KR101253331B1 - 무정전 전원 공급 제어 장치 - Google Patents

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박종후
박선재
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숭실대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 무정전 전원 공급 제어 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치는 입력 전원으로부터 입력된 전력의 전압을 변압하여 DC 링크로 출력하는 변압부와, 상기 DC 링크에 입력된 전력의 전압을 교류 전압으로 변압하여 부하와 연결된 출력단으로 출력하는 인버터와, 상기 변압부와 병렬로 연결되어 상기 입력된 전력을 충전 또는 방전하는 충방전부와, 상기 출력단의 전압에 따라 상기 인버터가 계통 또는 상기 충방전부로부터 공급되는 전력을 이용하되, 상기 DC 링크의 전압을 일정하게 유지하도록 제어하며, 상기 출력단이 정전되는 경우 상기 충방전부가 상기 출력단의 전압을 제어하도록 하는 제어부를 포함함으로써, 시스템의 제어 방식을 동일하게 유지하면서 전원의 변경에 따라 무정전 전원 공급할 수 있다.

Description

무정전 전원 공급 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING OF UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY}
본 발명은 무정전 전원 공급 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 독립된 전원을 이용하여 부하로 전원을 공급시 무정전으로 전원을 공급하는 기술에 관한 것이다.
최근 화석에너지 고갈과 환경오염 문제로 대체 에너지를 이용한 발전에 전 세계적으로 많은 관심이 집중되고 있다. 대체 에너지를 통한 발전은 대용량 발전에 비해 용량이 작고 수요지 근처에 분산적으로 존재하여 분산전원이라 부른다. 초기의 분산전원은 용량이 작아 기존 전력계통과는 분리된 상태로 운전되었는데, 최근에는 그 용량이 증가하면서 전력계통과 연계된 상태로 가동되고 있다. 무정전 전원 공급 장치(uninterruptible power supply, UPS)는 분산전원과 같은 주전원과 함께 계통 전원 또는 예비 전원 등을 사용할 때 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고 항상 안정된 전원을 공급하는 장치로써, 컴퓨터의 보급 확대와 더불어 그 수요가 급증하고 있다.
분산전원은 일반적으로 차단기의 구조를 갖는 계통연계 장치를 통해 전력계통과 연계되어 상시에는 함께 연결되고, 전력계통에 문제가 발생하면 전력계통과 분리되는 구조를 갖는다. 즉, 연계하여 운전되는 중 상용 교류전원이 공급되는 측에서 지락이나 단락과 같은 사고가 발생하면 계통연계 장치가 개방되어 상용전원 전력계통과 분산전원 계통이 분리되고 이에 따라 전력계통에서 발생한 과전류가 부하로 흐르지 않아 부하 및 계통연계 분산전원 시스템을 보호할 수 있다. 이때 전력계통이 분리되면 분산전원만이 부하에 연결되어 전력을 공급하게 되는데 이러한 상태를 독립운전(islanding) 상태라 한다.
그러나, 종래의 무정전 전원 공급 장치는 발전소 등의 계통과 연계되는 계통 연계형 모드인 경우와, 자체 에너지 저장소에 저장된 전력을 이용하는 독립 운전형 모드인 경우에 따라 제어 방법이 달라지는 문제점이 있었다. 예를 들어, 부스트 컨버터, 인버터, 충방전기로 구성된 무정전 전원 공급 장치의 경우, 계통 연계형 모드로 동작하는 경우 부스트 컨버터에서 입력단을 제어하고, 인버터에서 DC 링크를 제어하지만, 독립 운전형 모드로 동작하는 경우에는 부스트 컨버터가 DC 링크를 제어하고, 인버터는 AC 전압을 제어하며, 충방전기는 입력단을 제어해야 한다. 이와 같이, 무정전 전원 공급 장치에서 전원 모드의 변경에 따라 제어 방식을 전체적으로 변경해야하므로 시스템 설계 및 제어에 어려움이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0037556호(2009. 04. 16 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 복수 개의 독립된 전원을 이용하여 부하로 전원을 공급시 계통 연계형 모드와 독립 운전형 모드에 따른 시스템의 제어 방식을 동일하게 유지하면서 안정적인 전원이 공급되도록 제어하는 기술을 제공하고 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치는 입력 전원으로부터 입력된 전력의 전압을 변압하여 DC 링크로 출력하는 변압부와, 상기 DC 링크에 입력된 전력의 전압을 교류 전압으로 변압하여 부하와 연결된 출력단으로 출력하는 인버터와, 상기 변압부와 병렬로 연결되어 상기 입력된 전력을 충전 또는 방전하는 충방전부와, 상기 출력단의 전압에 따라 상기 인버터가 계통 또는 상기 충방전부로부터 공급되는 전력을 이용하되, 상기 DC 링크의 전압을 일정하게 유지하도록 제어하며, 상기 출력단이 정전되는 경우 상기 충방전부가 상기 출력단의 전압을 제어하도록 하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 변압부는 상기 입력 전원으로부터 전력을 입력받는 입력단과, 상기 입력단의 전압에 따라 상기 입력단과 상기 DC 링크 사이에 병렬로 연결된 제1 스위치의 듀티비를 제어하여 상기 입력된 전압을 변압하고, 변압된 전압을 상기 DC 링크로 출력하는 제1 보상부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터는 상기 DC 링크에 입력된 전력의 전압을 교류 전압을 변압하는 복수의 변압 스위치와, 상기 변압 스위치의 듀티비를 제어하여 상기 DC 링크의 전압을 제어하는 제2 보상부와, 상기 출력단과 연결되어, 계통 전원 또는 독립 운전 회로 사이를 개폐하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력단에 유효 전력 또는 무효 전력을 공급하도록 제어하는 무효 전력 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제2 스위치가 상기 계통 전원과 연결된 상태에서, 상기 출력단의 전압이 정전되는 경우, 상기 제2 스위치를 상기 독립 운전 회로와 연결되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 충방전부는 상기 입력 전원으로부터 전력을 입력받고, 상기 DC 링크로 전력을 전달하는 입출력부와, 상기 전력을 저장하는 전력 저장부와, 상기 전력 저장부로 흐르는 전류를 감지하여, 상기 입출력부를 통해 상기 전력 저장부에 전력을 충전하거나 충전된 전력을 방전하도록 제어하는 제3 보상부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 보상부는 상기 전력 저장부와 직렬로 연결되는 제3 스위치와 상기 전력 저장부와 병렬로 연결되는 제4 스위치가 서로 상반되는 동작을 하도록 듀티비를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 출력단의 전압을 감지하여 정전 여부를 판단하는 전압 상태 판단부와, 상기 전압 상태 판단 결과에 따라 상기 인버터 또는 상기 충방전부를 제어하는 제4 보상부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 보상부는, 상기 전압 상태 판단부의 전압 상태 판단 결과에 따라 상기 제3 보상부와 연결된 제5 스위치를 개폐하여, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 DC 링크로 충전 또는 방전을 하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 변압부와 상기 인버터로 이루어지는 주전력 제어부가 복수 개이고, 상기 충방전부는 상기 복수 개의 주전력 제어부 중 적어도 하나와 연결할 수 있다.
또한, 상기 입력 전원은 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지를 이용한 발전 중 적어도 하나를 통하여 전력을 생산하는 신재생 에너지원일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치는 복수 개의 독립된 전원을 이용하여 부하로 전원을 공급시 계통 연계형 모드와 독립 운전형 모드에 따른 시스템의 제어 방식을 동일하게 유지하면서 전원의 변경에 따라 무정전 전원 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치의 구성도,
도 2는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 변압부의 구성도,
도 3은 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 인버터의 구성도,
도 4는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 충방전부의 구성도,
도 5는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 제어부의 구성도,
도 6a는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치가 계통 연계형 모드로 동작시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 예시도,
도 6b는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치가 독립 운전형 모드로 동작시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 입력 전원(100), 계통(300), 부하(400)와 연결된다. 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 복수의 전원으로부터 부하(400)에 전력을 전달하는데 사용된다. 예를 들어, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지를 이용한 발전 중 적어도 하나를 통하여 전력을 생산하는 신재생 에너지원을 입력 전원(100)으로 할 수 있다. 한편, 계통(300)의 경우 화력, 원자력 발전소와 같이 대량의 전력을 생산하고, 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력원일 수 있다. 입력 전원(100)이 분산 전원인 경우에는 공급 전력이 일정하지 않으므로 계통(300)과 연계하여 부하(400)로 전력을 공급하게 된다.
구체적으로, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 입력 전원(100)으로부터 입력된 전력의 전압을 변압부(210)에서 변압하여 DC 링크로 출력하고, 인버터(220)에서는 DC 링크에 입력된 전력의 전압을 교류 전압으로 변압하여 부하(400)와 연결된 출력단으로 출력한다. 또한, 충방전부(230)는 변압부(210)와 병렬로 연결되어 입력된 전력을 충전 또는 방전하고, 제어부(240)는 출력단의 전압에 따라 인버터(220)가 계통(300) 또는 충방전부(230)로부터 공급되는 전력을 이용하고, 인버터(220)가 DC 링크의 전압을 일정하게 유지하도록 제어하며, 출력단이 정전되는 경우 충방전부(230)가 상기 출력단의 전압을 제어하도록 한다. 즉, 전원 모드의 변경에 관계없이 변압부(210)는 입력단(211)의 전압을 일정하게 제어하고, 인버터(220)는 DC 링크 단의 전압을 일정하게 제어하게 된다. 이에 따라, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 계통 연계형 모드로 동작하다가 정전에 의해 독립 운전형 모드로 동작하는 경우에도 충방전부(230)에 저장된 전력이 부하(400)로 공급되므로, 전체적인 시스템의 제어가 변경되지 않음으로써 부하(400)에 보다 안정적인 전력을 제공할 수 있다.
또한, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 복수 개의 분산 전원을 입력 전원(100)으로 이용할 수 있다. 이 경우, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)는 변압부(210)와 인버터(220)로 이루어지는 주전력 제어부(240)가 복수 개이고, 충방전부(230)는 복수 개의 주전력 제어부(240) 중 적어도 하나와 연결될 수도 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 통해 무정전 전원 공급 제어 장치(200)에 포함되는 각 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 변압부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 변압부(210)는 입력단(211)과 제1 보상부(212)를 포함한다. 입력단(211)은 입력 전원(100)으로부터 전력을 입력받으며, 예를 들어 커패시터 소자로 구성될 수 있다. 또한, 입력단(211)에는 충방전부(230)가 병렬로 연결되어 미리 설정된 비율로 입력 전원(100)의 전력이 배분된다. 한편, 제1 보상부(212)는 전압 센서, 인덕터, 스위칭 소자, 스위칭 제어 소자를 포함하며, 전압 센서를 이용하여 입력단(211)의 전압을 감지하여 입력단(211)과 DC 링크 사이에 병렬로 연결된 제1 스위치의 듀티비를 제어한다. 따라서, 입력 전원(100)의 입력된 전압을 승압 또는 감압할 수 있다. DC 링크에는 DC 전압이 인가되고, 인버터(220)에 의해 전압이 일정하게 유지된다.
도 3은 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 인버터의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 인버터(220)는 변압 스위치(221), 제2 보상부(222), 제2 스위치(223), 무효 전력 제어부(224)를 포함한다. 변압 스위치(221)는 복수의 트랜지스터로 구성되며, DC 링크의 직류 전압을 교류로 변압한다. 이 경우, 변압 스위치(221)는 브릿지 형태로 구현할 수 있다. 제2 보상부(222)는 변압 스위치(221)의 듀티비를 제어하여 DC 링크의 전압을 제어한다. 제2 스위치(223)는 출력단과 연결되어, 계통(300) 전원 또는 독립 운전 회로(225) 사이를 개폐한다. 제2 스위치(223)는 상시에는 계통(300)과 연결되어 동작하다가, 계통(300) 전압이 비정상인 경우 제어부(240)로부터 독립 운전 회로(225)로의 스위칭 제어 신호를 받아 독립 운전 회로(225)와 연결된다. 이 경우, 제2 보상부(222)는 제2 스위치(223)가 계통(300)과 연결되거나 독립 운전 회로(225)와 연결되는지와 관계없이 DC 링크의 전압을 일정하게 제어하게 된다. 제2 스위치(223)가 독립 운전 회로(225)와 연결되는 경우, 충방전부(230)의 전력 저장부(233)에 저장된 전력이 DC 링크로 전달되며, DC 링크에는 일정한 전압이 걸려 있는 상태이므로, 출력단에 전력 저장부(233)로부터 공급된 전력이 전달된다.
또한, 인버터(220)는 출력단에 공급되는 무효 전력을 생산하는 무효 전력 제어부(224)를 더 포함할 수 있다. 출력단에는 유효 전력과 무효 전력의 실효치의 곱으로 나타내는 피상전력이 공급되어야 한다. 그러나, 변압부(210)나 충방전부(230)로부터 DC 링크에 전달되는 전력은 전류와 전압이 동상인 유효 전력이다. 무효 전력 제어부(224)는 인버터(220)의 전류위상 제어를 통해 출력단에 유효 전력 또는 무효 전력을 공급하도록 제어한다. 이 경우 LC형 교류 필터와 라인 인턱터를 이용할 수 있다. 무효 전력 제어부(224)는 인버터(220)가 계통(300)과 연결되거나 독립 운전 회로(225)와 연결되는지와 관계없이 일정한 무효 전력이 출력단으로 공급되도록 제어한다. 예를 들어, 인버터(220)가 계통(300) 전원과 연결된 경우에는 인버터(220)의 출력 역률을 부하에 맞게 제어하여, 계통(300)으로부터 별도의 무효 전력을 받을 필요가 없게 된다. 또한, 계통(300) 전원이 정전되는 경우, 인버터(220)가 독립 운전 회로(225)와 연결되어 부하에 따른 출력 역률을 제어하여 부하의 안정적인 동작을 돕는다.
도 4는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 충방전부의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 충방전부(230)는 입출력부(231), 전력 저장부(233), 제3 보상부(232)를 포함한다. 입출력부(231)는 입력 전원(100)으로부터 전력을 입력받고, DC 링크로 전력을 전달한다. 이 경우 입출력부(231)는 변압부(210)의 입력단(211)에 병렬로 연결되고, 충전 모드인 경우에는 변압부(210)의 입력단(211)과 미리 설정된 비율로 배분된 입력 전원(100)의 전력을 입력받고, 방전 모드에는 DC 링크로 저장된 전력을 방전한다. 전력 저장부(233)는 에너지 저장수단으로 제3 보상부(232)의 제어에 따라 입력 전원(100)의 전력을 저장하거나, 부하(400)로 저장된 전력을 방전한다. 예를 들어, 전력 저장부(233)는 인덕터와 배터리를 포함한다. 제3 보상부(232)는 인덕터에 흐르는 인덕터 전류를 감지하여 충전/방전 모드를 제어할 수 있다. 배터리에는 입력 전원(100)의 전력이 저장되고, 방전 모드의 경우에는 저장된 전력을 부하(400)로 방전한다.
제3 보상부(232)는 전력 저장부(233)로 흐르는 전류를 감지하여, 입출력부(231)를 통해 전력 저장부(233)에 전력을 충전하거나 충전된 전력을 방전하도록 제어한다. 예를 들어, 제3 보상부(232)는 전류 센서, 스위칭 소자, 스위칭 제어 소자를 포함하며, 전류 센서를 이용하여 전력 저장부(233)에 흐르는 전류를 감지하여 전력 저장부(233)에 포함되는 인덕터 소자의 전류 또는 스위치의 전류를 감지하여, 전류가 0보다 크면 충방전부(230)는 충전 모드로 동작하고, 전류가 0보다 작으면 방전 모드로 동작한다.
또한, 제3 보상부(232)는 전력 저장부(233)와 직렬로 연결되는 제3 스위치와 전력 저장부(233)와 병렬로 연결되는 제4 스위치가 서로 상반되는 동작을 하도록 듀티비를 제어한다. 이 경우 스위칭 제어 소자는 제3 스위치와 제4 스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 온오프 제어를 한다. 또한, 스위칭 소자는 제3 스위치와 제4 스위치가 서로 상반되는 동작을 하도록 어느 하나의 스위치에 인버팅 신호를 출력한다. 이 경우, 제3 스위치의 듀티율에 따라서 충방전부(230)는 충전 모드 또는 방전 모드로 동작하게 된다. 또한, 충방전부(230)에는 제3 스위치와 제4 스위치의 PWM 제어시 발생하는 노이즈를 제거하기 위해 제3 스위치와 제4 스위치와 병렬로 연결되는 커패시터를 추가할 수 있다.
또한, 제3 보상부(232)는 제어부(240)의 제어 신호에 따라, 계통(300) 연계형 모드로 동작하는 인버터(220)의 출력단의 전압 상태가 정전으로 판단된 경우에는 전력 저장부(233)에 저장된 전력을 DC 링크로 공급하며, DC 링크는 인버터(220)에 의해 일정한 전압으로 제어되고 있으므로, 결국 DC 링크로 공급된 전력은 출력단과 연결된 부하(400)로 전달되게 된다. 이 경우, 제3 보상부(232)는 전력 저장부(233)의 인덕터의 제어를 이용하여 출력단의 전압을 일정하게 유지한다.
또한, 제3 보상부(232)는 인버터(220)가 독립 운전형 모드로 동작하는 경우, 부하(400)에 필요한 전력량을 판단하여 전력 저장부(233)의 전력을 DC 링크로 공급한다. 예를 들어, 부하(400)에 필요한 전력량이 2[kW]이고, 입력 전원(100)으로부터 공급되는 전력량이 1[kW]인 경우, 제3 보상부(232)는 전력 저장부(233)에 저장된 전력 중 1[kW]의 전력을 DC 링크로 공급한다. 반면, 부하(400)에 필요한 전력량이 1[kW]이고, 입력 전원(100)으로부터 공급되는 전력량이 2[kW]인 경우, 제3 보상부(232)는 입출력부(231)를 제어하여 입력 전원(100)의 전력 중 1[kW]를 전력 저장부(233)에 충전함으로써, 부하에 일정한 전력이 공급되도록 한다.
도 5는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치를 구성하는 제어부의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(240)는 전압 상태 판단부(241), 제4 보상부(242)를 포함한다. 전압 상태 판단부(241)는 출력단의 전압을 감지하여 정전 여부를 판단한다. 예를 들어, 전압 상태 판단부(241)는 전압 센서로 구성되며 인버터(220)의 출력단이 계통(300)과 연결되어 있는 상태에서의 교류 전압이 정상적인지 여부를 센싱한다. 제4 보상부(242)는 전압 상태 판단부(241)의 전압 상태 판단 결과에 따라 인버터(220) 또는 충방전부(230)를 제어한다. 예를 들어, 인버터(220)의 출력단이 계통(300)과 연계된 상태에서 출력단의 전압이 정전 상태로 판단되면, 인버터(220)의 제2 스위치(223)를 독립 운전 회로(225)와 연결하도록 제어하며, 충방전부(230)가 인버터(220)의 출력단의 전압을 제어하도록 한다.
또한, 제4 보상부(242)는 충방전부(230)의 제3 보상부(232)와 제5 스위치와 연결된다. 예를 들어, 인버터(220)의 출력단이 계통(300)과 연결된 상태에서는 제5 스위치를 개방시키고, 인버터(200)의 출력단이 독립 운전 회로(225)와 연결되면 제5 스위치를 단락시켜 제3 보상부(232)와 연결하여, 제3 보상부(232)가 DC 링크의 전압을 제어하도록 제어한다. 이에 따라, 전원 모드가 변경되는 경우에도 변압부(210)가 입력 전원(100)을 입력받는 입력단(211)의 전압을 제어하고, 인버터(220)가 DC 링크의 전압을 제어를 유지하기 때문에 전체적인 제어 시스템을 변경하지 않고, 부하(400)에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.
도 6a는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치가 계통 연계형 모드로 동작시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6b는 도 1에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치가 독립 운전형 모드로 동작시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저 도 6a를 참조하면, 무정전 전원 공급 제어 장치(200)가 계통(300)과 연계되어 동작하는 경우, 변압부(210)는 입력단(211)의 입력 커패시터(C1)와 그 양단 전압 Vg를 스위칭 제어 소자인 제1 보상부(212)가 감지하여 제1 스위치(S1)를 실시간으로 PWM 제어를 한다. 이 경우, 제1 스위치(S1)의 온 시간이 길어질수록 Vg가 낮아진다. 또한, 변압부(210)는 입력 커패시터(C1)와 직렬로 연결된 제1 인덕터(L1), 변압 다이오드(D1)을 포함하고, 제1 스위치(S1)의 온오프 듀티비에 따라 인덕터(L1)에 저장된 전류가 다이오드(D1)를 통해 DC 링크의 커패시터(C2)에 충전된다.
인버터(220)는 변압 스위치(Sin1, Sin2, Sin3, Sin4)와 제2 스위치(S2), 제2 인덕터(L2), 제2 보상부(222), 무효 전력 제어부(224)를 포함한다. 제2 보상부(222)는 DC 링크의 커패시터(C2)의 양단 전압 Vdc을 감지하여, 변압 스위치(Sin1, Sin2, Sin3, Sin4)를 실시간으로 제어한다. 제2 스위치(S2)는 계통(300)과 연결되며, 부하(400)는 계통(300)의 전압에 의해 일정한 교류 전압이 유지되게 된다. 또한, 무효 전력 제어부(224)는 인버터(220)의 제2 인덕터(L2)의 전류를 감지하여 DC 링크에 전달되는 유효 전력을 제어하여 유효 전력 또는 무효 전력을 포함하는 피상 전력을 출력단으로 공급하도록 한다.
충방전부(230)는 두 개의 스위치(S3, S4), 인덕터(L3), 배터리(B1), 스위칭 제어 소자인 제3 보상부(232)를 포함한다. 입력 전원(100)은 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4)의 동작에 의해 제3 인덕터(L3) 및 배터리(B1)에 공급된다. 제3 보상부(232)는 제3 인덕터(L3) 또는 제4 스위치(S4)에 흐르는 전류를 감지하여, 전류가 0보다 크면 충방전부(230)는 충전 모드로 동작하고, 전류가 0보다 작으면 방전 모드로 동작하도록 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4)의 듀티비를 PWM으로 제어한다. 충방전부(230)가 방전 모드인 경우에는 배터리(B1)에 저장된 전력은 DC 링크로 출력된다. 또한, 충방전부(230)에는 제3 보상부(232)가 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)를 PWM 제어함에 따라 발생하는 노이즈를 제거하기 위해 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)와 병렬로 연결되는 커패시터(도시하지 않음)를 추가할 수 있다.
제어부(240)는 앞서 설명한 바와 같이 전압 상태 판단부(241), 제4 보상부(242)를 포함한다. 전압 상태 판단부(241)가 인버터(220)의 출력단의 전압을 감지하여 정전 상태가 발생하는지를 실시간으로 감지한다. 또한, 제4 보상부(242)는 제3 보상부(232)와 연결되는 제5 스위치(S5)를 제어하여, 인버터(200)의 출력단이 계통(400)과 연결된 경우에는 제5 스위치(S5)를 개방한다.
이와 같이, 인버터(220)의 출력단이 계통(300)과 연결되는 경우에는 부하(400)로 전달되는 전력의 경로는 입력 전원(100)으로부터 변압부(210)와 인버터(220)를 경유하는 제1 경로(①)와 충방전부(230)로부터 변압부(210) 및 인버터(220)를 경유하는 제2 경로(②)로 설정된다. 또한, 입력 전원(100)으로부터 충방전부(230)로 충방전되는 제3 경로(③)를 포함한다.
다음으로, 도 6b를 참조하면, 인버터(220)의 출력단이 독립 운전 회로(225)와 연결되는 경우에는 기본적인 동작은 도 6a의 경우와 같으며, 인버터(220)의 제2 스위치(223)가 독립 운전 회로(225)와 연결되고, 제어부(240)의 제4 보상부(242)는 제5 스위치(S5)를 단락시켜 충방전부(230)의 제3 보상부(232)가 인버터(220)의 출력단을 제어하도록 제어한다. 이 경우, 부하(400)로 전달되는 전력의 경로는 입력 전원(100)으로부터 변압부(210)와 인버터(220)를 경유하는 제1 경로(①)와 충방전부(230)로부터 변압부(210) 및 인버터(220)를 경유하는 제2 경로(②)로 설정된다. 또한, 입력 전원(100)으로부터 충방전부(230)로 충방전되는 제3 경로(③)를 포함한다.
예를 들어, 부하(400)에 필요한 전력량이 2[kW]이고, 입력 전원(100)으로부터 제1 경로(①)를 통해 공급되는 전력량이 1[kW]인 경우, 제3 보상부(232)는 전력 저장부(233)에 저장된 전력 중 1[kW]의 전력을 제2 경로(②)를 통해DC 링크로 공급한다. 반면, 부하(400)에 필요한 전력량이 1[kW]이고, 입력 전원(100)으로부터 제1 경로(①)를 통해 공급되는 전력량이 2[kW]인 경우, 제3 보상부(232)는 입출력부(231)를 제어하여 제3 경로(③)를 통해 입력 전원(100)의 전력 중 1[kW]를 전력 저장부(233)에 충전함으로써, 부하에 일정한 전력이 공급되도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 무정전 전원 공급 제어 장치는 복수 개의 독립된 전원을 이용하여 부하(400)로 전원을 공급시 계통(300) 연계형 모드와 독립 운전형 모드에 따른 시스템의 제어 방식을 동일하게 유지하면서 전원의 변경에 따라 무정전 전원 공급할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
100 : 입력 전원 200 : 무정전 전원 공급 제어 장치
210 : 변압부 211 : 입력단
212 : 제1 보상부 220 : 인버터
221 : 변압 스위치 222 : 제2 보상부
223 : 제2 스위치 224 : 무효 전력 제어부
225 : 독립 운전 회로 230 : 충방전부
231 : 입출력부 232 : 제3 보상부
233 : 전력 저장부 240 : 제어부
241 : 전압 상태 판단부 242 : 제4 보상부
300 : 계통 400 : 부하

Claims (11)

  1. 입력 전원으로부터 입력된 전력의 전압을 변압하여 DC 링크로 출력하는 변압부;
    상기 DC 링크에 입력된 전력의 전압을 교류 전압으로 변압하여 부하와 연결된 출력단으로 출력하는 인버터;
    상기 변압부와 병렬로 연결되어 상기 입력된 전력을 충전 또는 방전하는 충방전부; 및
    상기 출력단의 전압에 따라 상기 인버터가 계통 또는 상기 충방전부로부터 공급되는 전력을 이용하되, 상기 DC 링크의 전압을 일정하게 유지하도록 제어하며, 상기 출력단이 정전되는 경우 상기 충방전부가 상기 출력단의 전압을 제어하도록 하는 제어부를 포함하며,
    상기 인버터는,
    상기 DC 링크에 입력된 전력의 전압을 교류 전압을 변압하는 복수의 변압 스위치;
    상기 변압 스위치의 듀티비를 제어하여 상기 DC 링크의 전압을 제어하는 제2 보상부; 및
    상기 출력단과 연결되어, 계통 전원 또는 독립 운전 회로 사이를 개폐하는 제2 스위치를 포함하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변압부는,
    상기 입력 전원으로부터 전력을 입력받는 입력단; 및
    상기 입력단의 전압에 따라 상기 입력단과 상기 DC 링크 사이에 병렬로 연결된 제1 스위치의 듀티비를 제어하여 상기 입력된 전압을 변압하고, 변압된 전압을 상기 DC 링크로 출력하는 제1 보상부를 포함하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출력단에 유효 전력 또는 무효 전력을 공급하도록 제어하는 무효 전력 제어부를 더 포함하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2 스위치가 상기 계통 전원과 연결된 상태에서, 상기 출력단의 전압이 정전되는 경우, 상기 제2 스위치를 상기 독립 운전 회로와 연결되도록 제어하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 충방전부는,
    상기 입력 전원으로부터 전력을 입력받고, 상기 DC 링크로 전력을 전달하는 입출력부;
    상기 전력을 저장하는 전력 저장부; 및
    상기 전력 저장부로 흐르는 전류를 감지하여, 상기 입출력부를 통해 상기 전력 저장부에 전력을 충전하거나 충전된 전력을 방전하도록 제어하는 제3 보상부를 포함하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 보상부는,
    상기 전력 저장부와 직렬로 연결되는 제3 스위치와 상기 전력 저장부와 병렬로 연결되는 제4 스위치가 서로 상반되는 동작을 하도록 듀티비를 제어하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 출력단의 전압을 감지하여 정전 여부를 판단하는 전압 상태 판단부; 및
    상기 전압 상태 판단 결과에 따라 상기 인버터 또는 상기 충방전부를 제어하는 제4 보상부를 포함하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제8항에 있어서, 상기 제4 보상부는,
    상기 전압 상태 판단부의 전압 상태 판단 결과에 따라 상기 제3 보상부와 연결된 제5 스위치를 개폐하여, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 DC 링크로 충전 또는 방전을 하도록 제어하는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 변압부와 상기 인버터로 이루어지는 주전력 제어부가 복수 개이고, 상기 충방전부는 상기 복수 개의 주전력 제어부 중 적어도 하나와 연결되는 무정전 전원 공급 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전원은 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지, 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지를 이용한 발전 중 적어도 하나를 통하여 전력을 생산하는 신재생 에너지원인 무정전 전원 공급 제어 장치.
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