KR0165580B1 - 단독 운전 방지 장치, 및 이 장치를 이용하는 분산형 발전 장치와 발전 시스템 - Google Patents

단독 운전 방지 장치, 및 이 장치를 이용하는 분산형 발전 장치와 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

다수의 분산형 발전 시스템이 하나의 유틸리티 그리드에 접속되는 경우라도, 단독 운전 방지 장치들이 해당 분산형 발전 시스템을 구성하는 각각의 분산형 전원의 단독 운전을 쉽게 그리고 확실하게 방지할 수 있다. 이 장치는 유틸리티 그리드와 분산형 전원 사이에 제공된 차단기, 유틸리티 그리드에 접속된 전력선으로부터 전력치를 검출하기 위한 전력치 검출 장치, 펄스 회로로부터의 출력에 따라 전력치를 변환하기 위한 전력 변환 장치를 전력선에 전기적으로 접속 또는 비접속시키기 위한 스위치, 및 접속 또는 비접속 동안 전력치의 변동폭에 따라 차단기를 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 분산형 발전 장치 및 분산형 발전 시스템은 이러한 장치를 이용한다. 펄스 회로의 출력을 기준 신호원으로부터의 신호 출력과 동기시키기 위한 동기 회로를 더 제공함으로써, 단독 운전 동안 발생된 전력량이 부하량과 완전한 등가 상태인 경우에도, 단독 운전이 대형 설비를 이용하지 않고도 확실하게 방지될 수 있으며, 단독 운전이 중지될 때까지의 시간도 짧다.

Description

단독 운전 방지 장치, 및 이 장치를 이용하는 분산형 발전 장치와 발전 시스템
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 분산형 발전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
제2도는 본 발명의 실시예 2에 따른 분산형 발전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
제3도는 본 발명의 실시예 3에 따른 분산형 발전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
제4도는 5개의 단독 운전 방지 장치들이 동일한 배전선 및 유틸리티 그리드에 접속되어 있는 예의 구성을 도시하는 블럭도.
제5도는 본 발명과의 비교를 위한 단독 운전 방지 장치의 구성을 도시하는 블럭도.
제6도는 본 발명의 실시예 4에 따른 분산형 발전 시스템의 구성을 도시하는 블럭도.
제7도는 실시예 1의 펄스 회로의 출력 타이밍을 도시하는 파형도.
제8도는 실시예 1의 분산형 발전 시스템의 동작을 도시하는 프로우차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 분산형 전원 2 : 부하
3 : 배전선 4 : 유틸리티 그리드
5 : 차단기 6 : 제어 회로
7 : 스위치 8 : 저항
9 : 펄스 회로 10 : 전류 검출기
11 : 전압 검출기 12 : 동기 회로
13 : 무선 방송 수신 회로 14 : 동기 회로
15 : 중첩 회로 16 : 안테나
17 : 배터리 18 : 신호 검출 회로
19 : 태양 전지 모듈 20 : 단독 운전 방지 장치
본 발명은 예를 들어, 대형 발전소(power plant)에 보완하기 위한 분산형 발전 시스템(dispersed power generation system)의 단독 운전(islanding-operation) 방지 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다수의 분산형 발전 시스템이 접속되는 경우에도 대형 설비를 이용하지 않고도 단독 운전을 확실히 방지하기 위한 장치, 및 단독 운전 방지 장치를 이용하는 분산형 발전 장치와 발전 시스템에 관한 것이다.
부하 변동(load fluctuation) 방법이 일반적으로 이런 종류의 단독 운전 방지 장치에 채택된다. 제5도는 본 발명의 시스템과의 비교를 위해, 부하 변동 방법을 채택하는 단독 운전 방지 장치(30)을 포함하는 분산형 발전 시스템의 구성을 도시한다. 제5도에서, 택내 부하(customer load; 32) 및 배전선(distribution line; 33)을 통해 유틸리티 그리드(utility grid; 34)에 접속된, 광전 트랜스듀서(photoelectric transducer)를 포함하는 태양 전지, 풍력 발전소 등을 포함하는 분산형 전원(dispersed power supply; 31)의 출력은, 펄스 회로(39)에 의해 약 0.3초의 주기로 1 밀리초 이하의 매우 짧은 시간 동안 온으로 전환되는 스위치(37)을 통해 저항성 경부하(resistive light load; 37)을 통해 공급된다. 동시에, 유틸리티 그리드(34)의 측에서 차단기(breaker; 35)의 전압(v)가 스위치(37)이 온·오프로 전환될 때마다 전압 검출기(41)에 의해 측정된다.
따라서, 분산형 전원(31)에 접속된 경부하(38)은 소정의 주기로 단시간 동안 유틸리티 그리드에 삽입된다. 예를 들어, 사고점(accident point; P)에서의 접지 동안, 경부하(38)이 삽입되는 [분산형 전원(31) 및 시스템 전원(34) 사이의] 전력선에서의 전압(V)가 소정의 변동 폭을 초과할 때, 차단기(35)가 제어 회로(36)의 출력에 응답하여 개방되어, 분산형 전원(31)이 유틸리티 그리드(34)가 단락된 후에 유틸리티 그리드(34)로부터 분리된다.
그러나, 상술한 장치(30)과 같은 종래의 단독 운전 방지 장치는 단일 분산형 발전 시스템에만 적용되는 경우를 가정하여 구성된다. 만약, 예를 들어, 제4도에 도시된 바와 같이, 다수의 분산형 발전 시스템은 유틸리티 그리드(4)에 병렬로 접속되는데, 이는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
즉, 전력이 유틸리티 그리드(4)로부터 배전선(3)에 정상으로 공급될 때, 경부하로서 이용되는 저항(8)의 용량이 분산형 전원(1)의 정격 전력의 약 20%이고 유틸리티 그리드(4)의 임피던스가 충분히 작기 때문에, 스위치(7)이 온으로 전환될 때에 전력선의 전압(V)는 거의 강하되지 않는다. 경부하(8)의 역충전(reverse-charging) 방지 효과는 출력 전력의 변동이 증가함에 따라 증대된다. 그러나, 출력 전력의 변동이 너무 크면, 전력의 변동이 빈번하게 일어나고, 이로 인해 전력의 품질 및 안정성이 저하된다.
분산형 전원(1)이 유틸리티 그리드(4)으로부터 분리되고, 단독 운전시 스위치(7)이 온으로 전환될 때 다수의 경부하(8)이 부하측에 병렬로 접속된다. 전력선에서 전압(V)는 로드 측의 임피던스에 분산형 전원(1)의 출력 전류를 곱함으로써 얻어진 값을 갖기 때문에, 각각의 경부하(8)의 접속의 타이밍이 서로 시프트되는 경우(예를 들어, 단지 분산형 발전 시스템의 경부하(8)이 접속되는 경우라면), 시스템이 병렬로 접속되었기 때문에 부하측의 등가 임피던스의 감소량이 아주 작아져서 전력선에서의 전압(V)의 강하 폭도 아주 작아진다. 작동되어야 할 해당제어 회로(6)이 어느 경우에는 작동되지 않는 경우가 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 다수의 분산형 발전 시스템이 유틸리티 그리드에 접속되어 있는 경우에도 해당하는 분산형 발전 시스템을 구성하는 각각의 분산형 전원의 단독 운전을 쉽게 확실히 방지할 수 잇는 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적은 달성하는 본 발명의 한 특징에 따라, 시스템 전원과 분산형 전원 사이에 제공된 차단 수단, 유틸리티 그리드에 접속된 전력 라인으로부터의 전력치를 검출하기 위한 전력치 검출 수단, 펄스 회로로부터의 출력에 따라 전력선의 전력치를 변환하기 위한 전력 변환 수단을 전기적으로 접속 또는 비접속 동안 전력치의 변동폭에 따라 차단 수단을 제어하기 위한 제어 수단, 및 펄스 회로의 출력과 기준 신호원으로부터의 신호 출력을 동기 수단을 포함하는 단독 운전 방지 장치, 및 분산형 발전 수단 및 단독 운전 방지 장치를 이용하는 분산형 발전 시스템에 관한다. 펄스 회로의 출력을 기준 신호원으로부터의 신호 출력과 동기시키기 위한 동기 수단이 또한 제공된다.
한 실시예에서, 기준 신호원의 신호 출력은 유틸리티 그리드의 주파수 신호를 포함한다.
다른 실시예에서, 기준 신호원의 신호 출력은 전파 신호를 포함한다.
다른 실시예에서, 전파 신호는 공공 방송의 시보 신호를 포함한다.
다른 실시예에서, 전파 신호는 인공 위성의 시보 신호를 포함한다.
다른 실시예에서, 신호 출력은 전화선의 시보 신호를 포함한다.
다른 실시예에서, 전력치 검출 수단은 유틸리티 그리드의 전압치를 검출한다.
다른 실시예에서, 전력치 검출 수단은 전압치 및 유틸리티 그리드의 전류치를 검출한다.
다른 실시예에서, 전력 변환 수단은 저항성 및/또는 리액티브성 부하를 포함한다.
다른 실시예에서, 펄스 회로의 출력은 유틸리티의 주파수의 반주기보다 짧은 펄스폭을 갖는다.
다른 실시예에서, 분산형 전원은 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지 중 선택된 하나를 포함한다.
다른 실시예에서, 분산형 전원은 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지로부터의 전력 출력을 변환하기 위한 전력 변환 수단을 포함한다.
다른 실시예에서, 분산형 전원은 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지로부터의 전력 출력을 저장하기 위한 배터리를 포함한다.
다른 실시예에서, 최소한 리튬 2차 배터리, 니켈 수소 배터리 및 납 배터리 중 선택된 하나를 포함한다.
다른 실시예에서, 펄스 회로는 수정 발진기(crystall ocillator) 및 분주기를 포함한다.
다른 실시예에서, 차단기는 또한 가정용 차단기로서 기능한다.
다른 실시예에서, 기준 신호원의 신호 출력은 다른 분산형 발전 시스템의 단독 운전 방지 장치의 기준 신호원의 출력을 포함한다.
본 발명의 구성에 따라, 각각 저항 및/또는 리액티브성 소부하로서 동작하는 다수의 전력 변환 수단이 기준 신호와 동기하여 배전선내에 동시에 투입되었기 때문에, 배전선에 접속된 다수의 단독 운전 방지 장치들이 동시에 작동된다. 따라서, 다른 분산형 전원에 의해 영향을 받은 각각의 단독 운전 방지 장치들이 동작하지 않게 되는 상태를 피할 수 있다.
본 발명의 발명자는 병렬로 접속된 분산형 발전 시스템들에 있어서, 각각의 분산형 발전 시스템의 전력의 변동을 이용하는 시스템 각각의 단독 운전을 방지하고자 할 때, 각각의 시스템이 독립적으로 구동된다면, 어떤 경우에는 전력의 변동이 변동의 원하는 폭보다 훨씬 작아진다는 것을 알아냈다.
이러한 현상을 고려하여, 본 발명은 전력 변환 수단들을 동시에 구동함으로써 단독 운전 상태를 쉽게 그리고 확실히 방지한다.
본 발명이 이제 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 분산형 발전 시스템이다.
[분산형 전원(1)]
광전 트랜스듀서로서 동작하는 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기, 연료 전지 등 및 특히, 제6도에 도시된 바와 같이 태양 전지 모듈(19)가 전력 변환 수단(인버터; 18) 및 2차 배터리(17)에 접속되는 전원을 사용하여 전력을 공급할 수 있는 전원이 본 발명의 분산형 전원(1)으로서 적절히 이용될 수 있다.
[부하(2)]
제2도 및 제3도에서, 택내 부하(2)가 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 전자 장치를 나타내는 부하로서 도시되고, 또한 택내에서 사용되는 부하, 2차 배터리 등을 나타낸다.
[배전선(3)]
배전선(3)은 전원측으로부터 전력 요구측으로 전력을 공급하기 위한 선이다.
[유틸리티 그리드(4)]
유틸리티 그리드(4)는 상업적인 전력을 공급하기 위한 대형 발전소/변전소를 포함할 수 있다.
[차단 수단으로서 동작하는 차단기(5)]
분산형 전원(1)과 유틸리티 그리드(4) 사이의 전기적 접속 또는 비접속을 제공할 수 있는 기계적 형태 또는 반도체 형태의 소정 장치는 차단기(5)로서 이용될 수 있다. 차단기(5)는 또한 가정용으로 사용하기 위한 차단기, 공장용으로 사용하기 위한 차단기와 같은 전력 분산용 차단기로서 이용될 수 있다. 차단기(5)는 또한 전원을 확실히 분리하도록 부하(2)와 분산형 전원(1) 사이에 제공될 수 있다. 다르게는, 차단기(5)는 단독 운전을 방지하기 위해 부하(2)와 유틸리티 그리드(4) 사이에 제공될 수 있고, 부하(2)는 2차 배터리 등과는 독립적으로 제공된 분산형 전원(1)에 의해 구동될 수 있다.
[제어 수단으로서 동작하는 제어 회로(6)]
스위치(7)의 온·오프에 의해 전력을 변환시킴으로써 단독 운전의 발생을 결정함으로써 차단기(5)를 개방시킬 수 있는 어떤 장치는 제어 회로(6)으로서 동작될 수 있다. 제어 회로(6)은 단일칩 마이크로프로세서 등으로 구성될 수 있다.
[접속 수단으로서 동작하는 스위치(7)]
펄스 회로(9)로부터의 펄스 신호에 의해 온으로 전환된 기계적 형태 또는 반도체 형태의 릴레이는 스위치(7)로서 동작될 수 있다.
[전력 변환 수단으로서 동작하는 부하(8)]
부하(8)은 제어 회로(6)이 단독 운전의 발생을 검출할 수 있는 전력의 변동을 제공할 수 있고, 안정 상태 운전 동안 발생된 분산형 전원의 전력의 품질에 영향을 끼치지 않도록 최소한의 필요치를 갖는다. 부하(8)은 저항성 부하 또는 리액티브성 부하 중 하나를 포함할 수 있다.
[펄스 회로(9)]
펄스 회로(9)는 스위치(7)을 온으로 전환하기 위한 주기적인 펄스 신호를 발생한다. 예를 들어, 펄스 회로(9)는 수정 발진기 및 분주기를 포함할 수 있다. 동기 신호가 동기 회로(12)로부터 발생될 때, 펄스 신호를 발생하기 위한 타이밍은 동기 신호와 동기 된다. 동기 회로(12)가 전원 주파수와 동기되는 고주파 동기 신호를 발생할 때, 펄스 신호는 동기 신호와 동일한 주파수를 가질 수 있다.
[전력 검출 수단으로서 동작하는 전류 검출기(10) 및 전압 검출기(11)]
전류 검출기(10)은 전력선을 통해 흐르는 전류를 검출하고, 제어 회로(6)에 검출된 값을 전송한다. 아날로그 장치 또는 디지털 장치는 전류 검출기(10)으로서 이용될 수 있다.
전압 검출기(11)은 전력선의 전압을 검출하고, 제어 회로(9)에 검출된 값을 전송한다. 아날로그 장치 또는 디지털 장치는 전류 검출기(10)으로서 이용될 수 있다.
[동기 수단으로서 동작하는 동기회로(12)]
동기 회로(12)는 펄스 회로(9)에 의해 발생된 펄스 신호의 주기를 수정하기 위한 동기 신호를 출력한다. 동기 신호는 전원 주파수, 타이밍 신호 등과 같은 기준 신호와 동기한다. 펄스 회로(9)가 수정 발진기 등과 같은, 비교적 높은 정확성을 갖는 발진기로 구성되는 경우, 동기 신호는 최소한 하루에 한 번 발생될 수 있다. 그러나, 펄스 회호(9)가 비교적 낮은 정확성을 갖는 발진기로 구성되는 경우에는, 동기 신호는 최소한 1분에 한번 발생될 것이다.
[무선 방송 수신 회로(13)]
무선 방송 수신 회로(13)은 무선 방송의 시보 신호를 수신한다. 동기 회로(12)는 추출된 시보로 동기 신호를 형성한다.
[안테나(14)]
안테나(14)는 무선 방송을 수신한다.
[중첩 회로(superposed circuit; 15)]
중첩 회로(15)는 전력 배전선 상에서 동기 신호를 중첩한다.
[신호 검출 회로(16)]
신호 검출 회로(16)은 다른 단독 운전 방지 장치에 의해 발생된 동기 신호를 검출하고, 전력 배전선 상에 중첩시킨다.
[배터리(17)]
대형 저장 용량을 갖는 리튬 2차 배터리 또는 리튬 이온 배터리, 또는 저가의 니켈 수소 배터리 또는 납 배터리가 배터리(17)로서 적절하게 이용된다.
[전력 변환 수단(18)]
분산형 전원으로서 이용된 전원이 AC 전원일 때, 부하(2)와의 조정을 수행하기 위해 전력 변환 수단(18)으로서 AC-AC 변환기를 이용하는 것이 양호하다. 전원이 DC 전원일 때, DC-DC 변환기(인버터)는 유틸리티 그리드(4)에 접속되는 전력 변환 수단(18)로서 이용된다.
[실시예 1]
제1도에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서, 동기 회로(12)는 펄스 회로(9)에 신호 입력을 제공한다. 즉, 동기 회로(12)는 전력선에 제공된 전압 검출기(11)의 출력에 리액티브하여 유틸리티 그리드(4)의 전압의 파형과 동기하는 동기 펄스 신호를 출력한다. 따라서, 스위치(7)은 50 Hz 영역내에서는 1/50초의 주기로, 그리고 60 Hz 영역내에서는 1/60초의 주기로, 제7도에 도시된 것과 같은 펄스폭을 갖는 타이밍에서 스위치 온된다. 본 실시예에서는, 동작 정확성을 향상시키기위해, 전류 검출기(10) 및 전압 검출기(11)이 전력선에 제공되어, 스위치(7)이 온 및 오프로 전환될 때 전류 I 및 전압 V가 검출될 수 있게 된다. 다음의 설명에서, 전압 V를 검출하는 경우가 예로서 설명될 것이다.
상술된 바와 같이, 전력이 유틸리티 그리드(4)로부터 배전선(3)에 정상적으로 공급될 때, 스위치(7)이 온으로 전환될 때 전압 V는 거의 강하하지 않는다.
반면,유틸리티 그리드(4)가 배전선(3)으로부터 비접속되는 단독 운전 상태에서는, 전압 V는 (본 실시예에서 전력 변환 수단(18)에 접속된 USSC의 태양 전지 모듈을 포함하는) 분산형 전원(1)의 출력 전류에 부하 임피던스가 감소한다. 동기 회로(12)가 제공되므로, 다수의 소형 발전 시스템이 하나의 배전선(3)에 접속된 경우일지라도, 저항성 부하(8)이 동시에 접속된다. 따라서, 전체 시스템의 부하 임피던스는 각각의 단독 운전 방지 장치의 동작이 영향을 받지 않도록 감소 된다. 반면, 출력 전류가 일정하므로, 전압 V는 부하 임피던스의 감소에 해당하는 값만큼 강하된다.
즉, 다수의 분산형 발전 시스템이 하나의 배전선(3)에 접속되는 경우에도, 각각의 시스템들의 단독 운전 상태가 확실하게 저가로 방지될 수 있다. 다시 말하면, 스위치(7)이 온 및 오프로 전환되는 동안 전력선에서의 전압의 변화가 검출되면, 제어 회로(6)은 차단기(5)를 개방시켜 배전선(3)으로부터 분산형 전원(1)을 분리시키고, 이에 의해 단독 원전 상태가 확실히 방지될 수 있다.
단독 운전 방지 장치는 전력 변환 수단으로 동작하는 DC-AC 변환기(인버터) 내에 배치될 수 있다 제8도는 실시예 1의 동작을 설명하는 플로우차트이다.
[실시예 2]
제2도는 본 발명의 실시예 2에 따른 분산형 발전 시스템을 도시한다. 제2도에서, 동기 회로(1)에 관한 위치를 제외하고는 제1도의 구성소자와 동일한 구성소자가 사용된다.
본 실시예서, 공공 방송의 시보 신호는 동기 회로(12)용 기준 신호원으로서 이용된다. 즉, AM/FM 무선파의 시보 신호는 최상의 수신 상태에서 안테나(14)를 통해, 시스템 아트 주식회사(System Arts Co., Ltd)에 의해 제조된 제품명 SQ-159를 갖는 무선 방송 수신 회로(13)에 의해 수신되고, 동기 회로(12)는 펄스 회로(9)에 동기 신호와 같은 시보 신호를 제공한다. 스위치(7)은 예를 들어, 수정 발진 회로를 포함하는 펄스 회로(9)에 의해 임의의 주기로 임의의 시간 동안(이 실시예에서는 3초의 주기로0.5초 동안) 온으로 전환된다. 스위칭의 타이밍은 신호를 동기화시킴으로써 매시간마다 수정된다.
따라서, 실시예 1에서와 같이 실시예 2에서도 또한, 다수의 분산형 발전 시스템이 하나의 배전선(3)에 접속된 경우에도, 각각의 시스템들의 단독 운전 상태가 활실히 검출될 수 있다. 더우기, 실시예 2에서, 동기 회로(12)가 외부 기준 신호원을 사용하므로, 스위치(7)의 스위칭의 타이밍은 임의로 결정될 수 있다. 물론, 인공 위성으로부터의 시보 신호, 전화선으로부터의 시보 신호 등과 같은, 상술한 시보 신호 이외의 다른 시보 신호들도 기준 신호원으로서 이용될 수 있다.
[실시예 3]
본 발명의 실시예 3에서는, 제3도에 도시된 바와 같이, 배전선(3)에 접속된 다른 분산형 발전 시스템이 동기 회로(12)용 기준 신호원으로 이용된다. 즉, 신호 검출 회로(16)에 의해 검출된 다른 시스템으로부터의 동기 신호는 동기 회로(12)를 통해 펄스 회로(9)에 공급되고, 스위치(7)은 펄스 회로(9)로부터의 펄스 신호와 동기하여 제어된다. 물론, 다른 시스템으로부터의 신호가 검출되지 않을 때는, 다른 분산형 발전 시스템이 없다고 가정하여 단독 운전 방지 기능이 자동적으로 작동된다.
동기 회로(12) 이외의 다른 소자들은 실시예 1에서와 동일한 방식으로 동작된다.
펄스 신호는 또한 중첩 회로(15)에 입력되고, 동기 신호로서 유틸리티 그리드의 전압에 중첩된다. 다른 시스템은 동기 신호를 검출하고, 상술한 동작을 수행한다.
따라서, 실시예 1에서와 같이 실시예 3에서도 또한, 다수의 분산형 발전 시스템이 하나의 배전선(3)에 접속된 경우에도, 각각의 시스템들의 단독 운전 상태가 확실히 검출될 수 있다. 더우기, 실시예 3에서, 스위치(7)의 스위칭의 타이밍이 임의로 결정되고, 동기 신호의 타이밍이 매시간 대신 단주기로 수정될 수 있으므로, 수정 발진 회로와 같은 정밀한 발진기가 불필요해서 펄스 회로(9)를 저가로 구성할 수 있다.
유틸리티 그리드의 전압에 중첩된 동기 신호는 분산형 시스템의 전력의 품질을 저하시키지 않을 것이다. 특히, 동기 신호의 전체 왜distortion factor)이 5%이하이고, 주파수의 기본파(basic wave)에 대한 비율은 3%이하여야 한다. 즉, 동기 신호의 패턴은 검출된 동기 신호의 패턴과는 달라야 한다. 예를 들어, 0.05초 동안 125 KHz/20 mV의 신호를 검출할 때, 165 KHz/100 mW의 동기 신호가 동기하여 출력된다. 이 실시예에서의 왜율은 0.02%이하였다.
[실시예 4]
본 발명의 실시예 4에서, 제6도에 도시된 바와 같이, 제1도에 도시된 부하(2)를 분산형 전원(1) 및 단독 운전 방지 장치(20) 사이로 이동된다.
이 구성에 따라, 유틸리티 그리드(4)가 단락되는 경우에도, 태양 전지 모듈및 배터리(17)로서 동작하는 납 배터리를 포함하는 분산형 전원(1)이 부하(2)에 전력을 안정적으로 제공하여 단독 운전을 확실히 방지할 수 있다. 납 배터리가 리튬 이온 배터리로 대체되는 경우에도 동일한 동작이 얻어질 수 있다.
[실시예 5]
본 발명의 실시예 5에서는, 풍력 발전기, 및 전력 변환 수단(18)로서 동작하는 AC-AC 변환기를 제외하고는 실시예 4에서와 동일한 구성소자들이 사용되고, 여기에 접속된 것은 태양 전지 모듈 및 전력 변환 수단(18) 대신 분산형 전원(1)로서 이용된다. 또한, 실시예 5에서는, 실시예 1에서와 동일한 동작이 얻어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 유틸리티 그리드와 분산형 전원 사이에 제공된 차단 수단, 및 유틸리티 그리드에 접속된 전력선으로부터 전력치를 검출하기 위한 전력치 검출 수단, 펄스 회로로부터의 출력에 따라 전력선에 대한 전력치를 변환하기 위한 전력 변환 수단을 전기적으로 접속 및 비접속시키기 위한 접속 수단, 및 접속 또는 비접속 동안 전력선의 값의 변동폭에 따라 차단 수단을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 단독 운전 방지 장치, 및 단독 운전 방지 장치를 이용하는 분산형 발전 시스템을 제공한다.
펄스 회로의 출력을 기준 신호원으로부터 신호 출력과 동기시키기 위한 동기 수단을 더 제공함으로써, 발생된 전력량 및 부하량이 완전한 등가 상태인 경우에도, 단독 운전이 대형 설비를 이용하지 않고도 확실히 방지될 수 있고, 단독 운전이 중지될 때까지의 시간이 짧다.
다른 분산형 발전 시스템의 단독 운전 방지 장치의 기준 신호원 의 출력을 사용함으로써 또는 기준 신호원의 신호 출력으로서 유틸리티 그리드의 주파수 신호를 이용함으로써, 저가의 장치가 제공될 수 있다. 기준 신호원의 신호 출력으로서 공공 방송의 시보 신호 또는 인공 위성의 시보 신호 또는 전화선의 시보 신호와 같은 전파 신호를 이용함으로써, 저가의 임의의 기준 신호 또는 간단화된 장치를 얻는 것이 가능하다.
전력치 검출 수단에 의해 시스템 전력의 전압치를 검출함으로써, 장치들이 비교적 안정되게 동작될 수 있다.
전력치 검출 수단에 의해 시스템 전력의 전압치 및 전류치를 검출함으로써, 장치들이 정확하게 동작될 수 있다.
전력 변환 수단과 같은 저항성 및/또는 리액티브성 부하를 이용함으로써, 장치들이 간단한 방식으로 동작될 수 있다.
펄스 회로의 출력이 유틸리티의 주파수의 1/2보다 짧은 펄스폭을 갖도록 장치를 구성함으로서, 장치들이 간단화될 수 있다.
분산형 전원이 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지 중 선택된 하나를 포함하도록 장치를 구성함으로써, 에너지가 보다 넓은 범위로 이용될 수 있다.
분산형 전원이 태양 전지,풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지로부터의 전력 출력을 변환시키기 위한 전력 변환 수단을 포함하도록 장치를 구성함으로써, 부하와의 접속이 용이하게 수행될 수 있다.
분산형 전원이 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지로부터의 전력 출력을 저장하기 위한 배터리를 포함하도록 장치를 구성함으로써, 단독 운전을 방지하는 독립 동작이 수행될 수 있다.
배터리가 적어도 리튬 2차 배터리, 니켈 수소 배터리 및 납 배터리 중 선택된 하나를 포함하도록 장치를 구성함으로써, 독립 동작이 간단한 방식으로 수행될 수 있다.
펄스 회로가 수정 발진기 및 분주기를 포함하도록 장치를 구성함으로써, 장치가 정확하게 동작될 수 있다.
차단기가 또한 배전용 차단기로서 기능하도록 장치를 구성함으로써, 장치가 간단화될 수 있다.
도면들에서 아웃라인으로 도시되거나 블럭으로 표시된 개별적인 소자들은 모두 단독 운전 방지 장치, 분산형 발전소 및 발전 시스템 기술 분야에 공지되었고, 이들의 특정한 구성 및 동작은 본 발명을 수행하기 위한 동작의 기준 또는 최상의 모드이다.
본 발명이 양호한 실시예에 관해 기술되었지만, 본 발명이 기술된 실시예 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이와는 달리, 본 발명이 첨부된 특허청구범위의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 등가의 장치로 이루어질 수 있다. 첨부된 특허청구범위의 범위는 이러한 모든 변형 및 등가 구조 및 기능을 폭넓게 포함한다.

Claims (51)

  1. 유틸리티 그리드(utility grid)와 분산형 전원(dispersed power supply) 사이에 제공된 차단 수단; 상기 유틸리티 그리드에 접속된 전력선으로부터 전력치를 검출하기 위한 전력치(electric-power-value) 검출 수단; 펄스 회로로부터의 출력에 따라 상기 전력치를 변환하기 위한 전력 변환 수단을 전기적으로 상기 전력선에 접속 또는 비접속시키기 위한 접속 수단; 상기 접속 또는 비접속 동안 상기 전력치의 변동폭에 따라 상기 차단 수단을 제어하기 위한 제어 수단; 및 상기 펄스 회로의 출력을 기준 신호원으로부터의 신호 출력과 동기시키기 위한 동기 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 단독 운전 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 상기 유틸리티 그리드의 주파수 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 전파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전파 신호가 공공 방송의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전파 신호가 인공 위성의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 신호 출력이 전화선의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전력치 검출 수단이 상기 유틸리티 그리드의 전압치를 검출하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전력치 검출 수단이 상기 유틸리티 그리드의 전압치 및 전류치를 검출하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 수단이 저항성 및/또는 리액티브성 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 펄스 회로의 출력이 상기 유틸리티 그리드의 주파수의 반주기보다 짧은 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 분산형 전원이 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로하는 단독 운전 방지 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 분산형 전원이 상기 태양 전지, 상기 풍력 발전기, 상기 수력 발전기 및 상기 연료 전지로부터 출력된 전력을 변환하기 위한 전력 변환 수단을 포함하는 단독 운전 방지 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분산형 전원이 상기 태양 전지, 상기 풍력 발전기, 상기 수력 발전기 및 상기 연료 전지로부터 출력된 전력을 저장하기 위한 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 배터리가 최소한 리튬 2차 배터리, 니켈 수소 배터리 및 납 배터리 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로하는 단독 운전 방지 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 펄스 회로가 수정 발진기 및 분주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 차단 수단이 배전용 차단기로서 기능하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  17. 분산형 전원; 상기 분산형 전원과 유틸리티 그리드 사이에 제공된 차단 수단; 상기 유틸리티 그리드에 접속된 전력선으로부터 전력치를 검출하기 위한 전력치 검출 수단; 펄스 회로로부터의 출력에 따라 상기 전력치를 변환하기 위한 전력 변환 수단을 전기적으로 상기 전력선에 접속 또는 비접속시키기 위한 접속 수단; 상기 접속 또는 비접속 동안 상기 전력치의 변동폭에 따라 상기 차단 수단을 제어하기 위한 제어 수단; 및 상기 펄스 회로의 출력을 기준 신호원으로부터의 신호 출력과 동기시키기위한 동기수단을 포함하는 것을 특징으로 한는 분산형 발전 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 상기 유틸리티 그리드의 주파수 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 전파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 전파 신호는 공공 방송의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 전파 신호가 인공 위성의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 신호 출력이 전화선의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 전력치 검출 수단이 상기 유틸리티 그리드의 전압치를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 전력치 검출 수단이 상기 유틸리티 그리드의 전압치및 전류치를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  25. 제17항에 있어서, 상기 전력 변환 수단이 저항성 및/또는 리액티브성 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  26. 제17항에 있어서, 상기 펄스 회로의 출력이 상기 유틸리티 그리드의 주파수의 반주기보다 짧은 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  27. 제17항에 있어서, 상기 분산형 전원이 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 분산형 전원이 상기 태양 전지, 상기 풍력 발전기, 상기 수력 발전기 및 상기 연료 전지로부터 출력된 전력을 변환하기 위한 전력 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 분산형 전원이 상기 태양 전지, 상기 풍력 발전기, 상기 수력 발전기 및 상기 연료 전지로부터 출력된 전력을 저장하기 위한 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 배터리가 최소한 리튬 2차 배터리, 니켈 수소 배터리 및 납 배터리 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  31. 분산형 전원; 유틸리티 그리드; 상기 분산형 전원과 상기 유틸리티 그리드 사이에 제공된 차단 수단; 상기 유틸리티 그리드에 접속된 전력선으로부터 전력치를 검출하기 위한 전력치 검출 수단; 펄스 회로로부터의 출력에 따라 상기 전력치를 변환하기 위한 전력 변환 수단을 전기적으로 상기 전력선에 접속 또는 비접속시키기 위한 접속 수단; 상기 접속 또는 비접속 동안 상기 전력치의 변동폭에 따라 상기 차단 수단을 제어하기 위한 제어 수단; 및 상기 펄스 회로의 출력을 상기 기준 신호원으로부터의 신호 출력과 동기시키기 위한 동기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 상기 유틸리티 그리드의 주파수 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  33. 제31항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 전파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 전파 신호가 공공 방송의 시보 신호(time signal)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분신형 발전 시스템.
  35. 제33항에 있어서, 상기 전파 신호가 인공 위성의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  36. 제31항에 있어서, 상기 신호 출력이 전화선의 시보 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  37. 제31항에 있어서, 상기 전력치 검출 수단이 상기 유틸리티 그리드의 전압치를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  38. 제31항에 있어서, 상기 전력치 검출 수단이 상기 유틸리티 그리드의 전압치 및 전류치를 검출하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  39. 제31항에 있어서, 상기 전력 변환 수단이 저항성 및/또는 리액티브성 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  40. 제31항에 있어서, 상기 펄스 회로의 출력이 상기 유틸리티 그리드의 주파수의 반주기보다 짧은 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  41. 제31항에 있어서, 상기 분산형 전원이 태양 전지, 풍력 발전기, 수력 발전기 및 연료 전지 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  42. 제41항에 있어서, 상기 분산형 전원이 상기 태양 전지, 상기 풍력 발전기, 상기 수력 발전기 및 상기 연료 전지로부터 출력된 전력을 변환하기 위한 전력 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  43. 제41항에 있어서, 상기 분산형 전원이 상기 태양 전지, 상기 풍력 발전기, 상기 수력 발전기 및 상기 연료 전지로부터 출력된 전력을 저장하기 위한 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 배터리가 최소한 리튬 2차 배터리, 니켈 수소 배터리 및 납 배터리 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  45. 제1항에 있어서, 상기 기준 신호원으 신호 출력이 다른 분산형 발전 시스템의 단독 운전 방지 장치의 기준 신호원의 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 단독 운전 방지 장치.
  46. 제17항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 다른 분산형 발전 시스템의 단독 운전 방지 장치의 0기준 신호원의 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  47. 제31항에 있어서, 상기 기준 신호원의 신호 출력이 다른 분산형 발전 시스템의 단독 운전 방지 장치의 기준 신호원의 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  48. 제17항에 있어서, 상기 펄스 회로가 수정 발진기 및 분주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  49. 제17항에 있어서, 상기 차단 수단이 또한 배전용 차단기로서 기능하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 장치.
  50. 제31항에 있어서, 상기 펄스 회로가 수정 발진기 및 분주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
  51. 제31항에 있어서, 상기 차단 수단이 또한 배전용 차단기로서 기능하는 것을 특징으로 하는 분산형 발전 시스템.
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