WO2020032433A1 - 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2020032433A1
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solar cell
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reverse
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PCT/KR2019/009131
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임주호
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엘에스산전 주식회사
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    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/381—Dispersed generators
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    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic power generation system and a control method thereof, and more particularly, to a photovoltaic power generation system and a control method thereof capable of maximizing charging and discharging efficiency by removing a margin during an effective power command.
  • Photovoltaic power generation which is a power generating large-scale electricity generation using solar energy by spreading solar panels attached on a large scale, is in the spotlight.
  • Photovoltaic power generation has the advantage that it does not incur fuel costs and generates no air pollution or waste because it uses unlimited and no pollution solar energy.
  • the PV system is divided into a stand-alone system and a grid-connected system.
  • Grid-connected systems use a combination of electricity from photovoltaic generation and electricity supplied by utilities.
  • the linked solar power system supplies the electric energy obtained by power generation to the load, and when the solar power generation is not possible, such as at night or in rainy weather, it supplies the electric energy from the external power grid, which is the power grid of the power company, to the load. do.
  • an associated solar power system can omit a storage battery, and can transmit an excess of electrical energy obtained by solar power generation to an external power grid.
  • the grid-tied photovoltaic system may include an energy storage device such as a storage battery and a large-capacity energy storage system (ESS).
  • an energy storage device such as a storage battery and a large-capacity energy storage system (ESS).
  • ESS large-capacity energy storage system
  • the idle power is stored in the energy storage device, and the power stored in the energy storage device as well as the power obtained by photovoltaic power generation at the time of overload can be supplied to the external power grid, thereby improving efficiency.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional photovoltaic power generation system.
  • Conventional photovoltaic energy storage system 100 is a system for storing the electrical energy produced through photovoltaic power generation and supply to the external power grid.
  • the solar energy storage system 100 converts solar energy into electrical energy and stores the energy in the energy storage device 140 at a power generation time (for example, between 10 am and 4 pm), and generates a power generation time. In other time, the energy supply time is discharged the electric energy charged in the battery and supplied to the external power grid.
  • a power generation time for example, between 10 am and 4 pm
  • the electrical energy generated in the solar cell array 120 is detected in the meter 160, the amount of power detected in the meter 160 is monitored in the power management device (110).
  • the power control device 130 may store the energy storage device 140 according to the received power power command. It charges by supplying power.
  • the reason for giving the effective power command with margin is that if the effective power command value is larger than the actual amount of electric energy produced in the solar cell array 120, the electric energy of the external power grid can be used to charge the battery. This can cause losses.
  • the margin is too large when the margin is given, the amount of electrical energy that can be supplied to the external power grid 150 or the electrical energy charged in the energy storage device 140 or the charging and discharging is reduced. Energy efficiency may be lowered.
  • the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a solar energy storage system that can maximize the charging and discharging efficiency, while preventing the occurrence of cost loss by controlling the margin when the effective power command. have.
  • the solar power generation system a solar cell array for converting solar energy into electric power, a power management device for monitoring the power generation amount of the solar cell array and reverse power from an external power grid, and the solar cell
  • An energy storage device that receives and charges power generated from an array or an external power grid, and a power control device that supplies power generated by the solar cell array or power of an external power grid to the energy storage device in response to an active power command.
  • the power management device generates a real power command of a different value according to whether the reverse power of the external power grid.
  • the photovoltaic power generation system may further include a first instrument for detecting the amount of power generation of the solar cell array, and a second instrument for detecting reverse power of the external power grid.
  • the power management device may determine the power generation amount of the solar cell array as the effective power command value.
  • the power management device may determine a value obtained by subtracting the reverse power from the generation amount of the solar cell array as the value of the effective power command.
  • the power management apparatus may determine the effective power command based on the reverse power of the external power grid and the amount of power generated by the solar cell array at a predetermined time period, and transmit the determined effective power command to the power control device. .
  • the control method of the photovoltaic system the power management device, the step of monitoring the amount of power absorbed by the solar energy converted into power, and monitoring the reverse power from the grid, the power management device (A) transmitting a power command to a power management device based on the reverse power of the system and the amount of power generation, wherein the power control device stores the power generated by the photovoltaic device in response to the power command; And supplying the power to the energy storage device.
  • the step of transmitting the power command may include generating the power command without giving a margin to the power generation amount.
  • the transmitting of the power command may include determining whether or not the reverse power is generated and determining the power command based on whether or not the reverse power is generated.
  • the transmitting of the power command may further include determining the amount of power generation as the value of the power command when the reverse power does not occur.
  • the transmitting of the power command may further include determining a value obtained by subtracting the reverse power from the generation amount as the value of the power command when the reverse power occurs.
  • the power management device may further include determining the power command based on the reverse power of the system and the amount of power generated at a predetermined time period, and transmitting the determined power command to the power control device.
  • the charging / discharging efficiency can be maximized because charging is performed by setting the power generation amount of the photovoltaic device to the power command value.
  • charging is performed by setting the power subtraction minus the reverse power to the power command value, thereby minimizing the cost loss by preventing the reverse power from occurring anymore. .
  • the present invention has the advantage of maximizing the profit while reducing the cost loss while maximizing the charge / discharge efficiency.
  • the present invention monitors the reverse power at a predetermined cycle and modifies the active power command, even if the reverse power occurs after a specific period, the effective power can be immediately modified by reflecting the generated reverse power in the next cycle.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional photovoltaic power generation system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a solar system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a control method of a solar energy power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a part when a part includes a certain component, this means that it may further include other components, without excluding other components, unless specifically stated otherwise.
  • FIG. 2 is a block diagram of a solar system according to an embodiment of the present invention.
  • the photovoltaic power generation system 10 of the present invention includes a power management device 11, a solar cell array 12, a power control device 13, an energy storage device 14, a first measuring device 16, and a second measuring device ( 17).
  • the photovoltaic power generation system 10 of the present invention is a grid-connected system, and may supply electric power produced in the solar cell array 12 or stored in the energy storage device 14 to the external power grid 15.
  • the solar cell array 12 combines a plurality of solar cell modules.
  • a solar cell module is a device that generates a predetermined voltage and current by converting solar energy into electrical energy by connecting a plurality of solar cells in series or in parallel.
  • the solar cell array 120 may absorb solar energy and convert it into electrical energy, that is, power.
  • the power control device 13 may be used interchangeably with the term power conditioning system (PCS).
  • PCS power conditioning system
  • the power control device 13 may be connected to the solar cell array 12 and the energy storage device 14 to supply power generated by the solar cell array 12 to the energy storage device 14.
  • the power control device 13 may supply power to the energy storage device in response to the power command generated by the power management device 11.
  • the power control device 13 may be connected to the external power grid 15 to receive power from the energy storage device 14 and transmit the power to the external power grid 15.
  • the power control device 13 may receive power from the solar cell array 12 and supply the power to the external power grid 15.
  • the power control device 13 may convert and transmit the electrical characteristics of the input power.
  • the power control device 13 may convert electrical characteristics of the received power, such as converting DC power into AC power or changing the frequency of the power.
  • the energy storage device 14 may be used interchangeably with the term Energy Storage System (ESS).
  • ESS Energy Storage System
  • the energy storage device 400 may include a storage battery.
  • the energy storage device 14 may charge the power supplied from the power control device.
  • the energy storage device 14 may discharge the charged power.
  • the discharged power may be supplied to the external power grid 15 through the power control device 13.
  • the first meter 16 may detect the amount of power generated by the solar cell array 12, that is, the amount of power generated by the solar cell array 12, and transmit the detection result to the power management device 11.
  • the second instrument 17 may be installed at the connection portion with the external power grid 15 to detect reverse power.
  • the reverse power may refer to power supplied from the external power grid 15 to the photovoltaic system 10 of the present invention.
  • the solar power generation system 10 may supply power to the external power grid 15, and receive power from the external power grid 15 and store the power in the energy storage device 14.
  • Power supplied to the power control device 13 from the external power grid 15 may be referred to as reverse power.
  • the power management device 11 may be used interchangeably with the term power management system (PMS).
  • PMS power management system
  • the power management device 11 may control the overall operation of the solar power generation system 10.
  • the power management device 11 may receive a command from an energy management system (EMS), which is a higher system, and control the operation of the solar power generation system 10 according to the received command.
  • EMS energy management system
  • the power management device 11 collects state information of the solar cell array 12, the power control device 13, and the energy storage device 14, which are its own and sub-systems, to the energy management system (EMS). Can transmit
  • the power management device 11 may monitor the amount of power generation of the solar cell array 12 using the detection result received from the first instrument 16.
  • the power management device 11 may monitor the reverse power from the external power grid 15 by using the detection result received from the second instrument 17.
  • the power management apparatus 11 may transmit a control command to the power control apparatus 13.
  • the control command may include a power command.
  • the power command may be used interchangeably with the term active power command and may indicate an active power value to be stored in the energy storage device 14.
  • all or part of the electrical energy produced by the solar cell array 12 may be stored in the energy storage device 14, and all or part of the electrical energy may be transmitted to the external power grid 15.
  • the power management device 13 generates an effective power command based on the amount of power generation of the solar cell array 12 detected by the first instrument 16.
  • the reason for the margin is that it is possible to prevent the charging of the energy storage device 14 using the power of the external power grid 15 only by giving an effective power command less than the actually detected power generation amount.
  • the energy storage device 14 needs to charge as much as the effective power command value.
  • the energy storage device 14 receives power from the external power grid 15 to save the energy. Charge 14.
  • the margin is too large, the amount of power charged to the energy storage device may be small, which may cause a problem of lowering the charging and discharging efficiency, thereby reducing the amount of energy that can be supplied to the external power grid 15. You lose.
  • the present invention can increase the charging and discharging efficiency while controlling the effective power command to prevent cost loss.
  • FIG 3 is a view for explaining a control method of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
  • the power management device generates the effective power command only based on the amount of power generation of the solar cell array, but the present invention considers both the reverse power of the external power grid 15 and the amount of power generation of the solar cell array 12 to generate the effective power command. Can be generated.
  • the second instrument 17 detects reverse power of the power line connecting the power control device 13 and the external power grid 15 (S310).
  • the reverse power value detected by the second instrument 17 is transmitted to the power management device 11.
  • the first measuring device 16 detects the amount of power generated by the solar cell array 12 (S320).
  • the first instrument 16 transmits the detected amount of power generation information to the power management device 11.
  • the power management device 11 determines whether or not the reverse power generation based on the detection result received from the second instrument 17 (S330).
  • the power management device 11 may determine an effective power command according to whether or not reverse power is generated.
  • the power management device 11 determines the amount of power generation of the solar cell array 12 detected by the first instrument 16 as an effective power command value (S340).
  • the power management device 11 can substitute the power generation amount of the solar cell array 12 in setting the effective power command value.
  • the power management device 11 detects the reverse power detected by the second instrument 17 in the amount of power generation of the solar cell array 12 detected by the first instrument 16.
  • the value obtained by subtracting the power value may be determined as a value of the active power command (S350).
  • the power management device 11 when reverse power is generated as a result of the detection of the second instrument 17, the power management device 11 generates a power generation amount of the solar cell array 12 detected by the first instrument 16 in setting the effective power command value.
  • the value obtained by subtracting the reverse power supplied to the power control device 13 from the external power grid 15 detected by the second meter 17 may be reflected.
  • the power management device 11 transmits the power command to the power control device 13 (S360).
  • the power control device 13 supplies power to the energy storage device 14 in response to the received effective power command.
  • the power control device 13 may supply power to the energy storage device 14 such that the energy storage device 14 is charged by the amount of power set in the effective power command.
  • the charging and discharging efficiency can be maximized because charging is performed by setting the amount of power generated by the solar cell array 12 to the effective power command value.
  • charging is performed by setting a value obtained by subtracting reverse power from the amount of generated power of the solar cell array 12 as an effective power command value, thereby preventing cost loss by preventing further reverse power generation. Can be minimized.
  • the present invention has the advantage of maximizing the profit while reducing the cost loss while maximizing the charge and discharge efficiency.
  • the process of transmitting the effective power command based on the reverse power of the external power grid 15 and the amount of power generated by the solar cell array 12 may be continuously repeated during startup of the solar power generation system 10.
  • the power management device 11 determines a power command based on the reverse power of the external power grid 15 and the amount of power generated by the solar cell array 12 at predetermined time periods, and transmits the determined power command to the power control device 13. Can transmit
  • the power management device 11 may generate and transmit an active power command every 500 ms.
  • the first measuring instrument 16 and the second measuring instrument 17 may output the detection result at regular intervals, and the power management device 11 may perform reverse power and the solar cell array 12 of the external power grid 15 at a predetermined time period.
  • the power command can be determined based on the amount of power generated by) and the determined effective power command can be transmitted to the power control device 13.
  • the first instrument 16 and the second instrument 17 may output a detection result every 500 ms, and the power management device 11 detects the detection results of the first instrument 16 and the second instrument 17.
  • the active power command can be generated and transmitted every second.
  • the present invention monitors the reverse power at a predetermined period and modifies the active power command, even if the reverse power occurs after a specific period, the active power command can be immediately modified by reflecting the generated reverse power in the next period. .
  • the present invention has industrial applicability as a technology for converting and storing solar energy into electrical energy using natural law and controlling power supply.

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Abstract

태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양 에너지를 전력으로 변환하는 태양전지 어레이와, 상기 태양전지 어레이의 발전량 및 외부 전력망으로부터의 역 전력을 모니터링 하는 전력 관리 장치와, 상기 태양전지 어레이에서 생산된 전력 또는 외부 전력망의 전력을 공급받아 충전하는 에너지 저장 장치와, 상기 태양전지 어레이에서 생성된 전력 또는 외부 전력망의 전력을 유효 전력 지령에 대응하여 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 전력 제어 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 장치는, 상기 외부 전력망의 역 전력의 발생여부에 따라 서로 다른 값의 유효 전력 지령을 생성한다.

Description

태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유효 전력 지령 시 마진을 제거하여 충전과 방전 효율을 극대화 할 수 있는 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
석유 등 화석에너지의 고갈과 환경오염에 대한 우려로 인하여 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지를 부착한 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용, 전기를 대규모로 생산하는 발전인 태양광발전이 각광받고 있다. 태양광발전은 무한정, 무공해의 태양광 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다는 장점이 있다.
태양광 발전 시스템은 독립형 시스템(Stand Alone System)과 계통 연계형 시스템(Grid-Connected System)이 있다. 계통 연계형 시스템은 태양광 발전으로 얻은 전기와 전력회사에서 공급하는 전기를 함께 사용하는 시스템이다.
연계형 태양광 발전 시스템은 태양광발전이 가능한 때에는 부하에 발전으로 얻어진 전기 에너지를 공급하며, 심야나 우천시 등 태양광발전이 불가능한 때에는 전력회사의 전력망인 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지를 부하에 공급한다.
연계형 태양광 발전 시스템은 독립형 시스템과는 다르게 축전지를 생략할 수 있으며, 태양광 발전으로 얻어진 전기 에너지의 잉여분을 외부 전력망으로 송전할 수도 있다.
계통 연계형 태양광발전 시스템은 축전지, 대용량의 ESS(Energy Storage System) 등의 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다.
경부하시 유휴전력을 에너지 저장 장치에 저장하고, 과부하시 태양광 발전으로 얻어진 전력뿐만 아니라 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 함께 외부 전력망에 공급하여, 효율을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템을 도시한 도면이다.
종래 태양광 에너지 저장 시스템(100)은, 태양광 발전을 통해 생산된 전기에너지를 저장해 두었다가 외부 전력망에 공급 하는 시스템이다.
태양광 에너지 저장 시스템(100)은, 발전 가능 시간(예를 들어, 오전 10시에서 오후4시 사이)에 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환 하여 에너지 저장 장치(140)에 저장하고, 발전 가능 시간 이외의 시간인 에너지 공급 시간에는 배터리에 충전된 전기 에너지를 방전시켜 외부 전력망에 공급한다.
운용적 측면을 자세히 기술하면 태양전지 어레이 (120)에서 발전된 전기 에너지는 계측기(160)에서 검출되고, 계측기(160)에서 검출된 전력량은 전력 관리 장치(110)에서 모니터링 된다.
전력 관리 장치(110)가 발전량에 일정 부분 마진(Margin)을 두어 전력 제어 장치(130)에 유효 전력 지령을 내리면, 전력 제어 장치(130)는 수신된 유효 전력 지령에 따라 에너지 저장 장치(140)에 전력을 공급하여 충전하게 된다.
여기서 마진(Margin)을 두어 유효 전력 지령을 내리는 이유는, 태양전지 어레이(120)에서 실제 생산된 전기 에너지 양보다 유효 전력 지령 값이 큰 경우 외부 전력망의 전기 에너지가 배터리 충전에 사용될 수 있어 비용적 손실을 발생시킬 수 있기 때문이다.
한편 마진(Margin)을 줄 때 너무 큰 마진(Margin)을 주는 경우, 에너지 저장 장치(140)에 충전되는 전기 에너지 또는 외부 전력망(150)에 공급 할 수 있는 전기 에너지 양이 적어지기 때문에 충전과 방전 에너지 효율성이 저하될 수 있다.
이렇듯 마진(Margin)이 너무 작으면 비용적 손실을 발생시킬 수 있고, 너무 여유 있게 설정하면 충전과 방전 에너지 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 비용적 손실을 줄이면서도, 충전과 방전 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 시스템과 그 제어 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유효 전력 지령 시 마진을 제어하여 비용손실의 발생을 방지하면서, 충전과 방전 효율을 극대화할 수 있는 태양광 에너지 저장 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양 에너지를 전력으로 변환하는 태양전지 어레이와, 상기 태양전지 어레이의 발전량 및 외부 전력망으로부터의 역 전력을 모니터링 하는 전력 관리 장치와, 상기 태양전지 어레이에서 생산된 전력 또는 외부 전력망의 전력을 공급받아 충전하는 에너지 저장 장치와, 상기 태양전지 어레이에서 생성된 전력 또는 외부 전력망의 전력을 유효 전력 지령에 대응하여 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 전력 제어 장치를 포함하고, 상기 전력 관리 장치는, 상기 외부 전력망의 역 전력의 발생여부에 따라 서로 다른 값의 유효 전력 지령을 생성한다.
한편 태양광 발전 시스템은, 상기 태양전지 어레이의 발전량을 검출하는 제1계측기와, 상기 외부 전력망의 역 전력을 검출하는 제2계측기를 더 포함할 수 있다.
이 경우 상기 전력 관리 장치는, 역 전력이 발생하지 않은 경우 상기 태양전지 어레이의 발전량을 상기 유효 전력 지령 값으로 결정할 수 있다.
한편, 상기 전력 관리 장치는, 역 전력이 발생한 경우, 상기 태양전지 어레이의 발전량에서 상기 역 전력을 뺀 값을 상기 유효 전력 지령의 값으로 결정할 수 있다.
한편, 상기 전력 관리 장치는, 설정된 시간 주기로, 상기 외부 전력망의 역 전력 및 상기 태양전지 어레이의 발전량에 기초하여 상기 유효 전력 지령을 결정하고, 상기 결정된 유효 전력 지령을 상기 전력 제어 장치에 전송할 수 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법은, 전력 관리 장치가, 태양 에너지를 흡수하여 전력으로 변환된 발전량을 모니터링 하고, 계통으로부터의 역 전력을 모니터링 하는 단계, 상기 전력 관리 장치가, 상기 계통의 역 전력 및 상기 발전량에 기초하여, 전력 관리 장치에 전력 지령을 전송하는 단계, 상기 전력 제어 장치가, 상기 태양광 발전 장치에서 생성된 전력을 상기 전력 지령에 대응하여 에너지 저장 장치에 공급하는 단계, 및, 상기 에너지 저장 장치가, 상기 공급되는 전력을 충전하는 단계를 포함한다.
이 경우 상기 전력 지령을 전송하는 단계는, 상기 발전량에 마진을 부여하는 것 없이 상기 전력 지령을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
한편 상기 전력 지령을 전송하는 단계는, 상기 역 전력의 발생 유무를 결정하고 상기 역 전력의 발생 유무에 기초하여 상기 전력 지령을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 전력 지령을 전송하는 단계는, 상기 역 전력이 발생하지 않은 경우 상기 발전량을 상기 전력 지령의 값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 전력 지령을 전송하는 단계는, 상기 역 전력이 발생한 경우, 상기 발전량에서 상기 역 전력을 뺀 값을 상기 전력 지령의 값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 전력 관리 장치가, 기 설정된 시간 주기로, 상기 계통의 역 전력 및 상기 발전량에 기초하여 상기 전력 지령을 결정하고, 상기 결정된 전력지령을 상기 전력 제어 장치에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 역 전력이 존재하지 않는 경우에는 태양광 발전 장치의 발전량을 전력 지령 값으로 설정하여 충전을 수행하기 때문에 충/방전 효율을 극대화 할 수 있다. 또한 역 전력이 존재하는 경우에는 태양광 발전 장치의 발전량에서 역 전력을 뺀 값을 전력 지령 값으로 설정하여 충전을 수행하기 때문에, 역 전력이 더 이상 발생하는 것을 방지하여 비용 손실을 최소화 할 수 있다.
따라서 본 발명은 충/방전 효율을 극대화 하면서도 비용 손실을 줄여, 이익을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 기 설정된 주기로 역 전력을 모니터링 하며 유효 전력 지령을 수정하기 때문에, 특정 주기가 끝난 후에 역 전력이 발생하더라도 그 다음 주기에는 발생된 역 전력을 반영하여 유효 전력을 바로 수정할 수 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 에너지발전 시스템의 제어 방법을 보인 순서도이다.
- 부호의 설명 -
11: 전력 관리 장치 12: 태양전지 어레이
13: 전력 제어 장치 14: 에너지 저장 장치
15: 외부 전력망 16: 제1계측기
17: 제2계측기
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 블록 구성도이다.
본 발명 태양광 발전 시스템 (10)은, 전력 관리 장치(11), 태양전지 어레이 (12), 전력 제어 장치(13), 에너지 저장 장치(14), 제1계측기(16) 및 제2계측기(17)를 포함할 수 있다.
한편 본 발명 태양광 발전 시스템 (10)은 계통 연계형 시스템이며, 태양전지 어레이(12)에서 생산되거나 에너지 저장 장치(14)에 저장된 전력을 외부 전력망(15)에 공급할 수 있다.
태양전지 어레이 (12)는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다.
태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다.
따라서 태양전지 어레이(120)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지, 즉 전력으로 변환할 수 있다.
전력 제어 장치(13)는 전력 제어 시스템(Power Conditioning System, PCS)라는 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.
전력 제어 장치(13)는, 태양전지 어레이(12) 및 에너지 저장 장치(14)와 연결되어, 태양전지 어레이(12)에서 생산된 전력을 에너지 저장 장치 (14)에 공급할 수 있다.
이 경우 전력 제어 장치(13)는, 전력 관리 장치(11)에서 생성된 전력 지령에 대응하여, 에너지 저장 장치에 전력을 공급할 수 있다.
또한 전력 제어 장치(13)는 외부 전력망(15)과 연결되어, 에너지 저장 장치(14)로부터 전력을 공급받아 외부 전력망(15)에 전달할 수 있다.
또한 전력 제어 장치(13)는 태양전지 어레이(12)로부터 전력을 공급받아 외부 전력망(15)에 공급할 수 있다.
한편 전력 제어 장치(13)는, 입력 전력의 전기적 특성을 변환하여 전달할 수 있다.
예를 들어 전력 제어 장치(13)는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하거나, 전력의 주파수를 변경하는 등, 수신된 전력의 전기적 특성을 변환할 수 있다.
에너지 저장 장치(14)는, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)이라는 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.
에너지 저장 장치(400)는 축전지를 포함할 수 있다.
그리고 에너지 저장 장치(14)는 전력 제어 장치로부터 공급된 전력을 충전할 수 있다.
또한 에너지 저장 장치(14)는 충전된 전력을 방전할 수 있다. 이 경우 방전된 전력은 전력 제어 장치(13)를 통하여 외부 전력망(15)에 공급될 수 있다.
제1계측기(16)는, 태양전지 어레이(12)의 발전량, 즉 태양전지 어레이(12)에서 생성되는 전력량을 감지하고, 감지 결과를 전력 관리 장치(11)에 전송 할 수 있다.
한편 제2계측기(17)는 외부 전력망(15)과의 연결부분에 설치되어 역 전력을 감지할 수 있다.
여기서 역 전력이란 외부 전력망(15)으로부터 본 발명의 태양광발전 시스템 (10)으로 공급되는 전력을 의미할 수 있다.
구체적으로, 태양광 발전 시스템 (10)은 외부 전력망(15)으로 전력을 공급할 수도 있으며, 외부 전력망(15)으로부터 전력을 공급받아 에너지 저장 장치(14)에 저장할 수도 있다.
외부 전력망 (15)으로부터 전력 제어 장치(13)에 공급되는 전력을 역 전력이라 지칭할 수 있다.
전력 관리 장치(11)는 전력 관리 시스템(Power Management System, PMS)이라는 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.
전력 관리 장치(11)는 태양광 발전 시스템(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
이 경우 전력 관리 장치(11)는 상위 시스템인 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)으로부터 지령을 수신하고, 수신된 지령에 따라 태양광 발전 시스템(10)의 동작을 제어할 수 있다.
또한 전력 관리 장치(11)는 자체 및 하위 시스템인 태양전지 어레이(12), 전력 제어 장치(13), 에너지 저장 장치(14)의 상태 정보를 수집하여 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)에 전송할 수 있다.
또한 전력 관리 장치(11)는 제1계측기(16)로부터 수신되는 감지 결과를 이용하여 태양전지 어레이(12) 의 발전량을 모니터링 할 수 있다.
또한 전력 관리 장치(11)는 제2계측기(17)로부터 수신되는 감지 결과를 이용하여 외부 전력망(15)으로부터의 역 전력을 모니터링 할 수 있다.
또한 전력 관리 장치는(11) 전력 제어 장치(13)에 제어 명령을 전송할 수 있다.
여기서 제어 명령은 전력 지령을 포함할 수 있다.
전력 지령은 유효 전력 지령이라는 용어와 혼용되어 사용될 수 있으며, 에너지 저장 장치(14)에 저장될 유효 전력 값을 나타낼 수 있다.
한편 태양전지 어레이(12)에서 생산된 전기 에너지의 전부 또는 일부는 에너지 저장 장치(14) 에 저장될 수 있고, 또한 전부 또는 일부는 외부 전력망(15)에 송전될 수 있다.
전력 관리 장치(13)는 제1계측기(16)에서 검출된 태양전지 어레이(12) 의 발전량에 기초하여 유효 전력 지령을 생성한다.
이때 검출된 발전량에 마진(Margin)을 일정 부분 부여하고, 생성된 전력의 일부를 에너지 저장 장치(14)에 충전하고, 다른 일부는 외부 전력망(15)에 송전한다.
마진(Margin)을 두는 이유는 실제 검출된 발전량보다 적은 유효 전력 지령을 내려야, 외부 전력망(15)의 전력을 이용하여 에너지 저장 장치(14)를 충전하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
즉, 에너지 저장 장치(14)는는 유효 전력 지령 값만큼 충전을 수행하여야 하는데, 태양전지 어레이(12) 의 발전량이 유효 전력 지령에 비해서 작은 경우에는 외부 전력망(15)의 전력을 수신하여 에너지 저장 장치(14)를 충전한다.
따라서 비용적 손실이 발생 될 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 마진(Margin)을 부여하게 된다.
또한 마진을 너무 크게 하는 경우에는, 에너지 저장 장치에 충전되는 전력량이 작아져서, 충전과 방전 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 이에 따라 외부 전력망(15)에 공급 할 수 있는 에너지의 양이 작아지게 된다.
태양광 발전으로 생산된 에너지를 에너지 저장 장치(14)에 저장해 두었다가 비발전 시간(예를 들어, 오전 10시이전, 오후 4시 이후)에 외부 전력망(15)에 매전하면 대한민국 법령상 신재생에너지 공급인증서(REC, Renewable Energy Certificate) 가중치인 5배의 비용을 받을 수 있어서 매우 유리하다.
따라서 오전 10시부터 오후 4시 이외의 시간에는, 태양광 발전 시스템(10)에서 생산되어 저장된 전력을 외부 전력망(15)으로 송전하게 되는데, 마진을 크게 하는 경우에는 외부 전력망(15)에 매전 할 수 있는 에너지의 양이 작아져서 수익을 극대화 할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 유효 전력 지령을 제어하여 비용 손실을 방지하면서, 충전과 방전효율을 높일 수 있다.
이러한 본 발명의 제어 방법을 도 3의 순서도를 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
종래에는 전력 관리 장치가 태양전지 어레이의 발전량에 기초해서만 유효 전력 지령을 생성하였으나, 본 발명은 외부 전력망(15)의 역 전력 및 태양전지 어레이(12)의 발전량을 모두 고려하여 유효 전력 지령을 생성할 수 있다.
구체적으로, 제2계측기(17)는 전력 제어 장치(13)와 외부 전력망(15)을 연결하는 전력선의 역 전력을 감지 한다(S310).
그리고 제2계측기(17)에서 감지된 역 전력값은 전력 관리 장치(11)로 전송된다.
또한, 제1계측기(16)는 태양전지 어레이(12) 의 발전량을 검출한다(S320).
제1계측기(16)는검출된 발전량 정보를 전력 관리 장치(11)로 전송한다.
그 다음, 전력 관리 장치(11)는 제2계측기(17)로부터 수신된 감지 결과에 기초하여, 역 전력의 발생 유무를 판단한다(S330).
그리고 전력 관리 장치(11)는 역 전력의 발생 유무에 따라 유효 전력 지령을 결정할 수 있다.
구체적으로, 역 전력이 발생하지 않은 경우, 전력 관리 장치(11)는 제1계측기(16)에서 검출된태양전지 어레이(12)의 발전량을 유효 전력 지령 값으로 결정한다(S340).
더욱 구체적으로, 역 전력이 발생하지 않은 경우, 전력 관리 장치(11)는 유효 전력 지령 값의 세팅에 있어서 태양전지 어레이(12)의 발전량을 그대로 대입할 수 있다.
한편 제2계측기(17)에서 역 전력이 검출된 경우, 전력 관리 장치(11)는 제1계측기(16)에서 검출된 태양전지 어레이(12)의 발전량에서 제2계측기(17)에서 검출된 역 전력 값을 뺀 값을 유효 전력 지령의 값으로 결정할 수 있다(S350).
구체적으로 제2계측기(17)의 검출결과 역 전력이 발생한 경우, 전력 관리 장치(11)는 유효 전력 지령 값의 세팅에 있어서 제1계측기(16)에서 검출된 태양전지 어레이(12)의 발전량에서 제2계측기(17)에서 검출된 외부 전력망(15)에서 전력 제어 장치(13)로 공급되는 역 전력을 뺀 값을 그대로 반영할 수 있다.
한편, 유효 전력 지령이 생성된 경우, 전력 관리 장치(11)는 전력 제어 장치(13)에 전력 지령을 전송한다(S360).
이 경우 전력 제어 장치(13)는 수신된 유효 전력 지령에 대응하여 에너지 저장 장치(14)에 전력을 공급한다.
구체적으로 전력 제어 장치(13)는 에너지 저장 장치(14)가 유효 전력 지령에 설정된 전력량만큼 충전되도록, 에너지 저장 장치(14)에 전력을 공급할 수 있다.
즉, 본 발명은 역 전력이 존재하지 않는 경우에는 태양전지 어레이(12) 의 발전량을 유효 전력 지령 값으로 설정하여 충전을 수행하기 때문에 충전과 방전 효율을 극대화 할 수 있다.
또한, 역 전력이 존재하는 경우에는 태양전지 어레이(12) 의 발전량에서 역 전력을 뺀 값을 유효 전력 지령 값으로 설정하여 충전을 수행하기 때문에, 역전력이 더 이상 발생하는 것을 방지하여 비용 손실을 최소화 할 수 있다.
따라서 본 발명은 충전과 방전 효율을 극대화 하면서도 비용 손실을 줄여, 이익을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
한편 외부 전력망(15)의 역 전력 및 태양전지 어레이(12)의 발전량에 기초하여 유효 전력 지령을 전송하는 과정은 태양광 발전 시스템(10)의 기동 중 계속적으로 반복될 수 있다.
또한 전력 관리 장치(11)는 기 설정된 시간 주기로, 외부 전력망(15)의 역 전력 및 태양전지 어레이(12)의 발전량에 기초하여 전력 지령을 결정하고, 결정된 전력 지령을 전력 제어 장치(13)에 전송할 수 있다.
예를 들어 전력 관리 장치(11)는 500ms마다 유효 전력 지령을 생성하여 전송할 수 있다.
또한 제1계측기(16) 및 제2계측기(17)는 일정한 주기로 검출 결과를 출력할 수 있으며, 전력 관리 장치(11)는 기 설정된 시간 주기로 외부 전력망(15)의 역 전력 및 태양전지 어레이(12)의 발전량에 기초하여 전력 지령을 결정하고 결정된 유효 전력 지령을 전력 제어 장치(13)에 전송할 수 있다.
예를 들어 제1계측기(16) 및 제2계측기(17)는 500ms마다 감지 결과를 출력할 수 있으며, 전력 관리 장치(11)는 제1계측기(16)와 제2계측기(17)의 검출 결과에 따라 1초 마다 유효 전력 지령을 생성하여 전송할 수 있다.
즉, 본 발명은 기 설정된 주기로 역 전력을 모니터링 하며 유효 전력 지령을 수정하기 때문에, 특정 주기가 끝난 후에 역 전력이 발생하더라도 그 다음 주기에는 발생된 역 전력을 반영하여 유효 전력 지령을 바로 수정할 수 있다.
예를 들어 500ms마다 유효 전력 지령을 생성하는 경우에는, 500ms마다 역 전력이 발생하는 현상을 제거할 수 있기 때문에, 비용적 손실을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 자연법칙을 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환 및 저장하고, 전력 공급을 제어하는 기술로서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (9)

  1. 태양 에너지를 전력으로 변환하는 태양전지 어레이;
    상기 태양전지 어레이의 발전량 및 외부 전력망으로부터의 역 전력을 모니터링 하는 전력 관리 장치;
    상기 태양전지 어레이에서 생산된 전력 또는 외부 전력망의 전력을 공급받아 충전하는 에너지 저장 장치; 및
    상기 태양전지 어레이에서 생성된 전력 또는 외부 전력망의 전력을 유효 전력 지령에 대응하여 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 전력 제어 장치를 포함하고,
    상기 전력 관리 장치는, 상기 외부 전력망의 역 전력의 발생여부에 따라 서로 다른 값의 유효 전력 지령을 생성하는 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 어레이의 발전량을 검출하는 제1계측기; 및
    상기 외부 전력망의 역 전력을 검출하는 제2계측기를 더 포함하는 태양광 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    역 전력이 발생하지 않은 경우 상기 태양전지 어레이의 발전량을 상기 유효 전력 지령 값으로 결정하는 태양광 발전 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    역 전력이 발생한 경우, 상기 태양전지 어레이의 발전량에서 상기 역 전력을 뺀 값을 상기 유효 전력 지령의 값으로 결정하는 태양광 발전 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    설정된 시간 주기로, 상기 외부 전력망의 역 전력 및 상기 태양전지 어레이의 발전량에 기초하여 상기 유효 전력 지령을 결정하고, 상기 결정된 유효 전력 지령을 상기 전력 제어 장치에 전송하는 태양광 에너지 저장 시스템.
  6. 전력 관리 장치가, 태양 에너지를 전력으로 변환한 태양전지 어레이의 발전량을 모니터링 하고, 외부 전력망의 역 전력을 모니터링 하는 단계;
    상기 전력 관리 장치가, 상기 외부 전력망의 역 전력 유무에 따라 상기 태양전지 어레이의 발전량에 기초하여 생성한 유효 전력 지령을 전송하는 단계;
    상기 전력 제어 장치가, 상기 태양전지 어레이에서 생성된 전력을 상기 유효 전력 지령에 대응하여 에너지 저장 장치에 공급하는 단계; 및
    상기 에너지 저장 장치가, 공급된 전력을 충전하는 단계;를 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유효 전력 지령은,
    상기 역 전력이 발생하지 않은 경우, 상기 태양전지 어레이의 발전량을 상기 전력 지령의 값으로 결정되는 태양광 발전 시스템의 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유효 전력 지령은
    상기 역 전력이 발생한 경우, 상기 태양전지 어레이의 발전량에서 상기 역 전력을 뺀 값으로 결정하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유효 전력 지령은,
    전력 관리 장치에서 기 설정된 시간 주기로, 상기 외부 전력망의 역 전력 및 상기 태양전지 어레이의 발전량에 기초하여 결정하고,
    결정된 상기 유효 전력 지령은 상기 전력 제어 장치에 전송되는 태양광 발전 시스템의 제어 방법.
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