KR100549391B1 - 고효율조명을위한전력시스템 - Google Patents

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Abstract

DC 전력 및 기타 DC 호환 부하를 필요로 하는 조명 설비에 의해 정상적인 조명 상태를 유지하는 것과 같은 모든 전기적 최종사용 응용분야를 충족시키는 DC 전력 시스템이 개시되었다. 전력 제어 및 변환 디바이스는 공중설비 또는 이와 유사한 AC 원로부터 AC 전력을 받아들여 AC 전력을 DC 전력으로 변환시키고 저전압 DC 전력을 조명 설비 또는 임의의 DC 호환 최종사용으로 변환시킨다. 대안 DC 전력 원는 장치에 연결될 수 있고 이 장치내에서 부하에 서비스중인 변환된 원와 결합한다. 에비 재충전가능한 배터리는 대안 DC 원로서의 역할을 할 수 있고 라인 전력 정전 동안 전력을 유지하도록 제공될 수 있다.선택적으로, DC 전력원과 같은 대안 DC 전력 원는 DC 부하에 비례하여 DC 전력을 공급하기 위해 전력 제어 디바이스에 연결될 수 있다. 추가 실시예에서, 다양한 전력 원는 DC 전력을 공급하기 위해 가스 구동 코제너레이터 유닛과 같은 전력 디바이스에 연결될 수 있다. 이 디바이스는 또한 AC 라인 그리드 서플라이 없이 단독 응용분야를 충족시킬 수 있다.

Description

고효율 조명을 위한 전력 시스템{HIGH EFFICIENCY LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 복수개의 AC(alternating current) 및 DC(direct current) 전력원과 동시에 작동할 수 있는 저전압이고 DC이며 고효율의 무정전 조명 및 DC 전력 시스템에 관한 것이다.
무정전 전력원은 어떠한 데이터도 소실되지 않고 합성되지 않도록 브리프 라인 전력 정전을 “무사히 대처하기“ 위해 컴퓨터 장비에 적용될 때 그리고 조명 무결성이 필수적인 비상 조명 시스템에 특히 필요한 부품으로서 공지되어 있다. 대다수는 일반적인 높은 배터리 저장 용량 필요조건 및 고축전지 유닛 비용으로 인해 제한된 배터리 저장 성능을 갖는다. 그러므로, 종래의 무정전 수단을 통한 동작주기는 정전이 길어지는 동안 유지될 수 없다. 몇몇 특정 조명 시스템은 병원의 수술실과 같은 중요한 응용예에서 AC 전력원에 의해 마찬가지 방식으로 보호된다. 이러한 시스템은 축전지또는 AC 보조 전력원를 사용하는 지의 여부에 따라 정교하고 매우 비싼 경향이 있으며, 이 결과 매우 값비싼 응용분야에만 한정된다. 비용을 고려할 때 이들 시스템의 대다수는 출력 성능 및 내구성에서 합리적이지 못하다. 이러한 고려사항 대신에, 보조 비상 조명 및 기타 전력 필요에 대한 감소된 양은 단지 특정 응용예에서만 제공되고 정규 표준 조명 시스템 필요를 위해서가 아니며 전력 정전 동안 인가되고 결합되는 패키징된 ”애드-온(add-on)“ 시스템에 의해 공급되며; 이들 종류의 패키지는 흔히 계단통로에 이용되며 배터리, 기본 충전기, 전력 센서 수단 및 제한된 조명 출력 용량에 의한 하나 또는 두 개의 단순한 플러드 램프를 둘러싸는 단순한 하우징으로 이루어 진다.
이들 종래의 시스템은, 구성에서 더욱 정교하고 복잡할 지라도, 비용으로 인해 성능면에서 손실이고, 조명성능, 효율을 향상시키지 못하며 중요한 전력의 정전 동안 제한된 무정전 작동을 통하는 것을 제외하곤 전력 응용값을 개선시키지 못하며, 종래의 조명 또는 기타 최종이용자를 위한 등가 또는 경제적 대체재로 고려되지 못한다.
도 1은 조명 설비에 인가되고 기본 입력 및 출력 전력 연결부를 나타낸 기본 전력 시스템의 블록도.
도 2는 광전지(PV)와 같은, 보조 DC 전력 입력이 없지만 연결된 배터리 시스템을 갖춘 차단불가능한 조명 시스템으로서 사용되는 기본 전력 시스템의 물리적 블록도.
도 3은 케이블 길이를 연장시키는 과도한 저전압 전류 및 저전압 DC 전력 모듈로부터의 전압 강하를 방지하는 클러스터 개념을 이용한 단일 조명회로 구성의 배선도.
도 4는 과도한 저전압 동작 케이블 길이 및 전압강하를 방지하면서 단일 AC 고전압 라인 회로 차단기로부터 지지되는 더욱 큰 조명영역 필요조건을 수용하는 4개의 전력 모듈 시스템의 배선도.
도 5는 PV 패널을 갖춘 도 2의 조명 시스템의 블록도.
도 6은 전형적인 전력 입력 및 출력 연결부를 갖춘 전력 제어 유닛의 정면도.
도 7은 전력 제어 유닛과 호환성을 갖는 2 램프 저전압 DC 가스 방전 밸러스트를 위한 배선 상세도.
도 8은 전력 제어 유닛과 호환성을 갖는 단일 램프 저전압 DC 가스 방전 밸러스트를 위한 배선 상세도.
도 9는 배터리를 포함하는 인클로우저의 정면도.
도 10은 전형적인 전력 입력 및 전력 출력 연결부와 내부 기능을 나타내는 전력 제어 유닛의 블록도.
도 11은 대안 DC 전력원으로서 천연가스 공동발생을 이용하는 대안 에너지 선택 조명 시스템의 블록도.
본 발명의 목적은 최종 사용자측 성능을 손상시키지 않고 종래의 최종 사용자측의 필요를 고려하는 바와 같이 종래의 빌딩 또는 사무실 조명 및 기타 최종용도를 일상적으로 대체할 수 있고 더욱 활용범위가 많은 무정전 조명 시스템 및/또는 최종용도 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 백열 및 형광 조명 시스템 보다 낮은 작동 비용으로 고작동 효율을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 작은 저장용량을 갖는 장기간의 무정전(3시간 +)을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 장기간의 정지 배터리 저장 수명 및 더욱 경제적인 작동을 위한 최적의 배터리 관리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 태양 광전지(PV) 패널, 연료 셀 등의 DC 전력 공급 장치와 같은 대체 에너지원에 호환가능하고 경제적인 연결부를 제공하고 바람직한 성능 범위내에서 축전지를 유지하면서 출력 부하 또는 부하를 공급하는 것과 관련하여 이들 에너지원을 관리하는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또다른 목적은 전력 제어 유닛과 조명 설비 또는 DC 최종용도 디바이스 사이에 실온에서 두 개의 납-산, 12 볼트 배터리 시스템을 위한 공칭 26.6 볼트인 저전압 동작을 통한 개선된 안전성을 갖춘 시스템을 제공하는 것이다. 적절한 DC 호환 부하를 공급하면서, 기타 배터리 시스템도 인가될 수 있으며 출력 공급전압은 최적의 배터리 유지관리 및 수명을 위해 조정된다.
본 발명의 다른 목적은 동적인 고역률(high power factor) 보정을 통해 고전력 성능을 달성하는 것이며 마찬가지로 전체적으로 낮은 고조파 AC 공급라인 왜곡을 달성하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 매우 작은 전압 강하를 달성하면서 표준 빌딩 배선 및 와이어 사이즈를 이용하면서 저전압 작동에 의한 서비스 성능 및 전체적으로 더욱 큰 응용 값을 달성하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 간단한 소자 표준화를 갖춘 시스템 및 서브시스템의 무결성을 증가시키는 최종용도 장치와 AC 회로 차단기 사이의 모듈러 독립적인 전력 인-라인 장치를 통한 붕괴 및 폭발과 같은 중요한 재해와 영역에 면역성을 갖는 기타 최종용도 장치 및 조명을 위한 빌딩전력 전체의 무결성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또다른 목적은 다수의 AC 및 DC 전력원을 동시에 수용하며 공유방식으로 이들을 조명 및/또는 최종용도에 응용되어지게 하는 범용 전력 인터페이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 종래의 최종용도 장치에 대한 기대 성능으로 조명 및/또는 최종 용도 장치를 지원하는 다른 전원 없이 다수의 AC 또는 DC 전력원을 개별적으로 수용하는 범용 전력 인터페이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 저전압, DC 작동을 종래의 표준 고전압 AC 배선 및 케이블 사이즈가 있는 빌딩에 이용될 수 있는 전력 인터페이스로서 본 발명을 이용하기 위한 수단 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또다른 목적은 개별적인 전력 유닛 설계 전압의 증가에서 고 DC 동적 전압을 만족시키기 위해 전력 유닛이 직렬로 연결될 수 있게 하는 모듈러 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 및 기타 목적을 달성하는 데 있어서, 본 발명은 본 발명의 전압 필요조건에 의해 정의된 바와 같은 DC 전력을 필요로 하는 가스 방전 램프에 사용하기 위해 다양한 DC 전자 밸러스트를 통합하는 정규의 조명 설비를 사용하므로써 정규의 조명 레벨 및 조건을 유지하기 위한 고효율 조명 시스템의 응용을 포함한다.
본 시스템은 전력원으로부터 AC 및/또는 DC 전력를 수신하여 필요로 하는 저전압 DC 전력을 조명 설비 또는 DC 호환 최종용도 장치로 전달하는 전력 제어 수단을 포함한다. AC 전력원에 연결되었을 때 상기 전력 제어 수단은 AC 전기원을 고정식 재충전가능한 축전지 전기 시스템의 장기간 “부동(float)” 전압 필요조건과 양립할 수 있는 조절된 저전압 DC로 변환시킨다. 배터리는, 예비 기준에서, 필요한 DC 저전압 전력을 전력 제어 수단에 공급한다. 예로 든 납-산 설계구조의 축전지는 그리드 또는 이와 유사한 AC 전력원으로부터 AC 전력의 정상적인 공급 동안 전력 제어 수단에 의해 완전히 충전된 상태 또는 “부동” 상태로 유지될 수 있도록 전력 제어 수단에 연결된다.
전력 제어 수단은 또한 끊김없이 DC 작동 전력을 유지하기 위해 AC 전력 정전 동안 필요한 DC 전력을 배터리로부터 DC 호환성 조명 설비 또는 호환성 최종용도 장치에 전달하는 역할을 한다.
전력 제어 수단은 다수 개의 방 및 영역 필요조건을 갖춘 빌딩에서 조명 또는 최종용도 장치에 전력을 유지하기 위해 자신의 배터리 및/또는 대안적인 DC 전력원에 연결된 복수 개의 전력 제어 수단일 수 있다.
DC 전력의 선택적인 광전지(PV) 소스는 상기 그리드 또는 이와 유사한 AC 전력원으로부터 취해진 전력의 양을 비례적으로 감소시키기 위해 전력 제어 수단에 연결될 수 있다. 제어 수단은 전기적 부하에 요구되지 않는 임의의 과도한 PV 전력을 축전지의 안전 및 안정한 장기간의 동작 필요조건을 초과함이 없이 선택적으로 연결된 축전지에 전달할 수 있다. 전력 응용예가 배터리를 포함하지 않는다면, 전력 제어 수단은 동작 한계값을 초과하지 않으면서 AC 전력원를 통해 부하를 마찬가지 방식으로 그리고 비례적으로 지원할 것이다.
축전지는, 예비 기준으로, AC 전력원이 전력 제어 수단으로부터 변환된 DC 전원을 차단하는 경우에서와 같이, 전력 제어 수단의 조절된 DC 전압이 배터리 전압 미만으로 강하되는 경우에 DC 저전압 전력을 부하에 공급한다. 그렇지않으면 전력 제어 수단은 배터리를 AC 그리드 전력원으로부터의 전력에 의해 완전히 충전하고 대기 “부동” 상태에 있게 한다.
본 발명의 한 형태에서, AC 전력 입력은 배터리 또는 보조 DC 전력원을 사용하지 않고 전력 제어 수단에 의해 동일 제어된 DC "부동“ 전압으로 변환되므로써, 저전압 DC 조명을 만족시킨다. 따라서, 고효율 가스 방전 조명이 스위칭-모드 전압 조정기 설계구조를 갖춘, 전력 제어 수단에 의해 제공된 매우 높은 AC-DC 변환 효율 및 최적 전압 제어에 의해, 그리고 종래의 전기 밸러스트 설계 구조에서와 같이, DC 밸러스트의 유사한 AC-DC 변환 컴포넌트들을 제거하므로써 달성된다. 스위칭-모드 전압 조정이 바람직하지만, 본 발명은 이러한 전압 조정 수단에 한정되지 않는다.
전력 제어 수단은 전력을 전달하면서, DC 전류가 소정 한계치를 초과하지 못하게 하는 회로를 포함할 수 있다. 전력 제어 수단은 단락회로가 제거될 때 까지 DC 전력 전달을 차단할 수 있도록 단락회로를 검출할 수 있는 기타회로를 포함할 수 있다.
DC 전력을 필요로 하는 조명 설비에서 정상적인 전력을 유지시키는 본 시스템은 DC 전력원으로부터 DC 전력을 수신하여 필요한 DC 전력을 조명 설비에 공급하며 전력 제어 수단과, AC 전력을 DC 전력으로 변환시키는 전력 제어 수단을 포함한다.
종래의 AC 전력을 액세스하지 않는 원격 설비와 같은, 원격 사용을 위한 추가의 실시예에서, 고효율 조명 시스템은 DC 전력을 필요로 하는 조명 설비로 정상적인 조명 상태를 유지한다. 이 원격 시스템은 광전지 패널과 같은 적절한 보조 DC 전력원으로부터 DC 전력을 수신하여 필요한 저전압 DC 전력을 원격 설비 조명 설비 및/또는 호환성 최종용도 응용장치, 및 저장 배터리에 전달하는 전력 제어 수단을 포함한다. 전력 제어 수단은 배터리의 최대 충전 및 최적 충전 상태를 제어하는 역할도 한다.
배터리는 또한, 예비 기준으로, 필요한 DC 저전압 전력을 전력 제어 수단에 공급한다. 배터리는 광전지 패널로 부터 전력이 입력되는 해가 뜬 시간에서의 경우와 같이 DC 전력원을 이용할 수 있는 동안 전력 제어 수단에 의해 충전된 상태를 유지하면서 전력 제어 수단에 연결된다.
더욱이, 전력 제어 수단은 PV 소스에 대해 구름이 가린 시간 및 밤과 같은 특정한 이유로 보조 DC 전력원이 차단되어야 할 때와 같은, 상기 전력원 또는 광전지 패널로부터 전력을 이용할 수 없는 시간 주기 동안 필요로 하는 DC 전력을 배터리로부터 조명 설비로 전달한다.
본 발명은 첨부도면과 연결지어 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 지원되는 무정전 조명 시스템의 주요 구성성분의 블록도이다. 이 시스템은 본 발명의 전력 시스템의 출력전압을 이용하기 위해 설계된 기타 DC 호환성 부하를 위해 사용될 수도 있다. 이것은 종래의 빌딩 조명 또는 기타 최종사용 디바이스가 필요로 되는 곳에 설치될 수 있다. 비상 조명 및 기타 비상 전력 시스템과는 다르게, 이것은 완전한 서비스이고, 고성능 최종용도 전력 제품이다. 이것은 일반적인 정전과 같은 경우에 출력 성능을 손상시키지 않고 표준 설비, 램프 및 DC 호환성 장치로 작동한다. 이것은 조명 손실 및 잠재적인 기타 전력 요구에 기인한 작업의 중지를 야기함이 없이 배터리 저장장치를 이용하여 연장된 시간에 대해 정상적인 전력지원 기능을 계속할 수 있게 한다. 전체 시스템을 함께 묶는 주요한 서브시스템은 최종용도 응용 장치를 지원하는 표준 AC 그리드 전력을 정상적으로 사용하며 최적 충전상태로 선택적인 배터리(2)를 유지하는 전력 제어 유닛(PCU)(1)이다. 조명을 위해 사용될 때 조명 설비(3)는 전력 제어 유닛(1)으로부터 라인(5)에 의해 공급된 DC 저전압(공칭 26.6 볼트) 입력을 필요로 하는 전기 밸러스트를 이용하는 형광램프와 같은 가스 방전 램프이다. 백열램프와 같은 기타 램프 유형도 사용될 수 있다. 전력 정전 동안, DC 라인(5)은 배터리(2)에 의해 공급된다.
도 2는 PCU(1)에 120 내지 277 VAC의 전압을 공급하는 3개의 표준 와이어 케이블 시스템을 갖춘 AC 전기 서비스 패널(6)의 물리적 블록도이다. 배터리 케이스(7)는 일반적으로 직렬로 연결된 두 개의 그룹 24/27 사이즈 크기의 방전 납-산 축전지(8)를 포함하며 30 AMP 퓨즈(9)와 케이블(10 및 11)을 통해 PCU(1)에 연결된다. 모든 조명 설비 및 호환성 최종용도 장치(3)에 대한 배선은 공칭 작동 전압 26.6 볼트 DC 이다. 명목적인 실시예에서, 각각의 PCU(1)는 10개의 2튜브 48인치 T8 형광 설비 또는 20개의 단일 튜브 설비(3) 또는 사용된 축전지 시스템의 설계구조 전압 또는 그 근처에서 25 암페어 전류의 전기적 DC 부하 등가물에 전력을 공급할 수 있다.
도 3은 단일 PCU(1)에 의해 지원되는바와 같은 벽(16)이 있는 전형적인 사무실 조명 응용 장치(15)를 위한 배선 설계구조를 나타낸다. 격실(closet) 구역(17)은 편리하게 비교적 작은 배터리 볼륨(2)을 수용하는 역할을 한다. AC 라인(4)은 천장 구멍에 용이하게 장착될 수 있는 컴팩트한 사이즈일 수 있으므로 PCU(1)에 이른다. 조명 설비로의 DC 배선 연결부(5)도 천정 구멍에 있으며 PCU(1)에 근접하여 있기 때문에 조명 설비(3)에 이르는 짧은 배선경로를 제공한다. 저전압이 조명부하에 연결된 이러한 장치는 부하 지지 전압 강하를 최소화하면서 도 4에 도시된 바와 같은 단일지지 고전압 AC 라인으로부터 여러번 중복되는 내부 클러스터를 형성한다.
PCU(1)는 넓은 범위의 연속적인 AC 공급전압에 의한 전기적 입력으로서, 110 내지 277 VAC 범위의 입력을 수신할 수 있다. PCU(1)로 입력되는 전력은 AC 입력 범위에 좌우되는 2.6 내지 6.6 암페어 범위인 AC rms(제곱 평균 제곱근) 전류에 대해 공칭 725 와트이다. 입력 AC 전류의 등가범위는 AC 입력 전압에 좌우되어 변한다. PCU(1)는 0.99로 보정된 높은 역률을 가지며, 20 암페어 회로 차단기 및 번호 12 와이어는 대량의 PCUs를 지원할 것으로 예상될 수 있고 이들의 대응 조명 용량은 120 볼트 라인으로부터 최대 3 PCUs를 달성한다. 마찬가지로 6 유닛이 전체 약 4000 와트의 DC 전력 출력 및 4300 와트의 AC 입력에 대해 277 전압 라인으로 지지될 수 있다.
도 4는 8개의 소형 사무실 및 4개의 대형 사무실을 가르는 벽(16)을 갖춘 사무실 영역(19)의 배선 설계구조를 나타낸다. 이것은 4개의 중앙 격실(17)에 위치된 4개의 배터리 모듈(2)과 4개의 PCUs(1)를 이용하는 4개의 개별 무정전 조명 시스템의 이용을 포함한다. 4개의 PCUs는 배전 박스(20)로부터 분배되는 바와 같이 AC 케이블(4)을 통해 전력 패널(6)의 단일 220 VAC로부터 공급된다. 조명 시스템의 각각은 10개의 2 램프 설비(3)를 공급한다.
PCU(1)에 대해 가능한 상이한 여러 전력 모드가 있다. 도 5는 AC 전기 서비스 패널(6), 케이블(10,11)에 의해 PCU(1)에 연결된 배터리(8) 및 퓨즈(9)를 갖춘 배터리 케이스(7) 및 광전지(PV) 패널(25)을 포함하는 무정전 조명 시스템을 도시한다. 이 모드는 AC 정전 및 태양 에너지 변동 동안 전력 대체재로서 배터리(8)를 갖춘 축전 배터리 케이스(7)를 유지하면서 태양에너지가 AC 라인에 대한 보조 전력원이 될 수 있게 한다.
PCU(1)의 정면도인, 도 6에 도시된 바와 같이 통상적인 PV 응용에서와 같이 정교한 AC 전력 컨디셔너 없이 PV 패널을 PCU(1)에 배선시키는 것은 단순한 일이다. PV 패널은 단순히 PCU(1)상의 두 개의 PV 입력단자에 연결된다. 이 모드는 AC 라인, 보조 배터리 및 PV를 중첩 전력원들로써 이용하는 고신뢰성 조명을 허용한다.
가장 간단한 전력 동작 모드는 AC 라인이 유일한 입력 전원이 되어, PCU(1)가 저전압 DC 조명 시스템을 지원하는 경우이다. AC 라인에 PCU(1)가 단독으로 부착된 이러한 시스템은 에너지 소비를 감소시켜서 감당할 수 있는 최소 인터페이스 전력 손실을 갖는 고효율 조명 시스템이다. 단순히 배터리 서브시스템을 상기 기본 시스템에 연결하므로써, 사용자는 조명을 지원하는 무정전 DC 전력 동작을 만족시키는 추가의 전력 모드를 달성한다. 또다른 전력 동작 모드는 배터리를 갖지 않지만 AC 입력 및 PV 패널을 갖춘 PCU(1)를 이용하여 달성된다. 이 모드에서 PV의 기여분은 바람직하게는 AC 입력에 의해 공급된 밸런스로 DC 부하에 의해 흡수된다.
또다른 전력 동작 모드에서 PCU(1)는 그리드 지원된 중앙 AC 발생기 없이 단독 전력 시스템으로서 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 AC 그리드로부터 원격인 영역에 있는 것이 바람직하다. 이러한 시스템으로, 적절한 PV 패널 및 적절한 재충전가능한 축전지에 부착된 PCU(1)를 이용하여, 태양 조명 및 기타 DC 부하는 DC-AC 60 Hz 전력 인버터를 포함하여 만족될 필요가 있다.
PCU(1)는 조명 및 기타 전기적 필요조건을 만족시키면서 다수의 전력 동작 모드를 지원하기에 충분히 유연하다는 점에서 구별된다. 또한 가전기기, 마이크로웨이브 오븐, DC 냉장고 등과 같은 기타 DC 부하를 공급할 수 있다. 더욱이, 풍력 발생기 또는 엔진 구동 DC 발생기와 같은, 광전지(PV)이외의 다양한 전력원으로부터 외부 DC 전력을 대안적으로 수신할 수 있다.
도 6은 또한 핀 형상으로 된 열 싱크(28) 및 단자 스트립(29)을 갖춘 PCU(1)의 정면도를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 각각 2 램프 및 1 램프 DC 밸러스트에 대한 배선도 및 상세사항을 도시한다.
도 9는 하우징(35), 경첩이 달린 리드(36) 및 래치(37)를 갖춘 배터리 케이스(7)의 정면도이다. 밀봉 유형 납-산 배터리를 위한 열가소성 케이스이다.
도 10은 PCU(1)의 블록도를 나타낸다. AC 입력은 브리지 회로와 같은 DC 정류기 수단에 의해 정류된다. 역률 보정수단은 AC 입력에서 전체적으로 낮은 고조파 왜곡 및 높은 역률을 달성하기 위해 사용된다. 제어수단 및 전압 조정기 수단은 전력 연결 수단을 통해 조명 밸러스트 또는 기타 적절한 DC 부하에 공칭 26.6 볼트를 제공하기 위해 DC-대-DC 스위칭 전력 공급원 토폴로지 및 펄스 폭 변조와 같은 회로를 통해 상호작용한다.
도 10은 또한 단락회로가 검출된 경우에 PCU(1)의 DC 출력을 차단하기 위해 그리고 PCU(1)의 상한 동작전류를 제한하기 위해 상호작용할 수 있는 제어수단 및 전압 조정기 수단을 나타낸다. 이러한 단락회로를 검출하는 회로는 연속적으로 액티브 및 다이나믹하게 되어 임의의 시간에 정상으로 재설정될 수 있다. 직렬 연결된 배터리 시스템 및 제어 필요조건을 더 높게 지원하기 위해 13.3, 26.6 및 39.9와 같은 프로그램가능한 전압도 가능하다.
배터리 미만전압 차단부는 축전지를 화학적 및 물리적으로 손상시키는 방전을 방지하기 위해 전하가 공핍된 상황에서 배터리를 분리시킨다. PV 전압 조정기 및 서프레서(suppressor)는 전압 전이를 억제하고 PV 패널로부터 축전지의 오버충전을 방지하는 전력 컨디셔너/제어기 이다.
도 11은 천연가스 동시 발생을 포함하는 전력으로 구동되는 조명 시스템을 위한 대안 실시예이다. AC 전력(50)은 DC 전력 변환기(51) 및 제어수단(52) 또는 PCU(1)의 작동에 의해 특정되는 기타 소자로 이루어 진 PCU(1)에 의해 DC 전력으로 정상적으로 변환된다. 그러나 가스 연료공급형 DC 발생기(53) 형태의 코제너레이터는 천연 가스 소스(54)로부터 주 에너지원을 수용하며, 이것을 전자 밸러스팅된 형광 조명과 같은, 빌딩 조명 시스템을 지원하기 위한 DC 전력으로 변환한다. 이 시스템은 빌딩 조명 시스템(55)을 이용하여 고객 요구를 변경시키므로써 전기 이용설비를 위한 플래터(flatter) 및 더욱 예측가능한 전력 수요 곡선을 제공할 수 있으며, 가스 에너지원에 의해 보충되어 전기 이용설비 발생원으로부터 피크 전력을 완화시킨다. 이것은 수요 전하가 감소되는 결과로 된다.
코제너레이션 시스템은 조명부하(55)를 위해 연속적으로 구동될 수 있으며, 고가의 동기식 60㎐ 전력 인버터가 AC 전력 라인(50)을 통해 되돌려질 필요를 없앤다.
DC 가스 발생기(53)는 빌딩 조명 시스템(55)를 작동시키기 위해 PCU(1)의 보조 DC 입력을 통해 빌딩 조명 시스템(55)에 직접 연결한다.
기타 실시예가 첨부된 특허청구범위에 나타난 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명에 응용될 수 있다.

Claims (29)

  1. DC 전력을 필요로 하는 종래의 조명 설비 및 기타 최종-용도 전력 응용장치에서 정상적인 조명 상태를 유지하기 위한 조명 및 기타 최종-용도 응용 시스템에 적용되는 전력 시스템에 있어서, 상기 전력 시스템은
    (A) 전력 제어 수단;
    (B) AC 소스 ; 및
    (C) DC 전력 소스를 포함하며,
    상기 전력 제어 수단은,
    (A-1) 상기 AC 소스로부터 여러 주파수의 AC 전력을 수신하는 AC 접속부;
    (A-2) 상기 DC 소스로부터 대안적인 DC 전력을 수신하는 DC 접속부;
    (A-3) 상기 조명 설비내의 전압 매칭된 램프(들) 및/또는 적어도 하나의 DC 호환 최종 용도 디바이스 부하에 필요로 하는 조정된 저전압 DC 전력을 전달하는 출력 접속부;
    (A-4) 상기 AC 전력을 DC 전압 조정된 전력으로 변환하는 변환 수단;
    (A-5) 상기 적어도 하나의 DC 호환 최종 용도 디바이스 부하에 제공하기 위해서 상기 전압 조정된 DC 전력과 상기 대안적인 DC 전력을 결합하는 전력 연결 수단; 및
    (A-6) 상기 대안적인 DC 전력 소스에 의해 전달되는 전력의 비율을 제어함으로써 상기 변환된 DC 출력 전력을 변경시키는 전압 조정기 수단을 포함하며,
    이를 통해, 상기 전력 제어 수단은 상기 적어도 하나의 DC 호환 최종 용도 디바이스 부하에 필요한 DC 전력을 상기 대안적인 DC 전력 소스 없이 또는 상기 대안적인 DC 전력 소스를 통해 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 전력을 전달하는 동안 상기 전력 제어 수단의 최대 전력 성능에 의해 규정되고 한정된 상한에 대하여 상기 DC 출력에서의 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 자신의 출력 단자에 걸쳐 단락회로의 검출시 전달된 출력 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 재충전가능한 축전지이며 상기 AC 전력원으로부터 전력이 중단되는 경우에 상기 재충전가능한 축전기는 상기 적어도 하나의 DC 호환 부하에 계속 전력을 공급하며,
    상기 재충전가능한 축전지는 상기 전력 제어 수단의 상기 조정된 출력 전압에 의해 정지된 예비 모드에서 최적 충전으로 유지되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 재충전가능한 축전지는 상기 전력 제어 수단으로의 상기 AC 입력이 차단될 때 상기 적어도 하나의 DC 호환 부하를 지원하기 위해 작동되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은, 지원하는 전력원이 없는 경우에, 상기 재충전가능한 축전지의 단자전압으로 측정되는 축전지 충전상태가 소정값보다 작은 경우에 상기 적어도 하나의 DC 호환 부하로부터 상기 재충전가능한 축전지를 전기적으로 분리하는 배터리 부족전압 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 축전지가 완전히 충전된 경우에 임의의 기타 연결된 DC 전력원으로부터 상기 축전지로의 전력공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 에너지원을 전기적 호환 DC 전압으로 변환하는 에너지 변환기인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 광전지 태양 전지판인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 광전지 연료 셀인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 화석 연료가 공급되는 내부연소 기계적 구동식 DC 전기 발생기인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 연료가 공급되는 DC 코제너레이터(cogenerator)인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 연료가 공급되는 DC 코제너레이터는 열 광전지 코제너레이터인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 연료가 공급되는 DC 코제너레이터는 연료 셀 발생기인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 대안 DC 전력원은 필요한 DC 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  16. 제 4항에 있어서,
    상기 축전지는 에너지원을 전기적 호환 DC 전압으로 변환시키는 상기 에너지 변환기와의 전력 결합에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 전력 결합은 전력을 상기 부하에 비례적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 전력 결합은 전력 부하 레벨러로서 비례적으로 전력을 상기 부하에 전달하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  19. 제 4항에 있어서,
    상기 전력원으로부터 AC 전류를 수신하는 상기 전력 제어 수단은 상기 AC 전력원에 반영된 전체적으로 매우 낮은 고조파 왜곡으로, 거의 1로 보정된 역률인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단 및 상기 대안 DC 전력원은 클러스터를 형성하는 다수의 DC 부하로 이루어진 조명 네트워크에 대해 중앙에 있고 근접하여 배열되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 클러스터는 저전압 케이블 길이를 최소화하여 전력 로빙 전압을 강하시키는 수단인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 클러스터는 상기 중앙에 있는 전력원이 임의의 방식으로 차단되는 경우에도 전력이 공급되는 영역에 대해 국부적인 전력 무결성을 보장하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 클러스터는 상기 DC 지지된 케이블에 대해 비례적으로 긴 길이의 표준 고전압 AC 케이블로부터 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 클러스터는 복수 개의 전력 제어 수단을 이용하며, 상기 전력 제어 수단의 각각은 자신의 고유 클러스터를 가지며 상기 DC 지지된 케이블에 대해 비례적으로 긴 길이의 단일 표준 고전압 AC 케이블로부터 전력이 주로 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  25. 제 4항에 있어서,
    상기 축전지는 상기 DC 호환 부하에 공급되는 패키징된 컨테이너의 에너지 변환기와의 전력 결합에 의해 결합하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  26. 제 4항에 있어서,
    상기 축전지는 그리드가 아닌, 단독 지지된 전력 시스템에서와 같이 AC 전력 공급원에 공급된 중앙 그리드 없이 DC 호환 부하에 전력을 공급하는 에너지 변환기와 전력 결합에 의해 결합하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  27. 제 4항에 있어서,
    상기 전력 제어수단은 중앙 그리드 소스에 대해 외부에 있는 모든 대안 전력원을 위해 상기 전력 네트워크에서 중앙 전력 제어 포인트로서 존재하며, 로컬 AC 발생 전력원을 이용하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  28. DC 전력을 필요로 하는 조명 설비에 의해 정상적인 조명 상태를 유지하는 고효율 조명 시스템에서 사용하는 전력 제어기에 있어서,
    그리드 소스로부터 AC 전력을 수신하는 AC 접속부 및 상기 조명 설비에 필요한 DC 전력을 전달하는 출력 접속부;
    상기 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 변환기; 및
    예비 기반으로 상기 필요한 DC 저전압 전력을 상기 전력 제어 수단에 제공하기 위한 배터리 접속부를 포함하며;
    상기 배터리 접속부는 AC 전력이 상기 그리드 소스로부터 AC 전력의 정상적인 공급동안 상기 AC 접속부에 접속될 때 완전히 충전된 상태로 접속된 배터리를 유지하기 위해 상기 변환기에 접속되며;
    상기 전력 제어기는 상기 조명 설비에 의한 정상적인 조명을 중단하지 않고서 유지되도록 AC 전력 정전시간동안 상기 배터리 수단으로부터 상기 조명 설비에 상기 요구되는 DC 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 전력 제어기.
  29. DC 전력을 필요로 하는 조명 설비에 의한 정상적인 조명 상태를 유지하도록 고효율 조명 시스템에서 이용하기 위해 전력 제어기에 의해 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    그리드 소스로부터 AC 전력을 수신하기 위한 AC 접속부 및 필요한 DC 전력을 전달하기 위한 출력 접속부를 상기 조명 설비에 제공하는 단계;
    변환기에서 상기 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 단계;
    예비 기반상에 상기 필요한 DC 저전압 전력을 상기 전력 제어 수단에 제공하기 위한 배터리 접속부를 제공하는 단계;
    AC 전력이 상기 그리드 소스로부터 AC 전력의 정상적인 공급동안 상기 AC 접속부에 접속될 때 완전히 충전된 상태로 접속된 배터리를 유지하도록 상기 변환기에 상기 배터리 접속부를 접속하는 단계; 및
    상기 전력 제어기는 상기 조명 설비에 의해 정상적인 조명을 방해하지 않고서 유지되도록 AC 전력 정전시간동안 상기 배터리 수단으로부터 상기 조명 설비로 상기 요구된 DC 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
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