 에너지 저장 장치 제어부를 포함할 수 있다. The present invention relates to a grid-connected inverter device having an energy storage device control function for minimizing unnecessary transmission of new and renewable energy to a commercial grid and maximizing the amount of new and renewable energy,
The grid-connected inverter device having the energy storage device control function includes an inverting unit for converting the generated power of the new and renewable generation device into commercial power and outputting it to at least one of a power load, an energy storage device, and a commercial system; And measuring and analyzing a current flow between the commercial system and the power load to determine whether a surplus power generation state or a power shortage state occurs and to charge the energy storage device through the output power of the inverting section if the surplus power generation occurs, And an energy storage device controller for supplying the power stored in the energy storage device to the power load when the power storage device is in a deficient state.

Description

[0001] The present invention relates to a grid-connected inverter having a control function of an energy storage device,

본 발명은 계통 연계형 인버터 장치에 관한 것으로, 특히 상용 계통으로의 전류 흐름 방향을 기반으로 에너지 저장 장치의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있도록 하는 계통 연계형 인버터 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0002] The present invention relates to a grid-connected inverter device, and more particularly, to a grid-connected inverter device capable of controlling charging and discharging operations of an energy storage device based on a current flow direction to a commercial grid.

최근 원자력 발전, 화력 발전에 의해 에너지 발전 용량에 한계가 발생함에 따라 가정, 빌딩, 공장 등과 같은 소규모 시설에서 태양광 발전, 풍력 발전과 같은 신재생 에너지를 이용하여 직접 에너지를 생산 및 사용하도록 하는 스마트 그리드 기술이 점차 개발, 확대 이용되고 있다. Recently, as energy generation capacity is limited by nuclear power generation and thermal power generation, smart power generation such as solar power generation and wind power generation using small renewal energy such as home, building, Grid technology is gradually being developed and expanded.

다만, 이와 같은 신재생 에너지를 발생하는 신재생 에너지 발전 장치는 균일한 전력을 생산할 수 없는 단점을 가진다. 이에 불균일하게 생산되는 전력을 저장해두었다가 안정적으로 공급할 수 있는 장치가 필요한데, ESS(Energy Storage System)와 연계함으로써 그 단점을 보완하도록 한다. However, such a new and renewable energy generation apparatus that generates renewable energy has a disadvantage that it can not produce uniform power. Therefore, it is necessary to have a device capable of storing unequally generated electric power and supplying it stably. However, it is necessary to compensate the disadvantages by linking with ESS (Energy Storage System).

태양광 ESS 시스템의 경우, 전력 피크 제어를 목적으로 태양광 발전 장치와 연계되어 야간에는 충전을 하고 주간에는 전력 목표치를 넘는 부분에 대해서 저장된 에너지를 사용하도록 한다. In the case of the solar ESS system, in order to control the power peak, charge the solar power generator at night and use the stored energy for the part over the power target in the daytime.

그러나 이와 같은 종래의 태양광 ESS 시스템은 전력 피크치 이상의 전력은 무조건적으로 상용 전력으로 기부하도록 하고 있어, 태양광 ESS 시스템이 설치한 시설에서 자신이 생성한 전력을 충분히 활용하지 못하게 되는 문제가 발생하고 있다. However, in the conventional solar photovoltaic cell ESS system, power exceeding the power peak value is unconditionally donated as commercial power, and there is a problem that the power generated by the solar photovoltaic power system can not be fully utilized in the facility .

http://www.energydaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=49254http://www.energydaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=49254

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 신재생 에너지 발전 장치의 발전 전력을 상용 전력으로 변환하는 계통 연계형 인버터 장치에 ESS 제어 기능을 적용시킴으로써, 태양광, 풍력 등을 통해 발생된 신재생 에너지가 상용 계통으로 무의미하게 전달되는 것을 최소화하고, 신재생 에너지의 사용량을 극대화할 수 있도록 하는 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치를 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a grid-connected inverter device for converting generated power of a renewable energy generation device into commercial power, To provide a grid-connected inverter device having an energy storage device control function that minimizes unnecessary transmission of new and renewable energy to a commercial system and maximizes the amount of new and renewable energy used.

또한, ESS에 저장된 전력을 계통 연계형 인버터 장치를 거쳐 전력 부하에 제공하도록 함으로써, ESS에 저장된 전력을 상용 전력으로 변환하기 위한 회로를 ESS가 별도로 구비하지 않도록 하는 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치를 제공하고자 한다. Also, it is possible to provide a system having an energy storage device control function that prevents the ESS from separately providing a circuit for converting the power stored in the ESS into commercial power by providing the power stored in the ESS to the power load via the grid- To provide a linked inverter device.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치는 신재생 발전 장치의 발전 전력을 상용 전력으로 변환하여 전력 부하, 에너지 저장 장치, 및 상용 계통 중 적어도 하나로 출력하는 인버팅부; 및 상기 상용 계통과 상기 전력 부하간의 전류 흐름을 측정 및 분석하여 잉여 전력 발생 상태인지 전력 부족 상태인지 확인하고, 잉여 전력 발생이면, 상기 인버팅부의 출력 전력을 통해 상기 에너지 저장 장치를 충전시키고, 전력 부족 상태이면 상기 에너지 저장 장치에 충전된 전력을 상기 전력 부하에 공급하는 에너지 저장 장치 제어부를 포함할 수 있다. As a means for solving the above problems, a grid-connected inverter device having an energy storage device control function according to an embodiment of the present invention converts generated power of a new-generation power generation device into commercial power, , And a commercial system; And measuring and analyzing a current flow between the commercial system and the power load to determine whether a surplus power generation state or a power shortage state occurs and to charge the energy storage device through the output power of the inverting section if the surplus power generation occurs, And an energy storage device controller for supplying the power stored in the energy storage device to the power load when the power storage device is in a deficient state.

상기 에너지 저장 장치는 상기 인버팅부의 출력단과 상기 에너지 저장 장치 사이에 위치하는 제1 스위치; 상기 전력 부하와 상기 에너지 저장 장치 사이에 위치하는 제2 스위치; 상기 인버팅부의 출력단과 상기 상용 계통 사이에 위치하는 제3 스위치; 상기 전력 부하와 상기 상용 계통 사이에 위치하는 제4 스위치; 및 상기 전력 부하 쪽에서 상기 상용 계통 쪽으로 전류가 흐르며 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 상한치 보다 낮으면, 상기 제1 스위치를 턴온시켜 상기 인버팅부의 출력 전력을 통해 상기 에너지 저장 장치를 충전되도록 하고, 상기 전력 부하 쪽에서 상기 상용 계통 쪽으로 전류가 흐르되 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 상한치 보다 높으면, 상기 제1 스위치 대신에 제3 스위치를 턴온시켜 상기 인버팅부의 출력 전력이 상기 상용 전력으로 전달되도록 하고, 상기 상용 계통 쪽에서 상기 전력 부하 쪽으로 전류가 흐르며 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 하한치 보다 높으면, 상기 제2 스위치를 턴온시켜 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 상기 전력 부하에 공급되도록 하고, 상기 상용 계통 쪽에서 상기 전력 부하 쪽으로 전류가 흐르되 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 하한치 보다 낮으면, 상기 제2 스위치 대신에 상기 제4 스위치를 턴온시켜 상기 상용 전력이 상기 전력 부하에 공급되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The energy storage device comprising: a first switch located between the output of the inverting portion and the energy storage device; A second switch located between the power load and the energy storage device; A third switch located between the output terminal of the inverting section and the commercial system; A fourth switch positioned between the power load and the commercial system; And when the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined upper limit value, the first switch is turned on to charge the energy storage device through the output power of the inverting portion , When a current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined upper limit value, the third switch is turned on instead of the first switch, so that the output power of the inverting portion is equal to the commercial power And when the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined lower limit value, the second switch is turned on so that the charging power of the energy storage device is supplied to the power load , And in the commercial system side, And a control unit for turning on the fourth switch instead of the second switch so that the commercial power is supplied to the power load when a current flows to the power load and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined lower limit value .

또한, 상기 에너지 저장 장치는 상기 인버팅부의 출력단과 상기 에너지 저장 장치 사이에 위치하는 제1 스위치; 상기 에너지 저장 장치와 상기 인버팅부의 입력단 사이에 위치하는 제2 스위치; 상기 인버팅부의 출력단과 상기 상용 계통 사이에 위치하는 제3 스위치; 상기 전력 부하와 상기 상용 계통 사이에 위치하는 제4 스위치; 상기 전력 부하 쪽에서 상기 상용 계통 쪽으로 전류가 흐르며 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 상한치 보다 낮으면, 상기 제1 스위치를 턴온시켜 상기 인버팅부의 출력 전력을 통해 상기 에너지 저장 장치를 충전되도록 하고, 상기 전력 부하 쪽에서 상기 상용 계통 쪽으로 전류가 흐르되 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 상한치 보다 높으면, 상기 제1 스위치 대신에 제3 스위치를 턴온시켜 상기 인버팅부의 출력 전력이 상기 상용 전력으로 전달되도록 하고, 상기 상용 계통 쪽에서 상기 전력 부하 쪽으로 전류가 흐르며 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 하한치 보다 높으면, 상기 제2 스위치를 턴온시켜 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 상기 인버팅부에 공급되도록 하고, 상기 상용 계통 쪽에서 상기 전력 부하 쪽으로 전류가 흐르되 상기 에너지 저장 장치의 충전 전력이 기 설정된 하한치 보다 낮으면, 상기 제2 스위치 대신에 상기 제4 스위치를 턴온시켜 상기 상용 전력이 상기 전력 부하에 공급되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The energy storage device may further include: a first switch located between the output terminal of the inverting unit and the energy storage device; A second switch located between the energy storage device and the input of the inverting portion; A third switch located between the output terminal of the inverting section and the commercial system; A fourth switch positioned between the power load and the commercial system; When the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined upper limit value, the first switch is turned on to charge the energy storage device through the output power of the inverting portion, When the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined upper limit value, the third switch is turned on instead of the first switch to transmit the output power of the inverting portion to the commercial power When the current flows from the commercial system side to the power load side and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined lower limit value, the second switch is turned on so that the charging power of the energy storage device is supplied to the inverting unit , And in the commercial system side, And a control unit for turning on the fourth switch to supply the commercial power to the power load instead of the second switch when a current flows to the load and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined lower limit value .

본 발명의 신재생 에너지 발전 장치의 발전 전력을 상용 전력으로 변환하는 계통 연계형 인버터 장치에 ESS 제어 기능을 적용시킴으로써, 최소한의 회로 구성으로 태양광, 풍력 등을 통해 발생된 신재생 에너지가 상용 계통으로 무의미하게 전달되는 것을 최소화하고, 신재생 에너지의 사용량을 극대화할 수 있도록 해준다. By applying the ESS control function to the grid-connected inverter device for converting the generated power of the renewable energy generation device of the present invention into commercial power, the renewable energy generated through the sunlight, wind power, etc., Minimizing unnecessary transmission and maximizing the use of renewable energy.

또한, 필요한 경우 ESS에 저장된 전력을 계통 연계형 인버터 장치를 거쳐 전력 부하에 제공하도록 함으로써, ESS에 저장된 전력을 상용 전력으로 변환하기 위한 회로를 ESS가 별도로 구비하지 않도록 함으로써, ESS의 회로 구성이 최소화될 수 있도록 해준다. In addition, by providing the power stored in the ESS to the power load through the grid-connected inverter device if necessary, the ESS does not have a circuit for converting the power stored in the ESS into commercial power, thereby minimizing the circuit configuration of the ESS It can be done.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통도를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치를 도시한 도면이다.
도3 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터 장치의 에너지 저장 장치 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치를 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 구현 예이다. 1 is a diagram illustrating a power system diagram according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a grid-connected inverter device having an energy storage device control function according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 6 are diagrams for explaining a method of controlling an energy storage device of a grid-connected inverter device according to an embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating a grid-connected inverter device having an energy storage device control function according to another embodiment of the present invention.
8 is an ESS implementation example according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. These embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. Only. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른전력 계통도를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a power system diagram according to an embodiment of the present invention.

도1을 참고하면, 본 발명의 전력 계통도는 변압기(11), 전력 계량부(21,22), 전력 부하(30), 신재생 에너지 발전 장치(30), 에너지 저장 장치(Energy Storage System, 이하 ESS)(50), 그리고 계통 연계형 인버터(50) 등을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the power system diagram of the present invention includes a transformer 11, power metering units 21 and 22, a power load 30, a renewable energy generation device 30, an energy storage system ESS) 50, and a grid-connected inverter 50, and the like.

변압기(11)는 한국 전력 공사 등에 의해 운영되는 대규모 발전 장치에 의해 생성 및 제공되는 상용 전력을 빌딩, 아파트, 회사 등과 같은 소규모 시설에서 사용 가능한 전력으로 변환하여 출력하며, 이와 동시에 신재생 에너지 발전 장치(30)에 의해 생성 및 제공되는 전력을 대규모 발전 장치 측으로 전달하는 역할을 한다. The transformer 11 converts commercial power generated and provided by a large-scale power generation apparatus operated by Korea Electric Power Corporation into power that can be used in a small-scale facility such as a building, apartment, or company, and outputs the converted power, And transmits the power generated and provided by the generator 30 to the large-scale power generation apparatus.

전력 계량부(21~24)는 변압기(11) 또는 계통 전력선에 연결되는 피크계량기(21), 한전용 CT(22), 전자식 전력량계(23), 및 디지털 전력량계(24) 중 적어도 하나로 구현될 수 있으며, 이는 변압기(11) 또는 계통 전력선에 연결되어 전류 흐름의 방향, 전류량 등을 측정한다. The power metering units 21 to 24 can be implemented with at least one of the peak meter 21 connected to the transformer 11 or the grid power line, the CT 22 for the KEPCO, the electronic watt hour meter 23 and the digital watt hour meter 24 Which is connected to the transformer 11 or the grid power line to measure the direction of current flow, the amount of current, and the like.

신재생 에너지 발전장치(30)는 태양광 발전장치, 풍력 발전 장치 등으로 구현되어, 태양광, 풍력 등과 같은 신재생 에너지로부터 전기 에너지를 획득 및 제공하도록 한다. The renewable energy generation device 30 is implemented as a solar power generation device and a wind power generation device, and acquires and provides electric energy from renewable energy such as solar light, wind power, and the like.

ESS(40)은 초 고용량의 다수의 슈퍼 커패시터(C11~Cmn)를 구비하고, 계통 연계형 인버터(50)의 제어하에 신재생 에너지 발전장치(30)에 의해 생성된 전력을 일시 저장하거나, 일시 저장된 전력을 다시 송전하도록 한다. 이때, 슈퍼 커패시터는 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 의사커패시터(Pseudo Capacitor; P-EDLC), 및 하이브리드 커패시터(Hybrid Capacitor) 중 적어도 하나일 수 있을 것이다. The ESS 40 includes a plurality of supercapacitors C11 to Cmn of a very large capacity and temporarily stores the power generated by the renewable energy generation device 30 under the control of the grid interconnected inverter 50, Transmit the stored power again. At this time, the supercapacitor may be at least one of an Electric Double Layer Capacitor (EDLC), a Pseudo Capacitor (P-EDLC), and a Hybrid Capacitor.

계통 연계형 인버터(50)는 기존의 인버팅부(510) 이외에 ESS 제어부(520)를 더 포함하고, 이를 통해 신재생 에너지 발전장치(30)에 의해 획득된 전력을 전력 부하(60)에 제공하되 잉여 전력 발생시에는 잉여 전력을 상용 계통(10)이 아닌 ESS(40)에 제공하여 ESS(40)가 잉여 전력을 충전하도록 한다. 또한 신재생 에너지 발전장치(30)에 의해 충분한 전력이 발생되지 않는 경우에는 ESS(40)에 충전된 전력을 전력 부하(60)에 제공함으로써, 상용 전력의 사용이 최소화될 수 있도록 한다. The grid-connected inverter 50 further includes an ESS control unit 520 in addition to the conventional inverting unit 510 to provide the electric power obtained by the renewable energy generation device 30 to the electric power load 60 When surplus power is generated, surplus power is supplied to the ESS 40 rather than the commercial system 10 so that the ESS 40 charges the surplus power. In addition, when sufficient power is not generated by the renewable energy generation device 30, the electric power charged in the ESS 40 is supplied to the electric power load 60 so that the use of the commercial electric power can be minimized.

전력 부하(60)는 신재생 에너지 발전 장치를 구비한 시설물에 설치된 전기 배선에 연결되는 각종 전자 제품일 수 있을 것이다. 전자 제품의 예로는 전등, 전열기, 컴퓨터 등이 있을 수 있다.
The power load 60 may be various electronic products connected to electric wiring installed in a facility equipped with a renewable energy generation device. Examples of electronic products include electric lamps, electric heaters, and computers.

즉, 본 발명에서는 계통 연계형 인버터(50)이 ESS 제어 기능을 추가적으로 제공하도록 함으로써, 계통 연계형 인버터(50)이 신재생 에너지 발전 장치(30)에 의해 발생된 잉여 전력이 무조건적으로 한전 전력 공사에 기부되던 것을 방지하고, 뿐 만 아니라 전력 부족분을 상용 계통이 아닌 ESS(40)을 통해 채우도록 함으로써, 신재생 에너지 활용량이 극대화될 수 있도록 해준다.
That is, in the present invention, the grid-connected inverter 50 additionally provides the ESS control function, so that the grid-connected inverter 50 can supply the surplus electric power generated by the renewable energy generation device 30 unconditionally, As well as to fill the power shortage through the ESS 40 rather than the commercial grid, thereby maximizing the amount of renewable energy utilization.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른에너지 저장 장치 제어 기능을 구비한 계통 연계형 인버터 장치를 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a grid-connected inverter device having an energy storage device control function according to an embodiment of the present invention.

도2을 참고하면, 본 발명의 계통 연계형 인버터 장치(50)는 인버팅부(510)와 ESS 제어부(520)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the grid-connected inverter device 50 of the present invention may include an inverting unit 510 and an ESS control unit 520.

먼저, 인버팅부(510)는 부스트 컨버터(511), 인버터(512), 필터(513), 및 제1 제어부(514)를 포함할 수 있다. First, the inverting unit 510 may include a boost converter 511, an inverter 512, a filter 513, and a first control unit 514.

부스트 컨버터(511)는 태양광 발전 장치, 풍력 발전 장치 등과 같은 신재생 에너지 발전 장치(30)를 통해 생성 및 출력되는 낮은 전압을 제1 제어부(514)에 의해 조정되는 전압 승압율에 따라 승압시키는 역할을 한다. 이때, 전압 승압율은 제1 제어부(514)로부터 제공되는 PWM 제어신호의 듀티비에 따라 결정된다. The boost converter 511 boosts a low voltage generated and outputted through the renewable energy generation device 30 such as a photovoltaic power generation device, a wind power generation device or the like according to the voltage boosting rate adjusted by the first control part 514 It plays a role. At this time, the voltage step-up ratio is determined according to the duty ratio of the PWM control signal provided from the first controller 514.

인버터(512)는 부스트 컨버터(511)를 통해 승압된 직류 전원을 제공받고, 이를 전력 부하(30)에 공급되기 위한 전원의 형태 및 주파수로 변환하도록 한다. 예를 들어, 인버터(512)는 부스트 컨버터(511)의 직류전력을 60Hz의 3상 또는 단상의 교류전원으로 변환할 수 있다.The inverter 512 receives the boosted DC power through the boost converter 511 and converts it to the form and frequency of the power supply to be supplied to the power load 30. [ For example, the inverter 512 may convert the DC power of the boost converter 511 to a three-phase or single-phase AC power of 60 Hz.

필터(513)는 인버터(512)에 의해 변환된 교류 전원에 포함된 반송파 주파수 및 서지 주파수를 필터링하는 구성요소로서, 계통 연계형 인터버의 출력단자와 전력 부하(30)를 상호 연결하는 전송 선로가 갖는 길이에 의해 계통 연계형 인터버의 출력단에 나타나는 전압 리플(Ripple)의 크기를 제거하여 깨끗한 정현파 파형의 전류가 계통(20)에 인가되도록 한다. The filter 513 is a component for filtering the carrier frequency and the surge frequency included in the AC power converted by the inverter 512. The filter 513 includes a transmission line So that the voltage of the voltage ripple appearing at the output terminal of the grid-connected inverter is removed, so that a current of a clean sinusoidal waveform is applied to the system 20.

또한, 필터(513)는 인버터(512)의 출력에 포함된 반송파 주파수 및 서지 주파수를 필터링하여, 전력 부하(30)으로의 전송 선로 길이에 상관없이 부하 및 계통(20)과 인버터(512)의 회로구성을 효과적으로 보호할 수 있게 된다. The filter 513 also filters the carrier frequency and the surge frequency included in the output of the inverter 512 to provide a signal to the load and the system 20 and the inverter 512, The circuit configuration can be effectively protected.

제1 제어부(514)는 최대전력 추종( MPPT : Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 구비하고, 이를 기반으로 신재생 에너지 발전 장치(30)로부터 인가되는 입력 전원의 전압 및 전류, 그리고 인버팅부(510)의 출력 전압 및 전류를 기반으로 태양전지 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(Maximum Power Point;MPP MOPP) 데이터를 추출하도록 한다. 그리고 추출된 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 부스트 컨버터(511)와 인버터(512)를 PWM 제어하여 최대전력동작점을 정확하게 추종하도록 한다. 즉, 신재생 에너지 발전 장치(30)의 최대 발전전력을 송전할 수 있도록 한다.
The first controller 514 has a maximum power point tracking (MPPT) algorithm. Based on the MPPT, the first controller 514 controls the voltage and current of the input power supplied from the renewable energy generator 30, The maximum power point (MPP MOPP) data that the solar cell array 10 can deliver maximum power based on the output voltage and current of the solar cell array 10. The boost converter 511 and the inverter 512 are PWM-controlled according to the extraction data of the extracted maximum power operating point so that the maximum power operating point is followed accurately. That is, the maximum generation power of the renewable energy generation device 30 can be transmitted.

그리고 ESS 제어부(520)는 제2 제어부(521), 제1 내지 제4 스위치(522~525) 등을 포함할 수 있다. The ESS control unit 520 may include a second control unit 521, first to fourth switches 522 to 525, and the like.

제2 제어부(521)는 전력 계량부(21~24)에 의해 측정 및 제공되는 전류 흐름의 방향을 기반으로 잉여 전력 발생 여부 또는 전력 부족분 발생 여부를 확인하고, 확인 결과에 따라 ESS(40)의 에너지 충전 및 방전 여부를 제어하도록 한다. The second control unit 521 checks whether there is a surplus power generation or a power shortage occurrence based on the direction of current flow measured and provided by the power metering units 21 to 24, Control the charge and discharge of energy.

만약, 전력 부하(60) 쪽에서 상용 계통(60) 쪽으로 전류가 흐르면, 제2 제어부(521)는 잉여 전력 발생하였다고 판단하고 ESS(40)를 계통 연계형 인버터 장치(50)(즉, 인버팅부(510))의 출력단에 연결시켜 ESS(40)가 신재생 에너지 발전 장치(30)에 의해 발생된 잉여 전력을 저장하도록 한다. If the current flows from the power load 60 side to the commercial system 60, the second control unit 521 determines that surplus electric power is generated and transmits the ESS 40 to the grid interconnected inverter apparatus 50 (that is, (510)) to allow the ESS (40) to store the surplus power generated by the renewable energy generation device (30).

또한 ESS(40)의 충전 전력을 모니터링하고, ESS(40)의 충전 전력이 기 설정된 상한치 이상이 되면, ESS(40)가 잉여 전력을 더 이상 충전할 수 없다고 판단한 후 인버팅부(510)의 출력단과 상용 계통(10)을 연결함으로써, 잉여 전력이 상용 계통(10)에 제공되도록 한다. The ESS 40 monitors the charging power of the ESS 40. When the charging power of the ESS 40 exceeds the preset upper limit value, the ESS 40 determines that the surplus power can not be charged any more, By connecting the output stage and the commercial system 10, surplus power is provided to the commercial system 10. [

반면, 상용 계통(60) 쪽에서 전력 부하(60)쪽으로 전류가 흐르면, 전력 부족 상황이 발생하였다고 판단하고 ESS(40)를 인버팅부(510)의 출력단에 연결시켜, ESS(40)가 전력 부하(60)의 전력 부족분을 채워줄 수 있도록 한다. On the other hand, if a current flows from the commercial system 60 to the power load 60, it is determined that a power shortage has occurred and the ESS 40 is connected to the output terminal of the inverting unit 510, (60).

이때에도 ESS(40)의 충전 전력을 모니터링하고, ESS(40)의 충전 전력이 기 설정된 하한치 이하가 되면, ESS(40)의 충전 전력이 전력 부족분을 충당할 수 없다고 판단한 후 상용 계통(10)을 전력 부하(60)에 연결함으로써, 전력 부하(60)로의 전력 공급은 안정적으로 유지될 수 있도록 한다. At this time, the charging power of the ESS 40 is monitored, and when it is determined that the charging power of the ESS 40 is below the predetermined lower limit value, the charging power of the ESS 40 can not cover the power shortage, To the power load (60), the power supply to the power load (60) can be stably maintained.

제1 스위치(522)는 인버팅부(510)의 출력단과 ESS(40) 사이에 위치하여 제2 제어부(521)의 제어하에 온/오프되면서, 잉여 전력이 발생하며 ESS(40)의 충전 전력이 상한치 이하인 경우에 한해 인버팅부(510)의 출력 전력 중 일부(즉, 전력 부하(60)에 의해 소모되고 남는 잉여 전력)이 ESS(40)에 충전되도록 한다. The first switch 522 is located between the output terminal of the inverting unit 510 and the ESS 40 and is turned on and off under the control of the second control unit 521 to generate surplus electric power, (That is, surplus power that is consumed and consumed by the power load 60) of the output power of the inverting unit 510 is charged in the ESS 40 only when the output power is lower than the upper limit.

제2 스위치(523)는 전력 부하(60)와 ESS(40) 사이에 위치하여 제2 제어부(521)의 제어하에 온/오프되면서, 전력 부족분이 발생하며 ESS(40)의 충전 전력이 하한치 이상인 경우에 한해 ESS(40)이 전력 부하(60)의 전력 부족분을 공급할 수 있도록 한다. The second switch 523 is located between the power load 60 and the ESS 40 and is turned on and off under the control of the second control unit 521 so that a power shortage occurs and the charging power of the ESS 40 is not less than the lower limit So that the ESS 40 can supply the power shortage of the power load 60 only.

제3 스위치(524)는 인버팅부(510)의 출력단과 상용 계통(10) 사이에 위치하여 제2 제어부(521)의 제어하에 온/오프되면서, 잉여 전력이 발생하며 ESS(40)의 충전 전력이 상한치 이상인 경우에 한해 인버팅부(510)의 출력 전력 중 일부(즉, 전력 부하(60)에 의해 소모되고 남는 잉여 전력)이 상용 계통(10)에 충전되도록 한다. 즉, ESS(40)에 충전되고도 남는 전력만이 상용 계통(10)에 충전되도록 한다. The third switch 524 is positioned between the output terminal of the inverting unit 510 and the commercial system 10 and is turned on and off under the control of the second control unit 521 to generate surplus electric power and to charge the ESS 40 Only the part of the output power of the inverting unit 510 (that is, surplus power consumed by the power load 60) is charged into the commercial system 10 only when the power is equal to or higher than the upper limit value. That is, only the electric power remaining in the ESS 40 is charged in the commercial system 10.

제4 스위치(525)는 전력 부하(60)와 상용 계통(10) 사이에 위치하여 제2 제어부(521)의 제어하에 온/오프되면서, 전력 부족분이 발생하며 ESS(40)의 충전 전력이 하한치 이하인 경우에 한해 상용 계통(10)이 전력 부하(60)의 전력 부족분을 공급할 수 있도록 한다. 즉, ESS(40)에 충전된 전력이 모두 소진된 후에야 상용 계통(10)의 전력이 전력 부하(60)에 공급되도록 한다.
The fourth switch 525 is located between the power load 60 and the commercial system 10 and is turned on and off under the control of the second control unit 521 so that a power shortage occurs and the charging power of the ESS 40 reaches the lower limit The commercial system 10 can supply the electric power shortage of the electric power load 60 only. That is, power of the commercial system 10 is supplied to the power load 60 only after all of the electric power charged in the ESS 40 is consumed.

이하, 도3 내지 도6을 참고하여 본 발명의 일 실시예 따른 계통 연계형 인버터 장치의 에너지 저장 장치 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, a method of controlling the energy storage device of the grid interconnect type inverter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.

만약, 신재생 에너지 발전 장치(30)를 통해 생성된 발전 전력이 전력 부하(60)의 소비 전력량보다 많으면, 계통 연계형 인버터 장치(50)에서 상용 계통(60) 쪽으로의 전류 흐름이 발생하게 된다. If the generated power generated through the renewable energy generation device 30 is larger than the power consumption of the power load 60, current flows from the grid interconnected inverter device 50 to the commercial system 60 .

그러면, 제2 제어부(520)는 전력 계량부(21~24)를 통해 이를 즉각 감지하고, 도3에 도시된 바와 같이 이에 응답하여 제1 스위치(522)를 턴온시켜 인버팅부(510)의 출력단에 전력 부하(60)와 ESS(40)가 공통 연결되도록 한다. 3, the second control unit 520 immediately senses this through the power metering units 21 to 24 and turns on the first switch 522 in response to this to turn on the inverting unit 510 So that the power load 60 and the ESS 40 are commonly connected to each other.

그러면, 전력 부하(60)에 제공되고 남는 신재생 에너지 발전 장치(30)의 발전 전력, 즉 잉여 전력은 상용 계통(10)이 아닌 ESS(40)에 공급, 충전되게 된다.
The generated power, that is, the surplus power, of the renewable energy generation device 30 provided and left in the power load 60 is supplied to and charged in the ESS 40 instead of the commercial system 10. [

이러한 상태가 계속적으로 유지되고 이에 따라 잉여 전력 공급량이 ESS(40)의 충전 용량을 초과하여 ESS(40)의 충전 전력이 기 설정된 상한치 이상이 되면, 제2 제어부(520)는 도4에 도시된 바와 같이 제1 스위치(522) 대신에 제3 스위치(524)를 턴온시켜 잉여 전력이 상용 계통(10)으로 공급되도록 해준다.
If this state is continuously maintained and thus the surplus power supply amount exceeds the charging capacity of the ESS 40 and the charging power of the ESS 40 becomes the predetermined upper limit value or more, The third switch 524 is turned on instead of the first switch 522 to supply surplus power to the commercial system 10 as shown in FIG.

반면, 전력 부하(60)의 소비 전력량이 신재생 에너지 발전 장치(30)를 통해 생성된 발전 전력 보다 많아지면, 상용 계통(60)에서 계통 연계형 인버터 장치(50) 쪽으로의 전류 흐름이 발생하게 된다. On the other hand, if the amount of power consumption of the power load 60 exceeds the generated power generated through the renewable energy generation device 30, current flows from the commercial system 60 to the grid-connected inverter device 50 do.

제2 제어부(520)는 전력 계량부(21~24)를 통해 이를 즉각 감지하고, 도5에 도시된 바와 같이 제2 스위치(523)를 턴온시켜 상용 계통(10)이 전력 부하(60)의 전력 부족분을 공급하도록 해준다.
5, the second control unit 520 turns on the second switch 523 to turn on the commercial system 10 to turn on the power load 60 To supply power shortages.

이러한 경우에도, 제2 제어부(520)는 ESS(40)의 충전 전력을 계속적으로 모니터링하고 ESS(40)의 충전 전력이 기 설정된 하한치 이하가 되면, ESS(40)가 더 이상 전력 부하(60)의 전력 부족분을 공급해줄 수 없음을 확인하고, 도6에서와 같이 제2 스위치(523) 대신에 제4 스위치(525)를 턴온시켜 잉여 전력이 상용 계통(10)으로 공급되도록 해준다.
The second control unit 520 continuously monitors the charging power of the ESS 40 and when the charging power of the ESS 40 falls below a preset lower limit value, And the fourth switch 525 is turned on instead of the second switch 523 as shown in FIG. 6, so that surplus power is supplied to the commercial system 10.

한편, ESS(40)에서 전력 부하(60)에 직접 전력을 제공하기 위해서는 ESS(40)가 에너지 저장 회로 이외에 ESS(40)에 충전된 전력을 전력 부하(60)가 사용 가능한 전압 및 주파수를 가지는 전원으로 가변시켜 주는 전압 조정 회로를 추가적으로 구비해야 한다. 이에 ESS(40)의 구성이 복잡해지고, 이에 따라 ESS(40)의 제조 시간 및 단가가 높아지는 문제가 발생하게 된다. On the other hand, in order to provide power directly to the power load 60 in the ESS 40, the ESS 40 must supply the power charged in the ESS 40, in addition to the energy storage circuit, It is necessary to additionally provide a voltage regulating circuit for varying the power supply. Therefore, the construction of the ESS 40 becomes complicated, and thus the manufacturing time and cost of the ESS 40 increase.

이에 본 발명에서는 도7에서와 같이 제2 스위치(523)의 배치 위치를 변경함으로써, ESS(40)이 단순 에너지 저장 회로만을 구비하도록 하고, 출력 전압 조정 회로를 구비할 필요가 없도록 해줄 수도 있다. Therefore, in the present invention, by changing the arrangement position of the second switch 523 as shown in FIG. 7, the ESS 40 can be provided with only the simple energy storage circuit, and it is not necessary to provide the output voltage adjustment circuit.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계통 연계형 인버터(50)은 제2 스위치(523')를 ESS(40)의 출력단과 계통 연계형 인버터(50)의 입력단 사이에 위치시켜, ESS(40)의 출력 전압이 계통 연계형 인버터(50)의 입력으로 인가되도록 하고, 이에 따라 계통 연계형 인버터(50)가 ESS(40)의 출력 전압을 승압, 교류 전원으로 변환시켜 전력 부하(30)가 사용 가능한 전력을 생성 및 출력할 수도 있도록 한다.
In other words, the grid-connected inverter 50 according to another embodiment of the present invention places the second switch 523 'between the output terminal of the ESS 40 and the input terminal of the grid-connected inverter 50, Connected inverter 50 converts the output voltage of the ESS 40 to step-up AC power so that the power load 30 is supplied to the grid- And to generate and output usable power.

또한, 본 발명에서는 ESS를 구성하는 슈퍼 캐패시터의 경우 최대 사용 횟수가 고정되어 있는 유한한 자원임을 고려하여, 슈퍼 캐패시터를 사용 회수를 최소화시킴으로써, ESS의 사용 기간을 극대화시켜 줄 수도 있도록 해준다. Also, in the present invention, considering the fact that the maximum number of times of use of the supercapacitor constituting the ESS is a finite resource, the use time of the supercapacitor is minimized, thereby maximizing the use period of the ESS.

이를 위해, 본 발명에서는 도8에 도시된 바와 같이, ESS(40)를 n(n은 2 이상의 자연수)개의 슈퍼 커패시터가 직렬 연결된 커패시터 어레이((C11~C1n),(C21~C2n)...(Cm1~Cmn))를 m개 병렬 연결함으로써 구현하되, 전단의 커패시터 어레이의 일단과 후단의 커패시터 어레이의 일단 사이에 삽입되는 다수의 제1 스위치(S11~S1m), 전단의 커패시터 어레이의 타단과 후단의 커패시터 어레이의 타단 사이에 삽입되는 다수의 제2 스위치(S21~S2m), 전단의 커패시터 어레이의 일단과 후단의 커패시터 어레이의 타단 사이에 삽입되는 다수의 제3 스위치(S31~S3m), 부스터 컨버터(110)의 제 1 출력 단자와 각각의 커패시터 어레이 사이에 삽입되는 다수의 제4 스위치(S41~S4m)를 더 포함하도록 한다. To this end, as shown in FIG. 8, the ESS 40 is divided into capacitor arrays C11 to C1n, C21 to C2n, ..., and n (n is a natural number of two or more) supercapacitors connected in series. (Cm1 to Cmn)) are connected in parallel to each other, a plurality of first switches (S11 to S1m) inserted between one end of the capacitor array of the preceding stage and one end of the capacitor array of the succeeding stage, A plurality of second switches S21 to S2m inserted between the other ends of the capacitor arrays at the rear stage, a plurality of third switches S31 to S3m inserted between the other ends of the capacitor arrays at the one end and the rear end of the capacitor array at the front stage, And a plurality of fourth switches S41 to S4m inserted between the first output terminal of the converter 110 and the respective capacitor arrays.

그리고 제2 제어부(521)를 통해 제1 내지 제4 스위치((S11~S1m),S21~S2m),(S31~S3m), (S41~S4m)) 각각을 온/오프시켜, 슈퍼 커패시터(C11~Cmn)의 연결 구조를 가변하고, 이에 따라 전력 충/방전에 사용되는 슈퍼 커패시터의 개수를 임의 조정할 수 있도록 해준다. The first to fourth switches S11 to S1m, S21 to S2m, S31 to S3m, and S41 to S4m are turned on and off through the second control unit 521 to turn on and off the supercapacitor C11 To Cmn), thereby making it possible to arbitrarily adjust the number of supercapacitors used for power charging / discharging.

즉, 본 발명에서는 제2 제어부(521)를 통해 신재생 에너지 발전 장치에 의해 생성된 전력을 기반으로 필요 용량만큼 슈퍼 커패시터만이 사용되도록 하고, 나머지 슈퍼 커패시터의 사용은 차후를 위해 자제되도록 함으로써, ESS의 사용 기간이 극대화될 수 있도록 해준다. That is, in the present invention, only the supercapacitor is used for the required capacity based on the power generated by the renewable energy generator through the second controller 521, and the remaining supercapacitors are used for the next time, And to maximize the use of ESS.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims

An inverting unit for converting the generated power of the new and renewable generation device into commercial power and outputting it to at least one of a power load, an energy storage device, and a commercial system; And
Measuring the current flow between the commercial system and the power load and analyzing the current flow to determine whether the surplus power generation state or the power shortage state is present; charging the energy storage device through the output power of the inverting unit if the surplus power generation occurs; And an energy storage device control unit for supplying the power stored in the energy storage device to the power load when the power storage device is in the power saving mode.

The apparatus of claim 1, wherein the energy storage device
A first switch located between the output terminal of the inverting section and the energy storage device;
A second switch located between the power load and the energy storage device;
A third switch located between the output terminal of the inverting section and the commercial system;
A fourth switch positioned between the power load and the commercial system;
When the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined upper limit value, the first switch is turned on to charge the energy storage device through the output power of the inverting portion, When the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined upper limit value, the third switch is turned on instead of the first switch to transmit the output power of the inverting portion to the commercial power When the current flows from the commercial system side to the power load side and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined lower limit value, the second switch is turned on so that the charging power of the energy storage device is supplied to the power load On the commercial system side, And a controller for turning on the fourth switch to supply the commercial power to the power load instead of the second switch when a current flows to the power load and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined lower limit value Wherein the energy storage device has a function of controlling the energy storage device.

The apparatus of claim 1, wherein the energy storage device
A first switch located between the output terminal of the inverting section and the energy storage device;
A second switch located between the energy storage device and the input of the inverting portion;
A third switch located between the output terminal of the inverting section and the commercial system;
A fourth switch positioned between the power load and the commercial system;
When the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined upper limit value, the first switch is turned on to charge the energy storage device through the output power of the inverting portion, When the current flows from the power load side to the commercial system and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined upper limit value, the third switch is turned on instead of the first switch to transmit the output power of the inverting portion to the commercial power When the current flows from the commercial system side to the power load side and the charging power of the energy storage device is higher than a predetermined lower limit value, the second switch is turned on so that the charging power of the energy storage device is supplied to the inverting unit , And in the commercial system side, And a control unit for turning on the fourth switch to supply the commercial power to the power load instead of the second switch when a current flows to the load and the charging power of the energy storage device is lower than a predetermined lower limit value And a control unit for controlling the energy storage device.