KR101028795B1 - 역률 보상 시스템 - Google Patents

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KR101028795B1
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김석곤
박용업
양승호
이정렬
김상준
신동열
이명원
정금영
이건행
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한국전력공사
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    • G05F1/70—Regulating power factor; Regulating reactive current or power
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

역률 보상 시스템이 개시된다. 역률 보상 시스템은 전원측에서 부하측으로 공급되는 전압을 변환하는 변압부, 변압부의 1차측 및 2차측에 연결되어 전압과 전류를 수신하며, 수신한 전압 및 전류를 선택적으로 변압하거나 변류하는 전력 변환부, 전력 변환부로부터 전압과 전류를 수신하고, 수신된 전압과 전류를 이용하여 전력 및 역률을 검출하며, 역률를 보상하기 위한 개폐 신호를 출력하는 전력량계 및 개폐 신호를 수신하여 부하측의 역률을 보상하기 위해 부하측과 역률 보상 소자의 연결을 제어하는 역률 보상 장치를 포함한다.

Description

역률 보상 시스템{SYSTEM OF POWER FACTOR COMPENSATION}
본 발명의 역률 보상 시스템에 관한 것이다.
역률(Power Factor)이란 피상전력에 대한 유효전력의 비율을 말하는 것으로서 역률이 낮다는 것은 전동기 등의 부하에서 동력으로 소비되지 않고 전원 측으로 되돌려지는 불필요한 무효전력이 크다는 의미이다.
피상 전력은 유효전력 및 무효전력의 조합으로 도출된다. 여기서 무효전력이 커지면 계통에 흐르는 전류의 크기가 커지고 열손실과 같은 송전 손실이 커지게 되어 변압기 등 송변전 설비 및 배전 설비의 설비 용량이 증가한다.
전력 선로 측에서 역률을 개선하는 것은 선로 및 전압 조정의 차원까지 고려해야 하므로 역률 개선 효과를 기대하기 어려우므로 주로 수용가측의 부하단에서 역률을 제어한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전력 수용가의 전력 사용량을 측정하는 전력량계를 이용하여 역률 정보를 검출하고 통신망을 통해 부하측에 인접하여 설치된 역률 보상 장치로 역률 정보에 따른 스위치 개폐 신호를 전송하여 역률을 보상하는 역률 보상 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 역률 보상 시스템을 제공한다.
역률 보상 시스템은 전원측에서 부하측으로 공급되는 전압을 변환하는 변압부, 변압부의 1차측 및 2차측에 연결되어 전압과 전류를 수신하며, 수신한 전압 및 전류를 선택적으로 변압하거나 변류하는 전력 변환부, 전력 변환부로부터 전압과 전류를 수신하고, 수신된 전압과 전류를 이용하여 전력 및 역률을 검출하며, 역률를 보상하기 위한 개폐 신호를 출력하는 전력량계 및 개폐 신호를 수신하여 부하측의 역률을 보상하기 위해 부하측과 역률 보상 소자의 연결을 제어하는 역률 보상 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전력량계는 전력 변환부를 제어하여 부하측으로 공급되는 전압과 전류의 검출 경로를 선택하는 전원입력 선택부, 수신된 전압과 전류를 이용하여 전력 및 역률을 검출하는 전력 검출부 및 역률의 보상값을 계산하여 개폐 신호를 생성하고, 개폐 신호를 역률 보상 장치 내의 스위칭 장치부에 전송하는 스위칭 장치 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스위칭 장치 제어부는 역률을 수신하여역률의 보상값을 계산하는 연산부, 연산부의 계산 결과에 따라 개폐 신호를 생성하는 개폐 신호 생성부 및 개폐 신호를 역률 보상 장치로 전송하는 제1 통신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 연산부는 검출부로부터 수신한 역률을 이용하여 역률 수준을 판단하고 유효 및 무효 전력의 크기에 따라 역률의 조정값을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 연산부는 역률을 미리 설정된 허용 범위와 비교하고, 비교 결과 허용 범위를 초과할 경우 역률의 보상값을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 역률 보상 장치는 적어도 하나의 역률 보상 소자를 포함하는 역률 보상 소자 뱅크 및 개폐 신호를 수신하여 역률 보상 소자 뱅크와 부하측의 접속을 제어하는 스위칭 장치부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스위칭 장치부는 개폐 신호를 수신하는 제2 통신부 및 역률 보상 소자 뱅크의 각 역률 보상 소자에 대응하는 스위치를 포함하여 역률 보상 소자와 부하측의 연결을 제어하고, 개폐 신호에 따라 개폐되는 스위칭부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 역률 보상 소자는 콘덴서 및 리액터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전력량계와 역률 보상 장치를 연결하는 통신망을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전력 변환부는 변압부의 1차측에 연결되는 제1 채널부 및 변압부의 2차측에 연결되는 제2 채널부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전력량계는 제1 채널부 및 제2 채널부 중 하나의 경로를 선택적으로 제어하여 상기 변압부의 1차측 및 상기 변압부의 2차측 중 하나로부터 공급되는 전압 및 전류의 검출 경로를 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 역률 보상 시스템은 원격 통신망을 이용한 역률을 제어하는 방식에 있어서 역률을 보상하는 역률 보상 소자가 변압부의 2차측에 접속하여 고객측의 유도성 부하 기기에 대한 역률 보상을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 역률 보상 장치로 전송되는 개폐 신호가 간헐적으로 발생하므로 통신 효율과 보상 효율이 우수하고 역률 계산 및 제어부가 현장에 설치되지 않으므로 역률 보상 장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 역률 보상 시스템은 역률 조정을 위한 콘덴서 용량 계산 정보와 스위칭 장치 제어 정보를 저장하고 통신부의 전송 기능을 이용하여 관리 서버로 저장된 정보를 전송하여 제어 정보의 활용이 용이하다.
본 발명에 따른 역률 보상 시스템은 역률 보상 장치의 구조가 간단하므로 부하 기기에 대한 역률 보상을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 역률 보상 시스템은 역률 보상 장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 역률 보상 시스템은 제1 및 제2 통신부를 통해 각 스위치에 대한 온/오프 제어 신호만을 전송하므로 제1 및 제2 통신부의 기능 최소화와 함께 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 역률 보상 시스템은 전송에러의 발생가능성을 현저히 줄여 전송데이터의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 검출부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭 장치 제어부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 전력량계의 동작을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 5는 도 1에 도시된 스위칭 장치부를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 역률 보상 소자 뱅크부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 역률 보상 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 시스템(10)은 변압부(110), 전력 변환부(120), 전력량계(140) 및 역률 보상 장치(190)를 포함한다.
변압부(110)는 전원측(20)에서 부하측(30)으로 공급되는 전압을 변압한다. 변압부(110)는 소정 권선비(변압비의 역수)를 갖는 1차 코일과 2차 코일을 포함한다. 변압부(110)는 전원측(20)과 부하측(30) 사이에 연결되며, 2차 코일에 유기된 변압 전압을 부하측(30)으로 출력한다.
전력 변환부(120)는 전원측(20)으로부터 공급되는 전압 또는 전류를 변환한다. 전력 변환부(120)는 제1 채널부(121) 및 제2 채널부(123)를 포함한다.
제1 채널부(121)는 변압부(110)의 1차측에 연결된다. 제1 채널부(121)는 고압 고객으로 공급되는 전압 및 전류를 수신하여 이들을 변압 및 변류한다. 제1 채널부(121)는 변압부(110)의 1차측의 전압 또는 전류를 변환하도록 계기용 변성기(MOF: Metering Out Fit)를 포함할 수 있다.
제2 채널부(123)는 변압부(110)의 2차측에 연결된다. 제2 채널부(123)는 저압 고객으로 공급되는 전압 및 전류를 수신하여 전류를 변류한다. 이때, 제2 채널부(123)는 수신한 전압을 그대로 전력량계(140)로 전달한다. 이를 위해 제2 전력 변환부(130)는 변압부(110)의 2차측의 전류를 변환하도록 계기용 변류기(CT: Current Transformer)를 포함할 수 있다.
전력 변환부(120)는 외부의 제어에 따라 제1 채널부(121) 및 제2 채널부(123)를 제어하여 변압부(110)의 1차측 및 2차측에 접속되는 선로를 선택적으로 연결한다.
전력량계(140)는 전원입력 선택부(150), 전력 검출부(160) 및 스위칭 장치 제어부(170)를 포함한다.
전원입력 선택부(150)는 전압 측정부(151) 및 채널 판단부(153)를 포함한다. 전압 측정부(151)는 전력 변환부(120)로부터 입력되는 전압을 측정한다. 채널 판단부(153)는 전압 측정부(151)에서 측정된 전압값에 기초하여 전력 변환부(120)의 채널을 판단하여 선택한다.
전원입력 선택부(150)는 전력 변환부(120)로부터 변압부(110)의 1차측 및 2차측에서 공급되는 전압 및 전류를 선택적으로 수신하도록 전력 변환부(120)를 제어한다. 예를 들어, 전원입력 선택부(150)는 고압 고객 및 저압 고객 중 어느 하나로 공급되는 전압 및 전류의 수신 경로를 선택한다. 여기서 전원입력 선택부(150)는 제1 전력 변환부(120)로 수신 경로를 선택할 경우 고압 고객에게 공급되는 전압과 전류를 수신한다. 또한, 전원입력 선택부(150)는 제2 전력 변환부(130)로 수신 경로를 선택할 경우 저압 고객에게 공급되는 전압과 전류를 수신한다.
전력 검출부(160)는 전력사용량을 계량하기 위해 수신된 전압과 전류를 이용하여 전압과 전류의 위상차, 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 역률 등을 검출한다. 여기서 역률은 피상 전력에 대한 유효 전력의 비율로 검출될 수 있다.
전력 검출부(160)는 검출된 전압과 전류의 위상차, 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 역률을 포함하는 역률 정보를 스위칭 장치 제어부(170)로 제공한다. 전력 검출부(160)는 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
스위칭 장치 제어부(170)는 전력 검출부(160)로부터 역률 정보를 수신하여 역률의 보상값을 계산한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 계산된 보상값에 기초하여 역률 보상 장치(180)를 제어하는 개폐 신호를 생성한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 개폐 신호를 역률 보상 장치(180)에 전송한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
전력량계(140)는 변압부(110)의 1차측에 계량기를 설치하는 고압용 고객과 변압부(110)의 2차측에 계량기를 설치하는 저압용 고객 모두에 대해 선택적으로 수용 및 적용 가능한 구조를 갖는다.
역률 보상 장치(180)는 스위칭 장치부(190) 및 역률 보상 소자 뱅크부(200)를 포함한다.
스위칭 장치부(190)는 부하측(30)과 역률 보상 소자 뱅크부(200)를 연결하는 스위칭 동작의 제어를 통해 부하측(30)으로 공급되는 전압 및 전류에 의한 역률을 조정한다. 스위칭 장치부(190)는 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
역률 보상 소자 뱅크부(200)는 역률을 보상하기 위해 적어도 하나의 역률 보상 소자를 포함한다. 역률 보상 소자 뱅크부(200)는 콘덴서 및 리액터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 역률 보상 소자 뱅크부(200)의 역률 보상 소자의 용량 및 수량은 역률 보상의 대상이 되는 부하측(30)의 유도성 부하의 용량과 전원측(20)의 선로수에 따라 결정될 수 있다.
역률 보상 소자 뱅크부(200)는 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
통신망(210)은 전력량계(140)와 역률 보상 장치(180) 사이의 원격 통신을 위해 유무선 네트워크로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 통신망(210)은 Binary CDMA, Zigbee, 블루투스 또는 시리얼 유선통신 등의 통신 기술을 활용하는 네트워크로 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 검출부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력 검출부(160)는 역률 측정부(161), 계량모드 설정부(163) 및 전력량 계량부(165)를 포함한다.
역률 측정부(161)는 전원입력 선택부(150)로부터 입력받은 전압 및 전류를 이용하여 전력을 계산한다. 또한, 역률 측정부(161)는 계산된 전력을 이용하여 역률을 계산한다.
계량모드 설정부(163)는 전원입력 선택부(150)에서 판단한 고객별 입력 전압에 해당하는 전력을 계량하기 위해 고압 또는 저압용 전력 계량 기능을 선택적으로 설정한다.
전력량 계량부(165)는 계량모드 설정부(163)의 설정에 따라 저압 또는 고압용 전력을 계량한다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭 장치 제어부를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 스위칭 장치 제어부(170)는 연산부(171), 저장부(173), 개폐신호 발생부(174) 및 제1 통신부(175)를 포함한다.
연산부(171)는 전력 검출부(160)로부터 수신한 역률을 이용하여 역률 수준을 판단하고, 유효 전력 및 무효 전력의 크기에 따라 역률의 보상값을 계산한다. 예를 들어 연산부(171)는 전력 검출부(160)의 역률 측정부(161)를 통하여 취득된 역률 정보를 바탕으로 역률의 허용범위, 초과 수준 또는 미달 수준 등의 역률 적정 여부를 판단한다.
이때, 연산부(171)는 역률을 미리 설정된 기준값과 비교할 수 있다. 예를 들면, 연산부(171)는 전력 검출부(160)로부터 측정된 유효 전력, 무효 전력 및 역률을 전송받아 적정 수준으로 설정된 기준값과 비교한다. 여기서 기준값은 허용 범위를 갖는다. 연산부(171)는 비교 결과 허용 범위를 초과하는 경우 유효 전력과 무효 전력의 크기에 따라 부하측(30)으로 공급되는 전력의 역률을 보상하기 위한 역률 보상 소자의 용량을 계산한다.
한편, 연산부(171)는 비교 결과 역률이 허용 범위를 초과할 경우에만 역률의 조정값을 계산할 수 있다.
저장부(173)는 역률 보상을 위한 역률 보상 소자의 용량계산 관련 정보와 스위칭 제어 이력 정보 등을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(173)는 역률의 수준을 판단하기 위한 기준값을 저장할 수 있다. 이때, 저장부(173)는 기준값의 허용 범위도 저장할 수 있다.
개폐신호 발생부(174)는 연산부(171)의 계산 결과에 따라 역률을 보상하기 위해 역률 보상 소자의 온/오프 스위칭을 제어하는 개폐 신호를 생성한다. 이때, 개폐신호 발생부(174)는 스위칭 장치부(190) 내의 온/오프 제어 대상인 스위치를 선별적으로 선택할 수 있도록 개폐 신호를 생성할 수 있다. 한편, 개폐신호 발생부(174)는 역률이 허용 범위를 초과할 경우에만 개폐 신호를 생성할 수도 있다.
제1 통신부(175)는 연산부(171)로부터 개폐 신호를 수신하여 개폐 신호의 가공 및 전송 처리를 수행한다. 제1 통신부(175)는 AI(Analog Input), DI(Digital Input), DO(Digital Output), UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 또는 모뎀 등의 통신 장치를 포함할 수 있다. 또한, 제1 통신부(175)는 ASIC 등의 비동기 방식 반도체 또는 기타의 집적화된 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 제1 통신부(175)는 연산부(171)로부터 개폐 신호를 수신하여 개별 역률 보상 소자에 대한 온/오프 스위칭 제어 신호를 재차 생성한다. 제1 통신부(175)는 개별 역률 보상 소자에 대한 온/오프 스위칭 제어 신호를 UART 또는 모뎀 등을 거쳐 통신망(210)을 통해 역률 보상 장치(180)로 전송한다. 여기서 제1 통신부(175)는 UART 외에도 USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) 등의 반도체 송수신 소자를 포함할 수 있다.
스위칭 장치 제어부(170)는 역률 보상 소자의 온/오프 시간, 시간대별 역률 보상 소자의 투입용량 등의 역률보상 제어정보의 주기적 감시와 정보 활용이 가능하여 전력계통의 효율적 운용에 기여할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 전력량계의 동작을 설명하기 위해 도시한 순서도이다. 도 4의 동작들은 전력량계에 포함된 구성 요소들에 의해 수행되나 편의상 구성 요소들을 대표하여 전력량계가 수행하는 것으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 전력량계(140)는 전원입력 선택부(150)의 전압 측정부(151)를 통해 전력 변환부(120)로부터 제공받은 전압을 측정한다.(S10)
다음, 전력량계(140)는 전력 검출부(160)의 채널 판단부(153)에서 고압 고객의 전력 계량을 위한 상 전압이 110V로 운영중인 계통의 예에서는 측정 전압이 110V±10% 범위에 포함될 경우에는 고압 고객에 대한 전력 검출 경로가 설정된 것으로 판단한다. 또는 전력량계(140)는 채널 판단부(153)에서 저압 고객의 전력 계량을 위한 상 전압이 220V로 운영중인 계통의 예에서는 측정 전압이 220V±10% 범위에 포함될 경우에는 저압 고객에 대한 전력 검출 경로가 설정된 것으로 판단한다.(S20)
여기서 저압 및 고압 고객의 전력 계량 전압이 운용 전압인 110V 또는 220V와 다른 경우에도 적용 가능하며, 이때의 측정 전압 범위는 계통 전압의 ±10%로 설정하거나 다른 비율값으로 적용할 수 있다.
다음, 전력량계(140)는 고압 고객에 대한 전력 검출 경로가 설정된 경우 전력 변환부(120)의 제1 채널부(121)를 온시키고, 제2 채널부(123)를 오프시킨다. 또는 전력량계(140)는 저압 고객에 대한 전력 검출 경로가 설정된 경우 전력 변환부(120)의 제1 채널부(121)를 오프시키고, 제2 채널부(123)를 온시킨다.(S30)
이후 전력량계(140)의 동작은 전력량 계량과 역률 측정으로 나뉜다.
전력량을 계량하는 동작에서 전력을 검출하는 경로를 선택한 후 전력량계(140)는 고압 또는 저압 고객에 대한 전력 계량 모드를 선택한다.(S31) 다음, 전력량계(140)는 선택된 계량 모드에 따라 전력량을 계량한다.(S33)
역률을 측정하는 동작에서 전력을 검출하는 경로를 선택한 후 전력량계(140)는 입력받은 전압 및 전류를 이용하여 전력을 계산하고 계산된 전력을 이용하여 역률을 측정한다.(S40)
다음, 전력량계(140)는 역률이 정상 수준인지 판별한다.(S50) 여기서 전력량계(140)는 역률이 정상일 경우 S40 단계로 돌아간다. 또는 전력량계(140)는 역률이 비정상일 경우 역률의 정상 범위와 비교하여 비정상만큼의 역률값을 계산한다.(S60)
다음, 전력량계(140)는 비정상인 역률을 보상하기 위해 계산된 역률값에 상응하는 콘덴서의 용량을 계산한다.(S70)
다음, 전력량계(140)는 계산된 콘덴서의 용량에 따라 부하측의 역률을 보상하기 위해 부하측(30)과 역률 보상 장치(180)의 스위칭 장치부(190)의 연결을 제어하는 스위치 개폐 신호를 생성한다.(S80)
다음, 전력량계(140)는 생성된 스위치 개폐 신호를 역률 보상 장치(180)로 전송한다.
도 5는 도 1에 도시된 스위칭 장치부를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 스위칭 장치부(190)는 제2 통신부(191) 및 스위칭부(193)를 포함한다.
제2 통신부(191)는 통신망(210)을 통해 스위칭 장치 제어부(170)의 제1 통신부(175)로부터 개폐 신호인 개별 역률 보상 소자에 대한 온/오프 스위칭 제어 신호를 수신한다. 제2 통신부(191)는 통신망(210)을 통해 데이터를 수신할 수 있도록 구성된다. 제2 통신부(191)는 DIO(Digital Input Output), UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 또는 모뎀 등의 통신 장치를 포함할 수 있다. 제2 통신부(191)는 수신된 개별 역률 보상 소자에 대한 온/오프 스위칭 제어 신호를 스위칭부(193)로 전송한다.
스위칭부(193)는 적어도 하나의 스위치를 구비한다. 보다 상세하게는 스위칭부(193)는 역률 보상 소자 뱅크부(200)의 각 역률 보상 소자에 대응하는 스위치를 구비한다. 여기서 스위치는 릴레이(Relay)를 포함할 수 있다. 스위칭부(193)는 스위칭 장치 제어부(170)로부터 개폐 신호를 전송받아 스위칭 장치 제어부(170)의 명령에 따라 각 스위치의 온/오프 상태가 결정된다. 스위칭부(193)는 온 상태의 스위치에 연결된 역률 보상 소자가 부하측(30)의 전력선에 연결된다.
스위칭부(193)를 통한 역률 보상 소자 뱅크부(200)의 투입/차단 접속점은 역률 저하 요인이 되는 부하에서 가장 가까운 변압부(110)의 2차측에 연결된다. 이를 통해 스위칭 장치부(190)는 변압부(110)의 1차측을 통한 부하의 역률 제어 방식에 비해 부하측(30)의 역률 개선 효과를 극대화시킨다.
도 6은 도 1에 도시된 역률 보상 소자 뱅크부를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 역률 보상 소자 뱅크부(200)는 콘덴서 뱅크(201) 및 리액터 뱅크(203)를 포함한다.
역률 보상 소자 뱅크부(200)는 콘덴서 뱅크(201)와 리액터 뱅크(203)를 이용하여 블로킹 필터를 구성한다. 역률 보상 소자 뱅크부(200)는 스위칭 장치 제어부(170)의 제어에 따라 임피던스를 조절하여 적정 역률을 유지한다.
본 발명에 따른 역률 보상 시스템은 원격 통신망을 이용한 역률을 제어하는 방식에 있어서 역률을 보상하는 역률 보상 소자가 변압부의 2차측에 접속하여 고객측의 유도성 부하 기기에 대한 역률 보상을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 역률 보상 장치로 전송되는 개폐 신호가 간헐적으로 발생하므로 통신 효율과 보상 효율이 우수하고 역률 계산 및 제어부가 현장에 설치되지 않으므로 역률 보상 장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 시스템은 역률 조정을 위한 콘덴서 용량 계산 정보와 스위칭 제어 정보를 저장하고 통신부의 전송 기능을 이용하여 관리 서버로 저장된 정보를 전송하여 제어 정보의 활용이 용이하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 시스템은 역률 보상 장치의 구조가 간단하므로 부하 기기에 대한 역률 보상을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 역률 보상 시스템은 역률 보상 장치의 설치 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 역률 보상 시스템은 제1 및 제2 통신부를 통해 각 스위치에 대한 온/오프 제어 신호만을 전송하므로 제1 및 제2 통신부의 기능 최소화와 함께 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 역률 보상 시스템은 전송에러의 발생가능성을 현저히 줄여 전송데이터의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템을 나타내는 도면이다. 여기서는 도 1과 비교하여 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 7의 전원입력 선택부는 도 1의 전원입력 선택부와 동일하게 전압 측정부 및 채널 판단부를 포함하나 편의상 도시하지 않았다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템(10)은 변압부(110), 제1 전력 변환부(120), 제2 전력 변환부(130), 전력량계(140), 스위칭 장치 제어부(170) 및 역률 보상 장치(180)를 포함한다. 여기서 역률 보상 시스템(10)은 스위칭 장치 제어부(170)를 전력량계(140)와 별도로 분리하여 구성한다.
전력량계(140)는 전원입력 선택부(150) 및 전력 검출부(160)를 포함한다. 전력량계(140)는 부하측(30)으로 공급되는 전압 및 전류를 수신하여 전압과 전류의 위상차, 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 역률을 포함하는 역률 정보를 스위칭 장치 제어부(170)로 제공한다.
스위칭 장치 제어부(170)는 연산부(171), 저장부(173), 개폐신호 발생부(174)및 제1 통신부(175)를 포함한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 전력량계(140)의 전력 검출부(160)로부터 역률 정보를 수신하여 역률의 조정값을 계산한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 계산된 조정값에 기초하여 역률 보상 장치(180)를 제어하는 개폐 신호를 생성한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 개폐 신호를 역률 보상 장치(180)에 전송한다. 스위칭 장치 제어부(170)는 역률 보상을 위한 역률 보상 소자의 용량계산 관련 정보와 스위칭 제어 이력 정보 등을 저장한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템(10)은 스위칭 장치 제어부(170)를 전력량계(140)와 별로도 분리함으로써 원격 통신을 통해 역률 보상 장치를 제어하는 다양한 구조로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템을 나타내는 도면이다. 여기서는 도 1과 비교하여 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 8의 전원입력 선택부는 도 1의 전원입력 선택부와 동일하게 전압 측정부 및 채널 판단부를 포함하나 편의상 도시하지 않았다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템(10)은 변압부(110), 제1 전력 변환부(120), 제2 전력 변환부(130), 전력량계(140), 제1 통신부(175) 및 역률 보상 장치(180)를 포함한다. 여기서 역률 보상 시스템(10)은 제1 통신부(175)를 전력량계(140)와 별도로 분리하여 구성한다.
전력량계(140)는 전원입력 선택부(150), 전력 검출부(160), 연산부(171) 및 저장부(173)를 포함한다. 전력량계(140)는 부하측(30)으로 공급되는 전압 및 전류를 수신하여 전압과 전류의 위상차, 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 역률을 포함하는 역률 정보에 따라 역률의 조정값을 계산한다. 또한, 전력량계(140)는 계산 결과에 따라 개폐 신호를 생성하여 제1 통신부(175)로 제공한다.
제1 통신부(175)는 전력량계(140)로부터 개폐 신호를 수신하여 개폐 신호의 가공 및 전송 처리를 수행한다. 제1 통신부(175)는 연산부(171)로부터 개폐 신호를 수신하여 개별 역률 보상 소자에 대한 온/오프 스위칭 제어 신호를 재차 생성한다. 제1 통신부(175)는 개별 역률 보상 소자에 대한 온/오프 스위칭 제어 신호를 UART 또는 모뎀 등을 거쳐 통신망(210)을 통해 역률 보상 장치(180)로 전송한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 역률 보상 시스템(10)은 스위칭 장치 제어부(170)를 전력량계(140)와 별로도 분리함으로써 원격 통신을 통해 역률 보상 장치를 제어하는 다양한 구조로 구성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 역률 보상 시스템
110: 변압부
120: 전력 변환부
140: 전력량계
150: 전원입력 선택부
160: 전력 검출부
170: 스위칭 장치 제어부
180: 역률 보상 장치

Claims (11)

  1. 역률 보상 시스템에 있어서,
    전원측에서 부하측으로 공급되는 전압을 변환하는 변압부;
    상기 변압부의 1차측 및 2차측에 연결되어 전압과 전류를 수신하며, 수신한 전압 및 전류를 선택적으로 변압하거나 변류하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부로부터 전압과 전류를 수신하고, 수신된 전압과 전류를이용하여 전력 및 역률을 검출하며, 상기 역률를 보상하기 위한 개폐 신호를 출력하는 전력량계; 및
    상기 개폐 신호를 수신하여 상기 부하측의 역률을 보상하기 위해 상기 부하측과 역률 보상 소자의 연결을 제어하는 역률 보상 장치를 포함하되,
    상기 전력량계는
    상기 전력 변환부를 제어하여 상기 부하측으로 공급되는 전압과 전류의 검출 경로를 선택하는 전원입력 선택부;
    상기 수신된 전압과 전류를 이용하여 상기 전력 및 상기 역률을 검출하는 전력 검출부; 및
    상기 역률의 보상값을 계산하여 상기 개폐 신호를 생성하고, 상기 개폐 신호를 상기 역률 보상 장치에 전송하는 스위칭 장치 제어부를 포함하는 역률 보상 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치 제어부는
    상기 역률을 수신하여 상기 역률의 보상값을 계산하는 연산부;
    상기 연산부의 계산 결과에 따라 상기 개폐 신호를 생성하는 개폐 신호 생성부; 및
    상기 개폐 신호를 상기 역률 보상 장치로 전송하는 제1 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 연산부는
    상기 전력 검출부로부터 수신한 상기 역률을 이용하여 역률 수준을 판단하고 유효 및 무효 전력의 크기에 따라 상기 역률의 보상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치 제어부는
    상기 역률을 미리 설정된 허용 범위와 비교하고,
    비교 결과 상기 허용 범위를 초과할 경우 상기 역률의 보상값을 계산하여 상기 개폐 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 역률 보상 장치는
    적어도 하나의 상기 역률 보상 소자를 포함하는 역률 보상 소자 뱅크; 및
    상기 개폐 신호를 수신하여 상기 역률 보상 소자 뱅크와 상기 부하측의 접속을 제어하는 스위칭 장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치부는
    상기 개폐 신호를 수신하는 제2 통신부; 및
    상기 역률 보상 소자 뱅크의 각 역률 보상 소자에 대응하는 스위치를 포함하여 상기 역률 보상 소자와 상기 부하측을 연결하고, 상기 개폐 신호에 따라 개폐되는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 역률 보상 소자는
    콘덴서 및 리액터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전력량계와 상기 역률 보상 장치를 연결하는 통신망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 변환부는 상기 변압부의 1차측에 연결되는 제1 채널부 및 상기 변압부의 2차측에 연결되는 제2 채널부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 전력량계는 상기 제1 채널부 및 상기 제2 채널부 중 하나의 경로를 선택적으로 제어하여 상기 변압부의 1차측 및 상기 변압부의 2차측 중 하나로부터 공급되는 전압 및 전류의 검출 경로를 선택하는 것을 특징으로 하는 역률 보상 시스템.
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