KR101816839B1 - Complex power circuit for renewable energy directly connected hydrogen generating device and control method thereof - Google Patents
Complex power circuit for renewable energy directly connected hydrogen generating device and control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR101816839B1 KR101816839B1 KR1020160116309A KR20160116309A KR101816839B1 KR 101816839 B1 KR101816839 B1 KR 101816839B1 KR 1020160116309 A KR1020160116309 A KR 1020160116309A KR 20160116309 A KR20160116309 A KR 20160116309A KR 101816839 B1 KR101816839 B1 KR 101816839B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- power
- voltage
- supply system
- power supply
- renewable energy
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 110
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 101100301831 Arabidopsis thaliana RH42 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 101150012247 RCF1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150068842 RCF2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H02J3/382—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- 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
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y02E60/56—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 복합 전력회로 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid power circuit and a control method thereof, and more particularly, to a hybrid power circuit and a control method thereof for a hydrogen generator directly connected to renewable energy.
과도한 화석연료 사용으로 인해 지구 온난화 등의 환경문제와 화석자원의 고갈 문제가 심각한 수준에 이르렀다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 대체 에너지원과 이를 활용할 기술 개발이 이루어지고 있다. 특히 태양과, 풍력발전 등 신재생 에너지(Renewable Energy) 기술 개발 및 상용화가 빠르게 진행되어왔다. 이러한 신재생 에너지원의 가장 큰 문제점은 에너지가 불규칙적으로 생성되어 안정적인 전력 공급원으로 사용하기 어렵다는 것이다. 이를 극복하기 위해서, 최근에는 신재생 에너지 발전원에 에너지 저장장치를 추가하고, 생성된 에너지를 저장한 후, 저장된 에너지가 안정적으로 부하로 공급되도록 함으로써, 그 효용성을 높이는 추세이다. 에너지 저장 방법의 하나로 수전해조(water electrolyzer)와 연계하여, 신재생 에너지원에서 획득된 에너지를 이용하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 저장 및 판매하거나 연료전지 등과 함께 발전으로 사용하는 방법이 제시된다. 특히 수소는 연료전지에 공급될 수 있는 연료 중 하나로서 석유, 석탄 등 화석연료를 대체할 차세대 에너지 운반체, 즉 연료로 주목받고 있으며 연소 시 온실가스를 발생하지 않으며, 오직 물이 생성된다는 면에서 청정 에너지원으로 평가 받고 있다. 또한 수소는 저장이 용이하여 신재생 에너지의 불규칙적인 생성 특성과 장기간의 부조/무풍일수에 대응하기 위한 충분한 저장용량을 확보할 수 있고, 전력과 열에너지의 균형있는 공급이 가능하다는 점에서 시장의 요구를 만족시킬 수 있는 연료원이다.Excessive use of fossil fuels has led to serious environmental problems such as global warming and the depletion of fossil resources. To solve these problems, various alternative energy sources and technologies to utilize them have been developed. In particular, the development and commercialization of renewable energy technologies such as solar power and wind power generation have been rapidly progressing. The biggest problem of these renewable energy sources is that energy is generated irregularly and it is difficult to use it as a stable power source. In order to overcome this, recently, it is a trend to add an energy storage device to a new and renewable energy generation source, to store the generated energy, and to stabilize the stored energy to be supplied to the load. As one of the energy storage methods, there is a method of producing hydrogen by using the energy obtained from a renewable energy source in association with a water electrolyzer, storing and selling the produced hydrogen, or using it as a fuel cell together with the fuel cell do. In particular, hydrogen is one of the fuels that can be supplied to fuel cells. It is attracting attention as a next-generation energy carrier to replace fossil fuels such as petroleum and coal. It does not generate greenhouse gases when burned, It is evaluated as an energy source. In addition, since hydrogen can be easily stored, it is possible to secure sufficient storage capacity to cope with irregular generation characteristics of renewable energy and long-term relief / no-wind days, and to provide balanced supply of electric power and thermal energy. Which is a fuel source.
수전해조의 특성을 전기 부하로서 모의한다면 전류에 비례해서 수소발생량이 비례적으로 증가하므로 간단하게 저항으로 해석될 수 있다. 즉, 입력되는 전류 혹은 전압을 가변함으로써 수소 발생량을 조절할 수 있다. 따라서 신재생 에너지로부터 최대의 수소 발생을 도모할 수 있도록 수전해조와 신재생 에너지원을 효율적으로 연결할 수 있는 장치가 요구된다.If the characteristics of the electrolytic cell are simulated as an electric load, the amount of hydrogen generated increases proportional to the current, so that it can be simply interpreted as a resistance. That is, the hydrogen generation amount can be adjusted by varying the input current or voltage. Therefore, a device capable of efficiently connecting a water electrolytic cell with a new and renewable energy source is required to maximize hydrogen generation from renewable energy.
본 발명의 목적은 신재생 에너지원에서 생성된 에너지를 최대의 효율로 이용할 수 있도록 하는 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hybrid power circuit for a renewable energy direct connection type hydrogen generator which makes it possible to utilize energy generated from a renewable energy source with maximum efficiency.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로의 제어 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for controlling a hybrid power circuit for a hydrogen generator directly connected to renewable energy to achieve the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로는 신재생 에너지원에서 인가된 직류 전력을 기설정된 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환기; 상기 직류 교류 변환기에서 변환된 상기 교류 전압을 수전해조로 인가되는 전력과 전력 계통인 교류 전력 공급 시스템으로 인가되는 전력으로 분배하는 분배부; 상기 수전해조로 인가되는 전력에 대응하는 상기 교류 전압을 인가받아 상기 수전해조에서 사용 가능한 직류 전압으로 변환하는 변환 정류부; 및 상기 수전해조가 최대 효율로 수소를 생성할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 분석하고, 분석된 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력과 상기 교류 전력 공급 시스템의 요구 전력을 분석하여, 상기 수전해조 및 상기 교류 전력 공급 시스템으로 각각 공급될 전력을 판별하고, 판별 결과에 따라 상기 분배부를 제어하는 제어부; 를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a hybrid power circuit for a hydrogen generator directly connected to a renewable energy, comprising: a DC-AC converter for converting DC power applied from a renewable energy source into a predetermined AC voltage; A distributor for distributing the AC voltage converted by the DC / AC converter to power applied to a water electrolytic bath and power applied to an AC power supply system, which is a power system; A conversion rectifying unit that receives the AC voltage corresponding to the electric power applied to the water electrolyzer and converts the AC voltage into a DC voltage usable in the water electrolyzer; And analyzing the maximum hydrogen generation voltage at which the water electrolyzer can generate hydrogen with maximum efficiency and analyzing the power corresponding to the analyzed maximum hydrogen generation voltage and the required electric power of the AC power supply system, A controller for discriminating power to be supplied to the AC power supply system and controlling the distributor according to a result of the discrimination; .
상기 제어부는 상기 교류 전력 공급 시스템과 통신을 수행하여 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하지 않는 것으로 판별되면, 상기 직류 교류 변환기에서 변환된 상기 교류 전압이 모두 상기 변환 정류부로 인가되도록 상기 분배부를 제어하고, 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력이 상기 변환 정류부로 인가되고, 나머지 전력이 상기 교류 전력 공급 시스템으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The control unit communicates with the AC power supply system to control the distribution unit so that all of the AC voltage converted from the DC / AC converter is applied to the conversion / rectification unit when it is determined that the AC power supply system does not require power. And a power corresponding to the maximum hydrogen generation voltage is applied to the conversion rectification unit and the rest of the power is supplied to the AC power supply system when it is determined that the AC power supply system requires power .
상기 변환 정류부는 상기 교류 전압의 전압 레벨을 기설정된 전압 레벨로 조절하는 적어도 하나의 변압기; 및 상기 적어도 하나의 변압기 각각에서 전압 레벨이 조절된 상기 교류 전압을 정류하여 상기 수전해조에서 사용 가능한 직류 전압으로 변환하는 적어도 하나의 정류기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.At least one transformer for adjusting the voltage level of the AC voltage to a predetermined voltage level; And at least one rectifier for rectifying the AC voltage whose voltage level is adjusted in each of the at least one transformer and converting the rectified AC voltage into a DC voltage usable in the water electrolyzer; And a control unit.
상기 직류-교류 변환기는 상기 직류 전력을 상기 교류 전력 공급 시스템에서 직접 사용 가능한 3상 상용 교류 전압으로 변환하는 것을 특징으로 한다.The DC-AC converter converts the DC power into a three-phase commercial AC voltage usable directly in the AC power supply system.
상기 적어도 하나의 변압기는 결선 방식이 서로 다른 복수개의 변압기인 것을 특징으로 한다.Wherein the at least one transformer is a plurality of transformers having different wiring schemes.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로의 제어 방법은 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로의 제어 방법에 있어서, 상기 복합 전력회로가 신재생 에너지원에서 인가된 직류 전력을 기설정된 교류 전압으로 변환하는 단계; 상기 복합 전력회로가 수전해조가 최대 효율로 수소를 생성할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 분석하는 단계; 상기 복합 전력회로가 전력 계통인 교류 전력 공급 시스템과 통신을 수행하여, 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는지 판별하는 단계; 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 상기 복합 전력회로가 분석된 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력과 상기 교류 전력 공급 시스템의 요구 전력을 분석하여, 상기 수전해조 및 상기 교류 전력 공급 시스템으로 각각 공급될 전력을 판별하여 분배하는 단계; 및 상기 복합 전력회로가 상기 수전해조로 인가되는 전력에 대응하는 상기 교류 전압을 인가받아 상기 수전해조에서 사용 가능한 직류 전압으로 변환하는 단계; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a hybrid power circuit for a hydrogen generator directly connected to a renewable energy, the method comprising: Converting the DC power applied from the renewable energy source to a predetermined AC voltage; Analyzing the maximum hydrogen generation voltage at which the combined electrolytic cell can generate hydrogen with maximum efficiency; The composite power circuit communicating with an AC power supply system that is a power system to determine whether the AC power supply system requires power; If the AC power supply system determines that the AC power supply system requires power, analyzes the power corresponding to the analyzed maximum hydrogen generation voltage and the required power of the AC power supply system analyzed by the hybrid power circuit, Discriminating and distributing power to be supplied to each of the supply systems; And converting the AC voltage corresponding to the power applied to the water electrolytic bath to a DC voltage usable in the water electrolytic bath, .
상기 분배하는 단계는 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 상기 복합 전력회로가 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력이 상기 수전해조로 인가되도록 분배하는 단계; 및 상기 수전해조로 인가된 전력을 제외한 나머지 전력을 상기 교류 전력 공급 시스템으로 분배하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the distributing step comprises the steps of: distributing the mixed power circuit such that power corresponding to the maximum hydrogen generating voltage is applied to the water electrolyzer when it is determined that the AC power supply system requires electric power; And distributing the remaining electric power to the AC power supply system except the electric power applied to the water electrolysis vessel; And a control unit.
상기 복합 전력회로의 제어 방법은 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하지 않는 것으로 판별되면, 상기 직류 교류 변환기에서 변환된 상기 교류 전압이 모두 상기 변환 정류부로 인가하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of controlling the hybrid power circuit includes the steps of applying all of the AC voltage converted by the DC / AC converter to the conversion rectification unit when it is determined that the AC power supply system does not require power; And further comprising:
상기 직류 전압으로 변환하는 단계는 상기 교류 전압의 전압 레벨을 기설정된 전압 레벨로 조절하는 단계; 및 전압 레벨이 조절된 상기 교류 전압을 정류하여 상기 수전해조에서 사용 가능한 직류 전압으로 변환하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the step of converting the voltage into the DC voltage comprises: adjusting a voltage level of the AC voltage to a predetermined voltage level; And rectifying the AC voltage whose voltage level is adjusted and converting the AC voltage into a usable DC voltage in the water electrolyzer; And a control unit.
따라서, 본 발명의 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 및 이의 제어 방법은 신재생 에너지원에서 생성된 전력을 교류 전력으로 변환하고, 교류 전력을 제어하여 수전해조로 인가되는 전력을 제어할 수 있으므로, 수전해조로 공급되는 전력을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다. 그리고 신재생 에너지원에서 생성된 전력을 전력 계통인 교류 전력 공급 시스템으로 곧바로 전송할 수 있어, 수소 변환 과정에서 발생할 수 있는 효율성 저하를 방지한다. 또한 교류 전력 공급 시스템이 전력을 필요로 하지 않는 경우, 최대 수소 발생 전압 이상의 직류 전력으로 재변환하여, 수전해조의 수소 생산량을 증대함으로써, 신재생 에너지원에서 생성된 전력을 상황에 맞추어 최대 효율로 활용할 수 있도록 한다. 즉 수전해조의 전원 공급뿐만 아니라 계통 연계 운전이 가능하기 때문에 다양한 부하에 적용할 수 있고 대용량 시스템으로의 확장이 용이하다.Therefore, the hybrid power circuit and its control method for a hydrogen generator directly connected to renewable energy of the present invention can convert power generated from a renewable energy source into alternating-current power, control the alternating-current power, It is possible to more effectively control the electric power supplied to the water electrolytic bath. In addition, the power generated from the renewable energy source can be directly transmitted to the AC power supply system, thereby preventing the efficiency degradation that may occur in the hydrogen conversion process. In addition, when the AC power supply system does not require electric power, it is reconverted to DC power higher than the maximum hydrogen generation voltage to increase the hydrogen production amount of the water electrolytic cell, so that the power generated from the renewable energy source is maximized So that it can be utilized. In other words, it is possible to apply not only the power supply of water electrolytic cell but also the grid-connected operation, so that it can be applied to various loads and it is easy to expand to a large capacity system.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 공급 시스템을 나타낸다.
도2 는 도1 의 복합 전력회로의 상세 구성을 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 제어 방법을 나타낸다.1 shows a renewable energy supply system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows a detailed configuration of the composite power circuit of Fig.
FIG. 3 shows a hybrid power circuit control method for a hydrogen generator directly connected to renewable energy according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 공급 시스템을 나타낸다.1 shows a renewable energy supply system according to an embodiment of the present invention.
도1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신재생 에너지 생산 공급 시스템은 태양광 및 풍력발전 시스템과 같은 신재생 에너지원(100)과 수소 생성 저장 장치(200) 및 신재생 에너지원(100)과 수소 생성 저장 장치(200) 사이에 배치되는 복합 전력회로(CPCS)를 포함한다. 그리고 신재생 에너지 생산 공급 시스템은 복합 전력회로(CPCS)에서 직접 교류 전력을 인가받는 전력 계통(electric power system)인 교류 전력 공급 시스템(ACPS)과 수소 생성 저장 장치(200)로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하는 수소 연료 전지(HFC)를 포함할 수 있다.1, the renewable energy production and supply system of the present invention includes a
도1 에서 수소 공급 장치(HSD)는 수소 생성 저장 장치(200)로부터 수소를 인가받고, 수소를 이용하여 직접 전력을 생산하여 기지정된 동작을 수행하는 각종 장치로 인가된 수소를 공급하는 장치이며, 상용 전력 부하(ELD)는 교류 전력 공급 시스템(ACPS) 또는 수소 연료 전지(HFC)로부터 교류 또는 직류 전력을 인가받아 지정된 동작을 수행하는 전력 소비 장치이다.In FIG. 1, a hydrogen supply device (HSD) is a device that receives hydrogen from a hydrogen generating and storing device (200), directly supplies power using hydrogen, and supplies hydrogen to various devices performing predetermined operations, A commercial power load (ELD) is a power consuming device that receives AC or DC power from an AC power supply system (ACPS) or a hydrogen fuel cell (HFC) to perform a specified operation.
도1 에서 신재생 에너지원(100)는 상기한 태양광 및 풍력발전 시스템뿐만 아니라, 지열, 바이오, 수력 에너지 등이 이용되어도 무방하다. 그러나 현재 국내에서 가장 활발하게 연구되고, 상용 에너지원으로 이용 가능한 신재생 에너지가 태양광 및 풍력 에너지이므로, 도1 에서는 태양광 및 풍력 에너지를 일예로 도시하였다.In FIG. 1, the
한편 신재생 에너지원(100)는 대부분 자연 환경으로부터 에너지를 전력 형태로 획득하도록 구성되고, 환경의 변화에 따라 전력의 생산량에 큰 차이가 발생하게 되며, 경우에 따라서 전력을 생산하지 못하는 경우도 발생한다. 즉 전력 생산이 불규칙적이며, 예측 또한 매우 어렵다는 문제가 있다. 그리고 생산되는 전력이 불규칙한 경우, 상기한 바와 같이 부하단에서 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급할 수 없을 뿐만 아니라, 오히려 전력의 변동폭에 따라 부하에 불필요한 악영향을 미칠 수 있다. 즉 신재생 에너지원(100)에서 생산된 전력을 직접 전력 부하로 공급할 수 없다.On the other hand, the renewable energy source (100) is configured to acquire energy from the natural environment in the form of electric power, and a large difference occurs in the amount of electric power production according to the change of the environment. In some cases, do. That is, power generation is irregular and prediction is also very difficult. If the generated power is irregular, it is not possible to stably supply the required power at the lower stage as described above, but may have an unnecessary adverse effect on the load depending on the fluctuation range of the power. The power produced by the
이에 본 발명에서는 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력을 부하에 적합한 전력으로 변환하여 안정적으로 공급하기 위한 복합 전력회로(CPCS)를 구비한다. 본 발명에서 복합 전력회로(CPCS)는 먼저 수소 생성 저장 장치(200)가 최대 효율로 수소를 생산 및 저장할 수 있는 형태의 전력과 전력량을 분석하고, 분석 결과에 따라 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력을 변환하여 수소 생성 저장 장치(200)로 공급한다. 복합 전력회로(CPCS)는 우선적으로 신재생 에너지원(100)에서 생성되는 전력 대비 수소 생성 저장 장치(200)의 수전해조(WEZ)가 최대 효율로 수소를 생산할 수 있는 형태의 전력과 전력량을 분석한다.Accordingly, the present invention includes a complex power circuit (CPCS) for converting the power generated by the
수전해조(WEZ)는 전력이 인가되면, 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생성하며, 수전해조 중 고체고분자수전해조의 경우 최대 90%정도의 높은 에너지 변환 효율로 수소 생성이 가능하다. 수전해조(WEZ)는 입력된 전류에 비례해서 수소발생량이 비례적으로 증가하는 특성을 나타내는 전기 부하로서 모의될 수 있으므로, 저항 소자와 유사한 전기적 특성을 나타낸다. 즉, 수전해조(WEZ)로 인가되는 전압을 가변함으로써, 수전해조(WEZ)의 수소 발생량을 조절할 수 있다. 그리고 본 발명에서 수전해조(WEZ)로 인가되는 전압은 복합 전력회로(CPCS)의 출력 중 하나이므로, 복합 전력회로(CPCS)는 신재생 에너지의 최대 출력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking : MPPT) 및 최대 수소 발생 전압 분석을 통해, 신재생 에너지원(100)의 전력 생산 효율성 및 수전해조(WEZ)의 수소 발생 효율성 양쪽을 모두 만족하기 위한 전력으로 변환한다. 예로서, 최대 출력 추종 제어 방식에 따라 신재생 에너지원(100)이 최대 전력을 생산할 수 있는 전압 레벨로 전력을 생성하여 전송하면, 복합 전력회로(CPCS)는 인가된 전력을 수전해조(WEZ)의 수소 발생 효율성을 극대화 할 수 있는 최대 수소 발생 전압으로 변환한다. 특히 본 발명에서 복합 전력회로(CPCS)는 신재생 에너지원(100)에서 인가되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 변환된 교류 전력을 다시 직류 전력으로 변환하여 수전해조(WEZ)로 공급하도록 구성된다. 특히 복합 전력회로(CPCS)는 신재생 에너지원(100)에서 인가되는 직류 전력을 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 사용하는 상용 교류 전력으로 변환한다.The water electrolysis cell (WEZ) generates hydrogen and oxygen by electrolyzing water when electric power is applied, and it is possible to generate hydrogen with a high energy conversion efficiency of up to 90% in the case of a solid polymer electrolytic cell in a water electrolysis cell. The water electrolysis bath (WEZ) can simulate an electric load exhibiting a characteristic in which the amount of generated hydrogen increases proportionally to the input electric current, and thus exhibits electrical characteristics similar to those of the resistance element. That is, by varying the voltage applied to the water electrolysis bath WEZ, the amount of hydrogen generated in the water electrolysis bath WEZ can be adjusted. In the present invention, since the voltage applied to the water electrolyzer (WEZ) is one of the outputs of the complex power circuit (CPCS), the complex power circuit (CPCS) is controlled by the maximum power point tracking (MPPT) The power generation efficiency of the new and
이는 본 발명의 복합 전력회로(CPCS)가 수소 생성을 위한 전력을 공급할 뿐만 아니라, 동시에 전력 계통인 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에 대한 계통연계 전력 공급 장치로서 운용할 수 있도록 하기 위함이다. 상기한 바와 같이, 현재 대부분의 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력은 직류인 반면, 현재 상용으로 이용되는 전력 계통은 교류를 기반으로 구성되어 있다. 따라서 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력은 곧바로 사용 전력 계통으로 공급될 수 없다.This is for the purpose of enabling the hybrid power circuit (CPCS) of the present invention not only to supply power for generating hydrogen but also to operate as a grid-connected power supply for an AC power supply system (ACPS). As described above, the power generated in most of the
그러므로 복합 전력회로(CPCS)는 먼저 신재생 에너지원(100)에서 생성된 직류 전력을 직접 전력 계통의 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 공급할 수 있는 교류 전력으로 변환한다. 그리고 변환된 교류 전력으로부터 수전해조(WEZ)로 공급할 최대 수소 발생 전압을 우선 생성한다. 상기한 바와 같이 최대 수소 발생 전압은 직류이므로, 복합 전력회로(CPCS)는 변환된 교류 전력을 다시 직류 전력으로 재변환하여 공급한다.Therefore, the complex power circuit (CPCS) first converts the DC power generated by the
복합 전력회로(CPCS)는 변환된 교류 전력 중 수전해조(WEZ)로 공급하기 위해 직류 전력으로 재변환되는 전력을 제외한 나머지 전력을 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 공급할 수 있다. 이때 복합 전력회로(CPCS)는 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력을 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 사용 가능한 교류 전력으로 이미 변환한 상태이므로, 별도의 처리 없이 곧바로 교류 전력을 공급할 수 있다. 즉 본 발명에서 복합 전력회로(CPCS)는 전력 이용의 효율성을 극대화 하기 위해, 수전해조(WEZ)가 최대 효율로 수소를 생성할 수 있도록 하는 최대 수소 발생 전압을 우선 생성하고, 나머지 교류 전력을 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 공급한다.The combined power circuit (CPCS) may supply the AC power to the ACPS other than the power converted back to DC power to supply the converted AC power to the water electrolyzer (WEZ). At this time, the complex power circuit (CPCS) has already converted the power generated by the
다만 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 전력을 필요로 하지 않는 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우 복합 전력회로(CPCS)는 교류 전력 공급 시스템(ACPS)로 전력을 공급하지 않고, 최대 수소 발생 전압 이상의 전압을 생성할 수 있다. 기존의 전력 계통인 교류 전력 공급 시스템(ACPS)는 기본적으로 신재생 에너지원(100)을 제외한 별도의 전력 생산 수단을 구비하고 있으며, 이를 이용하여 생산된 전력을 공급하도록 구성된다. 다만 전력 수요는 수시로 변동되며, 변동되는 전력 수요를 교류 전력 공급 시스템(ACPS)의 전력 생산 수단이 대응하지 못하는 경우가 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 전력 생산 수단에 대비한 신재생 에너지원(100)의 장점을 고려할 때, 가능한 신재생 에너지원(100)을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 상기한 바와 같이, 신재생 에너지원(100)에서는 전력이 불규칙적으로 생산되고, 기존의 전력 생산 수단은 전력 생산량을 실시간으로 즉각 변경하기 어려운 구조이다. 따라서 기존의 전력 생산 수단이 전체 전력 수요를 충분히 공급할 수 있는 수준으로 전력을 생산하는 경우가 매우 빈번하게 발생한다. 기존의 전력 생산 수단이 전체 전력 수요를 충분히 공급할 수 있는 수준으로 전력을 생산한 경우에, 복합 전력회로(CPCS)가 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 전력을 공급할 필요성은 없다. 이는 전력이 저장 효율이 좋지 않은 에너지의 형태이기 때문이다.In this case, the combined power circuit (CPCS) does not supply electric power to the AC power supply system (ACPS), and the voltage exceeding the maximum hydrogen generation voltage Can be generated. The AC power supply system (ACPS), which is a conventional power system, basically includes a separate power generation means except for the
그리고 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 추가 전력을 필요로 하지 않으면, 복합 전력회로(CPCS)는 변환된 교류 전력을 수전해조(WEZ)가 최대 효율로 수소를 생산할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 초과하는 직류 전압으로 변환하여 수전해조(WEZ)로 공급할 수 있다. 이는 수전해조(WEZ)수소 생성 효율이 일부 낮아지게 될지라도, 신재생 에너지원(100)에서 이미 생산된 전력으로 수소를 더 생산하는 것이 이후, 활용도 측면에서 더욱 효과적이기 때문이다.If no additional power is required in the AC Power Supply System (ACPS), the combined power circuit (CPCS) will convert the converted AC power beyond the maximum hydrogen generation voltage at which the water electrolyzer (WEZ) can produce hydrogen with maximum efficiency DC voltage, and can be supplied to the water electrolysis bath (WEZ). This is because further production of hydrogen from the power already produced by the
수소 생성 저장 장치(200)는 수전해조(WEZ) 및 수소 저장 탱크(HTK)를 구비한다. 수전해조(WEZ)는 복합 전력회로(CPCS)에서 인가되는 전압에 따라 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생성한다. 여기서 생성된 수소는 수소 저장 탱크(HTK)에 저장되고, 산소는 별도로 처리된다. 일반적으로 생성된 산소 또한 다양한 용도에 이용될 수 있으나, 전력 생산과는 무관하므로 본 발명에서는 생성된 산소의 후처리 방법에 대해서는 특별히 언급하지 않는다.The hydrogen generating and storing
한편 수소 탱크(HTK)에 저장된 수소는 수소 연료 전지(HFC)로 공급되거나, 수소를 공급하는 수소 공급 장치(HSD)로 제공될 수 있다. 수소 연료 전지(HFC)는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 장치로서 전기 분해로 물을 수소와 산소로 분해하는 수전해조(WEZ)의 역반응을 이용하여 수소와 산소를 반응시킴으로써 전력을 생산한다. 수소 공급 장치(HSD)는 수소를 공급받아 수소로부터 직접 전력을 생성하여 구동되는 수소 자동차와 같은 각종 수소 부하(미도시)로 수소를 공급한다.Meanwhile, the hydrogen stored in the hydrogen tank (HTK) may be supplied to a hydrogen fuel cell (HFC) or may be provided to a hydrogen supply device (HSD) supplying hydrogen. Hydrogen fuel cells (HFCs) are devices that produce electricity using hydrogen. They produce electricity by reacting hydrogen and oxygen using the reverse reaction of a water electrolyzer (WEZ) that decomposes water into hydrogen and oxygen by electrolysis. The hydrogen supply device (HSD) supplies hydrogen to various hydrogen loads (not shown), such as a hydrogen vehicle, which is supplied with hydrogen and generates electric power directly from hydrogen.
결과적으로 본 발명에서 복합 전력회로(CPCS)는 우선 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력을 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 즉시 사용 가능한 상용 교류 전력으로 변환하고, 변환된 교류 전력 중 수전해조(WEZ)로 공급할 최대 수소 발생 전압을 생성하기 위한 전력을 직류 전력으로 우선적으로 재변환한다. 이후 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 요구하는 전력을 분석하여, 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에 전력 공급이 필요한 경우, 변환된 상용 교류 전력을 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 직접 교류 전력을 전달함으로써, 수소 변환 과정에서 발생할 수 있는 효율성 저하를 방지한다. 또한 교류 전력 공급 시스템(ACPS)이 전력을 필요로 하지 않는 경우, 최대 수소 발생 전압 이상의 직류 전력으로 재변환하여, 수전해조(WEZ)의 수소 생산량을 증대함으로써, 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력을 상황에 맞추어 최대 효율로 활용할 수 있도록 한다.As a result, in the present invention, the complex power circuit (CPCS) first converts the power generated in the
즉 수전해 전원공급뿐만 아니라 계통연계운전이 가능하기 때문에 다양한 부하에 적용할 수 있고 대용량 시스템으로의 확장이 용이하다.In other words, it can be applied to various loads because it is possible to operate not only power supply but also grid-connected operation, and it is easy to expand to a large-capacity system.
도2 는 도1 의 복합 전력회로의 상세 구성을 나타낸다.Fig. 2 shows a detailed configuration of the composite power circuit of Fig.
도2 를 참조하면, 복합 전력회로(CPCS)는 직류-교류 변환기(CONV), 분배부(DIV), 변환 정류부(CRCF) 및 제어부(CON)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the complex power circuit (CPCS) includes a DC-AC converter (CONV), a distribution unit (DIV), a conversion rectification unit (CRCF), and a control unit CON.
우선 직류-교류 변환기(CONV)는 신재생 에너지원(100)로부터 직류 전력(Ppv)을 인가받아 기설정된 전압을 갖는 교류 전압(Vinv)으로 변환하여 분배부(DIV)로 전송한다. 이때 교류 전압(Vinv)는 3상 교류 전압일 수 있다.The DC-AC converter (CONV) receives the direct current power (Ppv) from the renewable energy source (100) and converts it into an alternating voltage (Vinv) having a predetermined voltage and transfers it to the distributor (DIV). At this time, the AC voltage (Vinv) may be a three-phase AC voltage.
제어부(CON)는 신재생 에너지의 최대 출력 추종 제어(MPPT) 및 최대 수소 발생 전압 분석을 수행하여, 신재생 에너지원(100)의 전력 생산 효율성 및 수전해조(WEZ)의 수소 발생 효율성 양쪽을 모두 만족하기 위한 전력을 확인하고, 수전해조(WEZ)의 수소 발생 효율성을 극대화 할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 계산한다. 그리고 계산된 최대 수소 발생 전압을 생성하기 위해 신재생 에너지원(100)에서 인가된 전력 중 변환 정류부(CRCF)로 전달해야하는 전력을 분석한다.The control unit CON performs the maximum output follow-up control (MPPT) and the maximum hydrogen generation voltage analysis of the renewable energy to determine both the power production efficiency of the
또한 제어부(CON)는 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로부터 전력 요구량을 인가받아 분석한다. 이를 위해 제어부(CON)는 교류 전력 공급 시스템(ACPS)과 통신을 수행할 수 있다. 그리고 제어부(CON)는 분석된 변환 정류부(CRCF)로 전달해야하는 전력과 교류 전력 공급 시스템(ACPS)의 전력 요구량에 응답하여, 분배부(DIV)를 제어함으로써, 변환 정류부(CRCF)와 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 인가될 전력량을 조절한다.Further, the control unit CON receives and analyzes the power demand from the AC power supply system (ACPS). To this end, the control unit CON can communicate with the AC power supply system (ACPS). The control unit CON controls the distribution unit DIV in response to the electric power to be transmitted to the analyzed conversion rectification unit CRCF and the electric power demand amount of the AC power supply system ACPS, And adjusts the amount of power to be applied to the system (ACPS).
분배부(DIV)는 제어부(CON)의 제어에 따라 직류-교류 변환기(CONV)에서 인가된 교류 전압을 변환 정류부(CRCF)와 교류 전력 공급 시스템(ACPS) 중 적어도 하나로 전달한다. 이때 분배부(DIV)는 제어부(CON)의 제어에 의해 인가된 전력이 분배되어 전송되도록 조절할 수 있다. 분배부(DIV)는 일예로 도2 에 도시된 바와 같이, 2개의 스위치(SW1, SW2)로 구현될 수 있으며, 경우에 따라서는 별도의 전력 분배기를 구비하여 전력을 분배할 수도 있다.The distribution unit DIV transfers the AC voltage applied from the DC-AC converter CONV to at least one of the conversion rectification unit CRCF and the AC power supply system ACPS under the control of the control unit CON. At this time, the distribution unit DIV can be controlled so that the power applied by the control unit CON is distributed and transmitted. As shown in FIG. 2, the distribution unit DIV may be implemented by two switches SW1 and SW2. In some cases, a power divider may be provided to distribute power.
변환 정류부(CRCF)는 분배부(DIV)에서 인가된 교류 전압을 수전해조(WEZ)에서 이용 가능한 전압 레벨로 변환 및 정류하여 직류 전압(Vhydro)로 재변환한다. 본 발명에서 변환 정류부(CRCF)는 도2 에 도시된 바와 같이 Δ-Y 결선 및 Δ-Δ 결선과 같이, 결선 방식이 서로 다른 2개 이상의 변압기(TF1, TF2)와 변압기(TF1, TF2)의 출력을 정류하는 정류기(RCF1, RCF2)를 사용하여 3상 교류인 교류 전압(Vinv)의 각 상을 교차시킴으로써, 안정적인 고품질의 직류 전압(Vhydro)를 생성할 수 있다.The conversion rectification section (CRCF) converts and rectifies the AC voltage applied from the distribution section DIV to a usable voltage level in the water treatment tank WEZ and converts it to the DC voltage Vhydro again. In the present invention, as shown in FIG. 2, the conversion rectification unit (CRCF) includes two or more transformers (TF1 and TF2) and transformers (TF1 and TF2) having different wiring schemes, such as Δ-Y wiring and Δ- It is possible to generate a stable high-quality direct-current voltage Vhydro by crossing each phase of the alternating-current voltage Vinv, which is a three-phase alternating current, using the rectifiers RCF1 and RCF2 for rectifying the output.
한편 도2 에서 제3 변압기(TF3)는 직류-교류 변환기(CONV)에서 변환된 교류 전압(Vinv)이 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 직접 사용 가능한 상용 교류 전력으로 출력되지 않는 경우에, 상용 교류 전력으로 변환하기 위해 구비되는 추가 구성으로, 만일 직류-교류 변환기(CONV)가 교류 전압(Vinv)이 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 직접 사용 가능한 상용 교류 전력으로 출력한다면, 생략될 수 있다.On the other hand, in FIG. 2, in the case where the AC voltage Vinv converted from the DC-AC converter CONV is not output to the commercial AC power which can be directly used in the AC power supply system ACPS, the third transformer TF3, If the DC-to-AC converter (CONV) outputs the AC voltage (Vinv) to the commercial AC power available directly in the AC power supply system (ACPS), it can be omitted.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 제어 방법을 나타낸다.FIG. 3 shows a hybrid power circuit control method for a hydrogen generator directly connected to renewable energy according to an embodiment of the present invention.
도1 및 도2 를 참조하여, 도3 의 복합 전력회로 제어 방법을 설명하면, 복합 전력회로(CPCS)의 직류-교류 변환기(CONV)가 먼저 신재생 에너지원(100)으로부터 직류 전력을 인가받아, 기설정된 교류 전압으로 변환한다(S10). 여기서 변환된 교류 전압은 교류 전력 공급 시스템(ACPS)에서 사용되는 상용 3상 교류 전압일 수 있다.3, the DC-AC converter (CONV) of the combined power circuit (CPCS) receives the DC power from the
그리고 제어부(CON)는 수전해조(WEZ)의 수소 발생 효율성을 극대화 할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 생성하기 위해 신재생 에너지원(100)에서 인가된 전력 중 변환 정류부(CRCF)로 전달해야하는 전력을 분석한다(S20).In order to generate the maximum hydrogen generation voltage capable of maximizing the hydrogen generation efficiency of the water electrolysis unit WEZ, the control unit CON controls the electric power to be transferred to the conversion rectification unit (CRCF) among the electric power applied from the renewable energy source 100 (S20).
또한 제어부(CON)는 교류 전력 공급 시스템(ACPS)과 통신을 수행하여, 교류 전력 공급 시스템(ACPS)이 전력을 요구하는지 판별한다(S30). 만일 교류 전력 공급 시스템(ACPS)이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 제어부(CON)는 분석된 변환 정류부(CRCF)로 전달해야하는 전력과 교류 전력 공급 시스템(ACPS)의 전력 요구량에 응답하여, 분배부(DIV)를 제어함으로써, 변환 정류부(CRCF)와 교류 전력 공급 시스템(ACPS)으로 인가될 전력량을 조절하여 분배한다(S40). 분배된 전력 중 전력 공급 시스템(ACPS)으로 인가될 전력은 직류-교류 변환기(CONV)에서 이미 상용 교류 전력으로 변환된 상태이므로, 곧바로 전력 공급 시스템(ACPS)으로 전송된다. 그러나 교류 전력 공급 시스템(ACPS)이 전력을 요구하지 않는 것으로 판별되면, 제어부(CON)는 직류-교류 변환기(CONV)에서 출력되는 전력을 모두 변환 정류부(CRCF)로 전달한다.Also, the control unit CON communicates with the AC power supply system (ACPS) to determine whether the AC power supply system ACPS requests power (S30). If it is determined that the AC power supply system (ACPS) requires power, the control unit CON responds to the power to be delivered to the analyzed conversion rectifier (CRCF) and the power demand of the AC power supply system (ACPS) (DIV) to adjust and distribute the amount of power to be applied to the conversion rectification unit (CRCF) and the AC power supply system (ACPS) (S40). The power to be applied to the power supply system (ACPS) among the distributed power is converted into the commercial AC power already in the DC-AC converter (CONV), and is immediately transmitted to the power supply system (ACPS). However, if it is determined that the AC power supply system (ACPS) does not require power, the control unit CON transfers all the power output from the DC-AC converter (CONV) to the conversion rectification unit (CRCF).
한편, 변환 정류부(CRCF)는 전달된 전력을 수전해조(WEZ)에서 사용하기 적합한 형태의 직류 전압으로 재변환한다(S50). 그리고 재변환된 전력을 수전해조(WEZ)로 전송하여, 신재생 에너지원(100)에서 생성된 전력으로부터 최대 효율로 수소가 생산될 수 될 수 있도록 한다.On the other hand, the conversion rectification unit (CRCF) re-converts the transmitted electric power into a DC voltage of a form suitable for use in the water electrolysis bath (WEZ) (S50). Then, the re-converted power is transmitted to the water tank (WEZ) so that hydrogen can be produced with the maximum efficiency from the power generated by the renewable energy source (100).
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (9)
상기 직류 교류 변환기에서 변환된 상기 교류 전압을 수전해조로 인가되는 전력과 상기 교류 전력 공급 시스템으로 인가되는 전력으로 분배하는 분배부;
상기 수전해조로 인가되는 전력에 대응하는 상기 교류 전압을 인가받아 상기 교류 전압의 전압 레벨을 상기 수전해조에서 이용 가능한 전압 레벨로 조절하는 결선 방식이 서로 다른 복수개의 변압기를 포함하고 상기 전압 레벨이 조절된 교류 전압을 정류하여, 상기 수전해조에서 사용 가능한 직류 전압으로 변환하는 변환 정류부; 및
상기 수전해조가 최대 효율로 수소를 생성할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 분석하고, 분석된 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력과 상기 교류 전력 공급 시스템의 요구 전력을 분석하여, 상기 수전해조 및 상기 교류 전력 공급 시스템으로 각각 공급될 전력을 판별하고, 판별 결과에 따라 상기 분배부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 교류 전력 공급 시스템과 통신을 수행하여 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하지 않는 것으로 판단되면, 상기 직류 교류 변환기에서 변환된 상기 교류 전압이 모두 상기 변환 정류부로 인가되도록 상기 분배부를 제어하고, 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력이 상기 변환 정류부로 인가되고, 나머지 전력이 상기 교류 전력 공급 시스템으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로.A DC-AC converter that converts the DC power applied from a renewable energy source into a three-phase commercial AC voltage that can be directly used in an AC power supply system;
A distributor for distributing the AC voltage converted by the DC / AC converter to power applied to the water electrolytic bath and power applied to the AC power supply system;
And a plurality of transformers having different connection methods for adjusting the voltage level of the AC voltage to a usable voltage level in the water electrolysis vessel by receiving the AC voltage corresponding to the electric power applied to the water electrolyzer, A rectifying unit for rectifying the rectified AC voltage and converting it into a DC voltage usable in the water electrolytic bath; And
Analyzing the maximum hydrogen generation voltage at which the water electrolysis vessel can generate hydrogen with maximum efficiency and analyzing the power corresponding to the analyzed maximum hydrogen generation voltage and the required electric power of the AC power supply system, And a control unit for discriminating power to be supplied to the AC power supply system, respectively, and controlling the distributing unit according to the discrimination result,
Wherein the controller communicates with the AC power supply system to determine that the AC power supply system does not require power so that all of the AC voltage converted in the DC- And controls the AC power supply system such that power corresponding to the maximum hydrogen generation voltage is applied to the conversion rectification unit and the rest of the power is supplied to the AC power supply system when it is determined that the AC power supply system requires power Combined power circuit for renewable energy direct - coupled hydrogen generator.
상기 복합 전력회로가 신재생 에너지원에서 인가된 직류 전력을 전력 계통인 교류 전력 공급 시스템에서 직접 사용 가능한 3상 상용 교류 전압으로 변환하는 단계;
상기 복합 전력회로가 수전해조가 최대 효율로 수소를 생성할 수 있는 최대 수소 발생 전압을 분석하는 단계;
상기 복합 전력회로가 상기 교류 전력 공급 시스템과 통신을 수행하여, 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는지 판별하는 단계;
상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 상기 복합 전력회로가 분석된 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력과 상기 교류 전력 공급 시스템의 요구 전력을 분석하여, 상기 수전해조 및 상기 교류 전력 공급 시스템으로 각각 공급될 전력을 판별하여 분배하는 단계; 및
상기 복합 전력회로가 상기 수전해조로 인가되는 전력에 대응하는 상기 교류 전압을 인가받아 상기 교류 전압의 전압 레벨을 상기 수전해조에서 이용 가능한 전압 레벨로 조절하여, 상기 전압 레벨이 조절된 교류 전압을 정류함에 따라 상기 수전해조에서 사용 가능한 직류 전압으로 변환하는 단계;를 포함하되,
상기 분배하는 단계는, 상기 교류 전력 공급 시스템이 전력을 요구하는 것으로 판별되면, 상기 복합 전력회로가 상기 최대 수소 발생 전압에 대응하는 전력이 상기 수전해조로 인가되도록 분배하는 단계; 및 상기 수전해조로 인가된 전력을 제외한 나머지 전력을 상기 교류 전력 공급 시스템으로 분배하는 단계를 더욱 포함하는 복합 전력회로의 제어 방법.A control method of a hybrid power circuit for a renewable energy direct-coupled hydrogen generator,
Converting the direct current power applied from the renewable energy source into a three-phase commercial alternating current voltage which can be directly used in an alternating current power supply system which is a power system;
Analyzing the maximum hydrogen generation voltage at which the combined electrolytic cell can generate hydrogen with maximum efficiency;
The hybrid power circuit communicating with the AC power supply system to determine whether the AC power supply system requires power;
If the AC power supply system determines that the AC power supply system requires power, analyzes the power corresponding to the analyzed maximum hydrogen generation voltage and the required power of the AC power supply system analyzed by the hybrid power circuit, Discriminating and distributing power to be supplied to each of the supply systems; And
Wherein the combined power circuit adjusts the voltage level of the AC voltage to a voltage level usable in the water electrolysis tank by receiving the AC voltage corresponding to the electric power applied to the water electrolytic bath, And converting the DC voltage into a usable DC voltage in the water electrolyzer,
Wherein the distributing step comprises the steps of: distributing the mixed power circuit such that power corresponding to the maximum hydrogen generation voltage is applied to the water electrolyzer if it is determined that the AC power supply system requires power; And distributing the remaining power to the AC power supply system except for the power applied to the water electrolysis vessel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160116309A KR101816839B1 (en) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Complex power circuit for renewable energy directly connected hydrogen generating device and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160116309A KR101816839B1 (en) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Complex power circuit for renewable energy directly connected hydrogen generating device and control method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101816839B1 true KR101816839B1 (en) | 2018-01-09 |
Family
ID=61000435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160116309A KR101816839B1 (en) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Complex power circuit for renewable energy directly connected hydrogen generating device and control method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101816839B1 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101926010B1 (en) * | 2018-02-28 | 2018-12-06 | 이화전기공업 주식회사 | A power converter system using new-renewable energy |
KR101926008B1 (en) * | 2018-02-28 | 2018-12-06 | 이화전기공업 주식회사 | A control and operating method of power converter for power supply of hydrogen electrolytic device using solar energy |
KR20200095928A (en) | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 현대자동차주식회사 | Solar and hydrogen energy complex power conversion system |
KR20210059145A (en) | 2019-11-14 | 2021-05-25 | 한국기계연구원 | Electrolysis system using renewable energy and method for providing electrolysis system with the renewable energy |
KR20210108894A (en) | 2020-02-26 | 2021-09-03 | (주)지필로스 | Power converter for controlling power flow of hydrogen generating system based on renewable energy |
CN114362215A (en) * | 2022-01-04 | 2022-04-15 | 阳光氢能科技有限公司 | Alternating current electrolysis system control method and device and alternating current electrolysis system |
CN114990600A (en) * | 2022-04-29 | 2022-09-02 | 阳光氢能科技有限公司 | New energy hydrogen production system and control method thereof |
RU2791286C1 (en) * | 2022-08-17 | 2023-03-07 | Раис Равилович Гарифулин | Electronic control unit for power supply of electrolysers |
US11618955B2 (en) | 2019-10-04 | 2023-04-04 | Research & Business Foundation Sungkyunkwan University | Hydrogen evolution apparatus |
KR20230143203A (en) | 2022-03-14 | 2023-10-12 | 김형만 | Renewable Energy Linked Renewable Fuel Cell System |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3163946B2 (en) * | 1995-05-26 | 2001-05-08 | 日立電線株式会社 | Lead frame manufacturing method |
JP2007249341A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Hitachi Ltd | Hydrogen production system |
JP2009165225A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Vantec:Kk | Decentralized power supply device |
-
2016
- 2016-09-09 KR KR1020160116309A patent/KR101816839B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3163946B2 (en) * | 1995-05-26 | 2001-05-08 | 日立電線株式会社 | Lead frame manufacturing method |
JP2007249341A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Hitachi Ltd | Hydrogen production system |
JP2009165225A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Vantec:Kk | Decentralized power supply device |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101926010B1 (en) * | 2018-02-28 | 2018-12-06 | 이화전기공업 주식회사 | A power converter system using new-renewable energy |
KR101926008B1 (en) * | 2018-02-28 | 2018-12-06 | 이화전기공업 주식회사 | A control and operating method of power converter for power supply of hydrogen electrolytic device using solar energy |
KR20200095928A (en) | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 현대자동차주식회사 | Solar and hydrogen energy complex power conversion system |
US11618955B2 (en) | 2019-10-04 | 2023-04-04 | Research & Business Foundation Sungkyunkwan University | Hydrogen evolution apparatus |
KR20210059145A (en) | 2019-11-14 | 2021-05-25 | 한국기계연구원 | Electrolysis system using renewable energy and method for providing electrolysis system with the renewable energy |
KR102308531B1 (en) * | 2019-11-14 | 2021-10-07 | 한국기계연구원 | Electrolysis system using renewable energy and method for providing electrolysis system with the renewable energy |
KR20210108894A (en) | 2020-02-26 | 2021-09-03 | (주)지필로스 | Power converter for controlling power flow of hydrogen generating system based on renewable energy |
CN114362215A (en) * | 2022-01-04 | 2022-04-15 | 阳光氢能科技有限公司 | Alternating current electrolysis system control method and device and alternating current electrolysis system |
KR20230143203A (en) | 2022-03-14 | 2023-10-12 | 김형만 | Renewable Energy Linked Renewable Fuel Cell System |
CN114990600A (en) * | 2022-04-29 | 2022-09-02 | 阳光氢能科技有限公司 | New energy hydrogen production system and control method thereof |
CN114990600B (en) * | 2022-04-29 | 2024-05-10 | 阳光氢能科技有限公司 | New energy hydrogen production system and control method thereof |
RU2791286C1 (en) * | 2022-08-17 | 2023-03-07 | Раис Равилович Гарифулин | Electronic control unit for power supply of electrolysers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101816839B1 (en) | Complex power circuit for renewable energy directly connected hydrogen generating device and control method thereof | |
Farrokhabadi et al. | Frequency control in isolated/islanded microgrids through voltage regulation | |
CN102170241B (en) | System and method for a single stage power conversion system | |
Haruni et al. | A novel operation and control strategy for a standalone hybrid renewable power system | |
CN102570868B (en) | System and method for power conversion | |
US10211721B2 (en) | DC/AC converter apparatus comprising means for controlling the reactive power and power conversion and generation system comprising such DC/AC converter apparatus | |
Li et al. | Study on power quality control in multiple renewable energy hybrid microgrid system | |
CN113228448A (en) | Electrolysis device with a converter and method for providing instantaneous standby power for an AC power grid | |
Jadav et al. | A Review of microgrid architectures and control strategy | |
KR20130002680A (en) | Grid connected power conveter | |
CN111801443A (en) | Method of configuring a water electrolysis system | |
JP2010178495A (en) | Power conversion apparatus and power conversion system | |
Huang et al. | Control and load-dispatching strategies for a microgrid with a DC/AC inverter of fixed frequency | |
US20240258935A1 (en) | Microgrid controller with one or more sources | |
Tejwani et al. | Power management in fuel cell based hybrid systems | |
Mohd et al. | Supervisory control and energy management of an inverter-based modular smart grid | |
JP2019165531A (en) | Multi-terminal direct-current power transmission system and control method of multi-terminal direct-current power transmission system | |
Prakash et al. | Intelligent Energy Management for Distributed Power Plants and Battery Storage | |
Ion et al. | Autonomous micro-grid based on micro hydro power plants | |
Sheela et al. | H‐infinity controller for frequency and voltage regulation in grid‐connected and islanded microgrid | |
Yaqobi et al. | Control and energy management strategy of standalone DC microgrid cluster using PV and battery storage for rural application | |
CN106099956B (en) | Consider the more microgrid power coordination control methods of single three-phase in the case of distribution scheduling | |
Singh et al. | Power quality issues related to distributed energy source integration to utility grids | |
CN105576718A (en) | AC/DC distribution network source-load optimal distribution control method under distributed new energy high permeability condition | |
CN114080742A (en) | Device and method for improving power generation efficiency of distributed power generation equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
N231 | Notification of change of applicant | ||
GRNT | Written decision to grant |