KR101187836B1

KR101187836B1 - 고효율 동작이 가능한 지능형 무정전전원장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101187836B1
Application number: KR1020120042453A
Authority: KR
Inventors: 이수건; 이원일; 엄태욱; 이기현
Original assignee: 이기현; 성신전기공업(주)
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-10-08

Abstract

본 발명은 주어진 설치환경에서 부하량과 입력전압 및 입력전력의 예비율에 따른 최적의 동작을 계산하고, 판단하여, 각각의 시간대 별로 고효율 운전이 가능한 구간을 정하여, 예측하는 것이 가능한 지능형 무정전전원장치에 관한 것으로, 설치된 환경에서 일정한 기간동안 측정된 데이터를 스스로 측정, 저장 및 분석하여, 별도의 설정없이, 주변 환경에 맞는 최적의 조건으로, 스스로 고효율 운전을 수행하는, 무정전전원장치로서 부하조건, 입력전압 그리고 입력전력의 예비율에 따른 최적의 전력품질과 최대의 에너지 절감효과를 실현할 수 있다.

Description

고효율 동작이 가능한 지능형 무정전전원장치 및 그 제어방법 {Smart uninterruptible power supply capable of high efficiency operation and method of controlling uninterruptible power supply}

본 발명은 고효율 동작이 가능한 지능형 무정전전원장치(Uninterruptible Power Supply) 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부하량 및 입력 상태를 항시 감지하여 이를 누적하고, 누적된 데이터를 분석하여 입력전력의 여유율을 산출하며, 이 여유율을 토대로 하여, 무정전전원장치의 고효율 운전이 가능한 시간대를 예측하는 것이 가능한 고효율 동작이 가능한 지능형 무정전 전원장치 및 제어방법에 관한 것이다.

당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 무정전전원장치는 교류전원을 사용하는 기기(부하)에 예고없이 정전되거나 사고로 인하여 과도한 전압강하가 일어날 때, 사용중인 기기에 항상 정상적인 전원을 공급하기 위해 설치되는 장치이다.

이와 같은 무정전전원장치는 입력전압이 비정상적인 상황(정전, 순간전압강하 등)에만 배터리를 동작시켜 부하에 전원을 공급하는 오프라인(Off-line) 방식과, 정상적인 입력전압 공급시에도 정류기(AC/DC)와 인버터(DC/AC)를 동작하여 정전압과 정주파수(CVCF)의 전압을 부하에 공급하다가 입력전압이 비정상적인 상황(정전, 순간전압강하 등)에는 배터리를 동작시켜 전원을 공급하는 더블컨버젼(Double conversion) 방식으로 구분된다.

상기한 오프라인(Off-line) 방식의 무정전전원장치는 도 1에서와 같이 평상시(입력전원의 상태가 정상인 경우)에는 상용전원(계통전원)을 바이패스라인을 통해 부하로 공급하고, 정전시에는 인버터/정류기를 인버터로 동작시켜 배터리에 축적된 에너지를 부하로 공급하는 구조로 구성된다.

이러한 오프라인 방식의 무정전전원장치는 정상동작시에 바이패스라인으로 직접 부하단에 전력을 공급하기 때문에 효율이 우수한 장점을 가지며, 이러한 오프라인(Off-line)동작을 고효율 동작이라고 한다.

그러나 상기 오프라인(Off-line) 방식의 무정전전원장치는 정상운전에서 정전시 배터리운전으로 운전전환에 전환시간이 발생하여, 짧은 시간이지만, 부하단의 순간적인 정전상황을 피할 수 없게 된다.

또한 오프라인(Off-line) 방식의 무정전전원장치는 정상운전시 상용전원이 그대로 부하에 공급되기 때문에 입력전압이 불안정한 경우에 그 전압이 그대로 부하 측에 전달된다. 따라서, 안정된 출력전압과 주파수를 요하는 부하에는 적합하지 않은 방식이다.

한편, 상기 더블컨버젼(Double conversion) 방식의 무정전전원장치는 도 2에서와 같이 평상시에는 상용전원을 정류기를 통해 직류전압으로 변환하고, 이 전압을 다시 인버터를 통해 교류전압으로 변환하여, 이중변환된 전력을 부하로 공급하고, 정전시에는 배터리전력을 인버터를 통해 부하단에 공급하는 구조로 되어 정전시 부하단으로 전력의 무순단 절체가 가능하고, 정상운전시 상용전원을 이중변환하여 부하단으로 공급하기 때문에 항상 정전압, 정주파수의 양질의 전원을 부하단에 공급하는 것이 가능하다.

그러나 도 2에 도시된 더블컨버젼(Double conversion) 방식의 무정전전원장치는 이중변환과정에서 발생하는 반도체 소자들의 스위칭 손실로 인하여, 상기 오프라인(Off-line) 방식의 무정전전원장치에 비해 효율이 떨어지는 단점을 가진다.

상기와 같은 더블컨버젼(Double conversion) 방식의 무정전전원장치의 무정전 전원장치의 단점을 극복하기 위해, 일부 제품에서는 부하량과 입력전압에 따라서 고효율 운전이 가능하도록 하고 있다.

즉, 본 출원인이 출원한 등록특허 번호 제10-1070472호(명칭: 부하량과 입력전압 및 입력주파수에 따른 동작설정이 가능한 고효율 무정전전원장치)의 특허기술에 기반한 제품은, 부하량과 입력전압 및 입력주파수에 따라 고효율 운전이 가능하도록 하고는 있지만, 사용자 환경(설치된 곳의 환경)에 따라, 조건들(입력전압의 상태, 입력전력의 여유율 등)이 다르기 때문에 고효율 운전에 대한 조건을 설정하기가 쉽지 않은 문제점을 가지고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 입력전압의 품질과 부하의 여유율을 최적의 방법으로 측정하고, 또한 입력전력의 예비율을 측정하여, 주어진 환경에서의 최적의 운전조건을 예측하여, 고효율 동작이 가능하도록 함으로써, 입력전력 예비율 문제를 해결하고, 측정된 데이터를 토대로 학습된 지능형 제어알고리즘으로 고효율 운전을 수행하는 지능형 고효율 무정전전원장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무정전전원장치는, 계통에서 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여, 직류모선(DC Link)단에 공급하는 PWM 정류기와; 충전시에는 직류모선 전압을 감압하여 배터리에 공급하고, 방전시에는 배터리의 전압을 승압하여 이를 상기 직류모선으로 공급하는 배터리 충-방전기; 상기 배터리와 상기 PWM 정류기에서 공급된 직류전압을 교류로 변환하여 부하에 공급하는 인버터; 계통 전원을 상기 부하로 공급하는 경우에 동작하는 바이패스 스위치; 입력전압, 입력전력 및 부하량을 입력받아 상기 바이패스 스위치 및 인버터의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 입력전압, 입력전력 및 부하량의 측정치를 누적하고, 이 누적 데이터를 분석하여, 설치 환경에 적합한 고효율 운전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 입력전압, 상기 입력전력의 여유율 및 부하량을 측정하기 위한 측정부와; 상기 측정부에서 측정된 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 상기 각 모드에 따라 인버터와 상기 바이패스 스위치를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 측정부에 의해 측정된 입력전압과 입력전력 및 부하량의 누적데이터를 판단하여, 고효율모드운전이 가능한 시간대 일 경우, 상기 인버터를 오프(Off)시키고, 상기 바이패스 스위치를 온(On)시킨다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 측정부에 의해 측정된 입력전압과 입력전력 및 부하량의 누적데이터를 판단하여, 고효율모드운전이 불가능한 시간대 일 경우, 상기 인버터를 온(On)시키고, 상기 바이패스 스위치를 오프(Off)시켜, 상기 무정전전원장치가 더블컨버젼(Double conversion) 동작을 수행하도록 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 측정된 누적데이터의 분석시에 동시간대의 전압변화량을 표준편차에 의해 입력의 예비율을 판단할 수 있다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 측정된 누적데이터가 스마트 고효율 운전이 가능한 조건(입력전압의 변동율은 적고, 부하량이 적을때)일때, 상기 인버터를 오프(Off)시키고, 상기 바이패스 스위치를 온(On)시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 측정된 누적데이터가 스마트 고효율 운전이 불가능한 조건(입력전압의 변동율은 크고, 부하량이 클때)일때, 상기 인버터를 온(On)시키고, 상기 바이패스 스위치를 오프(Off)시켜, 상기 무정전전원장치가 더블컨버젼(Double conversion) 동작을 수행하도록 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 부하량에 대한 패턴의 예측시 부하량의 변화(미분치)에 대한 평균값으로 부하의 규칙성을 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 지능형 무정전전원장치 및 그 제어방법은 주변의 사용환경(입력전압, 입력전력의 여유율 및 부하량)을 측정하여, 측정된 누적데이터를 바탕으로 사용환경에 따른 입력전원의 상태와, 시간대별 전력의 예비율을 예측하여, 최적의 조건에서 운전이 가능한 고효율 무정전전원장치를 구성함으로써, 사용 환경에 따른 입력전원의 상태와 부하량에 따라 더블컨버젼 방식의 무정전전원장치의 장점인 정전압정주파수(CVCF) 기능과 무순단 전력공급기능과 오프라인(Off-line) 방식의 장점인 고효율 기능을 수행함으로써 운전에 대한 사용자의 선택의 폭을 넓히고, 무정전전원장치가 가지는 장점을 극대화하는 이점을 제공한다.

도 1은 종래의 오프라인(Off-line) 방식의 무정전전원장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래의 더블컨버젼(Double conversion) 방식의 무정전전원장치를 나타내는 구성도이다.
도 3a 내지 도 3는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 지능형 무정전전원장치의 구성도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 동작의 일실시예의 도면으로서:
도 4a는 측정된 누적데이터에 의해 고효율 운전이 가능한 구간일 경우의 전력흐름도(고효율운전)이고,
도 4b는 측정된 누적데이터에 의해 고효율 운전이 불가능한 구간일 경우의 전력흐름도(더블컨버젼운전)이고,
도 4c는 측정된 누적데이터에 의해 입력전력의 예비율이 낮을 경우의 전력흐름도(배터리운전)이다.
도 5는 본 발명에 따른 지능형 무정전전원장치에서 고효율 모드동작에 대한 동작 흐름도이다.
도6은 본 발명에 따른 지능형 무정전전원장치에서 입력전력예비율을 예측하기 위한 동작 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 지능형 무정전전원장치 및 그 제어방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3a을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무정전전원장치(100)는 계통(30) 입력단과 부하(36)단 사이에 PWM 정류기(31), 배터리(33), 배터리 충-방전기(32), 인버터(35), 바이패스 스위치(34) 및 컨트롤러(37)가 도시한 바와 같이 접속되어 이루어진다.

도 3a에 도시한 본 발명의 무정전전원장치는 배터리 충-방전기(32)를 포함하는 것으로 되어 있지만, 경우에 따라서는 도 3b에 도시한 바와 같이 배터리 충-방전기 없는 형태도 가능할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

한편, 본 발명에 따른 무정전전원장치는, 도 3c 및 도 3d에 도시한 바와 같이 인버터(35) 후단에 인버터 스위치(35a)가 연결될 수도 있다.

본 발명은 도 3a 내지 도 3d에 도시한 무정전전원장치에 모두 적용 가능할 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 하지만 이하 설명에서는 설명의 단순 명료화를 위해 도 3a를 기준으로 하여 설명할 것이다. 따라서, 도 3b는 도 3a에서 배터리 충-방전기가 배제된 구성으로 이해하면 되고, 도 3c 및 도 3d는 도 3a의 인버터 후단에 인버터 스위치가 추가 연결된 구성으로 이해하면 될 것이다.

PWM 정류기(31)는 계통(30)에서 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여, 직류모선(DC Link)(DL)단에 공급하는 역할을 한다.

배터리 충-방전기(32)는 충전시에는 직류모선(DL)의 전압을 감압하여, 배터리(33)에 공급하고, 방전시에는 배터리 전압을 승압하여, 직류모선(DL)으로 공급하는 역할을 한다.

인버터(35)는 배터리(33)와 PWM 정류기(31)에서 공급된 직류전압을 교류로 변환하여, 부하(36)에 공급하는 역할을 수행한다.

바이패스 스위치(34)는 계통(30) 전원을 부하(36)로 직접 공급하는 경우에 동작하는 역할을 수행한다.

컨트롤러(37)는 입력전압 및 입력전력의 예비율, 부하량을 입력받아 데이터를 누적하여 저장하고, 시간대별로 예측된 구간의 고효율 동작 여부를 결정하여, 바이패스 스위치(34), 인버터(35)를 제어하는 역할을 수행한다.

컨트롤러(37)는 PWM 정류기(31), 배터리 충-방전기(32)를 제어할 수 있다.

바람직하게는 상기 PWM 정류기(31)는 PWM 제어방식으로, 단위역율 제어가 가능한 역률보상(Power Factor Correction) 컨버터로 동작하여, 계통의 교류전압을 직류전력으로 변환하여, 직류모선(DL)으로 공급하는 역할을 수행한다.

본 발명에 있어서, 컨트롤러(37)는 고효율 모드 동작시 이를 제어하는 역할을 하며, 이를 위해 도 3에 도시한 바와 같이 입력전압과 입력전력의 여유율 및 부하량을 측정하는 측정부(40), 측정된 데이터 값을 일정기간동안 누적하여 저장하는 데이터 저장부(38), 인버터(35)와 바이패스 스위치(Bypass switch)(34)를 제어하는 제어부(39)를 포함하여 이루어진다.

측정부(40)는 상기 입력전압과 부하량을 측정할 수 있다. 또한, 측정부(40)는 입력전압의 측정을 통해 입력전력예비율을 측정하고 판단할 수 있는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

측정부(40)는 계통(30) 입력단의 전압을 측정하고 저장하고, 저장된 전압 데이터를 통해 전압 평균치를 계산한 후, 설치환경에 따른 입력전압의 시간대별 편차를 계산하여, 다른 날짜의 같은 시간대 입력전압의 편차에 대한 분산값으로 입력전력의 예비율을 판단할 수 있다.

즉, 측정부(40)는 분산값이 클 경우에는 해당시간대의 입력전압의 변화가 심한 것으로 판단하여 입력전력의 예비율이 낮다고 판단하며, 분산값이 작을 경우에는 해당시간대의 입력전압의 변화가 적다고 판단하여, 입력전력예비울이 높다고 판단한다.

또한, 측정부(40)는 부하(36)단의 전류를 계측한 값의 평균치를 계산하여, 부하량의 크기를 산출한다. 상기 부하(36)단의 전류의 계측은 해당기술분야에 공지된 기술을 통해 할 수 있다.

데이터 저장부(38)는 측정부(40)에서 측정된 입력전압과 부하량을 누적하여 저장한다. 데이터 저장부(38)에 누적된 데이터는 입력전력의 예비율을 계산하고 고효율 운전을 결정하게 되는 자료가 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 무정전전원장치의 작용을 도 3 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.

도 4a 및 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전전원장치의 동작 중 스마트 고효율 동작에 대한 전력흐름도를 나타낸다.

먼저, 본 발명의 무정전전원장치에 있어서, 스마트 고효율 동작은 무정전전원장치의 입력전압, 입력전력 예비율 및 부하량에 따라 동작이 구분된다.

측정부(40)에 의해 측정된 값들(입력전압, 입력전력 예비율, 부하량 등)은 데이터 저장부(38)에 저장되고, 누적된 데이터에 의해 계산된 값과 조건에 의해 각 시간대 별로 고효율운전이 가능한 상태로 판단된 구간에서, 인버터(35)는 제어부(39)의 제어에 의해 오프(Off)되고, 동시에 바이패스 스위치(Bypass switch)는 제어부(39)의 제어에 의해 온(On)되면서, 도 4a와 같이 고효율모드로 동작을 수행한다.

상기 고효율모드 동작의 판단은 컨트롤러(37)에 의해 달성된다. 즉, 컨트롤러(37)는 데이터 저장부(38)에서 누적된 데이터를 참조하여 고효율모드 동작 조건시 무정전전원장치(100)를 고효율모드로 제어한다.

예를 들어, 고효율 모드는 부하량이 정격의 50% 미만이고, 입력전압, 주파수의 평균치가 정격에 1%미만, 전압 및 주파수가 동시간대 변화폭이 낮은 구간에서 고효율모드로 진행할 수 있다.

즉 현재상태의 부하량이 적고, 누적된 데이터에서 계산된 특정 시간대의 부하량의 변화가 크지 않으며, 입력전력의 예비율이 확보된 상태에서는 고효율 운전을 수행할 수 있는 조건이 되어, 과거의 데이터와 현재의 데이터로 고효율운전의 가능 여부를 예측하는 것이 가능하다.

측정부(40)에 의해 측정된 값들은 데이터 저장부(38)에 저장되고, 누적된 데이터에 의해 계산된 값과 조건에 의해 각 시간대 별로 고효율운전이 불가능한 상태로 판단된 구간에서, 인버터(35)는 제어부(39)의 제어에 의해 온(On)되고, 동시에 바이패스 스위치(Bypass switch)는 제어부(39)의 제어에 의해 오프(Off)되면서, 도 4b와 같이 더블컨버젼(Double conversion)동작을 수행한다.

상기 고효율운전이 불가능한 상태의 판단도 컨트롤러(37)에 의해 달성된다. 즉, 컨트롤러(37)는 상기 누적된 데이터를 참조하여, 동시간대의 입력전력의 예비율이 낮고(예; 전압의 표준편차가 2보다 크고, 전압평균치에서 표준편차를 뺀 전압레벨이 정격전압의 99% 미만일 경우), 부하량이 클경우, 고효율모드의 동작이 불가능한 상태로 판단하고 무정전전원장치(100)를 고효율모드로 제어한다.

그리고 상기 더블컨버젼(Double conversion) 동작 중 입력전력의 예비율이 낮은 상태(예; 전압의 표준편차가 2보다 크고, 전압평균치에서 표준편차를 뺀 전압레벨이 정격전압의 99% 미만일 경우)에서는 PWM 정류기(31)의 동작을 오프(Off)하고, 배터리 충-방전기(32)를 온(On)하여, 배터리(33)를 통해 부하전력을 공급하면서, 도 4c와 같이 배터리 방전 동작을 수행한다.

도 5는 고효율 모드 동작을 위한 흐름도를 도시한 것으로, 고효율 모드 동작을 위한 선행조건은 부하량이 정격의 50% 미만이어야 한다.

도 5에서 입력전압의 안정구간은 측정부(40)에서 측정된 입력전압의 평균치의 누적 데이터를 이용하며, 입력전력의 예비율은 이러한 데이터의 동시간대 전압의 표준편차를 구하여, 입력전력의 예비율을 예측하며, 상기 측정부(40)에서 측정된 부하전력의 사용량과 부하전력 변화량의 평균치를 계산하여, 부하전력의 안정구간을 설정하여, 고효율 모드를 진행할 수 있는 시간대를 예측할 수 있다.

상기 입력전압의 안정구간은 측정부(40)에서 측정된 입력전압의 평균치의 누적 데이터를 이용하는데, 예를 들어 입력전압이 상기 입력전압 평균치의 ±1% 범위내에 있으면 입력전압이 안정한 것이라 할 수 있다.

상기 입력전력의 예비율은, 전압의 표준편차와, 전압평균치에서 표준편차를 뺀 전압레벨값으로 예측할 수 있다.

상기 부하전력의 안정구간은, 부하전력의 변화를 측정된 출력단 출력전류의 미분치로 변화량을 계산하여, 변화량이 클 경우(예를 들면, 현재 검출치를 포함한 10분간 평균치에서 현재 변화량이 평균치 기준으로 10% 이상의 변화일 경우)에는 부하전력이 불안정하고, 변화량이 적을 경우(예를 들면, 현재 검출치를 포한한 10분간 평균치에서 현재 변화량이 평균치기준으로 10% 미만의 변화일 경우)에는 부하전력이 안정된 구간으로 판단할 수 있다.

도 6은 입력전력의 예비율을 예측하는 방법을 도시한 흐름도를 나타낸다.

입력전력의 예비율은, 측정부(40)에서 측정된 입력전압의 평균치를 계산한 후, 동시간대 전압의 변화량을 알기 위해 표준편차를 구하여, 각 시간대의 입력전압의 변화량으로 입력전력의 예비율을 예측(측정)할 수 있다.

예를 들면, 컨트롤러(37)의 측정부(40)는 입력전압과 츨력전류를 측정하며, 측정된 데이터는 데이터 저장부(38)로 누적된다.(S61).

각각의 해당시간에 데이터 저장부(38)에 누적된 전압 데이터는 다른 날짜에 측정된 동시간대 전압 데이터와 함께 누적되며, 동시간 대에 측정된 전체전압의 평균치와 측정된 전압과의 시간대별 분산을 구하고, 시간대별 전압편차 및 표준편차를 구한다(S62).

S62 단계에서 시간대별 전압편차 및 표준편차가 구해졌으면, 표준편차가 2를 초과하는지와 전압편차가 0를 초과하는지 판단한다(S63)(S63a).

S63 단계에서, 상기 표준편차 값이 2를 초과하면, 입력전력 예비율이 낮은 것으로 판단한다(S67).

S63 단계에서 상기 표준편차 값이 2보다 작고, S63a 단계에서 상기 전압편차가 0보다 작으며, 전압평균치에서 표준편차를 뺀 값(전압레벨)이 정격전압의 99% 미만일 경우(S64)(S65), 그 시간대의 입력전력 예비율도 낮은 것으로 판단한다(S66).

S65 단계에서, 전압평균치에서 표준편차를 뺀 값(전압레벨)이 정격전압의 99% 이상 일 경우, 그 시간대의 입력전력 예비율이 높은 것으로 판단한다(S68).

한편, S63a 단계에서, 상기 표준편차 값이 2보다 작지만, 전압편차가 0를 초과하는 경우에는 입력전력 예비율이 높은 것으로 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 컨트롤러(37)는 상기와 같이 판단된 입력전력 예비율에 따라 무정전전원장치(100)를 고효율모드 운전 또는 더블컨버젼 운전한다.

즉, 입력전력 예비율이 낮을 경우로 판단되면, 컨트롤러(37)는 무정전전원장치(100)를 더블컨버젼모드로 운전하고; 입력전력 예비율이 높은 경우로 판단되고, 부하전력의 변화가 심하지 않은 부하전력 안정구간으로 판단되면, 무정전전원장치(100)를 고효율모드로 운전한다.

이로써, 본 발명은 설치환경에 따라 더블컨버젼 운전과 고효율 모드운전에 대한 각 시간대 예측운전이 가능한 무정전전원장치로서 부하조건, 입력전압 그리고 입력전력의 예비율에 따른 최적의 전력품질과 최대의 에너지 절감효과를 실현할 수 있게 한다.

지금까지, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

31 : PWM 정류기
32 : 배터리 충-방전기
33 : 배터리
34 : 바이패스 스위치
35 : 인버터
37 : 컨트롤러
38 : 데이터 저장부
39 : 제어부
40 : 측정부

Claims

무정전전원장치에 있어서,
계통에서 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하여, 직류모선(DC Link)단에 공급하는 PWM 정류기;
배터리와 상기 PWM 정류기에서 공급된 직류전압을 교류로 변환하여 부하에 공급하는 인버터;
계통 전원을 상기 부하로 직접 공급하는 경우에 동작하는 바이패스 스위치;
입력전압, 입력전력 및 부하량을 입력받아 상기 바이패스 스위치 및 인버터의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는, 상기 입력전압, 상기 입력전력 및 상기 부하량을 측정하기 위한 측정부와, 상기 측정부에서 측정된 각 데이터를 누적하여 저장하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 기초하여 상기 인버터와 상기 바이패스 스위치를 제어하기 위한 제어부를 포함하고,
상기 컨트롤러는 동시간 대에 측정된 전체 전압의 평균치와 측정된 전압의 시간대별 표준편차에 기초하여 상기 입력전력의 예비율을 예측하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제1항에 있어서,
상기 입력전력의 예비율의 예측은,
입력전압과 출력전류를 측정하여 누적시켜 저장하는 제1 단계;
동시간 대에 측정된 전체 전압의 평균치와, 측정된 전압과의 시간대별 분산 값 및 시간대별 표준편차를 각각 구하는 제2 단계;
상기 제2 단계에서 시간대별 표준편차가 구해졌으면, 상기 표준편차가 정해진 제1 설정값을 초과하는지 판단하는 제3 단계;
상기 제3 단계에서 상기 표준편차가 상기 제1 설정값을 초과하면, 그 시간대의 입력전력 예비율이 낮은 것으로 판단하는 제7 단계;
상기 제3 단계에서, 상기 표준편차가 상기 제1 설정값 보다 작으면, 전압 평균에서 상기 표준 편차를 차감한 값을 전압레벨로 설정하는 제4 단계;
상기 전압레벨이 정격전압의 정해진 제2 설정값를 초과하는지를 판단하는 제5 단계;
상기 제5 단계에서, 상기 전압레벨이 제2 설정값 보다 작은 것으로 확인되면, 그 시간대의 입력전력 예비율이 낮은 것으로 판단하고, 상기 전압레벨이 상기 제2 설정값을 초과하는 것으로 확인되면, 그 시간대의 입력 전력 예비율이 높은 것으로 판단하는 제6 단계를 통해 달성되는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제2항에 있어서,
상기 제7 단계에서 그 시간대의 입력전력 예비율이 낮은 것으로 판단되면, 부하전력이 안정 구간에 있는지 여부에 따라 상기 무정전전원장치를 고효율모드 운전 또는 더블컨버젼 모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 설정값은 2이고, 상기 제2 설정값은 정격전압의 99% 인 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제2항에 있어서,
상기 제5 단계에서 상기 전압레벨이 설정값을 초과하는 것으로 확인되면, 그 시간대의 입력 전력 예비율이 높은 것으로 판단하여 상기 무정전전원장치를 고효율모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제1항에 있어서,
충전시에는 직류모선 전압을 감압하여 배터리에 공급하고, 방전시에는 배터리의 전압을 승압하여 이를 상기 직류모선으로 공급하는 배터리 충-방전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
PWM 정류기와, 직류전압을 교류로 변환하여 부하에 공급하는 인버터, 계통 전원을 상기 부하로 직접 공급하는 경우에 동작하는 바이패스 스위치, 상기 바이패스 스위치 및 인버터의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 무정전전원장치의 제어방법에 있어서,
상기 무정전전원장치를 고효율모드로 운전 제어하기 위한 입력 전력 예비율의 예측은:
입력전압과 출력전류를 측정하여 누적시켜 저장하는 제1 단계;
동시간 대에 측정된 전체 전압의 평균치와, 측정된 전압과의 시간대별 분산 값 및 시간대별 표준편차를 각각 구하는 제2 단계;
상기 제2 단계에서 시간대별 표준편차가 구해졌으면, 상기 표준편차가 정해진 제1 설정값을 초과하는지 판단하는 제3 단계;
상기 제3 단계에서 상기 표준편차가 상기 제1 설정값을 초과하면, 그 시간대의 입력전력 예비율이 낮은 것으로 판단하는 제7 단계;
상기 제3 단계에서, 상기 표준편차가 상기 제1 설정값 보다 작으면, 전압 평균에서 상기 표준 편차를 차감한 값을 전압레벨로 설정하는 제4 단계;
상기 전압레벨이 정격전압의 정해진 제2 설정값를 초과하는지를 판단하는 제5 단계;
상기 제5 단계에서, 상기 전압레벨이 제2 설정값 보다 작은 것으로 확인되면, 그 시간대의 입력전력 예비율이 낮은 것으로 판단하고, 상기 전압레벨이 상기 제2 설정값을 초과하는 것으로 확인되면, 그 시간대의 입력 전력 예비율이 높은 것으로 판단하는 제6 단계를 통해 달성되는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치의 제어방법.