기상정보를 활용한 태양광·풍력발전 하이브리드 LED 가로등 제어 :The control strategy for LED streetlights based on PV and wind generation using weather information

이우희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이우희 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 정찬수

발행연도: 2013

저작권: 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

기상정보를 이용한 효율적인 독립형 LED 가로등 시스템

이우희 , 천기영 , Ash 외 3명 대한전기학회 학술대회 논문집 2013.04 학술대회자료

기상정보를 활용한 태양광·풍력발전 하이브리드 LED 가로등 제어

이우희 전기공학과(일원) 2013.01 학위논문

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최근 전력 수요의 증가와 수급 여건의 악화, 정부의 ‘온실가스 및 에너지 목표관리제’ 도입 등으로 신재생에너지에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 이에 발맞추어 많은 지방자치단체에서 친환경적 도시이미지를 높이기 위해 태양광과 풍력발전 하이브리드 가로등을 설치하고 있다.
태양광 발전과 풍력발전을 이용한 하이브리드 가로등 시스템은 친환경적이고, 서로의 단점을 상호 보완할 수 있어 독립형 가로등 시스템으로 적합하다고 본다. 그러나 전력을 생성하는데 있어서 날씨나 풍속 등 기상의 영향을 많이 받아 발전에 있어 생성이 불규칙하여 효율적으로 운용하기 어렵다.
본 논문에서는 현재 운용 중인 가로등 시스템의 문제점을 보완하기 위해 LabVIEW를 기반으로 하는 통합 제어 시스템으로 가로등을 제어하였다. 첫 번째는 단기 기상예보인 동네예보를 활용하여 풍력 발전기와 태양전지의 발전량을 예측하였다. 두 번째는 SOC 측정에 의해 실시간으로 배터리의 충전량을 확인하였다. 세 번째는 패턴에 의한 가로등의 점·소등 시간을 설정하고, 전력수요를 예측하였다.
그리고 설정된 가로등 램프의 구동시간 동안 예상되는 배터리의 충전량과 방전량을 고려하여 조도를 제어하여 가로등의 램프를 구동시켰다.
끝으로 발전량 예측의 정확도와 제안한 LED 가로등에 대한 성능을 시험하였다. 이번 연구를 통해 배터리의 충·방전의 균형을 유지함으로서 과충전 및 과방전을 방지하여 배터리의 수명을 보장받을 수 있게 했다.
그리고 독립형 태양광·풍력발전 하이브리드 가로등의 운용에 경제적인 전력수요와 전력수요에 적합한 태양광 및 풍력발전기, 배터리의 제원을 산출하여 가로등을 경량화 할 수 있는 방법을 제시한다.

Recently, owing to the increased demand of electric energy and the circumstances of green house effect, the interest of new energy resources is getting higher. Therefore, many of the local governments are installing hybrid LED streetlight using photovoltaic and wind power system to level up the environmental-friendly image.
The hybrid streetlight system using photovoltaic and wind power generators is generally applied to stand-alone systems. But, due to the influence of the weather conditions such as the amount of clouds, the velocity of the wind, etc., the generation of electricity is irregular. From the reason, it is difficult to control efficiently.
This paper presents how to control a streetlight with the integrated control system based on LabVIEW to make up for the weak points in the hybrid-energy streetlight system. First, we predict the amount of electric energy produced by the wind power generator and the photovoltaic cells through weather forecasts, specially DONG NE forecast. Secondly, by the measurement of the SOC, we consider the amount of the charge of the battery in realtime. Third, we set up the on/off time of the streetlight by the pattern and expectations of the demand of the electric energy.
After that, during the on time of the established streetlight and on the consideration of the amount of the charge and discharge, we controlled the illumination and time to drive the street-lamp.
Finally, we tested the accuracy of the forecast with the amount of electric energy and the efficiency of the streetlight using LED. Through this paper, in keeping the balance of the charge and discharge of the battery, we make an assurance of the lifespan of the battery on the ground by preventing over-charge and over-discharge.
So, this paper proposes a technology to extend the street-lamp lighting time by checking the battery status. The photovoltaic and wind power hybrid electric system satisfies the demand of the electric energy during the operation of the streetlight with the hybrid LED streetlight using the stand-alone photovoltaic wind power energy systems.

#태양광 #풍력 #하이브리드 #기상정보 #일기예보 #기상예보 #가로등

제1장 서론 1
1.1 연구의 필요성 1
1.2 연구방법 및 범위 3
제2장 LED 가로등의 구성 5
2.1 LED 가로등 시스템의 구성 5
2.1.1 도로조명시설 설치기준 5
2.1.2 LED 가로등 시스템의 구성 5
2.2 태양전지의 동작 특성 7
2.2.1 태양에너지 개요 7
2.2.2 태양전지의 동작 특성 9
2.3 풍력발전기의 동작 특성 11
2.3.1 풍력발전기 개요 11
2.3.2 풍력발전기 종류 11
2.3.3 풍력발전기 동작 특성 12
2.4 배터리의 동작 특성 14
2.4.1 리튬-이온 배터리 개요 14
2.4.2 리튬-이온 배터리 장·단점 15
2.4.3 리튬-이온 배터리 충전 특성 17
2.4.4 리튬-이온 배터리 방전 특성 18
2.5 LED 동작특성 20
제3장 기상예보와 SOC를 이용한 제어 전략 21
3.1 기상정보를 활용한 발전량 예측 21
3.1.1 기상정보의 개요 21
3.1.1.1 기상예보의 종류 21
3.1.1.2 기상정보 및 특보 22
3.1.2 기상정보 RSS 23
3.1.3 기상정보를 활용한 발전량 예측 26
3.2 Battery SOC 측정을 활용한 가로등 제어 27
3.3 패턴에 따른 전력 수요량 예측 28
3.3.1 LED 가로등 점·소등 시간 설정 28
3.3.1.1 박명(薄明, twilight) 28
3.3.1.2 LED 가로등 점·소등 시간 설정 29
3.3.2 기상청 기상 통계자료 분석 30
3.4 LED 가로등 제어 전략 33
3.4.1 LED 가로등 제어 알고리즘 33
3.4.2 LED 드라이버 35
제4장 실험결과 및 고찰 36
4.1 실험개요 36
4.1.1 실험개요 36
4.1.2 통합 제어 시스템 LabVIEW 회로도 37
4.1.2.1 통합 제어 시스템의 개요 37
4.1.2.2 통합 제어 시스템 LabVIEW 회로도 38
4.2 실험결과 40
4.2.1 제1단계 : 태양광·풍력발전 특성시험 결과 40
4.2.1.1 태양광발전 특성시험 결과 40
4.2.1.2 풍력발전 특성시험 결과 44
4.2.2 제2단계 : 기존 가로등의 배터리 및 LED 특성시험 47
4.2.2.1 ‘13. 5. 29 특성시험 결과 47
4.2.2.2 ‘13. 5. 30 특성시험 결과 48
4.2.2.3 기존 가로등의 배터리 및 LED 특성시험 결과 분석 49
4.2.3 제3단계 : 제안한 가로등의 특성시험 50
4.2.3.1 발전 예상량 대 발전량 비교 50
4.2.3.2 제안한 가로등의 배터리 및 LED 특성시험 결과 57
4.3 제안한 가로등의 특성 61
제5장 결론 62
참고문헌 64

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