KR20190048623A

KR20190048623A - 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR20190048623A
Application number: KR1020170143739A
Authority: KR
Inventors: 배철희
Original assignee: 금호이앤지 (주)
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: KR102048047B1

Abstract

본 발명은 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광발전의 발전량을 조절하는 DC-DC 컨버터를 활용한 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전기(10), 벅-부스트 기능을 구비하고 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(20), 수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기(30), 디젤 발전기(30)에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치(40), 배터리를 구비하고 DC-DC 컨버터(20) 및 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치(50), 에너지저장장치(50)의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 인버터(60), 및 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계(70)를 포함하여 구성되며, 전력변환장치(40)를 OFF하고 태양광 발전(10)을 작동 ON하고 에너지저장장치(50)와 DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하도록 하며, 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 인버터(60)가 자동으로 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전방법{Solar-based autonomous stand-alone micro grid system and its operation method}

본 발명은 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광 발전의 발전량을 조절하는 DC-DC 컨버터를 활용한 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

최근 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염려가 없는 대체에너지 개발을 위해 노력하고 있다. 대체에너지 개발의 일환으로 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄 액화 가스화, 수소에너지 등의 신 재생에너지가 개발되고 있다. 신 재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말하는 것으로서, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래의 에너지원으로 주목받고 있다.

일반적으로 이러한 신 재생에너지는 에너지 저장장치 및 부하와 연동하여 하나의 시스템화한 전력공급방식인 마이크로그리드(Microgrid)를 이루게 되는데, 마이크로그리드는 독립적으로 전력과 열 등을 공급하는 소규모 전력 네트워크로, 최근 신 재생 에너지 등을 이용한 소규모 분산전원(Distributed generator)의 대두와 함께 전력 시스템의 새로운 패러다임으로 등장하고 있다. 마이크로그리드는 다수의 소규모 분산전원과 부하의 집합체로서, 기존의 전력망과 연계 또는 분리 운전될 수 있는 소규모 전력망(grid)으로 요약될 수 있으며, 주 계통의 지/단락 사고 및 심각한 전력 품질 문제 발생시 주 계통으로부터 분리하여 분산전원만을 이용하여 마이크로그리드의 부하에 지속적인 전력 공급을 유지할 수 있는 전력시스템이다.

종래의 특허 문헌1에는 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급시스템 중 DC 마이크로그리드 시스템과 이를 이용한 AC 및 DC 마이크로그리드 시스템이 개시되었는데, DC 마이크로그리드 시스템은 적어도 하나의 분산전원과, 분산전원의 전력을 직류로 변환하는 전력변환장치와, 전력변환장치에 연결된 보호 스위치를 구비하는 에너지 저장장치와, DC 전력 부하(load) 및 분산전원의 전체 전력과 DC 전력 부하 전력의 차이에 따라 상기 전력변환장치의 출력 전압을 조절하여 상기 에너지 저장장치의 충전과 방전 모드를 제어하는 제어부로 이루어지고, AC 및 DC 복합 마이크로그리드 시스템은 상술한 DC 마이크로그리드 시스템이 AC 마이크로그리드 시스템과 양방향 전력변환기로 연결되는 구성이다.

특허 문헌1 대한민국 등록특허공보 제10-1277185호

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광 발전의 발전량을 조절하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 태양광 발전을 통해 생산되는 DC 전압이 벅-부스트 기능을 탑재한 DC-DC 컨버터를 거쳐 에너지저장장치의 소정 최대전압까지 전압을 상승시켜 충전을 하며 최대전압 도달시 DC-DC 컨버터의 구동을 자동으로 멈추고, 최소전압 도달시 인버터의 구동을 멈춤으로써, 안정적인 에너지저장장치 운전을 수행하기 위한 다른 목적이 있다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전, 벅-부스트 기능을 구비하고 상기 태양광 발전으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터, 수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기, 상기 디젤 발전기에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치, 배터리를 구비하고 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 전력변환장치로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치, 상기 에너지저장장치의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하에 제공하는 인버터, 및 상기 전력 부하에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계를 포함하여 구성되며,

상기 전력변환장치를 OFF 하고, 상기 태양광 발전을 작동 ON 하고, 상기 에너지저장장치와 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 인버터를 ON 한 상태에서 상기 에너지저장장치의 상기 배터리를 충전하도록 하며, 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터가 자동으로 전력 부하에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 DC-DC 컨버터, 상기 에너지저장장치, 상기 전력변환장치의 출력측, 상기 인버터의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 상기 디젤 발전기, 상기 전력변환장치의 입력측, 및 상기 인버터의 출력측은 AC 링크에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 부하의 사용이 없는 주간에는 상기 태양광 발전이 정상 발전하여 상기 에너지저장장치의 배터리를 충전하는 충전모드; 상기 태양광 발전이 정상 발전하지 않는 야간에는 상기 에너지저장장치의 배터리 전압이 소정 최소전압 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드; 부하의 사용이 있는 주간에는 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드; 야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 상기 에너지저장장치의 보호를 위하여 상기 인버터가 운전 정지되는 경우에는 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드; 및 상기 디젤 발전기를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에는 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드;로 각각 운전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인버터는 상기 디젤 발전기의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치에 연결되어 상기 에너지저장장치의 전력이 상기 인버터를 거쳐 상기 전력 부하에 공급되며, 상기 디젤 발전기가 가동되는 수동 운전모드에서는 상기 제1 스위치가 연결된 상태에서 상기 에너지저장장치의 충전 및 상기 전력 부하로의 전력 공급이 이루어지나, 상기 에너지저장장치에 전력이 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 상기 전력 부하로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 상기 제1 스위치에서 제2 스위치로 전환됨으로써 상기 인버터를 거치지 않고 상기 디젤 발전기를 통해 상기 전력 부하에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인버터를 거치지 않고 상기 디젤 발전기를 통해 상기 전력 부하에 전력을 공급하는 경우에도 상기 전력변환장치를 통해 상기 에너지저장장치의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 상기 제2 스위치에서 상기 제1 스위치로 자동으로 전환 복귀됨으로써 상기 자율 운전모드로 진입 대기하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법은, 자율 운전모드 시작에 따라 상기 전력변환장치를 OFF 하고, 상기 태양광 발전과 상기 에너지저장장치와 상기 DC-DC 컨버터 및 상기 인버터를 ON 한 상태에서, 상기 에너지저장장치의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계, 및 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터가 자동으로 전력 부하에 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 충전중인 상기 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압 이하이면 수동 운전모드로 진행하여 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 ON 하여 상기 배터리를 충전하도록 하고, 상기 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압을 초과하면 상기 디젤 발전기 및 상기 전력변환장치를 OFF 하여 상기 자율 운전모드로 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템 및 그 운전 방법은 에너지저장장치의 충전전압 상태에 따라 자동으로 태양광발전의 발전량을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 태양광 발전을 통해 생산되는 DC 전압이 BUCK-BOOST 기능을 탑재한 DC-DC 컨버터를 거쳐 에너지저장장치의 소정 최대전압까지 전압을 상승시켜 충전을 하며 최대전압 도달시 DC-DC 컨버터 구동을 자동으로 멈추고, 최소전압 도달시 인버터의 구동을 자동으로 멈추도록 함으로써, 안정적인 에너지저장장치 운전을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 계통도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은, 태양광 발전(10), DC-DC 컨버터(Converter, 20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(Power Conditioning System, 40), 에너지저장장치(Energy Storage System, 50), 인버터(Inverter, 60), 전력계(Power meter, 70) 및 전력 부하(80)를 포함하여 구성되며, 추가로 에너지관리시스템(Energy Management System, 90)을 포함할 수 있다.

태양광 발전(10)은 태양광 모듈을 구비하고 태양 에너지를 이용하여 직류전력을 발전하는 장치이다.

DC-DC 컨버터(20)는 벅-부스트(Buck-boost) 기능을 구비하고 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 역할을 한다.

레귤레이터(전압을 일정하게 해주는 장치나 회로)에는 2가지가 있는데 리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터가 있으며, 스위칭 방식이 DC-DC 컨버터이다. 벅-부스트 컨버터는 출력전압이 입력전압보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있는 컨버터로서, 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 특성을 모두 가지고 있다.

디젤 발전기(30)는 하나 이상 구비되되, 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 인버터(60)가 운전되지 않는 경우에, 수동으로 운전되어 교류전력을 생산하게 된다.

전력변환장치(40)는 디젤 발전기(30)에 의해 발전되는 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 역할을 한다.

에너지저장장치(50)는 배터리를 구비하고, DC-DC 컨버터(20) 및 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 역할을 한다.

인버터(60)는 에너지저장장치(50)에 저장된 직류전력을 실생활에서 사용할 수 있는 전기형태인 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 역할을 하며, 후술하는 자율 운전모드 및 수동 운전모드 모두에서 ON 상태를 유지하도록 하는데, 이것은 인버터(60)가 계통 간의 충돌을 방지하도록 구성됨으로써 가능해진다.

인버터(60)는 디젤 발전기(30)의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결되어 에너지저장장치(50)의 전력이 인버터(60)를 거쳐 전력 부하(80)에 공급되며, 디젤 발전기(30)가 가동되는 수동 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결된 상태에서 에너지저장장치(50)의 충전 및 전력 부하(80)로의 전력 공급이 이루어지나, 에너지저장장치(50)에 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 전력 부하(80)로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 제1 스위치(61)에서 제2 스위치(62)로 전환 연결됨으로써 인버터(60)를 거치지 않고 디젤 발전기(30)를 통해 전력 부하(80)에 전력을 공급하도록 한다.

이때, 전력변환장치(40)를 통해 에너지저장장치(50)의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 제2 스위치(62)에서 제1 스위치(61)로 전환 복귀되어 자율 운전모드를 준비하도록 한다.

전력계(70)는 인버터(60)를 통해 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 역할을 한다.

여기서, DC-DC 컨버터(20), 에너지저장장치(50), 전력변환장치(40)의 출력측, 인버터(60)의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40)의 입력측, 및 인버터(60)의 출력측은 AC 링크에 연결된다.

에너지관리시스템(90)은 DC-DC 컨버터(20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40), 에너지저장장치(50), 인버터(60), 전력계(70) 등과 유무선 통신으로 연결됨으로써, 태양광 발전상태 및 에너지저장장치(50)의 SOC(State of charge) 상태, 인버터(60)의 전력공급 및 전력계(70)를 통한 부하사용량, 그리고 디젤 발전기(30)의 발전량 및 전력변환장치(40)를 통한 충전량 등을 관리자가 모니터링 하면서 관리할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 에너지저장장치(50)의 안전적인 운영을 위하여, 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 태양광 발전(10)을 작동 ON 하고, DC-DC 컨버터(20)와 에너지저장장치(50) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하도록 하며, 배터리의 전압이 소정의 최대전압(예를 들어 800V) 이상이면 자동으로 DC-DC 컨버터(20)의 운전을 정지(대기)하도록 한다.

본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템은 다양한 모드로 운영될 수 있는데, 상세하게는 부하의 사용이 없는 주간에는 태양광 발전(10)이 정상 발전하여 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하는 충전모드로 운영된다.

또한, 태양광 발전(10)이 정상 발전하지 않는 야간에는 에너지저장장치(50)의 배터리 전압이 소정 최소전압(예를 들어 720V) 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드로 운영된다.

또한, 부하의 사용이 있는 주간에는 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드로 운영된다.

또한, 야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 인버터(60)가 자동 운전 정지되는 경우(상기 SOC가 소정 최저전압 이하인 경우)에는, 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드로 운영된다.

또한, 디젤 발전기(30)를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에는, 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드로 운전될 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법은, 자율 운전모드 시작에 따라 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 태양광 발전(10)과 에너지저장장치(50), DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)를 ON 한 상태에서, 에너지저장장치(50)의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계와, 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며 소정의 최소전압 이하이면 인버터(60)가 자동으로 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성된다.

이때, 충전중인 배터리의 전압이 상기 소정의 최소전압 이하이면 수동 운전모드로 진행하여 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하도록 하고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압을 초과하면 전력변환장치(40) 및 디젤 발전기(30)를 OFF 하여 자율 운전모드로 운전되도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다. 본 발명의 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템을 운영하는 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 자율 운전모드를 시작하면(S100), 전력변환장치(40)는 OFF 하고, 태양광 발전(10)과 에너지저장장치(50)와 DC-DC 컨버터(20) 및 인버터(60)는 운전을 시작하여 배터리의 충전을 진행하게 된다(S110).

이후에 SOC가 소정 최소전압인 720V 이하인지 계속 판단하도록 하는데(S120), 이때 720V를 초과한 상태이면 다시 SOC가 소정 최대전압인 800V 이상인지를 판단하고(S130), 800V 이상인 경우에는 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 자동으로 정지되고(S140), 800V에 도달하지 않은 경우에는 충전을 계속 진행하도록 상기 (S120) 단계를 수행하게 된다.

상기 (S140) 단계 이후에도 지속적으로 SOC가 800V 이상인지를 판단하도록 하여(S150), 800V 미만인 경우에는 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 운전을 시작하면서(S160) 상기 (S120) 단계를 수행하도록 하고, 800V 이상인 경우에는 상기 (S140) 단계를 수행하여 DC-DC 컨버터(20)의 운전이 정지(대기)하도록 한다.

한편, 상기 (S120) 단계에서 판단하여 SOC가 소정 최소전압인 720V 이하인 경우에는 인버터(60)의 운전이 자동으로 정지되고(S170) 수동 운전모드를 시작하게 된다(S200). 즉, 디젤 발전기(30) 및 전력변환장치(40)를 ON 하여 충전을 진행하게 된다(S210).

이후에, SOC가 720V 이하인지를 판단하도록 하는데(S220), 720V 이하인 경우에는 계속 수동 운전모드에서 충전을 진행하지만, 720V를 초과한 경우에는 수동 운전하고 있는 전력변환장치(40) 및 디젤 발전기(30)는 인버터(60)가 자율 운전모드로 자동으로 전환(S230)되는 것을 확인한 후 OFF 함으로써(S240) 수동 운전모드를 빠져나가게 되고, 다시 자율 운전모드인 (S110) 단계 이후를 진행하도록 한다.

한편, 인버터(60)는 자율 운전모드 및 수동 운전모드 모두에서 ON 상태를 유지하게 된다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10 : 태양광 발전 20 : DC-DC 컨버터(Converter)
30 : 디젤 발전기 40 : 전력변환장치(PCS)
50 : 에너지저장장치(ESS) 60 : 인버터(Inverter)
61 : 제1 스위치 62 : 제2 스위치
70 : 전력계(Power meter) 80 : 전력 부하
90 : 에너지관리시스템(EMS)

Claims

태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템에 있어서,
태양광 발전(10),
벅-부스트 기능을 구비하고 상기 태양광 발전(10)으로부터 공급되는 직류전력을 레벨 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(20),
수동으로 운전되는 하나 이상의 디젤 발전기(30),
상기 디젤 발전기(30)에 의해 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환장치(40),
배터리를 구비하고 상기 DC-DC 컨버터(20) 및 상기 전력변환장치(40)로부터 공급되는 직류전력을 저장하는 에너지저장장치(50),
상기 에너지저장장치(50)의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력 부하(80)에 제공하는 인버터(60), 및
상기 전력 부하(80)에 제공되는 전력량을 감지 측정하는 전력계(70)를 포함하여 구성되며,
상기 전력변환장치(40)를 OFF 하고 상기 태양광 발전(10)을 작동 ON 하며, 상기 에너지저장장치(50)와 상기 DC-DC 컨버터(20) 및 상기 인버터(60)를 ON 한 상태에서 상기 에너지저장장치(50)의 상기 배터리를 충전하도록 하며, 상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터(60)가 자동으로 상기 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터(20), 상기 에너지저장장치(50), 상기 전력변환장치(40)의 출력측, 상기 인버터(60)의 입력측은 DC 링크에 연결되고, 상기 디젤 발전기(30), 상기 전력변환장치(40)의 입력측, 및 상기 인버터(60)의 출력측은 AC 링크에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
부하의 사용이 없는 주간에, 상기 태양광 발전(10)이 정상 발전하여 상기 에너지저장장치(50)의 배터리를 충전하는 충전모드;
상기 태양광 발전(10)이 정상 발전하지 않는 야간에, 상기 에너지저장장치(50)의 배터리 전압이 소정 최소전압 이하로 떨어지지 않는 한 부하로 사용하도록 하는 방전모드;
부하의 사용이 있는 주간에, 상기 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 충방전모드;
야간 또는 태양이 며칠 동안 뜨지 않는 우기로 인해 태양광 발전량이 부족하여 배터리가 방전되거나 또는 상기 에너지저장장치(50)의 보호를 위하여 상기 인버터(60)가 운전되지 않는 경우에, 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 ON 하여 배터리를 충전하는 수동 충전모드; 및
상기 디젤 발전기(30)를 통해 배터리를 충전함과 동시에 부하를 사용할 필요가 있는 경우에, 상기 수동 충전모드 및 상기 방전모드를 동시에 진행하는 수동 충방전모드;로 각각 운전되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 인버터(60)는 상기 디젤 발전기(30)의 구동이 멈춘 자율 운전모드에서는 제1 스위치(61)가 연결되어 상기 에너지저장장치(50)의 전력이 상기 인버터(60)를 거쳐 상기 전력 부하(80)에 공급되며, 상기 디젤 발전기(30)가 가동되는 수동 운전모드에서는 상기 제1 스위치(61)가 연결된 상태에서 상기 에너지저장장치(50)의 충전 및 상기 전력 부하(80)로의 전력 공급이 이루어지나, 상기 에너지저장장치(50)에 전력이 충분히 저장되어 자율 운전모드로 전환되기 전에 급하게 상기 전력 부하(80)로 전력을 공급하고자 하는 경우에는 수동으로 상기 제1 스위치(61)에서 제2 스위치(62)로 전환 연결됨으로써 상기 인버터(60)를 거치지 않고 상기 디젤 발전기(30)를 통해 상기 전력 부하(80)에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 인버터(60)를 거치지 않고 상기 디젤 발전기(30)를 통해 상기 전력 부하(80)에 전력을 공급하는 경우에도 상기 전력변환장치(40)를 통해 상기 에너지저장장치(50)의 충전은 계속 이루어지게 되고, 배터리의 전압이 소정의 최소전압 이상이 되면 상기 제2 스위치(62)에서 상기 제1 스위치(61)로 자동으로 전환 복귀됨으로써 상기 자율 운전모드를 준비하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템.
태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법에 있어서,
청구항 1의 태양광 발전(10), DC-DC 컨버터(20), 디젤 발전기(30), 전력변환장치(40), 에너지저장장치(50), 인버터(60), 및 전력계(70)를 포함하며,
자율 운전모드 시작에 따라 상기 전력변환장치(40)를 OFF 하고, 상기 태양광 발전(10)과 상기 DC-DC 컨버터(20)와 상기 에너지저장장치(50) 및 상기 인버터(60)를 ON 한 상태에서, 상기 에너지저장장치(50)의 배터리를 소정의 최대전압에 도달할 때까지 충전하는 단계; 및
상기 배터리의 전압이 소정의 최대전압 이상이면 상기 DC-DC 컨버터(20)가 자동으로 충전을 중단하며, 소정의 최소전압 이하이면 상기 인버터(60)가 자동으로 상기 전력 부하(80)에 전력 공급을 중단하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법.
청구항 6에 있어서,
충전중인 상기 배터리의 전압이 소정의 상기 최소전압 이하이면 수동 운전모드로 진행하여, 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 ON 하여 상기 배터리를 충전하도록 하고,
상기 배터리의 전압이 소정의 상기 최소전압을 초과하면 상기 디젤 발전기(30) 및 상기 전력변환장치(40)를 OFF 하여, 상기 자율 운전모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 태양광 기반의 자율 독립형 마이크로그리드 시스템의 운영방법.