가정용 PV-ESS 에너지 관리 시뮬레이션 연구
전 세계 에너지 위기가 심각해지고 환경 오염이 더욱 악화됨에 따라 전 세계 정부들은 신에너지 발전을 위한 연구개발 지원을 강화하고 있습니다. 가정용 태양광 분산 발전은 태양광 산업의 다음 단계 방향으로 주목받고 있지만, 태양광 구성 요소의 출력 변동과 에너지 저장 장치 통합의 합리성 등은 가정용 전력 사용에严重影响了家庭用电。因此，需要一种能源管理策略来协调系统单元之间的稳定能量流动，确保平稳运行，并平衡供需。本文基于家庭光伏-储能系统，研究了如何实现稳定运行的能源管理，为实际清洁能源应用提供了理论基础。
1 시스템 구조 및 에너지 관리 알고리즘 분석
연구 대상인 가정용 태양광-에너지 저장 시스템의 토폴로지(도 1)는 태양광 모듈, 리튬 이온 저장 배터리, 전력 변환기, 그리드, 사용자 부하를 포함합니다. 태양광 모듈 출력은 Boost 변환기를 통해 공통 DC 버스 전압을 형성합니다. 리튬 이온 배터리는 Buck-Boost 변환기를 통해 이 버스에 연결됩니다. DC 버스는 그 후 단일 상 그리드로 전력을 공급하거나 전체 다리 인버터를 통해 독립적으로 부하를 공급합니다.
시스템은 "자체 발전 및 소비"를 우선시합니다. 태양광 모듈 출력이 주요 전원으로, 먼저 사용자 부하를 충족합니다. 여유 또는 부족한 태양광 전력은 리튬 배터리(보조 전원)에 의해 균형을 맞춥니다; 만약 태양광과 배터리 모두 한계에 도달하면, 그리드(3차 전원)가 안정적인 공급을 보장합니다.
태양광 출력, 배터리 SOC, 충전-방전 전력에 대해: \(P_{PV} < P_{PV\_min}\) 일 때, Boost 변환기는 작동하지 않습니다 (출력 없음); 그렇지 않으면 작동합니다. 배터리는 SOC > 90%일 때 충전을 멈추고, SOC < 10%일 때 방전을 멈춥니다. \(P_{bat}\)는 \(P_{PV}\)와 \(P_{load}\)에 따라 동적으로 조정되며, 0에서 최대 배터리 충전 전력 사이입니다. 자주 발생하는 충전-방전 진동을 피하기 위해, 다음 주기의 상태는 이전 주기의 배터리 상태에 따라 결정되어, 시스템 모드의 자주적인 전환이 방지됩니다.
이를 바탕으로, 가정용 태양광-저장 시스템을 위한 에너지 관리 알고리즘이 제안되었습니다 (도 2 참조).
2 시스템 운용 모드 및 에너지 흐름 분석
에너지 관리 알고리즘에 따라 시스템의 운영은 독립적이고 그리드 연결 모드로 나뉘며, 각각은 다음과 같이 세분화됩니다:
2.1 독립 운용 (주 전원에 의한)
DC 버스를 제어하는 전원에 따라 두 가지 하위 모드가 존재합니다:
2.2 그리드 연결 운용 (인버터 상태에 따른)
인버터가 역변환인지 직류 변환인지에 따라 나뉩니다:
2.3 모드 경계 및 조정
4개 하위 모드의 트리거 조건과 장비 조정은 표 1(추가 예정)에 상세히 설명되어 있습니다. "태양광-배터리-그리드" 전력의 동적 전환과 Boost/Buck-Boost 변환기 및 인버터의 적응형 제어를 통해 시스템은 "발전-저장-사용"에서 효율적인 에너지 흐름을 가능하게 하며, 모든 가정용 전력 요구 사항(오프-그리드, 그리드 연결, 비상 등)을 커버합니다.
도 3(a)는 모드 1의 파형을 보여줍니다: 태양광 출력 = 4.8 kW, 부하 = 3 kW. 태양광 모듈은 240 Vdc를 출력하고, Boost 변환기는 DC 버스를 480 Vdc로 안정화합니다. 인버터는 독립적인 역변환(부하용 220 Vac)으로 작동하고, Buck-Boost는 Buck 모드(배터리 충전 1.8 kW)로 작동합니다. 파형 (위에서 아래): 태양광 출력 전류, DC 버스 전압, 인버터 출력 전압, 배터리 충전 전류.
도 3(b)는 모드 2에 해당합니다: 태양광 출력 = 5 kW (배터리 완전 충전, Buck-Boost 꺼짐). 부하 = 3 kW; 인버터는 그리드 연결 역변환을 사용하여 DC 버스를 480 Vdc로 유지하고, 초과 에너지를 그리드로 공급합니다 (9 A, 그리드 전압과 동기화). 파형: 태양광 출력 전류, DC 버스 전압, 인버터 출력 전압, 그리드 연결 전류.
도 3(c)는 모드 3를 보여줍니다: 태양광 모듈이 한계에 도달하여 출력이 없습니다 (Boost 꺼짐). 에너지 저장 장치가 시스템을 공급하며, Buck-Boost는 Boost 모드(DC 버스 = 480 Vdc)로 작동합니다. 인버터는 독립적인 역변환(3 kW 부하용 220 Vac)으로 작동합니다. 파형: 배터리 방전 전류, DC 버스 전압, 인버터 출력 전압. 도 3(d)는 모드 4를 나타냅니다: 태양광과 에너지 저장 장치 모두 한계에 도달하여 출력이 없습니다. 그리드가 부하(3 kW)를 공급하고 배터리를 충전하며, 인버터는 그리드 연결 직류 변환(DC 버스 = 480 Vdc)을 사용합니다.
3. 결론 (가로등 유지 보수)
현재 도시의 가로등 유지 보수에는 여러 문제점이 있습니다. 이를 개선하기 위해서는 다음 네 가지 영역에 집중해야 합니다:
이러한 조치들은 가로등 관리 효율성을 높이고, 스마트 시티 운영과 녹색 개발을 지원할 것입니다.
