KR101375761B1 - 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계통연계가 가능한 분산전원을 발전전력이 없는 동안 자동으로 계통과 완전히 분리하여 무부하 손실의 발생을 방지함으로써 전력 소모에 따른 손실을 방지하도록 한 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템은 전력계통을 포함하는 주전력원; 분산전력을 상기 주전력원에 공급하기 위해 단독 또는 복수로 구성되는 단위전원을 가지는 전원그룹; 및 주차단기를 가지며, 상기 전원그룹의 개폐신호에 따라 주차단기를 연결 또는 차단하여 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결 또는 차단하는 배전반;을 포함하여 구성된다.

Description

계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법{Grid-connected distribution system and grid-connetion method for decentralized power supply system using the same}

본 발명은 분산전원의 계통 연계를 위한 배전시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법에 관한 것으로 특히, 계통연계가 가능한 분산전원을 발전전력이 없는 동안 자동으로 계통과 완전히 분리하여 무부하 손실의 발생을 방지함으로써 전력 소모에 따른 손실을 방지하도록 한 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법에 관한 것이다.

최근, 신재생에너지 특히, 태양광을 에너지로 이용하는 태양광 발전 시스템의 설치 및 이용이 크게 증가하고 있다. 이는 태양광 발전 시스템은 신재생에너지 중 태양열, 풍력, 지열, 수력, 해양 발전 발전시스템에 비해 설치, 유지관리 및 안정적인 전원 생산이 용이하고, 연료전지, 수소, 바이오, 폐기물 이용발전에 비해 친환경성, 안정성이 우수한 때문이다.

이러한, 태양광 발전 시스템은 BIPV(Building Integrated Photovoltaic System) 또는 소용 충전셀과 같이 적용성이 우수하여 다른 신재생에너지에 비해 크게 증가하고 있다.

이와 같은 태양광 발전 시스템은 전지모듈의 발전 효율을 높이고, 발전된 전력의 직류 또는 교류 변환을 위한 변환장치의 효율 향상, 전력 스토리지를 이용한 부족 전력의 보상, BIPV와 같은 적용 형태의 변환 등을 통해 동일한 태양광, 일조시간 내에서 더 많은 전력을 생산하도록 하는 방향으로 개발이 이루어지고 있다.

하지만, 아직까지는 이러한 개발의 결과가 기대한 수준에 못미치거나, 기존 태양광 발전시스템에 비해 너무 비싼 문제점이 있다. 더욱이 비싼 가격에 비해 상승하는 효율 즉, 얻을 수 있는 전력은 매우 적기 때문에 고효율 시스템의 구현이 곤란한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 계통연계가 가능한 분산전원을 발전전력이 없는 동안 자동으로 계통과 완전히 분리하여 무부하 손실의 발생을 방지함으로써 전력 소모에 따른 손실을 방지하도록 한 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 계통연계 배전 시스템의 무분별한 계통 연결로 인해 발생할 수 있는 사고를 방지하면서도 효율적으로 분산전원에 의한 무부하 손실을 방지하도록 한 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 시간차 또는 센싱 오류로 인해 오동작 발생 가능성이 큰 원격지의 관리시스템이 아닌 발전전력의 공급을 위한 인버터로 하여 분산전원의 계통 연결을 제어하도록 함으로써 분산전원의 잘못된 연결로 인한 사고 및 전력 손실을 방지하도록 한 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템은 전력계통을 포함하는 주전력원; 분산전력을 상기 주전력원에 공급하기 위해 단독 또는 복수로 구성되는 단위전원을 가지는 전원그룹; 및 주차단기를 가지며, 상기 전원그룹의 개폐신호에 따라 주차단기를 연결 또는 차단하여 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결 또는 차단하는 배전반;을 포함하여 구성된다.

상기 단위전원은 인버터를 포함하여 구성되고, 상기 개폐신호는 상기 인버터로부터 상기 주차단기에 전달된다.

상기 주차단기는 복수로 구성되는 상기 단위전원 중 적어도 어느 하나로부터 연결을 위한 개폐신호가 전달되는 경우 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결한다.

상기 단위전원은 발전전력을 생산하는 발전수단;과 상기 발전전력을 상기 분산전력으로 변환하고, 상기 개폐신호를 상기 주차단기에 전달하는 인버터;를 포함하여 구성된다.

상기 인버터는 상기 발전수단으로부터 상기 발전전력이 생산되는 경우 상기 주차단기의 연결을 위한 개폐신호를 상기 주차단기에 전달한다.

상기 전원그룹은 상기 단위전원과 상기 주차단기 사이에 연결되어 상기 단위전원으로부터의 상기 분산전력의 전압을 변압하는 변압기; 상기 변압기와 상기 단위전원의 상기 인버터 사이에 연결되어 상기 변압기와 상기 단위전원을 연결 또는 차단하는 부차단기;를 포함하여 구성된다.

상기 인버터는 직접 연결된 상기 부차단기의 개폐를 위한 제2개폐신호를 상기 부차단기에 공급한다.

또한, 본 발명에 따른 분산전원의 계통연계 방법은 전력계통을 포함하는 주전력원, 분산전력을 상기 주전력원에 공급하기 위해 단독 또는 복수로 구성되는 단위전원을 가지는 전원그룹과 주차단기를 가지며 상기 전원그룹의 개폐신호에 따라 주차단기를 연결 또는 차단하여 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결 또는 차단하는 배전반으로 구성되는 계통연계 배전 시스템을 이용한 분산전원의 계통연계 방법에 있어서, 상기 전원그룹으로부터의 차단 개폐신호에 의해 주차단기의 차단이 유지되는 차단기 차단 유지단계; 상기 전원그룹의 상기 단위전원의 발전수단으로부터 발전전력이 생산되고, 상기 발전전력의 생산을 감지한 상기 단위전원에 의해 상기 주차단기를 연결하기 위한 개폐신호가 상기 주차단기에 전달되는 연결 개폐신호 전달 단계; 상기 개폐신호에 의해 상기 주차단기가 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결하는 주차단기 연결 단계; 상기 단위전원이 상기 주차단기와 상기 단위전원의 사이에 상기 단위전원별로 연결된 부차단기에 연결을 위한 제2개폐신호를 전달하는 부차단기 연결 단계; 상기 부차단기와 상기 주차단기가 연결되어 상기 전원그룹으로부터의 상기 발전전력이 변환된 분산전력이 상기 주전력원에 공급되는 분산전력 공급 단계;를 포함한다.

상기 단위전원은 인버터를 포함하여 구성되고, 상기 개폐신호 및 상기 제2개폐신호는 상기 인버터로부터 상기 주차단기 및 상기 부차단기에 각각 전달된다.

상기 주차단기 연결단계는 복수로 구성되는 상기 단위전원 중 적어도 어느 하나로부터 연결을 위한 상기 개폐신호가 전달되는 경우 상기 주차단기가 연결되어 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결한다.

상기 전원그룹은 상기 발전수단, 상기 발전수단으로부터의 상기 발전전력을 상기 분산전력으로 변환하는 인버터를 포함하는 단위전원; 하나 이상의 상기 단위전원으로부터의 상기 분산전력을 승압 또는 강압하는 변압기를 포함하여 구성되고, 상기 부차단기는 상기 변압기와 상기 단위전원 사이에 연결된다.

따라서, 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법은 계통연계가 가능한 분산전원을 발전전력이 없는 동안 자동으로 계통과 완전히 분리하여 무부하 손실의 발생을 방지함으로써 전력 소모에 따른 손실을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법은 계통연계 배전 시스템의 무분별한 계통 연결로 인해 발생할 수 있는 사고를 방지하면서도 효율적으로 분산전원에 의한 무부하 손실을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템 및 이를 이용한 분산전원의 계통연계 방법은 시간차 또는 센싱 오류로 인해 오동작 발생 가능성이 큰 원격지의 관리시스템이 아닌 발전전력의 공급을 위한 인버터로 하여 분산전원의 계통 연결을 제어하도록 함으로써 분산전원의 잘못된 연결로 인한 사고 및 전력 손실을 방지하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템의 구성을 도시한 예시도.
도 2는 도 1의 구성을 좀 더 상세히 도시한 예시도.
도 3은 인버터에 의한 차단기 개폐제어를 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 분산전원의 계통연계 방법을 설명하기 위한 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템의 구성을 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 계통연계 배전 시스템은 배전반(20) 및 전원그룹(30)을 포함하여 구성된다.

배전반(20)은 전원그룹(30)으로부터 공급되는 전력을 취합하여 주전력원(10)과 연결함으로써 전원그룹(30)으로부터 전달되는 분산전력(VOUT)을 전력계통에 공급하는 역할을 한다. 특히 배전반(20)은 전원그룹(30)의 단위전원(32)으로부터 전달되는 개폐신호(NF)에 따라 전원그룹(30)과 주전력원(10)을 연결 또는 차단한다.

또한, 배전반(20)은 단위전원(32)의 동작을 위한 동작전원(DR)을 단위전원(32) 각각에 공급한다.

이러한 배전반(20)은 MOF(계기용 변성기, metering out fit), 피뢰기(LA), 전력용 퓨즈, 차단기 및 계통연계를 위한 각종 장치를 포함하여 구성된다. 이 배전반(20)의 상세한 구성 및 동작에 대해서는 이후의 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.

전원그룹(30)은 분산전력(VOUT)을 배전반(20)을 통해 전력계통에 공급한다. 이 전원그룹(30)은 태양광발전, 내연기관 발전기, 풍력 발전기, 지열발전기, 화력발전기, 조력발전기와 같은 발전시스템, 전력스토리지와 같은 축전시스템 및 주전력원(10)과는 별개로 독립적인 전력 공급이 가능한 전력 시스템에 의해 구성될 수 있다.

이러한 전원그룹(30)은 배전반(20)을 통해 주전력원(10)으로부터 동작을 위한 동작전원(DR)을 공급받으며, 동작전원(DR)에 의해 동작하여 전력을 생산/공급한다. 또한, 전원그룹(30)은 동작전원(DR)에 의해 배전반(20)에 개폐신호(NF)를 전달하고 이를 통해 배전반(20)의 개폐를 제어하여, 분산전력(VOUT)을 전력계통 즉, 주전력원(10)에 공급하게 된다.

이를 위해 전원그룹(30)은 도시된 바와 같이 각각의 독립적인 발전시스템에 의해 구성되는 단위전원(32)과 한쌍의 단위전원(32)이 짝을 이루어 구성되는 전원쌍(31) 및 전원쌍(31)이 복수로 구성되는 전원그룹(30)으로 구성된다.

이러한 전원그룹(30)의 상세한 구성 및 동작에 대해서는 이하의 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 구성을 좀 더 상세히 도시한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 배전반(20)은 MOF(201), 주차단기(202) 및 동작전원공급부(21)를 포함하여 구성된다.

MOF(201)는 주전력원(10)과 주차단기(202) 사이에 연결되며, 전원그룹(30)으로부터 주전력원(10)으로 공급되는 분산전력(VOUT)의 전력량을 측정한다. 구체적으로 MOF(201)는 계기용 변압기, 계기용 변류기 및 계측기를 포함하여 구성된다. 여기서, 통상 MOF(201)는 계기용 변압/변류기로 구성되지만, 본 발명에서는 계측기를 포함하여 주전력원(10)으로 공급되는 분산전력(VOUT)의 전력량을 측정하는 구성으로 설명하기로 한다.

주차단기(202)는 전원그룹(30)과 주전력원(10)의 연결을 개폐하는 역할을 한다. 특히 주차단기(202)는 전원그룹(30)의 단위전원(32) 각각에 구성되는 인버터(321)로부터 개폐신호(NF)를 전달받고, 개폐신호(NF)에 따라 주전력원(10)과 전원그룹(30)을 연결 또는 차단하게 된다.

구체적으로 주차단기(202)는 전원그룹(30)을 구성하는 복수의 단위전원(32) 중 분산전력(VOUT)이 생산되고 있는 단위전원(32)의 인버터(321)로부터 연결을 위한 개폐신호(NF)가 전달되면, 투입되어 주전력원(10)과 전원그룹(30)을 연결하게 된다. 즉, 주차단기(202)는 복수의 단위전원(32) 중 어느 하나라도 분산전력(VOUT)이 생산되는 경우 전원그룹(30)과 주전력원(10)이 연결하도록 제어된다.

또한, 주차단기(202)는 복수의 단위전원(32) 모두가 분산전력(VOUT)을 생산하지 않는 경우 전원그룹(30)과 주전력원(10)의 연결을 차단하게 된다.

이를 위해 주차단기(202)는 복수의 단위전원(32)에 구성되는 인버터(321)들과 연결되어 개폐신호(NF)를 전달받게 된다.

동작전원공급부(21)는 복수의 단위전원(32) 특히, 인버터(321)의 구동을 위한 전원을 공급한다. 이 동작전원공급부(21)는 주전력원(10)과 직접 연결되어 주전력원(10)의 주전력을 변환하여 인버터(321)에 공급한다. 구체적으로 동작전원공급부(21)는 주차단기(202) 전단의 송전선로에 직접 연결되어 주차단기(202)의 동작과 무관하게 주전력을 공급받아 인버터(321)에 제공하게 된다.

여기서, 도 2에서는 동작전원공급부(21)가 주차단기(202)와 MOF(201)의 사이에 연결된 것으로 도시되어 있으나, MOF(201)의 전단에 연결될 수 있으며, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

이러한 동작전원공급부(21)는 고압의 주전력을 인버터(321)의 동작에 필요한 전압으로 변압하여 공급하며, 고압측과 저압측의 안전한 연결을 위해 동작전원 차단기(211, 213)와 동작전원 변압기(212)를 포함하여 구성된다. 구체적으로 동작전원 차단기(211)는 동작전원 변압기(212)의 고압측에 연결되는 동작전원 주차단기(211)와 동작전원 변압기(212)의 저압측에 연결되는 동작전원 부차단기(213)로 구성된다.

그리고, 동작전원 부차단기(213)는 인버터(321)와 연결된다. 동작전원 주차단기(211)는 진공차단기(VCB : Vaccum Circuit Breaker)로 구성될 수 있고, 동작전원 부차단기(213)는 기중차단기(ACB : Air Circuit Breaker)로 구성될 수 있으나, 이로써 한정하는 것은 아니다.

한편, 전원 그룹(30)은 단위전원(32)이 각각 쌍을 이루어 구성되는 전원쌍(31)이 복수로 구성될 수 있다. 전원쌍(31)은 변압기(310)와 한쌍의 단위전원(32)으로 구성된다.

변압기(310)는 3권선 변압기로 구성될 수 있다. 이 변압기(310)는 고압측인 1차와 저압측인 2차와 3차로 구성되고, 2차와 3차 권선은 한쌍의 단위전원(32)에 부차단기(311)의 중계에 의해 각각 연결된다. 그리고, 고압측 1차 권선은 주차단기(202)에 연결된다. 변압기(310)는 단위전원(32)으로부터 분산전력을 변압하여 주전력원(10)에 공급 가능한 전력으로 변환한다. 여기서, 변압기(310)는 반드시 3권선 변압기로 구성되어야 하는 것은 아니며, 단위전원(32) 각각에 대해 별도의 변압기로 구성될 수 있으며, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

부차단기(311)는 변압기(310)의 저압측인 2차권선 및 3차권선과 단위전원(32) 사이에 연결되어, 변압기(310)와 전원쌍(31)의 단위전원(32)을 연결 또는 차단한다. 이 부차단기(311)의 연결 및 차단은 주차단기(202)와 마찬가지로 인버터(321)의 개폐신호(NF2)에 의해 제어된다. 주차단기(202)와 부차단기(311)의 차단 또는 연결 제어에 대해서는 이후의 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

전원쌍(31)은 한쌍의 단위전원(32)으로 구성되고, 단위전원(32) 각각은 인버터(321)와 발전수단인 태양전지(322)로 구성된다. 여기서, 태양전지(322)는 풍력발전기, 지열발전기, 내연기관발전기와 같이 직접 전력을 생산하는 발전기, 전력스토리지와 같이 저장된 전력을 공급하는 저장장치로 구성될 수 있으며, 본 발명의 상세한 설명에서는 태양전지(322)로 구성된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

태양전지(322)는 발전전력을 생산하여 인버터(321)에 공급한다. 이러한 태양전지(322)는 복수의 태양전지 모듈로 구성될 수 있으며, 태양전 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 태양전지 스트링, 태양전지 스트링이 복수로 구성되는 태양전지 어레이일 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

인버터(321)는 태양전지(322)로부터의 발전전력을 교류전력인 분산전력을 변환하여 변압기(310)에 공급한다. 또한, 인버터(321)는 태양전지(322)의 발전여부에 따라 주차단기(202) 또는 부차단기(311)의 개폐를 제어하기 위해 개폐신호(NF, NF2)를 주차단기(202) 또는 부차단기(311)에 전달한다. 인버터(321)에 의한 차단기(202, 311)의 제어에 대해서는 이하의 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 인버터에 의한 차단기 개폐제어를 설명하기 위한 예시도이다.

도 3에는 한쌍의 전원쌍(31a, 31b) 즉, 4개의 단위전원(32)이 구성된 예가 도시되어 있다. 각각의 단위전원(32)은 인버터(INV1 내지 INV4, 321)와 태양전지(PV1 내지 PV4, 322)로 구성된다.

태양전지(PV1 내지 PV4, 322)는 발전전력(G1 내지 G4)를 생산하고, 각각의 인버터(INV1 내지 INV4, 321)는 발전전력(G1 내지 G4)를 각각 교류전력인 분산전력(VOUT)으로 변환한다.

이를 위해 태양전지(PV1 내지 PV4, 322)와 인버터(INV1 내지 INV4, 321)로 구성되는 단위전원(32)은 각각 부차단기(311a 내지 311d)에 의해 변압기(310a, 310b)와 연결된다.

그리고, 변압기(310a, 310b)는 주차단기(202)에 의해 주전력원(10)과 연결된다.

한편, 인버터(INV1 내지 INV4, 321)는 주차단기(202) 및 부차단기(311a 내지 311d)의 제어를 위해 상호 연결된다. 인버터(INV1 내지 INV4, 321)는 태양전지(PV1 내지 PV4, 322)로부터 발전전력이 생산되는 경우 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311d)를 제어하여 주전력원에 연결되며, 발전전력을 변환한 분산전력(VOUT)을 연결된 주전력원(10)에 공급하게 된다.

이를 위해 인버터(INV1 내지 INV4, 321)는 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311d)를 제어하기 위한 개폐신호(NF, NF2)를 각각 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311d)에 전달한다.

인버터(INV1 내지 INV4, 321)에 의한 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311d)의 제어는 차이를 갖는다. 구체적으로 주차단기(202)는 복수의 인버터(INV1 내지 INV4, 321)에 의한 공통제어에 의해 개폐 동작이 제어되고, 부차단기(311a 내지 311d)는 직접 연결된 인버터(INV1 내지 INV4, 321)에 의한 1:1 직접 제어에 의해 걔페 동작이 수행된다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 주차단기(202)는 인버터(INV1 내지 INV4, 321) 중 어느 하나로부터라도 연결신호가 발생되면 연결된 상태를 유지하게 되고, 모든 인버터(INV1 내지 INV4, 321)가 차단신호를 전달하는 경우 개방된 상태를 유지하게 된다.

이에 반해 부차단기(311)는 직결된 인버터(INV1 내지 INV4, 321) 각각으로부터 전달되는 개폐신호(NF2)에 의해 연결 또는 차단을 수행하게 된다.

이를 통해 본 발명의 계통연계 배전시스템에서는 발전이 이루어지는 태양전지(PV1 내지 PV4, 322)만을 주전력원(10)과 연결하여 발전전력을 공급할 수 있게 된다.

표 1 내지 표 3은 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311d)의 제어를 설명하기 위한 표들이다.

발전전력(G)	유(O)/무(X)	부개폐신호(NF2)	ON/OFF	주개폐신호(NF)	주차단기 상태
G1	O	2A	ON	ON	ON
G2	O	2B	ON	ON
G3	O	2C	ON	ON
G4	X	2D	OFF	OFF

발전전력(G)	유(O)/무(X)	부개폐신호(NF2)	ON/OFF	주개폐신호(NF)	주차단기 상태
G1	O	2A	ON	ON	ON
G2	X	2B	OFF	OFF
G3	x	2C	OFF	OFF
G4	X	2D	OFF	OFF

발전전력(G)	유(O)/무(X)	부개폐신호(NF2)	ON/OFF	주개폐신호(NF)	주차단기 상태
G1	x	2A	OFF	OFF	OFF
G2	x	2B	OFF	OFF
G3	x	2C	OFF	OFF
G4	X	2D	OFF	OFF

표 1에서는 제1 내지 제3태양전지(PV1 내지 PV3)으로부터 발전전력(G1 내지 G3)이 생산되는 경우의 예가 나타나 있다.

제1 내지 제3태양전지(PV1 내지 PV3)로부터 발전전력(G1 내지 G3)이 생산됨에 따라 제1 내지 제3인버터(INV1 내지 INV3)에 의해 발전전력(G1 내지 G3)이 변환되어 분산전력(VOUT)이 생산된다. 이와 동시에 발전전력(G1 내지 G3)의 생산에 따라 제1 내지 제3 인버터(INV1 내지 INV3)에 의해 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311c)의 연결을 위한 개폐신호(NF, NF2)가 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311c)로 전달된다.

이때, 제1 내지 제3인버터(INV1 내지 INV3)는 주차단기(202)로 연결을 위한 제1개폐신호(NF)를 전달한다. 한편, 제4인버터(INV4)는 발전전력(G4)이 생산되지 않으므로, 차단을 위한 제1개폐신호(NF)를 제4인버터(INV4)에 전달한다. 그리고, 제1 내지 제3인버터(INV1 내지 INV3)는 각각 직결된 제1 내지 제3부차단기(311a 내지 311c)에 연결을 위한 제2개폐신호(NF2)를 전달하여, 제1 내지 제3부차단기(311a 내지 311c)가 제1 내지 제3인버터(INV1 내지 INV3)와 변압기(310a, 310b)를 연결하게 한다.

이를 통해 제1 내지 제3부차단기(311a 내지 311c)와 주차단기(202)가 연결상태(ON)를 유지하게 된다.

표 2는 제1태양전지(PV1)만이 발전전력을 생산하는 예를 나타내었다.

이 경우에도 전술한 표 1에서와 마찬가지로, 제1인버터(INV1)에 의해 주차단기(202)와 제1부차단기(311a)의 연결을 위한 제1 및 제2개폐신호(NF, NF2)가 주차단기(202)와 제1부차단기(311a)에 전달된다. 이를 통해 주차단기(202)와 제1부차단기(311a)는 제1 및 제2개폐신호(NF, NF2)에 의해 제1인버터(311a)와 제1변압기(310a) 및 제1변압기(310a)와 주전력원(10)을 연결한다.

반면, 제2 내지 제4부차단기(311b 내지 311d)는 발전전력(G2 내지 G4)의 생산이 없기 때문에 차단된 상태로 유지된다.

표 3은 태양전지(PV1 내지 PV4)로부터 발전전력이 생산되지 않는 경우의 예를 나타내었다. 표 3에 나타낸 바와 같이 태양전지(PV1 내지 PV4)로부터 발전전력이 생산되지 않는 경우 인버터(INV1 내지 INV4)는 부차단기(311a 내지 311d)와 주차단기(202)의 차단을 유지시키는 개폐신호(NF, NF2)를 부차단기(311a 내지 311d)와 인버터(INV1 내지 INV4)에 전달한다.

이와 같은 제어를 통해 인버터(INV1 내지 INV4)는 분산전력(VOUT)을 생산하지 못하는 단위전원(32) 및 변압기(310)를 주전력원(10)으로부터 완전히 차단하게 된다.

그리고, 이러한 차단 및 연결을 통해 발전이 이루어지지 않는 단위전원(32), 변압기(310)에 의한 무부하 손실을 최소화할 수 있게 된다. 더욱이 이러한 주차단기(202)와 부차단기(311a 내지 311d)의 제어를 인버터(INV1 내지 INV4, 321)를 통해 수행하게 함으로써, 발전전력(G1 내지 G4) 또는 분산전력(VOUT)에 의한 사고 발생을 방지할 수 있게 된다.

즉, 발전전력의 유무를 직접 확인하고 빠른 대응이 가능한 인버터에서 발전전력의 유무에 따라 차단기(202, 311)의 개폐를 제어하도록 함으로써, 정확한 연결/차단이 이루어질 수 있으며, 이를 통해 사고를 방지할 수 있게 된다.

한편, 인버터(INV1 내지 INV4)는 분산전력과 주전력의 동기화, 인버터(INV1 내지 INV4)의 안정적인 동작을 위해 주전력을 이용한다. 하지만, 본 발명에서는 주차단기(202) 및 부차단기(311)에 의해 주전력원(10)과 전원쌍(31)을 완전히 차단하게 된다.

때문에, 본 발명에서는 도 2에서와 같이 인버터(INV1 내지 INV4)의 동작을 위한 최소전력만을 인버터(INV1 내지 INV4)에 공급하는 동작전원 공급부(21)를 구성하여, 인버터(INV1 내지 INV4)에 전력을 공급하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 분산전원의 계통연계 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 분산전원의 계통연계 방법은 차단기 차단유지 단계(S10), 전 발전전력 유무 판단단계(S20), 연결 개폐신호 전달 단계(S30), 주차단기 연결 단계(S40), 부차단기 연결 단계(S50), 분산전력 공급 단계(S60), 단위 발전전력 유무 판단단계(S70), 부차단기 차단 단계(S80) 및 주차단기 차단 단계(S25)를 포함하여 구성된다.

차단기 차단유지 단계(S10)는 단위전원(32)으로부터 발전전력이 생산되지 않는 상태 즉, 발전전력을 변환한 분산전력이 어느 단위전원(32)으로부터도 생성되지 않는 상태에서 주차단기(202)와 부차단기(311)의 차단을 유지하는 단계이다. 차단기 차단유지 단계(S10)에서 인버터(321)는 연결된 태양전지(322)로부터의 발전전력이 생산되는지 감지하는 한편, 부차단기(311)와 주차단기(202)에 차단을 위한 개폐신호(NF, NF2)를 전달하게 된다.

이를 통해 차단기 차단유지 단계(S10)에서 주차단기(202)와 부차단기(311)는 전원그룹(30)을 배전반(20) 및 주전력원(10)과 단절시켜, 동작전원 이외의 주전력이 전원그룹(30)에 공급되어 불필요하게 소모되는 것을 방지하게 된다.

전 발전전력 유무 판단단계(S20)는 차단기의 차단 상태를 유지하는 단계에서 인버터(321)가 각각의 태양전지(PV)로부터 발전전력이 생산되는지 감지하는 단계이다. 전 발전전력 유무 판단단계(S20)에서 각각의 인버터(321)가 각자 연결된 태양전지(PV)로부터 발전전력이 생산되지 않는 경우 주차단기(202)의 차단을 위한 개폐신호(NF)를 주차단기(202)에 전달하여 차단상태를 유지하게 된다.

반면, 전 발전전력 유무 판단단계(S20)에서 어느 한 태양전지(322, PV)로부터 발전전력이 생산되면 연결 개폐신호 전달단계(S30)가 진행된다.

연결 개폐신호 전달 단계(S30)는 어느 하나의 태양전지(322, PV)로부터라도 발전이 수행되면, 발전전력이 생산되는 태양전지(322, PV)와 연결된 인버터(321)가 연결을 위한 개폐신호(NF, NF2)를 주차단기(202)와 직접 연결된 부차단기(311)에 전달하게 된다.

주차단기 연결 단계(S40)는 발전이 시작된 태양전지(322, PV)와 연결된 인버터(321)로부터 전달되는 연결 개폐신호(NF)에 따라 주차단기(202)가 연결상태로 전환하여 연결 상태를 유지하는 단계이다.

부차단기 연결 단계(S50)는 발전이 시작된 태양전지(322, PV)와 연결된 인버터(321)로부터 전달되는 연결 개폐신호(NF2)에 따라 부차단기(311)가 연결상태로 전환하여 연결상태를 유지하는 단계이다.

분산전력 공급 단계(S60)는 주차단기(202)와 부차단기(311)가 연결됨에 따라 인버터(321)가 발전전력을 교류전력의 분산전력(VOUT)으로 변환하여 주차단기(202)와 부차단기(311)에 의해 연결된 변압기(310)에 전달하고, 변압기(310)가 분산전력을 변압하여 주전력원(10)에 공급하는 단계이다.

단위 발전전력 유무 판단단계(S70)는 분산전력을 변압기(310)에 공급하는 인버터(321)가 발전전력이 지속적으로 공급되는지 판단하는 단계이다. 이 단위 발전전력 유무 판단단계(S70)에서 발전전력이 지속적으로 생산되는 경우 부차단기(311)의 연결은 지속적으로 유지된다.

반면에 태양전지(322, PV)로부터의 발전전력이 공급이 중단되는 경우 해당 태양전지(322, PV)와 부차단기 차단 단계(S80)를 수행하게 된다.

부차단기 차단 단계(S80)는 태양전지(322, PV)로부터 발전전력의 공급이 중단되며, 해당 태양전지(322, PV)와 연결된 인버터(321)가 직결된 부차단기(311)에 차단 걔폐신호(NF2)를 전달하고, 이를 통해 부차단기(311)를 차단하게 된다. 이때, 다른 부차단기(311)가 차단되지는 않는다. 그리고, 이와 같은 방법으로 부차단기(311)들이 모두 차단되는 경우 전 발전전력의 유무 판단단계(S20)가 수행되고, 모든 태양전지(PV, 322)로부터의 발전전력 공급이 중단되는 경우 주차단기 차단단계(S25)가 수행되어 주차단기(202)가 차단됨으로써 전원그룹(30)이 주전력원(10)과 연결이 해제되게 된다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10 : 주전력원 20 : 배전반
201 : MOF 202 : 주차단기
21 : 동작전원공급부 211 : 동작전원 주차단기
212 : 동작전원 변압기 213 : 동작전원 부차단기
30 : 전원그룹 31 : 전원쌍
311 : 부차단기 32 : 단위전원
310 : 변압기 321 : 인버터
322 : 태양전지

Claims (12)

1. 전력계통을 포함하는 주전력원;
   분산전력을 상기 주전력원에 공급하기 위해 단독 또는 복수로 구성되고 발전전력을 생산하는 발전수단;과 상기 발전전력을 상기 분산전력으로 변환하는 인버터;를 포함하는 단위전원을 가지는 전원그룹; 및
   주차단기를 가지며, 상기 인버터로부터의 개폐신호에 따라 상기 주차단기를 연결 또는 차단하여 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결 또는 차단하는 배전반;을 포함하여 구성되며,
   상기 전원그룹은 상기 단위전원과 상기 주차단기 사이에 연결되어 상기 단위전원으로부터의 상기 분산전력의 전압을 변압하는 변압기; 상기 변압기와 상기 단위전원의 상기 인버터 사이에 연결되어 상기 변압기와 상기 단위전원을 연결 또는 차단하는 부차단기;를 더 포함하여 구성되고,
   상기 인버터는 직접 연결된 상기 부차단기의 개폐를 위한 제2개폐신호를 상기 부차단기에 공급하며,
   상기 인버터는 상기 발전수단으로부터 상기 발전전력이 생산되는 경우 차단 상태를 유지하는 상기 주차단기의 연결을 위한 상기 개폐신호를 상기 주차단기에 전달하고, 상기 인버터와 연결된 상기 부차단기의 연결을 위한 상기 제2개폐신호를 상기 부차단기에 전달하는 것을 특징으로 하는 계통연계 배전 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 주차단기는
   복수로 구성되는 상기 단위전원 중 적어도 어느 하나로부터 연결을 위한 개폐신호가 전달되는 경우 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결하는 것을 특징으로 하는 계통연계 배전 시스템.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 인버터는 상기 발전수단으로부터 상기 발전전력이 생산되는 경우 상기 주차단기의 연결을 위한 개폐신호를 상기 주차단기에 전달하는 것을 특징으로 하는 계통연계 배전 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 배전반은
   상기 인버터의 동작전원을 공급하기 위한 동작전원 공급부를 더 포함하며,
   상기 동작전원 공급부는
   상기 주전력원의 주전력을 동작전압으로 변환하는 동작전원 변압기;
   상기 주차단기와 상기 주전력원 사이에 일단이 연결되고 타단이 상기 동작전원 변압기에 연결되는 동작전원 주차단기; 및
   상기 동작전원 변압기와 상기 인버터의 사이에 연결되는 동작전원 부차단기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 계통연계 배전 시스템.
9. 전력계통을 포함하는 주전력원, 분산전력을 상기 주전력원에 공급하기 위해 단독 또는 복수로 구성되는 단위전원을 가지는 전원그룹과 주차단기를 가지며 상기 전원그룹의 개폐신호에 따라 주차단기를 연결 또는 차단하여 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결 또는 차단하는 배전반으로 구성되는 계통연계 배전 시스템을 이용한 분산전원의 계통연계 방법에 있어서,
   상기 전원그룹으로부터의 차단 개폐신호에 의해 주차단기의 차단이 유지되는 차단기 차단 유지단계;
   상기 전원그룹의 상기 단위전원의 발전수단으로부터 발전전력이 생산되고, 상기 발전전력의 생산을 감지한 상기 단위전원에 의해 상기 주차단기를 연결하기 위한 개폐신호가 상기 주차단기에 전달되는 연결 개폐신호 전달 단계;
   상기 개폐신호에 의해 상기 주차단기가 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결하는 주차단기 연결 단계;
   상기 단위전원이 상기 주차단기와 상기 단위전원의 사이에 상기 단위전원별로 연결된 부차단기에 연결을 위한 제2개폐신호를 전달하는 부차단기 연결 단계;
   상기 부차단기와 상기 주차단기가 연결되어 상기 전원그룹으로부터의 상기 발전전력이 변환된 분산전력이 상기 주전력원에 공급되는 분산전력 공급 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 계통연계 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단위전원은 인버터를 포함하여 구성되고,
    상기 개폐신호 및 상기 제2개폐신호는 상기 인버터로부터 상기 주차단기 및 상기 부차단기에 각각 전달되는 것을 특징으로 하는 분산전원의 계통연계 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 주차단기 연결단계는
    복수로 구성되는 상기 단위전원 중 적어도 어느 하나로부터 연결을 위한 상기 개폐신호가 전달되는 경우 상기 주차단기가 연결되어 상기 주전력원과 상기 전원그룹을 연결하는 것을 특징으로 하는 분산전원의 계통연계 방법.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원그룹은
    상기 발전수단, 상기 발전수단으로부터의 상기 발전전력을 상기 분산전력으로 변환하는 인버터를 포함하는 단위전원;
    하나 이상의 상기 단위전원으로부터의 상기 분산전력을 승압 또는 강압하는 변압기를 포함하여 구성되고,
    상기 부차단기는 상기 변압기와 상기 단위전원 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 분산전원의 계통연계 방법.

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