KR101064631B1 - 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축전지의 충전 전류를 충분히 공급할 수 있고, 평상시 축전지의 성능을 원격으로 검출할 수 있으며, 비상시 무정전 전원장치로부터 공급되는 전원에 의해 개폐기를 조작할 수 있는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템을 제공한다.
본 발명의 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템은, 배전 선로의 고장시에 상기 배전 선로 상의 개폐기를 조작하기 위한 배전 자동화 시스템에 있어서, 단상 상용 교류 전압을 제어용 교류 전압으로 변압하는 변압기; 제어용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 제어용 직류 전압으로 변환하여 개폐기 조작용 전원을 출력하고, 외부 명령신호에 따라 상기 개폐기를 구동하는 구동신호를 생성하는 배전 자동화 단말기; 상기 개폐기 조작용 전원과 상기 구동신호를 이용하여 상기 개폐기를 조작하는 개폐기 조작부; 상기 상용 교류 전원을 제공받아 직류 전압을 출력하며, 축전지의 전기적, 물리적, 및 화학적 상태를 검출하여 전송하는 무정전 전원공급장치; 상기 무정전 전원공급장치로부터 출력되는 직류 전압을 이용하여 충전되며, 충전된 충전 전원을 상기 배전 자동화 단말기 및 상기 개폐기 조작부에 공급하는 축전지; 상기 축전지측으로 애노드가, 상기 무정전 전원공급장치측으로 캐소드가 결합된 역전류 방지 다이오드; 상기 무정전 전원공급장치로부터 전송되는 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호를 상기 배전 자동화 단말기 전용 통신 프로토콜의 데이터 신호로 변환하거나, 상기 배전 자동화 단말기 전용로부터 전송되는 상기 배전 자동화 단말기 전용 통신 프로토콜의 데이터 신호를 상기 무정전 전원공급장치의 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호로 변환하는 모드버스 변환기; 원격지의 외부 서버와 상기 배전 자동화 단말기 간에 데이터 신호를 송수신하도록 상기 데이터 신호를 변복조하는 모뎀; 및 상기 개폐기 조작부의 조작에 따라 상기 배전선로 양단부를 전기적으로 단속하는 개폐기를 포함한다.
Figure R1020090122987
무정전, 전원장치, 축전지, 열화, 배전자동화

Description

무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템{AUTOMATIC ELECTRIC POWER DISTRIBUTION SYSTEM USING UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY}
본 발명은 배전 자동화 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 배전자동화 단말기(Feeder Remote Terminal Unit, 이하 FRTU)는 배전자동화용 가스절연부하개폐기(지중용 또는 가공용)와 함께 배전선로에 설치되어 상시 배전선로에 흐르는 전류, 전압을 계측하고, 배전선로 사고시 그 상태를 감지하여 HOST로 전송하며, HOST로부터 명령을 수신하고, 개폐기에 대한 원격제어 기능을 수행한다. 또한, 배전선로상에서 발생되는 모든 이벤트를 저장하여 사고원인의 해석을 제공하며, 배전선로의 상태를 HOST에 전송하여 원방에서 상태감시 및 부하개폐기 제어를 수행한다.
위와 같은 FRTU에 사용되는 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply, 이하 무정전 전원공급장치)는 상용전원의 일부를 축전지에 저장하여 상용전원의 이 상 현상이 발생할 경우 축전지에서 FRTU로 직류전원을 공급하는 장치이다. FRTU용 무정전 전원공급장치는 평상시, 교류전원(상용전원)을 직류로 변환하여 축전지(Battery)에 저장하면서, 상용전원을 AC/DC 컨버터를 통하여 부하설비(FRTU)에 직류전원을 공급하며, 상용전원의 정전, 순간정전, 전압변동 등이 발생되는 비상시, 축전지에 저장되어 있던 직류전원을 DC/DC 컨버터를 통하여 FRTU에 직류전원을 공급한다.
도 1은 종래기술에 따른 FRTU의 일반구성을 나타낸 것으로, 등록특허 제875127호에 개시된 FRTU의 블록도이다. 도 1에 나타낸 FRTU는 유저 인터페이스 모듈(1800), 메인 모듈(1900) 및 서지 보호 모듈(2000)로 이루어진다.
유저 인터페이스 모듈(1800)은 LCD부(1801), 키패드부(1802), 발광다이오드부(1803) 및 콘솔포트(1804)를 포함한다. 메인 모듈(1900)은 통신부(1903), MMI/IF(1902), 데이터 입력부(DI)(1904), 데이터 출력부(DO)(1905), 중앙처리장치(CPU)(1901), 다수의 AI(1911), 실시간 시계 및 논리부(1908), 다수의 메모리(1907, 1910) 및 듀얼포트 메모리(1906)를 포함한다. 서지 보호 모듈(2000)은 절연부(2001, 2002), PT/CT(2004), 직류-직류 변환기 및 릴레이를 포함한다.
그런데, 도 1에 따른 FRTU는 정전시와 같은 비상시에 무정전 전원공급장치로부터 전원을 원활하게 공급받지 못하여 정상적인 동작이 불가능한 경우가 자주 발생한다. 이는 무정전 전원공급장치의 축전지가 다양한 이유로 인하여 열화된 상태에 있기 때문이며, 그 이유로는 축전지 과충전, 과방전, 부적절한 온도 유지, 축전지 상태의 미확인 등을 들 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 축전지의 충전 전류를 충분히 공급할 수 있는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 평상시 축전지의 성능을 원격으로 검출할 수 있는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비상시 무정전 전원장치로부터 공급되는 전원에 의해 개폐기를 조작할 수 있는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템은, 배전 선로의 고장시에 상기 배전 선로 상의 개폐기를 조작하기 위한 배전 자동화 시스템에 있어서, 단상 상용 교류 전압을 제어용 교류 전압으로 변압하는 변압기; 제어용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 제어용 직류 전압으로 변환하여 개폐기 조작용 전원을 출력하고, 외부 명령신호에 따라 상기 개폐기를 구동하는 구동신호를 생성하는 배전 자동화 단말기; 상기 개폐기 조작용 전원과 상기 구동신호를 이용하여 상기 개폐기를 조작하는 개폐기 조작부; 상기 상용 교류 전원을 제공받아 직류 전압을 출력하며, 축전지의 전기적, 물리적, 및 화학적 상태를 검출하여 전송하는 무정전 전원공급장치; 상기 무정전 전원공급장치로부터 출력되는 직류 전압을 이용하여 충전되며, 충전된 충전 전원을 상기 배전 자동화 단말기 및 상기 개폐기 조작부에 공급하는 축전지; 상기 축전지측으로 애노드가, 상기 무정전 전원공급장치측으로 캐소드가 결합된 역전류 방지 다이오드; 상기 무정전 전원공급장치로부터 전송되는 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호를 상기 배전 자동화 단말기 전용 통신 프로토콜의 데이터 신호로 변환하거나, 상기 배전 자동화 단말기 전용로부터 전송되는 상기 배전 자동화 단말기 전용 통신 프로토콜의 데이터 신호를 상기 무정전 전원공급장치의 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호로 변환하는 모드버스 변환기; 원격지의 외부 서버와 상기 배전 자동화 단말기 간에 데이터 신호를 송수신하도록 상기 데이터 신호를 변복조하는 모뎀; 및 상기 개폐기 조작부의 조작에 따라 상기 배전선로 양단부를 전기적으로 단속하는 개폐기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 배전 자동화 단말기는, 상기 제어용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 제어용 직류 전압으로 변환하여 개폐기 조작용 전원을 출력하는 스위칭 모드 파워 서플라이; 및 상기 외부 명령신호에 따라 상기 개폐기를 구동하는 구동신호를 생성하는 콘트롤러를 포함한다.
바람직하게는, 상기 개폐기 조작부는, 평상시 상기 스위칭 모드 파워 서플라이로부터 상기 개폐기의 구동용 전원을 공급받고, 비상시 상기 무정전 전원공급장치로부터 상기 개폐기의 구동용 전원을 공급받는 개폐기 전원부; 및 상기 구동신호를 이용하여 상기 개폐기를 조작하는 개폐기 구동부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 무정전 전원공급장치는, 상기 교류 전원을 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터; 상기 AC/DC 컨버터에서 출력되는 직류전원을 공급받아 충전하는 축전지; 상기 축전지의 출력전원을 직류전원으로 변환하는 DC/DC컨버터를 포함하며, 상기 AC/DC컨버터의 출력전원을 상기 DC/DC컨버터로 전달하는 제1 다이오드와, 상기 AC/DC컨버터의 출력전원을 제1 스위치로 전달하는 제2 다이오드와, 상기 축전지의 양극단자와 연결되고 상기 제1 다이오드의 애노드 단자와 연결되어 상기 제1 다이오드의 애노드 단자 전압이 상기 축전지의 양극 전압보다 크다고 판단되면 제1 논리신호를 출력하고 상기 축전지의 양극 전압이 상기 제1 다이오드의 애노드 단자 전압보다 크다고 판단되면 제2 논리신호를 출력하는 비교기를 포함하는 충방전회로부; 상기 축전지 내부에 구비되는 온도감지수단 및 전해액높이감지수단; 상기 축전지의 각 셀과 선택적으로 연결되고 상기 축전지의 전압, 전류, 방전시간을 검출하며 상기 축전지의 출력파형을 필터링하여 노이즈성분을 제거하고 A/D변환수단에 의해 신호레벨로 변환하는 방전검출부; 상기 축전지의 내부임피던스를 측정하기 위한 측정전류신호를 생성하는 측정전류생성부와, 상기 측정전류신호를 커플링수단에 의해 직류단 전압을 블로킹하여 상기 축전지로 전달시키는 신호절연부; 및 상기 비교기에서 제1논리신호가 출력되면 상기 축전지에 충전동작을 취하도록 하고 상기 비교기에서 제2논리신호가 출력되면 상기 축전지에서 상기 DC/DC컨버터로 전원을 공급하도록 하며, 상기 온도감지수단, 전해액높이감지수단 및 방전검출부로부터 감지되는 신호와 미리 설정된 온도, 전해액높이 및 출력전원의 기준값과 비교하여 상기 축전지의 충전신호를 제어하고, 상기 축전지로 전달되는 측정전류신호로부 터 상기 축전지의 내부임피던스 측정값을 디지털신호로 변환하여 미리 설정된 정상상태 데이터와 비교하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 온도감지수단에서 감지되는 온도감지신호와 미리 설정된 기준온도범위와 비교하여, 상기 온도감지신호의 신호값이 기준온도범위보다 높으면 상기 축전지 주변온도를 하강시키는 냉각수단을 구동시키고, 상기 온도감지신호의 신호값이 상기 기준온도범위보다 낮으면 상기 축전지의 주변온도를 상승시키는 히팅수단을 구동시킨다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 온도감지수단에서 감지되는 신호에 따라 미리 설정되는 전압값으로 상기 축전지를 충전시킨다.
바람직하게는, 상기 방전검출부로부터의 방전테스트 결과, 상기 축전지의 내부임피던스 측정값, 상기 온도 및 전해액높이 측정값을 디스플레이하고, 외부와 통신하는 표시수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 실시간 클럭(RTC)를 더 포함하여, 상기 방전검출부로부터의 방전테스트 결과, 상기 축전지 내부임피던스 측정값, 상기 온도 및 전해액높이 측정값에 대한 시각정보를 제공한다.
본 발명의 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템에 따르면, 평상시 축전지에 충전 전류를 충분히 공급할 수 있고, 평상시 축전지의 성능을 원격으로 검출할 수 있으며, 비상시 무정전 전원장치로부터 공급되는 전원에 의해 개폐 기를 조작할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템의 전체 블럭 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템(200)은 변압기(210), FRTU(220), 모뎀(230), 개폐기 조작부(240), 무정전 전원공급장치(260), 모드버스 변환기(270), 및 개폐기(280)를 포함한다.
본 발명의 FRTU(220)는 배전선로의 고장 발생시에 고장 구간을 분리하도록 개폐기를 차단 조작하고, 고장이 복구된 경우에는 개폐기를 접속 조작한다.
먼저, 변압기(210)는 220볼트 60Hz의 상용 단상 교류 전압을 인가받아 제어 용 전압으로 변압한다.
FRTU(220)내 스위칭 모드 파워 서플라이(221)는 교류의 제어용 전압을 직류로 정류한 후 제어용 직류 전압으로 변압하여 개폐기 전원부(241)에 개폐기 조작용 전원을 공급한다.
FRTU(220) 내 콘트롤러(223)는 외부의 명령에 따라 개폐기 구동부(243)에 구동신호를 출력한다.
모뎀(230)은 원격지의 외부 서버(한전 서버)와 FRTU 내 콘트롤러(223) 간에 데이터 신호를 송수신하도록 데이터 신호를 변복조한다.
개폐기 조작부(240)는 개폐기 전원부(241)에 인가되는 개폐기 조작용 전원과 개폐기 구동부(243)에 인가되는 구동신호를 이용하여 개폐기(280)를 조작한다.
역전류 방지 다이오드(255)는 SMPS(221)로부터 개폐기 전원부(241)로 흐르는 조작전류가 축전지(269)에 흘러드는 것을 방지한다.
무정전 전원공급장치(260)는 입력부(267)를 통해 상용 교류 전원을 제공받아 출력부(261)로 직류 24볼트를 출력하며, 축전지의 전기적, 물리적, 및/또는 화학적 상태를 검출부(263)를 통해 검출하여 통신부(265)를 통해 송신한다. 또한, 축전지(269)는 축전지의 충전 전원을 FRTU(220)의 SMPS(221)와 개폐기(280)의 전원부(241)에 공급한다.
모드버스 변환기(270)는 무정전 전원공급장치(260)로부터 전송되는 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호를 FRTU 콘트롤러(223) 전용의 모드버스 통신 프로토콜의 데이터 신호로 변환하거나, FRTU 콘트롤러(223)로부터 FRTU 콘트롤 러(223) 전용 모드버스 통신 프로토콜의 데이터 신호를 무정전 전원공급장치(260)의 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호로 변환한다.
여기서, DNP 3.0 프로토콜은 외부 서버인 한전 전용 통신 프로토콜로서, 모드버스 통신 프로토콜의 상위 버전이다. 따라서, 모드버스 통신 프로토콜을 사용하는 FRTU 콘트롤러와 DNP 3.0 통신 프로토콜을 사용하는 외부 서버(한전 서버)간에는 호환 가능하다.
개폐기(280)는 개폐기 구동부(243)의 구동에 따라 배전선로 양단을 단속한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 FRTU용 무정전 전원공급장치의 블럭도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 FRTU용 무정전 전원공급장치는 축전지 열화 감지수단과 축전지 열화 방지수단을 포함한다. 축전지 열화 감지수단은 방전테스트를 통한 열화감지수단과 임피던스측정을 통한 열화감지수단을 포함할 수 있다. 축전지 열화 방지수단은 온도, 전해액높이, 전압 등의 검출을 통한 충전제어수단을 구비한다.
먼저, FRTU용 무정전 전원공급장치의 축전지 열화를 감지하는 수단 중 방전테스트를 통한 열화감지수단은 다음과 같다. 방전검출부(11)를 통해 축전지(269)에서 방전되는 방전시간곡선을 제어부(10)에서 분석하여 축전지(269)의 열화상태를 파악한다. 이 때 방전검출부(11)는 축전지(269)의 각 셀별로 선택적으로 연결되어 테스트할 수 있으므로, 모든 셀을 방전시켜야 테스트할 수 있었던 기존 방식에 비 해 효율적이다. 방전검출부(11)에서 검출되는 축전지(269)의 출력전압파형은 필터링을 통해 노이즈성분이 제거되고, A/D 변환수단에 의해 신호레벨로 변환되며, 제어부(10)에서 크기와 실효치 변화량이 산출되고, 미리 설정된 정상상태 데이터와 비교되며, 비교된 데이터는 표시수단(12) 및/또는 통신포트(265)를 통해 표시되고 전송된다.
방전검출부(11)는 선택적으로 연결되는 축전지(269) 셀의 전압, 전류, 방전시간을 검출하고 A/D 변환하여 제어부로 신호를 전달하는 바, 셀의 축전용량에 따라 방전테스트시간이 미리 설정되고 시간대별 측정된 방전전압 및 방전전류는 정상데이터와 비교되어 표시 및 전송되는 것이다. 축전지(269)는 활물질(양극판, 음극판, 전해액)의 화학반응이 활성화되지 않아 방전테스트시 단시간에 단자전압이 떨어지면 불량이다. 이 때 축전지(269) 방전에 필요한 부하는 별도로 구비될 수도 있으며, 주변온도변화에 따라 동작하는 냉각수단(14) 또는 히팅수단(15)을 부하로 이용할 수도 있다.
다음, FRTU용 무정전 전원공급장치의 축전지 열화 감지수단 중 임피던스측정을 통한 열화감지수단은 다음과 같다. 측정전류생성부(7)에서 생성된 측정전류신호를 축전지(269)에 흐르게 하여 축전지(269)의 임피던스전압신호를 얻고, 축전지(269)의 내부 임피던스 유효값을 측정하여, 축전지(269)의 열화상태를 파악한다. 이 때 신호절연부(8), 릴레이부(9), 직류커플링수단(미도시) 등을 포함할 수 있다.
측정전류생성부(7)에서 생성된 측정전류신호는 신호절연부(8)의 커플링수단에 의해 직류단 전압이 블로킹되어 축전지(269)로 흐르게 되고, 축전지(269)에서는 직류전압위에 이에 상응하는 임피던스전압이 더해져 유기되고, 제어부(10)의 직류커플링수단에서 직류전압분이 소거되고 순수 교류성분의 임피던스전압신호는 제어부(10)의 필터링 및 증폭수단(미도시)을 거쳐 A/D변환부(미도시)에서 디지털신호로 변환되어, 정상상태의 데이터와 비교되고, 비교된 데이터는 표시수단(12) 및/또는 통신포트(265)를 통해 표시되고 전송된다.
또한, FRTU용 무정전 전원공급장치의 축전지 열화 방지수단은 다음과 같다. 축전지(269) 주변의 온도, 전해액 높이, 출력되는 전압 등에 따라 충전을 제어하여 축전지(269)의 과충전 및 과방전을 방지함으로써, 축전지(269)의 열화를 방지한다.
도 4는 본 발명에 따른 과충전 및 과방전 제어 회로도로서, 도 3에 따른 충방전회로부(3) 및 축전지(269)를 중심으로 상세하게 나타낸 것이다.
축전지(269)에 온도감지수단(4a), 전해액높이감지수단(4b)을 구비하고 방전검출부(11)를 통해 전압을 측정하여, 감지된 온도, 전해액높이, 전압 신호를 A/D변환기(10a)를 통해 디지털 변환하고 제어부(10)에서 충방전회로부(3)에 구비되는 스위칭수단(SW1, SW2)을 제어함으로써 축전지(269)의 과충전 및 과방전을 방지한다. 예를 들어, 감지된 온도값이 설정된 온도치 보다 상승되거나, 혹은 감지된 전해액높이값이 설정된 높이값 미만으로 내려가거나, 감지된 출력전압이 설정된 전압값 미만으로 내려가면, 충방전회로부(5)의 스위칭수단으로 강제 차단시키는 것이다.
최초 동작을 보면, 축전지(269)에 충전되어 있는 전하량이 작아 축전지의 (+)단자에 걸리는 전압이 낮은 상태를 유지하므로, AC/DC컨버터(2)에서 출력되는 전압이 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2)의 애노드 단자에 걸린다. 이 때, 비교기(3a)는 제1다이오드(D1)의 애노드 단자에 걸리는 전압을 입력받고 축전지(269)의 (+)단자에 걸리는 전압을 입력받아 비교한다. 비교기(3a)에서 제1다이오드(D1)의 애노드 단자에 걸리는 전압이 크다고 판단되면 제1논리신호를 출력하고, 축전지(269)의 (+)단자에 걸리는 전압이 크다고 판단되면 제2논리신호를 출력한다. 비교기(3a)에서 출력되는 제1논리신호를 입력받은 제어부(10)는 제1스위치(SW1)를 온(ON)시키고 제2스위치(SW2)는 오프(OFF)시킨다. 이 때, DC/DC컨버터(5)를 통한 부하(6)측에는 AC/DC컨버터(2)에서 발생되는 전원이 제공되고, 축전지(269)에는 AC/DC컨버터(2)에서 제2다이오드(D2)와 제1스위치(SW1)를 통해 입력되는 전압에 의해 충전동작을 취한다.
AC/DC컨버터(2)로부터 전압이 발생되지 않으면, 비교기(3a)의 출력신호는 제2논리신호로 전환되어지며 그에 따라 제어부(10)는 제1스위치(SW1)를 오프(OFF)시키고 제2스위치(SW2)를 온(ON)시켜 DC/DC컨버터(5)를 통한 부하(6)측에 축전지(269)를 연결시켜 부하(6)에 전원을 공급한다.
위와 같이, 축전지(269)는 AC/DC컨버터(2)의 동작에 따라 충전과 방전을 반복한다. 또한, 온도감지수단(4a), 전해액높이감지수단(4b) 및 방전검출부(11)를 통해, 온도, 전해액높이, 출력전압을 검출하고, 제어부(10)에 미리 설정된 기준값과 비교하여, 기준범위를 벗어나는 경우 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)를 제어함으로써, 축전지(269)의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있다. 또한, 검출되는 온도에 따라 냉각수단(14) 또는 히팅수단(15)을 구동하여, 온도범위에 따라 무조건 스위칭 되는 단점을 극복한다. 또한, 제어부(10)는 축전지(269)가 과충전이 이루어지지 않는 상위 범위에 일정한 출력전압과 정전류로 충전하는 부동충전방식으로 제어하여 축전지 수명을 연장시킨다.
또한, FRTU용 무정전 전원공급장치의 축전지 열화 방지용 충전제어방식은 다음과 같다.
먼저, 본 시스템에 냉각수단을 구비하지 못할 경우, 온도별 충전전압을 강하시키는 방식을 취한다. 축전지는 높은 온도에서 민감하게 수명곡선이 저하되는 특성이 있으며, 특히 여름철 야외에 설치되는 FRTU용 축전지는 주위의 높은 온도변화로 인해 수명이 현저히 단축된다. 따라서 이러한 수명곡선의 저하를 방지하기 위해서는 주위 온도를 낮춰주는 강제풍냉식 등의 방식을 취할 수 있으나, 현장사정에 따라 그러한 방식을 취하기 어려운 경우에는 상기 제어부에 미리 설정된 온도별 표준충전전압으로 충전제어한다. 하계기간의 표준충전전압은 축전지 제조사별/용량별로 약간의 차이는 있을 수 있으나, 온도가 높을수록 전압을 강하하여 충전될 수 있도록 제어한다.
다음, FRTU용 무정전 전원공급장치의 축전지 사용연수, 방전횟수 및 방전특성을 모니터링하고 데이터를 축적시켜 부동충전전압보다 높은 균등충전전압을 인가하여 축전지 극판을 활성화시키는 방식을 취한다. 축전지는 사용연수가 증가하고, 방전횟수가 증가함에 따라 충전용량이 감소하는 특성을 지닌다. 따라서, 축전지의 사용연수, 방전횟수 및 방전특성을 모니터링하고 데이터를 축적시켜 축전지의 성능저하가 예측되면 통상의 부동충전전압보다 높은 균등충전전압을 인가하여 축전지의 극판이 활성화될 수 있도록 충전제어한다. 즉, 부동충전과 균등충전을 자동 또는 수동으로 제어할 수 있도록 하여 축전지 수명을 증대시키는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 FRTU용 무정전 전원공급장치 축전지의 열화 감지를 위한 동작(방전테스트, 임피던스측정) 및 열화 방지를 위한 동작(온도, 전해액높이, 출력전압 검출후 스위칭 동작)을 통한 데이터는 통신포트(265)을 통해 외부로 전송되는 바, 이 때 실시간 처리를 수행하는 실시간 클럭(Real Time Clock, 이하 RTC)을 사용한다. 사고 또는 각종 이벤트가 발생되면 RTC로부터 얻어지는 시각정보와 함께 이력 데이터로 저장된다. RTC는 축전지에 의해 백업(Backup) 처리되어 구성되므로 FRTU가 전원을 상실했을 때도 시각 정보가 유지된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 FRTU용 무정전 전원공급장치 축전지의 표시수단(12), 통신포트(265), RTC(16) 등은 FRTU와 공동으로 구성될 수도 있고 독립적으로 구성될 수도 있는 바, 사용자의 선택에 따라 설치할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 FRTU의 구성 블럭도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템의 전체 블럭 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 FRTU용 무정전 전원공급장치의 블럭도, 및
도 4는 본 발명에 따른 과충전 및 과방전 제어 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명*
210: 변압기 220: 배전 자동화 단말기
230: 모뎀 240: 개폐기 조작부
260: 무정전 전원공급장치 270: 모드버스 변환기
280: 개폐기

Claims (8)

  1. 배전 선로의 고장시에 상기 배전 선로 상의 개폐기를 조작하기 위한 배전 자동화 시스템에 있어서,
    단상 상용 교류 전압을 제어용 교류 전압으로 변압하는 변압기;
    제어용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 제어용 직류 전압으로 변환하여 개폐기 조작용 전원을 출력하고, 외부 명령신호에 따라 상기 개폐기를 구동하는 구동신호를 생성하는 배전 자동화 단말기;
    상기 개폐기 조작용 전원과 상기 구동신호를 이용하여 상기 개폐기를 조작하는 개폐기 조작부;
    상기 상용 교류 전원을 제공받아 직류 전압을 출력하며, 축전지의 전기적, 물리적, 및 화학적 상태를 검출하여 전송하는 무정전 전원공급장치;
    상기 무정전 전원공급장치로부터 출력되는 직류 전압을 이용하여 충전되며, 충전된 충전 전원을 상기 배전 자동화 단말기 및 상기 개폐기 조작부에 공급하는 축전지;
    상기 축전지측으로 애노드가, 상기 무정전 전원공급장치측으로 캐소드가 결합된 역전류 방지 다이오드;
    상기 무정전 전원공급장치로부터 전송되는 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호를 상기 배전 자동화 단말기 전용 통신 프로토콜의 데이터 신호로 변환하거나, 상기 배전 자동화 단말기 전용로부터 전송되는 상기 배전 자동화 단말기 전용 통신 프로토콜의 데이터 신호를 상기 무정전 전원공급장치의 RS485/232 통신 프로토콜의 데이터신호로 변환하는 모드버스 변환기;
    원격지의 외부 서버와 상기 배전 자동화 단말기 간에 데이터 신호를 송수신하도록 상기 데이터 신호를 변복조하는 모뎀; 및
    상기 개폐기 조작부의 조작에 따라 상기 배전선로 양단부를 전기적으로 단속하는 개폐기를 포함하고,
    상기 무정전 전원공급장치는,
    상기 교류 전원을 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터;
    상기 AC/DC 컨버터에서 출력되는 직류전원을 공급받아 충전하는 축전지;
    상기 축전지의 출력전원을 직류전원으로 변환하는 DC/DC컨버터를 포함하며,
    상기 AC/DC컨버터의 출력전원을 상기 DC/DC컨버터로 전달하는 제1 다이오드와, 상기 AC/DC컨버터의 출력전원을 제1 스위치로 전달하는 제2 다이오드와, 상기 축전지의 양극단자와 연결되고 상기 제1 다이오드의 애노드 단자와 연결되어 상기 제1 다이오드의 애노드 단자 전압이 상기 축전지의 양극 전압보다 크다고 판단되면 제1 논리신호를 출력하고 상기 축전지의 양극 전압이 상기 제1 다이오드의 애노드 단자 전압보다 크다고 판단되면 제2 논리신호를 출력하는 비교기를 포함하는 충방전회로부;
    상기 축전지 내부에 구비되는 온도감지수단 및 전해액높이감지수단;
    상기 축전지의 각 셀과 선택적으로 연결되고 상기 축전지의 전압, 전류, 방전시간을 검출하며 상기 축전지의 출력파형을 필터링하여 노이즈성분을 제거하고 A/D변환수단에 의해 신호레벨로 변환하는 방전검출부;
    상기 축전지의 내부임피던스를 측정하기 위한 측정전류신호를 생성하는 측정전류생성부와, 상기 측정전류신호를 커플링수단에 의해 직류단 전압을 블로킹하여 상기 축전지로 전달시키는 신호절연부; 및
    상기 비교기에서 제1논리신호가 출력되면 상기 축전지에 충전동작을 취하도록 하고 상기 비교기에서 제2논리신호가 출력되면 상기 축전지에서 상기 DC/DC컨버터로 전원을 공급하도록 하며, 상기 온도감지수단, 전해액높이감지수단 및 방전검출부로부터 감지되는 신호와 미리 설정된 온도, 전해액높이 및 출력전원의 기준값과 비교하여 상기 축전지의 충전신호를 제어하고, 상기 축전지로 전달되는 측정전류신호로부터 상기 축전지의 내부임피던스 측정값을 디지털신호로 변환하여 미리 설정된 정상상태 데이터와 비교하는 제어부
    를 포함하는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배전 자동화 단말기는,
    상기 제어용 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 제어용 직류 전압으로 변환하여 개폐기 조작용 전원을 출력하는 스위칭 모드 파워 서플라이; 및
    상기 외부 명령신호에 따라 상기 개폐기를 구동하는 구동신호를 생성하는 콘트롤러
    를 포함하는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 개폐기 조작부는,
    평상시 상기 스위칭 모드 파워 서플라이로부터 상기 개폐기의 구동용 전원을 공급받고, 비상시 상기 무정전 전원공급장치로부터 상기 개폐기의 구동용 전원을 공급받는 개폐기 전원부; 및
    상기 구동신호를 이용하여 상기 개폐기를 조작하는 개폐기 구동부
    를 포함하는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 온도감지수단에서 감지되는 온도감지신호와 미리 설정된 기준온도범위와 비교하여, 상기 온도감지신호의 신호값이 기준온도범위보다 높으면 상기 축전지 주변온도를 하강시키는 냉각수단을 구동시키고, 상기 온도감지신호의 신호값이 상기 기준온도범위보다 낮으면 상기 축전지의 주변온도를 상승시키는 히팅수단을 구동시키는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 온도감지수단에서 감지되는 신호에 따라 미리 설정되는 전압값으로 상기 축전지를 충전시키는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방전검출부로부터의 방전테스트 결과, 상기 축전지의 내부임피던스 측정값, 상기 온도 및 전해액높이 측정값을 디스플레이하고, 외부와 통신하는 표시수단을 더 포함하는 무정전 전원공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    실시간 클럭(RTC)를 더 포함하여, 상기 방전검출부로부터의 방전테스트 결과, 상기 축전지 내부임피던스 측정값, 상기 온도 및 전해액높이 측정값에 대한 시각정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치를 이용한 배전 자동화 시스템.
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