KR20170135008A - 조류발전시스템의 운전 제어 방법 - Google Patents

조류발전시스템의 운전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조류발전시스템의 운전 제어 방법에 관한 것으로, 조류발전기의 출력과 배터리 시스템의 충방전의 전압, 전류 및 전력의 출력 값을 모니터링하여 설정값에 따라 운전모드가 변화 하여 조류발전기의 최대 출력을 얻고, 심야 전기를 활용하는 등의 운전 제어로 전기 요금 절감이 가능하게 된다.
본 발명에서 제안하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법은
조류 발전기와, 양방향 인버터, MPPT AC/DC 컨버터, 양방향 DC/DC 컨버터, 및 제어부를 갖는 하이브리드 전력 제어 시스템과, 축전지를 구비하여 상시 전력원과 연결되어 있는 부하에 필요한 소정의 전력을 공급하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법으로서,
상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력을 상기 MPPT 컨버터가 직류 전력으로 변환시킨 후 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 통하여 상기 축전지로 공급하여 상기 축전지를 충전시키는 충전 모드와,
상기 상시 전력원이 차단된 상태에서, 상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하에 필요한 전력으로 공급되는 조류발전 운전모드와,
상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되고, 상기 축전지에 충전된 직류 전력이 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되며, 상기 상시 전력원에서 공급되는 교류 전력이 상기 부하로 공급되는 방전 운전모드와,
상기 상시 전력원이 차단된 경우 상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되고, 상기 축전지에 충전된 직류 전력이 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되는 자립 운전모드를 구비하여 상기 부하에 필요한 소정의 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법을 사용하는 경우, 정전 등으로 계통에 이상이 발생하는 경우 에너지 저장장치가 전류원에서 전압원으로 운전 제어 방법을 변경하여 정전시 짧은 시간(10ms)내에 절체하여 부하에 전력을 공급하는 비상운전 기능을 제공할 수 있다.

Description

조류발전시스템의 운전 제어 방법{Driving Control Method Of Tidal current Power System}
본 발명은 계통(한전에서 공급하는 상시 전력원), 신재생 전력인 조류 발전기, 및 축전지를 연동하여 이들 각 전원소스의 최적 상태를 검출하고 전력을 필요로 하는 부하의 조건에 맞추어 전력 운영을 실시하는 『하이브리드 방식의 에너지저장시스템』인 조류발전시스템의 운전 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 축전시스템은 조류발전기, 축전지, 계통전원을 연동하여 이들 전원 소스들이 최적인 조건에서 운전을 가능하게 하는 신재생, 축전장치 융합형 분산전원 시스템으로서 계통이 정상적인 경우에는 전류원으로서 계통에 연계하여 동작하며, 계통이 비 정상적인 경우에는 전압원으로서 부하에 직접 전력을 공급하는 비상전원으로 동작한다.
계통과 연계하여 운전하는 경우에는 축전지를 이용하여 조류발전기에서 발생하는 불안정한 전력을 안정하게 변환하여 계통에 연계함으로써 신.재생전원으로 인해 일어날 수 있는 계통전력의 불안정성을 해소하여 안정된 계통 전력을 유지하는 계통전력을 안정화하며, 부하 사용량의 불 균일성에 의해 계통전력에서 일어나는 피크전력을 축전지를 이용하여 저감하는 피크 Shift 기능을 수행함으로써 계통전력의 평준화를 구현한다.
하이브리드 개념의 복잡한 알고리즘을 마이크로프로세서 단일 칩 (dsPIC chip)을 사용하여 하나의 컨트롤 보드(Control Board)를 통해 모든 제어를 할 수 있게 하였으며, IGBT 반도체 소자를 사용하여 양방향 스위칭 (Bidirectional Switching) 을 하게 함으로써 제품의 고효율/소형화/경량화를 가능하게 하였다. 이로서 전력전자의 최첨단 기술이 모두 적용된 신기술/신개념의 제품이라 할 수 있다.
시스템의 운전은 상위의 개별적인 마이크로프로세서를 탑재한 제어보드에 의한 시스템의 운전상태, 개별전원소스 (조류발전기, 계통전원, 축전지)의 상태정보를 확인할 수 있으며, 내부적으로 설정된 자동운전모드 (Calendar Mode) 와 사용자 지령에 의한 수동운전모드(Demand Mode)를 가지고 있다.
1. 특허출원번호 제 10-2012-0112237호, 발명의 명칭: 계통 연계형 에너지 저장 시스템(출원인: (주)에스엔디파워닉스)
본 발명은 상기에서 설명한 시간에 따른 운전 모드와 수요에 따른 운전 모드로 운전하며 전기 요금의 가격이 대체로 저렴한 심야 전기를 활용하기 위해 시간대별로 설정하여 운전 제어를 할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에서 제안하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법은
조류 발전기와,
양방향 인버터, MPPT AC/DC 컨버터, 양방향 DC/DC 컨버터, 및 제어부를 갖는 하이브리드 전력 제어 시스템과,
축전지를 구비하여 상시 전력원과 연결되어 있는 부하에 필요한 소정의 전력을 공급하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법으로서,
상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력을 상기 MPPT 컨버터가 직류 전력으로 변환시킨 후 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 통하여 상기 축전지로 공급하여 상기 축전지를 충전시키는 충전 모드와,
상기 상시 전력원이 차단된 상태에서, 상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하에 필요한 전력으로 공급되는 조류발전 운전모드와,
상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되고, 상기 축전지에 충전된 직류 전력이 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되며, 상기 상시 전력원에서 공급되는 교류 전력이 상기 부하로 공급되는 방전 운전모드와,
상기 상시 전력원이 차단된 경우 상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되고, 상기 축전지에 충전된 직류 전력이 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되는 자립 운전모드를 구비하여 상기 부하에 필요한 소정의 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 조류 발전기와 상기 축전지와 상기 상시 전력원의 상태정보를 수신한 후 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 축전지간의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법을 사용하는 경우, 정전 등으로 계통에 이상이 발생하는 경우 에너지 저장장치가 전류원에서 전압원으로 운전 제어 방법을 변경하여 정전시 짧은 시간(10ms)내에 절체하여 부하에 전력을 공급하는 비상운전 기능을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 조류발전시스템의 운전 제어 방법을 운전 모드에 따라 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명은 축전지, 조류발전기와 같은 독립적인 전원소스들이 계통과 연계하여 최적의 전원 소스 조건에 따라 발전을 하는 분산전원시스템으로서, 축전지를 충전/방전하는 Bi-Directional DC/DC Converter, DC link 된 직류를 교류로, 계통의 교류를 직류로 변환하는 Bi-Directional Inverter를 기본으로 구성되어 있으며, 기본적인 운전은 인버터의 발전 전력을 상용전원으로 계통연계하고, 상용전원이 정전 되었을 경우에는 인버터의 발전 전력만으로 자립운전을 수행하여 부하에 전력을 공급한다.
선택 사항으로 추가되는 Generator는 조류발전기에서 발생된 전력을 기본적으로 축전지에 충전하게 되며 남은 전력을 계통으로 방전하여 운전한다.
각각의 전원소스들은 병렬운전이 가능하도록 DC단의 전압을 제어하는 DC Link 방식으로 제어되어, 각 각의 전원 발생하는 에너지를 최적인 상태에서 이용 가능하도록 하는 새로운 알고리즘으로 에너지의 이용 효율을 최대한 확보하면서도 시스템 전체의 신뢰성 확보가 가능하도록 제어하는 방식이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 때하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4는 조류발전시스템의 운전 제어 방법을 운전 모드에 따라 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조류발전시스템은 하이브리드 전력 제어 시스템(Hybrid PCS)과 조류 발전기와 축전지와 부하 그리고 한전에서 공급되는 상시 전원이 상시 전력원을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 하이브리드 전력 제어 시스템은 양방향 인버터, MPPT AC/DC 컨버터, 양방향 DC/DC 컨버터, 및 제어부을 구비한다.
본 발명의 양방향 인버터는 계통(상시 전력원)으로부터 축전지를 계통 연계형으로 DC to AC 인버터로 동작할 때는 전류모드로 계통에 전력을 공급하며, 부하 연계형으로 동작할 때는 전압모드로서 운전을 하게 된다. 충전시에는 AC to DC 컨버터로 동작하며, 이때 운전하는 경우에는 역률 개선을 하기 위해 Active Correction 방식으로 동작하게 한다.
MPPT AC/DC 컨버터(Maximum Power Point Tracking AC/DC Converter)는 MPPT는 최대 전력을 추종하여 축전지에 필요한 전압을 맞추어 전력충전 효율을 높이는 기능을 수행하는 장치로 조류 발전기에서 생성된 교류를 직류로 전환하는 역할을 수행한다.
양방향 DC/DC 컨버터는 축전지 충전 및 방전 기능을 수행한다.
즉, 양방향 DC/DC 컨버터는 축전지의 충전과 방전을 모두 가능하게 하는 양방향 컨버터로서, 충전을 위해서는 Step Down 방식의 Buck converter로서 계통전원이나 조류발전기로부터 축전지에 충전하기 위해 전압조절 및 전류제어를 한다. 최대 충전 전압과 전류는 배터리의 사양 및 크기에 따라서 조절 및 선택할 수 있다. 반면에, 방전을 위해서는 축전지로부터 DC Link 로 Step Up 방식의 Boost converter 로 동작하게 된다. 축전지 보호를 위해 축전지가 설정한 저전압 상태에 이르면, 경보로 알려줄 수 있으며 경보 이후에도 방전이 지속되어 설정된 저 전압상태에 이르는 경우에는 자동적으로 시스템을 정지시키도록 구성된다.
다음, 본 발명의 조류 발전기는 조류를 이용하여 에너지를 생산하는 모든 종류의 발전기를 포함하며, 축전지는 상기 전력원 또는 조류 발전기로부터 공급되는 에너지를 저장하는 배터리 장치를 의미한다. 참고로, 배터리 충전은 정전압-정전류 충전으로 최대충전전압 (max. charging voltage)까지 최대 충전 전류 (maximum charging current)로 충전시킨다. 방전 시에는 배터리가 최소방전전압 (battery low voltage)까지 방전되어 인버터를 정지시킨다. 이 때 배터리 저전압신호를 발생시킨다.
마지막으로, 부하는 에너지를 공급받아 소비하는 모든 장치를 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 4를 참조하여 본 발명에 따른 조류발전시스템의 운전 모드를 설명하기로 한다.
[충전 모드: 도 1 참조]
충전 모드는 조류 발전기에서 생성된 교류 전력을 MPPT AC/DC 컨버터가 직류 전력으로 변환시킨 후 양방향 DC/DC 컨버터를 통하여 축전지로 공급하여 축전지를 충전시키는 모드이다.
또한, 상시 전력원에서 공급된 에너지는 양방향 인버터 및 양방향 DC/DC 컨버터를 통하여 축전지에도 충전된다.
[조류발전 운전모드: 도 2 참조]
조류발전 운전모드는 상시 전력원이 차단된 상태에서, 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 양방향 인버터를 통하여 부하에 필요한 전력으로 공급하는 운전 모드이다.
이 때, 상기 전력원으로도 에너지를 제공하여 에너지 판매 등이 가능할 수 있도록 하였다.
[방전 운전모드: 도 3 참조]
방전 운전모드는 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급됨과 아울러 축전지에 충전된 직류 전력이 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 양방향 인버터를 통하여 부하로 공급되며, 상시 전력원에서 공급되는 교류 전력 또한 상기 부하로 공급되는 운전 모드이다.
[자립 운전모드: 도 4 참조]
자립 운전모드는 상시 전력원이 차단된 경우 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 양방향 인버터를 통하여 부하로 공급되고, 축전지에 충전된 직류 전력이 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되는 모드이다.

Claims (2)

  1. 조류 발전기와,
    양방향 인버터, MPPT AC/DC 컨버터, 양방향 DC/DC 컨버터, 및 제어부를 갖는 하이브리드 전력 제어 시스템과,
    축전지를 구비하여 상시 전력원과 연결되어 있는 부하에 필요한 소정의 전력을 공급하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법으로서,
    상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력을 상기 MPPT 컨버터가 직류 전력으로 변환시킨 후 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 통하여 상기 축전지로 공급하여 상기 축전지를 충전시키는 충전 모드와,
    상기 상시 전력원이 차단된 상태에서, 상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하에 필요한 전력으로 공급되는 조류발전 운전모드와,
    상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되고, 상기 축전지에 충전된 직류 전력이 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되며, 상기 상시 전력원에서 공급되는 교류 전력이 상기 부하로 공급되는 방전 운전모드와,
    상기 상시 전력원이 차단된 경우 상기 조류 발전기에서 생성된 교류 전력이 상기 MPPT AC/DC 컨버터에서 직류 전력으로 변환된 후 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되고, 상기 축전지에 충전된 직류 전력이 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 거쳐 상기 양방향 인버터를 통하여 상기 부하로 공급되는 자립 운전모드를 구비하여 상기 부하에 필요한 소정의 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 조류 발전기와 상기 축전지와 상기 상시 전력원의 상태정보를 수신한 후 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 축전지간의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 조류발전시스템의 운전 제어 방법.
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KR102162298B1 (ko) * 2020-03-19 2020-10-06 주식회사 이온 계통전원 상태 기반 3웨이 운전모드 자동전환 기능을 구비한 무정전전원장치
WO2023197624A1 (zh) * 2022-04-13 2023-10-19 青岛海尔空调器有限总公司 一种潮汐发电控制方法及装置

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