KR102015308B1 - 소수력 발전 전력 공급시스템 - Google Patents
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Abstract
수요처의 부하 요구에 따른 발전설비의 기계적 제어보다 더 빠른 응동이 가능하여 비상 시 매우 빠른 대처가 가능하여 수요처에 안정적인 전기 에너지를 공급할 수 있으며, 기계장치의 물리적 기동이 적어 발전설비의 유효수명을 대폭 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 유량손실을 최소화하여 발전 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 소수력 발전 전력 공급시스템이 개시된다. 상기 소수력 발전 전력 공급시스템은 전력계통과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하여 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만인지 이상인지 여부를 판단하는 전기 에너지 제어모듈 및, 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 수요처의 전력 부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되며, 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상으로 증가되어 전력 주파수가 흔들린다고 판단되면 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력 주파수를 보정하여 수요처에 전기 에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 모듈에 의해 제어되는 전기 에너지 저장모듈을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 소수력 발전 전력 공급시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산된 전기 에너지를 보관하다가 필요시에 방전함으로써 전력계통에 안정성을 확보함과 동시에 효율적인 전력관리를 할 수 있는 소수력 발전 전력 공급시스템에 관한 것이다.
일반적으로 소수력발전(small hydro power)은 설비 용량이 15,000 ㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하나 국내에서는 보통10,000㎾ 미만(2003.1, 산업자원부 제192호)을 소수력발전으로 부르고 있다. 소수력발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리 면에서는 차이가 없으나 대규모 수력발전이 환경에 부정적 영향을 미치는 점을 생각한다면 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다.
소수력발전은 공해가 없는 청정에너지로서 국내에도 15MW 정도의 부존량이 확인되어 있으며, 다른 재생 가능한 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존자원으로 평가되어 구미 선진국을 중심으로 기술 개발과 개발 지원 사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있다.
또한, 소수력발전은 다른 에너지원에 비해 CO2 배출량이 적고, 친환경적인 대표적 저탄소 녹색기술로 평가 받고 있으며, 국내 신재생에너지 중 단위 용량 당 에너지생산량이 가장 높은 에너지원으로 적용 요소 기술의 역사가 길고, 원자재의 해외의존도가 낮은 검증된 실용에너지다.
상기와 같은 소수력 발전장치는 저류시설물 보다 낮은 위치에 소수력 발전기가 설치되어 배관라인을 따라 낙하되는 물의 낙차에 의해 상기 소수력 발전기가 가동되어 전기 에너지를 생산하여 전력계통으로 전기 에너지를 공급하게 되는데, 수요처에서 부하가 증가되면 수차의 회전수가 감소하게 됨에 따라 전력 주파수가 흔들리게 되는 현상이 발생된다.
이와 같이 수요처의 부하 증가에 따라 전력 주파수가 흔들리게 되면 거버너 제어를 통해 밸브의 개방량을 증가시켜 배출되는 물의 양을 늘려주게 됨으로써 전력 주파수를 보정하여 안정적인 전기 에너지를 공급할 수 있도록 한다.
그러나, 상기와 같이 거버너 제어를 통해 배출되는 물의 양을 조절하는 기계적 제어를 통해 전력 주파수를 보정하는 방법의 경우 거버너 등과 같은 기계장치의 물리적 기동이 반복적으로 발생되어 물리적 피로도가 증가하게 됨으로써 기계적 노후화가 매우 빨리 진행되어 소수력 발전 설비의 사용 수명이 대폭 단축될 뿐만 아니라, 전기 에너지 수요처의 부하 요구에 따른 빠른 응동이 불가능하여 비상사태 시 조속한 대처를 할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 수요처의 부하 요구에 따른 발전설비의 기계적 제어보다 더 빠른 응동이 가능하여 비상 시 매우 빠른 대처가 가능하여 수요처에 안정적인 전기 에너지를 공급할 수 있는 소수력 발전 전력 공급시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 거버너 등과 같은 기계장치의 물리적 기동이 적어 발전설비의 유효수명을 대폭 늘릴 수 있으며, 유량손실을 최소화하여 발전 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 소수력 발전 전력 공급시스템을 제공하는 것이다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 전력계통과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하여 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만인지 이상인지 여부를 판단하는 전기 에너지 제어모듈 및, 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 수요처의 전력 부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되며, 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상으로 증가되어 전력 주파수가 흔들린다고 판단되면 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력 주파수를 보정하여 수요처에 전기 에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 모듈에 의해 제어되는 전기 에너지 저장모듈을 포함하는 소수력 발전 전력 공급시스템을 제시한다.
일예를 들면, 상기 전기 에너지 제어모듈은 상기 전력계통과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하는 전력부하 감지부와, 상기 전력부하 감지부로부터 감지된 수요처의 전력부하를 전송받아 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만인지 이상인지 여부를 판단하는 전력부하 비교 판단부 및, 상기 전력부하 비교 판단부에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈을 제어하며, 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 전기 에너지 저장모듈에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 흔들리는 전력 주파수를 보정할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 상기 전기 에너지 제어모듈은 상기 전력계통이 변전소와 연결되었을 시 상기 전기 에너지 저장모듈이 설정된 시간과 양으로 충/방전을 자동으로 수행할 수 있도록 상기 제어부에 전기 에너지 저장모듈의 충/방전시간과 충/방전량을 미리 입력하여 설정할 수 있는 입력부를 더 포함할 수도 있다.
한편, 상기 전력계통이 변전소와 연결되었을 시에는 상기 입력부를 통해 사용자가 상기 전기 에너지 저장모듈의 충/방전을 제어할 수도 있다.
일예를 들면, 상기 전기 에너지 저장모듈은 상기 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전되거나 충전된 전기 에너지를 방전시켜 전력계통으로 전기 에너지를 공급하는 배터리와, 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 생산되는 전기 에너지를 배터리로 공급하여 배터리를 충전시킬 수 있도록 하고, 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 배터리에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되는 양방향 전력 전송부 및, 상기 발전기로부터 배터리 측으로 공급되거나 상기 배터리로부터 전력계통 측으로 공급되는 전기 에너지의 전압을 조절하는 변압기를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 상기 전기 에너지 저장모듈은 상기 발전기로부터 배터리 측으로 전기 에너지를 공급하거나 상기 배터리로부터 전력계통 측으로 전기 에너지를 공급할 시에는 접속되며, 상기 발전기로부터 배터리가 전기 에너지를 공급받아 완충되었을 시에는 개방되도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되는 부하 차단기를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 전기 에너지 제어모듈은 상기 전력 계통이 변전소와 단락되었을 시에는 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 발전기 수차의 기계적인 제어를 하기 전에 상기 전기 에너지 저장모듈에 충전되어 있는 전기 에너지를 상기 전력계통 측으로 방전시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템은 수요처의 전력부하 감소 시에는 발전기로부터 생산되는 전기 에너지를 충전시켜 놓았다가 수요처의 전력부하가 증가될 시 발전설비의 기계적 제어 전에 매우 신속하게 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력 주파수를 보정하여 수요처에 전기 에너지를 안정적으로 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템은 수요처의 전력부하 증가 시 발전설비의 기계적 제어 없이 신속하게 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통에 공급함으로써 비상 시 조속한 대처가 가능하여 수요처의 블랙아웃 현상 등의 발생 없이 안정적인 전기 에너지를 공급할 수 있는 효과가 있다.
특히, 전력 공급이 불안정하여 정전사태나 블랙아웃 현상 등이 매우 빈번하게 발생되는 원격지에 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 적용하게 되면 수요처의 전력부하 상승으로 인한 비상 시 정전 사태나 블랙아웃 현상이 발생되기 전에 매우 신속한 대처가 가능함으로써 전력공급의 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 대고객 신뢰성까지 확보할 수 있는 효과가 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템은 발전설비의 유량손실을 최소화하여 발전 효율을 대폭 향상시켜 발전 수익을 극대화시킬 수 있으며, 수요처의 전력부하 상승으로 인한 비상시에도 발전설비의 기계적 제어를 할 필요가 없으므로 거버너 등과 같은 발전설비의 물리적 기동이 반복적으로 발생되지 않아 발전설비의 물리적 피로도를 감소시켜 발전설비의 유지/보수비용을 획기적으로 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용 수명까지도 대폭 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 설명하기 위한 개략도
도 2는 전기 에너지 제어모듈과 전기 에너지 저장모듈을 설명하기 위한 개략도
도 3은 만수기 때 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 4는 갈수기 때 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 2는 전기 에너지 제어모듈과 전기 에너지 저장모듈을 설명하기 위한 개략도
도 3은 만수기 때 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 4는 갈수기 때 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 설명하기 이전에 일반적인 소수력 발전 설비에 대하여 간략하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 일반적인 소수력 발전 설비(200)의 경우 복수개의 발전기(210)가 병렬로 연결되며, 상기 병렬로 연결되어 있는 복수개의 발전기(210)는 전력계통(220)과 연결되고, 상기 복수개의 발전기(210)와 전력계통(220) 사이에는 상기 복수개의 발전기(210)에 의해 생산된 전기 에너지의 전압을 조절하여 상기 전력계통(220)으로 공급하기 위한 변압기(230)가 설치된다.
또한, 상기 전력계통(210)을 통해 공급되는 전기 에너지는 변전소(240)를 통해 전압을 조절하여 다시 수요처로 공급되어 사용된다.
한편, 소수력 발전설비(200)의 경우 만수기(도 3 참조)에는 전력계통(220)이 부하 차단기(250)에 의해 변전소(240)와 연결되어 발전기(210)에 의해 생산된 전기 에너지가 전력계통(220)을 통해 상기 변전소(240)를 전송되어 수요처로 공급되며, 갈수기(도 4 참조)에는 전력계통(220)이 부하 차단기(250)에 의해 변전소(240)와 차단되어 발전기(210)에 의해 생산된 전기 에너지가 발전기(210) 인근에 위치한 수요처(310)로만 공급된다.
즉, 상기 소수력 발전설비(200)의 경우 갈수기에는 전력계통(210)이 부하 차단기(250)에 의해 변전소(240)와 단락됨으로써 발전기(210)에 의해 생산된 전기 에너지가 상기 전력계통(220)을 통해 변전소(240) 이전에 위치한 발전기(210) 인근에 위치한 수요처(310)로만 공급된다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 소수력 발전 전력 공급시스템에 대하여 설명한다.
도 2는 전기 에너지 제어모듈과 전기 에너지 저장모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)은 전기 에너지 제어모듈(110) 및, 전기 에너지 저장모듈(120)을 포함할 수 있다.
상기 전기 에너지 제어모듈(110)은 상기 전력계통(220)과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하여 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만인지 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 상기 전기 에너지 제어모듈(110)은 전력부하 감지부(111), 전력부하 비교 판단부(112) 및, 제어부(113)를 포함할 수 있다.
상기 전력부하 감지부(111)는 상기 전력계통(220)과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하여 전력부하 비교 판단부(112)로 전송한다.
상기 전력부하 비교 판단부(112)는 상기 전력부하 감지부(111)로부터 감지되어 전송된 수요처의 전력부하를 전송받아 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 상기 수요처의 전력부하기 기준 전력부하 미만지 이상인지 여부를 판단하여 상기 제어부(113)로 전송한다.
상기 제어부(113)는 상기 전력부하 비교 판단부(112)에 의해 판단되어 전송된 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기(210)로부터 생산되는 잉여 전기 에너지를 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 배터리(121)가 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈(120)을 제어할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 제어부(113)는 상기 전력부하 비교 판단부(112)에 의해 판단되어 전송된 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기(210)로부터 생산되는 잉여 전기 에너지를 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 배터리(121)로 공급하여 충전시킬 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 후술되는 양방향 전력 전송부(122)를 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부(113)는 상기 전력부하 비교판단부(112)에 의해 판단되어 전송된 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 전기 에너지 저장모듈(120)에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 흔들리는 전력 주파수를 보정할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈(120)을 제어할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 제어부(113)는 상기 전력부하 비교판단부(112)에 의해 판단되어 전송된 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 배터리(121)에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 상기 전력계통(220)으로 공급하여 흔들리는 전력 주파수를 보정할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 양방향 전력 전송부(122)를 제어할 수 있다.
이에 더하여, 상기 전기 에너지 제어모듈(110)은 입력부(114)를 더 포함할 수 있다.
상기 입력부(114)는 만수기가 되어 상기 전력계통(220)이 부하 차단기(250)에 의해 변전소(240)와 연결되었을 시 상기 전기 에너지 저장모듈(120)이 설정된 시간과 양으로 충/방전을 자동으로 수행할 수 있도록 상기 제어부(113)에 전기 에너지 저장모듈(120)의 충/방전시간과 충/방전량을 미리 입력하여 설정할 수 있도록 한다.
한편, 상기 전력계통(220)이 부하 차단기(250)에 의해 변전소(240)와 연결되어 있는 만수기에는 사용자가 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 후술되는 배터리(121)의 충전량과 상기 수요처의 부하량을 직접 확인을 한 후, 상기 입력부(114)를 통해 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 충/방전을 실시간으로 직접적으로 제어할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 전기 에너지 제어모듈(120)은 후술되는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전력계통(220)이 변전소(240)와 단락되는 갈수기에는 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 발전기(210) 수차의 기계적인 제어를 하기 전에 상기 전기 에너지 저장모듈(120)에 충전되어 있는 전기 에너지를 상기 전력계통(220) 측으로 방전시키는 것이 바람직하다.
상기 전기 에너지 저장모듈(120)은 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력 부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기(210)로부터 전기 에너지를 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 상기 전기 에너지 저장모듈(120)은 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력 부하가 기준 전력부하 이상으로 증가되어 전력 주파수가 흔들린다고 판단되면 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력 주파수를 보정하여 전력계통(220)을 통해 전기 에너지를 수요처에 안정적으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 전기 에너지 저장모듈(120)은 배터리(121), 양방향 전력 전송부(122) 및, 변압기(123)를 포함할 수 있다.
상기 배터리(121)는 상기 발전기(210)로부터 생산되는 잉여 전기 에너지를 공급받아 충전될 수 있도록 상기 발전기(210)와 연결됨과 동시에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통(220)으로 전기 에너지를 공급할 수 있도록 상기 전력계통(220)과도 연결될 수 있다.
상기 양방향 전력 전송부(122)는 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 상기 발전기(210)로부터 생산되는 잉여 전기 에너지를 배터리(121)로 공급하여 상기 배터리(121)를 충전시킬 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 상기 양방향 전력 전송부(122)는 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 배터리(121)에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통(220)으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)에 의해 제어될 수 있다.
상기 변압기(123)는 상기 발전기(210)로부터 생산되는 전기 에너지의 전압을 조절하여 상기 배터리(121) 측으로 공급할 수 있도록 함과 동시에, 상기 배터리(121)로부터 방전되는 전기 에너지의 전압을 조절하여 전력계통(220) 측으로 공급할 수 있도록 한다.
즉, 상기 변압기(123)는 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되어 상기 발전기(210)로부터 생산되는 전기 에너지를 배터리(121)로 공급할 수 있도록 상기 제어부(113)에 의해 상기 양방향 전력 전송부(122)가 제어될 시에는 상기 발전기(210)로부터 생산되는 전기 에너지의 전압을 조절하여 상기 배터리(121) 측으로 공급할 수 있도록 하며, 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되어 상기 배터리(121)에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통(220)으로 공급할 수 있도록 상기 제어부(113)에 의해 상기 양방향 전력 전송부(122)가 제어될 시에는 상기 배터리(121)로부터 방전되는 전기 에너지의 전압을 조절하여 상기 전력계통(220)으로 공급할 수 있도록 한다.
이에 더하여, 상기 전기 에너지 저장모듈(120)은 부하 차단기(124)를 더 포함할 수 있다.
상기 부하 차단기(124)는 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 변압기(123)와 양방향 전력 전송부(122) 사이에 설치되어 상기 발전기(210)로부터 배터리(121) 측으로 전기 에너지를 공급하거나 상기 배터리(121)로부터 전력계통(220) 측으로 전기 에너지를 공급할 시에는 접속되어 상기 변압기(123)와 양방향 전력 전송부(122)를 서로 연결시킬 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 상기 부하 차단기(124)는 상기 발전기(210)로부터 배터리(121)가 전기 에너지를 공급받아 완충되어 스탠바이 상태일 경우에는 개방되어 상기 발전기(210)로부터 배터리(121)로 공급되는 전기 에너지를 차단시킬 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)에 의해 제어될 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통하여 수요처에 전력을 공급하는 과정과 작용 효과에 대하여 설명한다.
이하, 설명의 편의를 위하여 소수력 발전기를 가동시키기 위한 수량이 많은 만수기와 수량이 적은 갈수기로 구분하여 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정에 대하여 설명한다.
도 3은 만수기 때 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 통상적으로 만수기에는 변전소(240)와 전력계통(220)을 연결하는 부하 차단기(250)가 연결되어 상기 전력계통(220)이 변전소(240)와 접속되어 있는 상태이다.
상기와 같이 부하 차단기(250)에 의해 전력계통(220)이 변전소(240)와 접속되어 있는 만수기에는 사용자가 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 입력부(114)를 통해 상기 전기 에너지 저장모듈(120)이 설정된 시간과 양으로 충/방전을 자동으로 수행할 수 있도록 상기 제어부(113)에 전기 에너지 저장모듈(120)의 충/방전시간과 충/방전량을 미리 입력하여 설정할 수 있다.
예를 들면, 사용자는 아침이나 저녁시간과 같이 전력 사용량이 많아 수요처의 전력부하가 상승되는 하이피크(high peak) 시간대에는 상기 전기 에너지 저장모듈(120)이 설정된 양으로 자동으로 방전되어 전력계통(220)으로 전기 에너지를 공급하도록 상기 입력부(114)를 통해 제어부(113)에 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 방전시간과 방전량을 미리 입력할 수 있으며, 새벽시간과 같이 전력 사용량이 적은 로우피크(low peak) 시간대에는 상기 전기 에너지 저장모듈(120)이 설정된 양으로 자동으로 충전되도록 상기 입력부(114)를 통해 제어부(113)에 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 충전시간과 충전량을 미리 입력할 수 있다.
상기와 같이 사용자가 상기 입력부(114)를 통해 상기 제어부(113)에 충/방전시간과 충/방전량을 미리 입력하여 설정하게 되면, 상기 제어부(113)는 충전시간이 되면 상기 발전기(210)로부터 생산되는 전기 에너지를 배터리(121)로 공급하여 배터리를 설정된 양까지 충전시킬 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 양방향 전력 전송부(122)를 제어하게 된다.
이때, 상기 배터리(121)가 설정된 양까지 충전되면 상기 제어부(113)는 상기 양방향 전력 전송부(122)와 변압기(123)를 연결하는 부하 차단기(124)의 접속을 해제시켜 상기 배터리(121)로 더 이상 전기 에너지가 공급되지 않고 스탠바이 상태가 되도록 한다.
한편, 상기 제어부(113)는 방전시간이 되면 상기 부하 차단기(124)를 접속시켜 양방향 전력 전송부(122)와 변압기(123)를 연결시킨 후 상기 배터리(121)에 충전되어 있는 전기 에너지를 상기 변압기(123)를 통해 전력계통(220) 측으로 설정된 양까지 방전시켜 공급할 수 있도록 상기 양방향 전력 전송부(122)를 제어하게 된다.
이때, 상기 배터리(121)가 설정된 양까지 방전되면 상기 제어부(113)는 상기 양방향 전력 전송부(122)와 변압기(123)를 연결하는 부하 차단기(124)의 접속을 해제시켜 상기 배터리(121)가 더 이상 방전되지 않도록 한다.
이와는 다르게, 만수기 때에는 사용자가 전기 에너지 저장모듈(120)의 배터리(121) 충전량과 수요처의 부하량을 직접 모니터링 하면서 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 입력부(114)를 통해 실시간으로 상기 전기 에너지 저장모듈(120)의 충/방전을 수작업으로 제어할 수도 있다.
도 4는 갈수기가 때 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템을 통해 수요처에 전력을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 2 및, 도 4를 참조하면, 통상적으로 갈수기에는 변전소(240)와 전력계(220)통을 연결하는 부하 차단기(250)가 접속 해제되어 상기 전력계통(220)이 변전소(240)와 단락되어 있는 상태이다.
상기와 같이 부하 차단기(250)에 의해 전력계통(220)이 변전소(240)와 단락되어 있는 갈수기에는 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)은 전력계통(220)과 변전소(240)를 통해 수요처에 전기 에너지를 공급하지 못하고, 발전기(210)와 인접한 수요처(310), 즉 변전소(240) 이전의 전력계통(220)과 연결되어 있는 수요처(310)에만 전기 에너지를 공급하게 된다.
상술한 바와 같이 부하 차단기(250)에 의해 전력계통(220)이 변전소(240)와 단락되어 있을 경우에는 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)은 전기 에너지 제어모듈(110)을 통해 발전기(210)와 인접한 수요처(310)의 전력부하를 감지하게 된다.
상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 감지된 발전기(210)와 인접한 수요처(310)의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면, 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)는 부하 차단기(124)를 작동시켜 변압기(123)와 양방향 전력 전송부(122)를 연결시킴과 동시에, 상기 양방향 전력 전송부(122)를 상기 발전기(210)로부터 생산되는 전기 에너지를 배터리(121)로 공급하여 상기 배터리(121)를 충전시킬 수 있도록 제어하여 상기 배터리(121)를 충전시키게 된다.
이후, 상기 배터리(121)가 완충되면 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)는 상기 부하 차단기(124)를 작동시켜 변압기(123)와 양방향 전력 전송부(122)를 단락시켜 스탠바이 상태를 유지하게 된다.
한편, 상기 전기 에너지 제어모듈(110)에 의해 수요처의 전력 부하가 기준 전력부하 이상으로 증가되어 전력 주파수가 흔들린다고 판단되면 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)는 상기 부하 차단기(124)를 작동시켜 변압기(123)와 양방향 전력 전송부(122)를 접속시킴과 동시에 상기 양방향 전력 전송부(122)를 상기 배터리(121)로부터 방전되는 전기 에너지를 상기 변압기(123)를 통해 전력계통(220) 측으로 공급할 수 있도록 전력 주파수를 신속하게 보정하여 인근 수요처(310)에 전기 에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 제어한다.
이때, 상기 전기 에너지 제어모듈(110)의 제어부(113)는 거버너 제어 등과 같은 발전기 수차의 기계적인 제어를 하기 전에 상기 전기 에너지 저장모듈(120)에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 상기 전력계통(220) 측으로 신속하게 공급할 수 있도록 함으로써 비상 시 매우 신속한 대처가 가능하도록 함과 동시에 발전기 설비의 반복적인 물리적 기동이 발생되지 않도록 하여 발전기 설비의 유효수명을 대폭 늘릴 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)은 수요처의 전력부하 감소 시에는 발전기(210)로부터 생산되는 전기 에너지를 충전시켜 놓았다가 수요처의 전력부하가 증가될 시 발전설비의 기계적 제어 전에 매우 신속하게 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력 주파수를 보정하여 수요처에 전기 에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)은 수요처의 전력부하 증가 시 발전설비의 기계적 제어 없이 신속하게 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통(220)에 공급함으로써 비상 시 매우 빠른 대처가 가능하여 블랙아웃 현상 등의 발생 없이 수요처에 안정적인 전기 에너지를 공급할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)을 전력 공급이 불안정하여 정전사태 등이 매우 빈번하게 발생되는 원격지에 적용할 경우 수요처의 전력부하 상승으로 인한 비상 시 정전 사태가 발생되기 전에 매우 신속한 대처가 가능함으로써 전력공급의 안정성과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전 전력 공급시스템(100)은 발전설비의 유량손실을 최소화하여 발전 효율을 대폭 향상시킴은 물론, 수요처의 전력부하 상승으로 인한 비상 시 발전설비의 기계적 제어를 할 필요가 없으므로 거버너 등과 같은 발전설비의 물리적 기동이 반복적으로 발생되지 않아 발전설비의 물리적 피로도를 감소시켜 발전설비의 유지/보수비용을 획기적으로 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용 수명까지도 대폭 연장시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
(110) : 전기 에너지 제어모듈 (111) : 전력부하 감지부
(112) : 전력부하 비교 판단부 (113) : 제어부
(114) : 입력부 (120) : 전기 에너지 저장모듈
(121) : 배터리 (122) : 양방향 전력 전송부
(123) : 변압기 (124) : 부하 차단기
(112) : 전력부하 비교 판단부 (113) : 제어부
(114) : 입력부 (120) : 전기 에너지 저장모듈
(121) : 배터리 (122) : 양방향 전력 전송부
(123) : 변압기 (124) : 부하 차단기
Claims (7)
- 복수개의 발전기 및 상기 복수개의 발전기가 병렬로 연결되는 전력계통을 포함하여 상기 복수개의 발전기로부터 생산되어 상기 전력계통을 통해 공급되는 전기 에너지를 변전소를 통해 전압을 조절하여 수요처로 공급하는 소수력 발전 설비 내에 상기 복수개의 발전기와 병렬을 이루도록 상기 전력계통에 연결되는 소수력 발전 전력 공급시스템에 있어서,
전력계통과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하여 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만인지 이상인지 여부를 판단하는 전기 에너지 제어모듈; 및
상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 수요처의 전력 부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되며, 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상으로 증가되어 전력 주파수가 흔들린다고 판단되면 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력 주파수를 보정하여 수요처에 전기 에너지를 안정적으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 모듈에 의해 제어되는 전기 에너지 저장모듈;을 포함하며,
상기 전기 에너지 제어모듈은,
상기 전력계통과 연결되어 있는 수요처의 전력부하를 감지하는 전력부하 감지부;
상기 전력부하 감지부로부터 감지된 수요처의 전력부하를 전송받아 기 세팅된 기준 전력부하와 비교하여 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만인지 이상인지 여부를 판단하는 전력부하 비교 판단부;
상기 전력부하 비교 판단부에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈을 제어하며, 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 전기 에너지 저장모듈에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 흔들리는 전력 주파수를 보정할 수 있도록 상기 전기 에너지 저장모듈을 제어하는 제어부; 및
상기 전력계통이 변전소와 연결되었을 시 상기 전기 에너지 저장모듈이 설정된 시간과 양으로 충/방전을 자동으로 수행할 수 있도록 상기 제어부에 전기 에너지 저장모듈의 충/방전시간과 충/방전량을 미리 입력하여 설정할 수 있는 입력부;를 포함하며,
상기 전력계통이 변전소와 연결되었을 시에는, 상기 입력부를 통해 사용자가 상기 전기 에너지 저장모듈의 충/방전을 제어할 수 있도록 하며,
상기 전기 에너지 저장모듈은,
상기 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 충전되거나 충전된 전기 에너지를 방전시켜 전력계통으로 전기 에너지를 공급하는 배터리;
상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 미만이라고 판단되면 발전기로부터 생산되는 전기 에너지를 배터리로 공급하여 배터리를 충전시킬 수 있도록 하고, 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 상기 배터리에 충전되어 있는 전기 에너지를 방전시켜 전력계통으로 공급할 수 있도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되는 양방향 전력 전송부;
상기 발전기로부터 배터리 측으로 공급되거나 상기 배터리로부터 전력계통 측으로 공급되는 전기 에너지의 전압을 조절하는 변압기; 및
상기 발전기로부터 배터리 측으로 전기 에너지를 공급하거나 상기 배터리로부터 전력계통 측으로 전기 에너지를 공급할 시에는 접속되며, 상기 발전기로부터 배터리가 전기 에너지를 공급받아 완충되었을 시에는 개방되도록 상기 전기 에너지 제어모듈에 의해 제어되는 부하 차단기;를 포함하며,
상기 전기 에너지 제어모듈은,
상기 전력 계통이 변전소와 단락되었을 시에는 상기 수요처의 전력부하가 기준 전력부하 이상이라고 판단되면 발전기 수차의 기계적인 제어를 하기 전에 상기 전기 에너지 저장모듈에 충전되어 있는 전기 에너지를 상기 전력계통 측으로 방전시켜 변전소 이전의 상기 전력 계통과 연결된 수요처에만 전기 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 전력 공급시스템. - 삭제
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