KR101424494B1 - Inverter, emergency generator module having the inverter and electric power system having the emergency generator module - Google Patents
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Abstract
설치비용 및 면적을 감소시킬 수 있는 인버터 장치는 3개의 전원선들 및 1개의 중성선을 포함하는 3상 4선식의 교류전원을 출력하는 비상용 발전기용으로 사용되는 장치로, 정류 회로부, 교류변환 회로부, 내부 변압기부, 스위칭부 및 출력 필터부를 포함한다. 정류 회로부는 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 직류를 출력하고, 교류변환 회로부는 정류 회로부로부터 인가되는 직류를 외부 전력망 내의 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 내부 변압기부는 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시키고, 스위칭부는 내부 변압기부로부터 출력되는 고주파 3상 전원을 각 상별로 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력하며, 출력 필터부는 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 이와 같이, 종래와 같은 60Hz용 변압기 사용을 대체하도록 인버터 장치 내에 각 상에 따라 구별되어 배치된 3개의 내부 변압기들을 구비함에 따라, 인버터 장치를 설치하는데 소용되는 비용을 보다 감소시킬 수 있다.An inverter device capable of reducing the installation cost and area is a device used for an emergency generator that outputs three-phase four-wire AC power including three power lines and one neutral line. The inverter device includes a rectifier circuit portion, an AC conversion circuit portion, A transformer section, a switching section, and an output filter section. The rectifying circuit part receives three-phase power from three power lines and outputs a direct current. The AC conversion circuit part converts the direct current applied from the rectifying circuit part into a high frequency three-phase power having a higher frequency than the allowable frequency in the external power network and outputs it. The internal transformer section outputs high frequency three phase power through three internal transformers divided for each phase, and the switching section switches the high frequency three phase power output from the internal transformer section to synchronize with the allowable frequency for each phase, And the output filter unit converts the primary three-phase power to a secondary three-phase power having a sine wave shape and outputs the filtered signal. As described above, since the three internal transformers are disposed in the inverter device differently from each other in order to replace the conventional 60 Hz transformer, the cost for installing the inverter device can be further reduced.
Description
본 발명은 인버터 장치, 이를 갖는 비상 발전 모듈 및 이를 갖는 전력계통 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비상용 발전기와 연결되어 전력을 변환하는 인버터 장치, 이를 갖는 비상 발전 모듈 및 이를 갖는 전력계통 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 국내에서 순환 정전 사태가 발생되었는데, 이는 냉난방 전기장치 등의 과도한 사용으로 인하여 전력 사용량이 큰 폭으로 증가되었고 이에 따라 전력계통에서의 예비전력 부족 사태가 발생되었기 때문이다. 따라서, 이러한 전력계통의 예비전력 부족 사태를 해소하기 위해, 추가적인 발전소의 증설은 물론 다각적인 예비전력 확보방안에 대한 연구가 절실히 필요하다.In recent years, there has been a cyclical blackout in Korea because of the excessive use of heating and cooling electrical equipment, which resulted in a significant increase in power consumption and a shortage of power in the power system. Therefore, in order to overcome the shortage of power in the power system, it is urgently necessary to study various methods for securing reserve power as well as additional power plants.
이러한 다각적인 예비전력 확보방안 중 하나가 큰 건물 내에 배치된 비상용 발전기를 사용하는 방안이다. 즉, 전력계통의 예비전력이 기준치 이하로 떨어지면, 전국 고층건물이나 일정 면적 이상의 큰 건물, 아파트 단지, 학교, 기타 시설 등에 설치 되어있는 비상용 발전기를 시동시켜 전력계통의 예비전력을 확보하는 방안이다.One of the ways to secure such diverse preliminary power is to use an emergency generator located in a large building. In other words, when the reserve power of the power system falls below the reference value, it is a method to secure the reserve power of the power system by starting an emergency generator installed in a nationwide high-rise building, a large building over a certain area, an apartment complex, a school,
한편, 큰 건물 내에 설치된 비상용 발전기에서 발생된 교류전기가 외부 전력망으로 제공되기 위해서는 상기 전력망 내의 교류전기의 60Hz가 동기화되어야 한다. 따라서, 상기 전력망 내의 교류전기와 동기화하기 위해 인버터 및 60Hz용 변압기가 필요로 한다. 그러나, 상기 60Hz용 변압기는 엄청나게 크고 무거우며 고가이고 설치 면적도 많이 차지하므로, 건물을 지을 때 건축비 부담으로 작용할 수 있다.On the other hand, in order for the AC electricity generated from the emergency generator installed in the large building to be supplied to the external power grid, 60 Hz of the AC electricity in the power grid must be synchronized. Therefore, an inverter and a transformer for 60 Hz are required to synchronize with the alternating current in the power network. However, the above-mentioned 60Hz transformer is extremely large, heavy, expensive and occupies a large amount of installation space, which can be a burden for building a building.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 비상용 발전기에서 발생된 전력을 외부 전력망으로 동기화시켜 제공할 수 있는 인버터를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an inverter capable of synchronously supplying power generated from an emergency generator to an external power grid.
본 발명의 또 해결하고자 하는 과제는 상기 인버터를 구비하는 비상 발전 모듈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an emergency power generation module equipped with the inverter.
본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 비상 발전 모듈을 구비하는 전력계통 시스템을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a power system including the emergency power generation module.
본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 장치는 3개의 전원선들 및 1개의 중성선을 포함하는 3상 4선식의 교류전원을 출력하는 비상용 발전기용으로 사용되는 장치로, 정류 회로부, 교류변환 회로부, 내부 변압기부, 스위칭부 및 출력 필터부를 포함한다.The inverter device according to an embodiment of the present invention is used for an emergency generator that outputs three-phase four-wire AC power including three power lines and one neutral line. The inverter device includes a rectifier circuit part, an AC conversion circuit part, A switching unit, and an output filter unit.
상기 정류 회로부는 상기 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 직류를 출력한다. 상기 교류변환 회로부는 상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 상기 내부 변압기부는 상기 교류변환 회로부로부터 인가된 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시킨다. 상기 스위칭부는 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 상기 출력 필터부는 상기 스위칭부로부터 인가되는 상기 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력한다.The rectifier circuit receives three-phase power from the three power supply lines and outputs a direct current. The AC conversion circuit part converts the DC supplied from the rectifying circuit part into a high frequency three phase power having a frequency higher than the allowable frequency and outputs the converted power. The internal transformer unit outputs the high frequency three-phase power source applied from the AC conversion circuit unit through three internal transformers divided for each phase. The switching unit switches the high-frequency three-phase power source output from the internal transformer unit to be synchronized with the allowable frequency for each phase, converts it into a primary three-phase power source, and outputs the converted power. The output filter unit filters the primary three-phase power supplied from the switching unit and converts the primary three-phase power into a secondary three-phase power having a sine wave shape.
상기 교류변환 회로부는 외부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들을 인가받고, 상기 PWM 제어신호들에 응답하여 상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.The AC conversion circuit unit receives 12 PWM (Pulse Width Modulation) control signals in total of 4 for each phase from the outside, and outputs the direct current, which is applied from the rectifying circuit unit in response to the PWM control signals, Phase three-phase power supply having the high-frequency three-phase power supply.
상기 스위칭부는 외부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 스위칭 제어신호들을 인가받고, 상기 스위칭 제어신호들에 응답하여 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.The switching unit receives a total of twelve switching control signals, four each for each phase from the outside, and the high frequency three-phase power supply output from the internal transformer unit is synchronized with the allowable frequency for each phase in response to the switching control signals. It is possible to switch to the primary three-phase power supply and output it.
상기 정류 회로부는 상기 3상 전원을 반파 정류시켜 출력하는 다이오드 브릿지(diode-bridge) 회로, 및 상기 다이오드 브릿지 회로에서 출력된 반파 정류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 콘덴서 레귤레이션(condenser-regulation) 회로를 포함할 수 있다.The rectifier circuit includes a diode-bridge circuit for half-wave rectifying the three-phase power supply, and a condenser-regulation circuit for converting the half-wave rectified power output from the diode bridge circuit into a direct current . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 의한 비상 발전 모듈은 건물 내에서 자체적으로 비상 전력을 발생시켜 비상용 부하로 제공하는 시스템으로, 비상용 발전기, 인버터부, 수신부 및 비상발전 제어부를 포함한다.The emergency power generation module according to an embodiment of the present invention generates emergency power by itself in a building and provides the emergency power as an emergency load. The emergency power generation module includes an emergency generator, an inverter unit, a receiver, and an emergency power generation controller.
상기 비상용 발전기는 상기 비상 전력을 발생시킬 수 있다. 상기 인버터부는 상기 비상용 발전기로부터 인가된 상기 비상 전력을 변환하여 출력할 수 있다. 상기 수신부는 외부로부터 전송된 전력 제어신호를 수신한다. 상기 비상발전 제어부는 상기 수신부로부터 상기 전력 제어신호를 제공받아 상기 비상용 발전기 및 상기 인버터부를 제어한다. 이때, 상기 전력 제어신호는 전력계통의 예비전력이 기준치 이하로 판단될 때 전력거래소 제어부에서 생성되고, 예비전력 확보지령 및 전력망 동기화 정보를 포함한다. 또한, 상기 비상발전 제어부는 상기 예비전력 확보지령에 응답하여 상기 비상용 발전기로부터 상기 비상 전력이 발생되도록 상기 비상용 발전기를 턴온(turn-on)하고, 상기 전력망 동기화 정보에 응답하여 상기 비상 전력이 외부 전력망 내의 허용 주파수로 동기화되어 출력되도록 상기 인버터부를 제어한다.The emergency generator may generate the emergency power. The inverter unit can convert and output the emergency power applied from the emergency generator. The receiving unit receives a power control signal transmitted from the outside. The emergency power generation control unit receives the power control signal from the receiving unit and controls the emergency generator and the inverter unit. At this time, the power control signal is generated by the power exchange control unit when the preliminary power of the power system is determined to be below the reference value, and includes the preliminary power reserve command and the power grid synchronization information. In addition, the emergency power generation control unit may turn on the emergency generator in order to generate the emergency power from the emergency generator in response to the reserve power assurance command, and in response to the power grid synchronization information, And the inverter unit is controlled so as to be synchronized with the allowable frequency within the allowable frequency range.
상기 비상용 발전기에서 출력되는 상기 비상 전력은 3개의 전원선들 및 1개의 중성선을 포함하는 3상 4선식의 교류전원일 수 있다. 이때, 상기 인버터부는 정류 회로부, 교류변환 회로부, 내부 변압기부, 스위칭부 및 출력 필터부를 포함할 수 있다. 상기 정류 회로부는 상기 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 직류를 출력한다. 상기 교류변환 회로부는 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고, 상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 상기 내부 변압기부는 상기 교류변환 회로부로부터 인가된 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시킨다. 상기 스위칭부는 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고, 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 상기 출력 필터부는 상기 스위칭부로부터 인가되는 상기 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력한다.The emergency power output from the emergency generator may be a three-phase four-wire AC power source including three power lines and one neutral line. In this case, the inverter unit may include a rectifier circuit unit, an AC conversion circuit unit, an internal transformer unit, a switching unit, and an output filter unit. The rectifier circuit receives three-phase power from the three power supply lines and outputs a direct current. The AC conversion circuit unit is controlled by the emergency power generation control unit and converts the DC power applied from the rectifying circuit unit into a high frequency three phase power supply having a frequency higher than the allowable frequency and outputs the same. The internal transformer unit outputs the high frequency three-phase power source applied from the AC conversion circuit unit through three internal transformers divided for each phase. The switching unit is controlled by the emergency power generation control unit, and switches the high frequency three-phase power supply output from the internal transformer unit to be synchronized with the allowable frequency for each phase to convert it into a primary three-phase power supply. The output filter unit filters the primary three-phase power supplied from the switching unit and converts the primary three-phase power into a secondary three-phase power having a sine wave shape.
상기 교류변환 회로부는 상기 비상발전 제어부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들을 인가받고, 상기 PWM 제어신호들에 응답하여 상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.The AC conversion circuit part receives 12 PWM (Pulse Width Modulation) control signals in total of 4 for each phase from the emergency power generation control part, and outputs the direct current applied from the rectifying circuit part to the allowable frequency Phase three-phase power source having a higher frequency can be output.
상기 스위칭부는 상기 비상발전 제어부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 스위칭 제어신호들을 인가받고, 상기 스위칭 제어신호들에 응답하여 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.Wherein the switching unit receives a total of twelve switching control signals, four each for each phase from the emergency power generation control unit, and outputs the high frequency three-phase power output from the internal transformer unit in response to the switching control signals, To be converted into a primary three-phase power and output.
본 발명의 일 실시예에 의한 전력계통 시스템은 전력 거래소 제어부, 비상 발전 모듈 및 전력망 변압기를 포함한다.The power system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a power exchange control unit, an emergency power generation module, and a power network transformer.
상기 전력 거래소 제어부는 전력계통의 예비전력이 기준치 이하로 판단되면, 예비전력 확보지령 및 전력망 동기화 정보를 포함하는 전력 제어신호를 생성한다. 상기 비상 발전 모듈은 상기 전력 거래소 제어부로부터 상기 전력 제어신호를 수신하고, 상기 예비전력 확보지령에 응답하여 교류 전력인 비상 전력을 발생시키며, 상기 전력망 동기화 정보에 따라 상기 비상 전력을 외부 전력망 내의 허용 주파수로 동기화시켜 출력한다. 상기 전력망 변압기는 상기 비상 발전 모듈에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 외부 전력망 내의 허용 전압으로 변압하여 상기 외부 전력망으로 제공한다.The power exchange control unit generates a power control signal including a preliminary power assurance command and power grid synchronization information when it is determined that the power reserve of the power system is below the reference value. Wherein the emergency power generation module receives the power control signal from the power exchange control unit and generates emergency power which is AC power in response to the reserve power assurance command and controls the emergency power in accordance with the power grid synchronization information, And outputs it. The power transformer transforms the emergency power output from the emergency power generation module to an allowable voltage in the external power network and provides the converted power to the external power network.
상기 비상 발전 모듈은 상기 비상 전력을 발생시킬 수 있는 비상용 발전기, 상기 비상용 발전기로부터 상기 비상 전력을 인가받고, 상기 비상 전력의 주파수를 변환하여 상기 전력망 변압기로 출력할 수 있는 인버터부, 상기 전력거래소 제어부로부터 상기 전력 제어신호를 수신하는 수신부, 및 상기 수신부로부터 상기 전력 제어신호를 제공받아 상기 비상용 발전기 및 상기 인버터부를 제어하는 비상발전 제어부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 비상발전 제어부는 상기 예비전력 확보지령에 응답하여 상기 비상용 발전기로부터 상기 비상 전력이 발생되도록 상기 비상용 발전기를 턴온(turn-on)하고, 상기 전력망 동기화 정보에 응답하여 상기 비상 전력이 상기 외부 전력망 내의 허용 주파수로 동기화되어 출력되도록 상기 인버터부를 제어한다.The emergency power generation module includes an emergency generator capable of generating the emergency power, an inverter unit receiving the emergency power from the emergency generator, converting the frequency of the emergency power to output the converted power to the power network transformer, And an emergency power generation control unit for receiving the power control signal from the receiving unit and controlling the emergency generator and the inverter unit. At this time, the emergency power generation control unit turns on the emergency generator in order to generate the emergency power from the emergency generator in response to the reserve power reserve command, and in response to the power grid synchronization information, And controls the inverter unit so as to be output in synchronization with an allowable frequency in the power network.
상기 비상 발전 모듈은 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고, 상기 인버터부에서 출력된 상기 비상 전력을 비상용 부하와 상기 전력망 변압기 중 적어도 하나로 선택적으로 출력하는 제1 스위치부를 더 포함할 수 있다.The emergency power generation module may further include a first switch unit controlled by the emergency power generation control unit and selectively outputting the emergency power output from the inverter unit to at least one of the emergency load and the power network transformer.
상기 제1 스위치부는 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고 상기 인버터부에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 전력망 변압기로 선택적으로 제공하는 전력망측 스위치, 및 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고 상기 인버터부에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 비상용 부하로 선택적으로 제공하는 비상용 부하측 스위치를 포함할 수 있다.Wherein the first switch unit comprises: a power network side switch controlled by the emergency power generation control unit and selectively providing the emergency power output from the inverter unit to the power network transformer; and a power network side switch controlled by the emergency power generation control unit, And an emergency load side switch for selectively providing the emergency power to the emergency load.
상기 비상 발전 모듈은 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되어 상기 비상용 발전기 및 상기 비상용 부하 사이를 선택적으로 연결시키는 제2 스위치부, 및 상기 비상발전 제어부에 의해 제어되어 상기 비상용 발전기 및 상기 인버터부 사이를 선택적으로 연결시키는 제3 스위치부를 더 포함할 수 있다.The emergency power generation module includes a second switch section controlled by the emergency power generation control section to selectively connect between the emergency generator and the emergency load, and a second switch section controlled by the emergency power generation control section to selectively switch between the emergency generator and the inverter section And a third switch unit for connecting the first switch unit and the second switch unit.
상기 비상 발전 모듈은 상기 외부 전력망에서 상기 전력망 변압기로 제공되는 외부 전력을 실시간을 체크하고, 상기 외부 전력이 차단되어 정전이 발생되었을 경우 정전 신호를 발생시켜 상기 비상발전 제어부로 제공하는 정전 감지부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 비상발전 제어부는 상기 정전 신호에 응답하여, 상기 비상용 발전기에서 발생된 상기 비상 전력이 상기 비상용 부하로만 직접 제공되도록 상기 제2 스위치부를 턴온(turn-on)시키고 상기 제3 스위치부를 턴오프(turn-off)시킨다.The emergency power generation module checks the external power provided to the power network transformer in the external power network in real time and generates an electric power failure signal when the external power is interrupted to generate the electric power failure signal and provides the electric power failure detection unit to the emergency power generation control unit . At this time, the emergency power generation control unit turns on the second switch unit so that the emergency power generated from the emergency generator is directly provided only to the emergency load, and the third switch unit is turned off (turn-off).
한편, 상기 비상발전 제어부는 상기 수신부로부터 상기 전력 제어신호가 수신되면, 상기 제2 스위치부를 턴오프시키고 상기 제3 스위치부를 턴온시킬 수 있다.Meanwhile, when the power control signal is received from the receiving unit, the emergency power generation control unit may turn off the second switch unit and turn on the third switch unit.
이와 같은 인버터 장치, 이를 갖는 비상 발전 모듈 및 이를 갖는 전력계통 시스템에 따르면, 특정 건물별로 구비되어 전력계통의 정전이 감지된 경우 기동하게 되는 비상용 발전기를 전력계통의 예비전력이 부족할 때 전력거래소의 지령에 따라 비상용 발전기를 구동시켜 주파수와 전압을 조정한 후 전력계통에 투입함으로써 예비전력의 부족을 해결할 수 있다. 이에 따라, 예비전력의 부족을 해소시키기 위한 신설 발전소의 건설 등과 같은 많은 비용과 기간을 필요로 하는 방안을 대체할 수 있다.According to such an inverter device, an emergency power generation module having the same, and a power system having the same, an emergency generator provided for each specific building and activated when a power failure of the power system is detected, , It is possible to solve the shortage of the reserve power by driving the emergency generator and adjusting the frequency and the voltage, and then inputting it to the power system. As a result, it is possible to replace a method requiring a lot of cost and time, such as the construction of a new power plant for eliminating the shortage of reserve power.
또한, 인버터 장치 내에 각 상에 따라 구분된 3개의 내부 변압기들과 이와 연결된 스위치부를 구비하여, 외부 전력망의 상용 주파수인 60Hz와 동기화시킴에 따라, 종래와 같은 60Hz용 변압기 사용을 대체할 수 있다. 즉, 엄청나게 크고 무거우며 고가이고 설치 면적도 많이 차지하는 60Hz용 변압기 대신에, 부피가 작고 저가인 3개의 내부 변압기들을 사용할 수 있다.In addition, the inverter device includes three internal transformers divided in accordance with phases, and a switch unit connected to the internal transformers, and can synchronize with a commercial frequency of 60 Hz of the external power network, thereby replacing the conventional 60 Hz transformer. In other words, instead of the 60Hz transformer, which is extremely large, heavy, expensive and occupies a lot of space, three internal transformers of low volume and low cost can be used.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2는 도 1의 전력계통 시스템 중 비상 발전 모듈의 일부를 확대해서 도시한 배선 회로도이다.
도 3은 도 2의 비상 발전 모듈 중 인버터부를 확대해서 도시한 회로도이다.
도 4는 도 3의 인버터부 내에서 전원의 주파수 변환을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 도 3의 비상 발전 모듈 중 내부 변압기부 및 스위칭부를 통해 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 전력계통 시스템이 정상 구동시 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 전력계통 시스템이 예비전력 부족시 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 전력계통 시스템이 정전 발생시 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram illustrating a power system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a wiring circuit diagram showing an enlarged portion of a part of the emergency power generation module of the power system of Fig. 1. Fig.
3 is an enlarged circuit diagram of the inverter section of the emergency power generation module shown in Fig.
4 is a waveform diagram for explaining the frequency conversion of the power supply in the inverter unit of FIG.
5 is a diagram for explaining a process of converting the frequency of the emergency power generation module of FIG. 3 through the internal transformer unit and the switching unit.
FIG. 6 is a diagram for explaining the flow of power when the power system of FIG. 1 is in normal operation.
FIG. 7 is a diagram for explaining the flow of power when the power system of FIG. 1 is in a standby power shortage.
FIG. 8 is a view for explaining the flow of electric power when the power system of FIG. 1 generates a power failure. FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprising" or "having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통 시스템을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 전력계통 시스템 중 비상 발전 모듈의 일부를 확대해서 도시한 배선 회로도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a power system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a wiring diagram showing an enlarged part of an emergency power generation module of the power system of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 전력계통 시스템은 외부 전력망(10), 전력거래소 제어부(20), 전력망 변압기(30), 구내 분전반(40), 일반 부하(50), 비상용 부하(60) 및 비상 발전 모듈(100)을 포함한다.1 and 2, the power system according to the present embodiment includes an
상기 외부 전력망(10)은 허용 범위 내의 주파수를 갖는 상용 전력을 전송 및 수용한다. 이때, 상기 상용 전력은 예를 들어, 3상 60Hz의 교류전류로 약 22,900V의 전압일 수 있다.The
상기 전력거래소 제어부(20)는 상기 외부 전력망(10) 내에서의 전력량 등을 체크하여 전력계통에서의 예비전력이 부족한지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 상기 전력거래소 제어부(20)는 상기 전력계통에서의 예비전력이 부족하다고 판단되면, 예비전력을 확보하기 위해 상기 비상 발전 모듈(100)을 제어할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 전력거래소 제어부(20)는 상기 전력계통의 예비전력이 기준치 이하로 판단되면, 예비전력 확보지령 및 전력망 동기화 정보를 포함하는 전력 제어신호를 생성하여 상기 비상 발전 모듈(100)로 제공할 수 있다. 한편, 상기 비상 발전 모듈(100)을 통해 예배전력을 확보하는 과정은 별도의 도면을 통해 추후 설명하고자 한다.The power
상기 전력망 변압기(30)는 일단이 상기 외부 전력망(10)과 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 구내 분전반(40)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 전력망 변압기(30)는 상기 일단을 통해 인가되는 상용 전력을 변압하여 상기 타단으로 전송하거나, 상기 타단을 통해 인가되는 임의의 전력을 변압하여 상기 일단으로 전송할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 전력망 변압기(30)는 상기 외부 전력망(10)을 통해 인가된 22,900V의 전압을 갖는 상용 전력을 380V의 전압으로 강압시켜 상기 구내 분전반(40)으로 출력시킬 수 있고, 이와 반대로 상기 구내 분전반(40)으로부터 인가되는 380V의 전압의 전력을 22,900V의 전압을 갖는 상용 전력으로 승압하여 상기 외부 전력망(10)을 출력시킬 수 있다.One end of the
상기 구내 분전반(40)은 상기 전력망 변압기(30)로부터 제공된 전력을 상기 일반 부하(50) 및 상기 비상용 부하(60)로 분할하여 제공하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 구내 분전반(40)은 상기 비상 발전 모듈(100)에서 생성된 비상 전력을 상기 전력망 변압기(30)로 전달하는 기능을 수행할 수도 있다. 이때, 상기 비상 발전 모듈(100)에서 생성된 비상 전력 중 일부는 상기 구내 분전반(40)을 통해 상기 일반 부하(50)로 제공될 수도 있다.The in-
상기 일반 부하(50)는 건물 내에 전력 소모가 필요한 각종 전기 및 전자 기기로, 상기 비상용 부하(60)를 제외한 부하를 말한다. 상기 비상용 부하(60)는 정전이 발생되었더라도 필수적으로 항시 기동되어야 하는 부하를 의미하고, 예를 들어 소방용 부하, 비상 탈출용 부하 등을 포함할 수 있다.The
상기 비상 발전 모듈(100)은 비상 전력을 발생시켜 상기 비상용 부하(40)로 제공하거나, 상기 구내 분전반(40) 및 상기 전력망 변압기(30)를 통해 상기 외부 전력망(10)으로 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 비상 발전 모듈(100)은 비상용 발전기(110), 인버터부(120), 제1 스위치부(130), 제2 스위치부(140), 제3 스위치부(150), 수신부(160), 정전 감지부(170) 및 비상발전 제어부(180)를 포함할 수 있다.The emergency
상기 비상용 발전기(100)는 정전과 같은 비상사태가 발생될 때 기동되어 비상 전력을 생성하는 발전기로, 기동이 보다 빠른 장점을 갖고 있는 화력 발전기인 것이 바람직하고, 구체적으로 예를 들면, 디젤을 원료로 기동하는 디젤화력 발전기일 수 있다. 이때, 상기 비상용 발전기(100)에서 발생되는 비상 전력은 3개의 전원선들(S상, R상, T상) 및 1개의 중성선을 포함하는 3상 4선식의 380V 교류전원일 수 있다.The emergency generator (100) is a generator that is activated when an emergency such as a power failure occurs and generates emergency electric power. The emergency generator (100) is preferably a thermal power generator having an advantage of quicker start. More specifically, for example, Or a diesel thermal power generator. In this case, the emergency power generated by the
상기 인버터부(120)는 상기 비상용 발전기(110)로부터 비상 전력을 인가받고, 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 상기 비상 전력를 변환하여 출력한다. 구체적으로, 상기 인버터부(120)는 상기 비상 전력 중 상기 3개의 전원선들과 연결되어 3상 전원만 인가받아 직류로 변환한 후, 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 다시 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 이때, 상기 인버터에서 출력되는 3상 전원은 상기 외부 전력망(10)에서 사용되는 상기 상용 전력의 허용 주파수와 동기화되어 출력된다. 즉, 상기 인버터에서 출력되는 3상 전원은 3상 60Hz 380V의 교류전원일 수 있다. 한편, 상기 인버터부(120)에 대한 자세한 설명은 별도의 도면을 이용하여 후술하기로 한다.The
상기 제1 스위치부(130)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되고, 상기 인버터부(120)에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 비상용 부하(60)와 상기 구내 분전반(40) 중 적어도 하나로 선택적으로 출력한다. 또한, 상기 제1 스위치부(130)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어, 상기 구내 분전반(40)에서 제공되는 상용 전력을 상기 비상용 부하(60)로 선택적으로 출력할 수 있다.The
구체적으로 예를 들면, 상기 제1 스위치부(130)는 전력망측 스위치(132) 및 비상용 부하측 스위치(134)를 포함할 수 있다. 상기 전력망측 스위치(132)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 상기 인버터부(120)에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 구내 배전반(40)로 선택적으로 제공한다. 상기 비상용 부하측 스위치(134)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어, 상기 인버터부(120)에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 비상용 부하(60)로 선택적으로 제공한다. 따라서, 상기 제1 스위치부(130)는 상기 인버터부(120)에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 구내 배전반(40) 및 상기 비상용 부하(60) 모두로, 또는 상기 구내 배전반(40) 및 상기 비상용 부하(60) 중 어느 하나로 전달할 수 있다. 또한, 상기 제1 스위치부(130)는 상기 구내 분전반(40)에서 제공되는 상용 전력을 상기 비상용 부하(60)로 전달할 수도 있다.Specifically, for example, the
상기 제2 스위치부(140)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 상기 비상용 발전기(110) 및 상기 비상용 부하(140) 사이를 선택적으로 연결시킨다. 이때, 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 상기 제2 스위치부(140)가 턴온(turn-on)될 경우, 상기 비상용 발전기(110)에서 생성된 상기 비상 전력은 상기 비상용 부하(140)로 직접 제공될 수 있다.The
상기 제3 스위치부(150)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 상기 비상용 발전기(110) 및 상기 인버터부(120) 사이를 선택적으로 연결시킨다. 따라서, 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되어 상기 제3 스위치부(150)가 턴오프(turn-off)되면, 상기 비상용 발전기(110)에서 생성된 상기 비상 전력이 상기 인버터부(120)로 제공되는 것을 차단시킬 수 있다.The
상기 수신부(160)는 상기 전력거래소 제어부(20)로부터 상기 전력 제어신호를 실시간으로 수신한다. 상기 수신부(160)는 무선 통신방법으로 통해 수신하는 것이 바람직하지만, 인터넷망 또는 유선통신망을 통해 수신할 수도 있다. 또한, 상기 수신부(160)는 상기 비상발전 제어부(180)에서 제공되는 신호를 상기 전력거래소 제어부(20)로 송신할 수 있는 송신 기능도 내장될 수 있다. 이와 다르게, 상기 수신부(160)와 별도로 상기 송신 기능을 수행하는 송신부(미도시)를 더 구비할 수도 있다.The receiving
상기 정전 감지부(170)는 상기 외부 전력망(10)에서 상기 전력망 변압기(30)로 제공되는 외부 전력, 즉 상용 전력을 실시간을 체크하고, 상기 외부 전력이 차단되어 정전이 발생되었을 경우 정전 신호를 발생시켜 상기 비상발전 제어부(180)로 제공할 수 있다. 이때, 상기 정전 감지부(170)는 상기 외부 전력망(10) 및 상기 전력망 변압기(30) 사이에서의 전력 흐름을 체크할 수도 있지만, 이와 다르게 상기 전력망 변압기(30) 및 상기 구내 분전반(40) 사이에서의 전력 흐름을 체크할 수도 있다.The electrostatic detecting
상기 비상발전 제어부(180)는 상기 비상 발전 모듈(100)에서의 모든 구성요소들과 전기적으로 연결되어 각각과 신호를 주고받아 제어할 수 있다.The emergency power
구체적으로, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 수신부(160)로부터 상기 전력 제어신호를 인가받고, 상기 전력 제어신호에 포함된 상기 예비전력 확보지령 및 전력망 동기화 정보에 따라, 상기 비상용 발전기(110), 상기 인버터부(120) 및 상기 제1 내지 제3 스위치부들(130, 140, 150)을 각각 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 예비전력 확보지령에 응답하여 상기 비상용 발전기로부터 상기 비상 전력이 발생되도록 상기 비상용 발전기를 턴온(turn-on)시키고, 상기 전력망 동기화 정보에 응답하여 상기 비상 전력이 상기 외부 전력망 내의 허용 주파수로 동기화되어 출력되도록 상기 인버터부(120)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 비상용 발전기에서 생성된 상기 비상 전력이 상기 인버터부(120)로만 제공되어 분배되도록 상기 제1 및 제3 스위치부들(130, 150)을 각각 턴온시키고, 상기 제2 스위치부(140)를 턴오프(turn-off)시킬 수 있다.Specifically, the emergency power
이와 다르게, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 정전 감지부(170)로부터 상기 정전 신호를 인가받고, 상기 정전 신호에 응답하여 상기 비상용 발전기에서 발생된 상기 비상 전력이 상기 비상용 부하(60)로만 직접 제공되도록 상기 제2 스위치부를 턴온(turn-on)시키고 상기 제3 스위치부를 턴오프(turn-off)시킬 수 있다.Alternatively, the emergency power
또는, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 수신부(160) 및 상기 정전 감지부(170) 중 어느 하나로부터 신호를 인가받지 못할 경우, 상기 외부 전력망(10)로부터 상용 전력이 정상적으로 인가되는 정상 구동시라도 판단하여, 상기 제1 스위치부(130)만을 턴온(turn-on)시키고 다른 구성요소들은 턴오프(turn-off) 또는 제어신호를 제공하지 않을 수 있다.Alternatively, when the signal is not received from any one of the receiving
한편, 상기 비상발전 제어부(180)는 비상 사태 발생시에도 동작이 가능하도록 전원 발생부(미도시), 예를 들어 SMPS(Switching Mode Power Supply)로부터 전원을 제공받을 수 있다. 이때, 상기 전원 발생부는 AC1 배선을 통해 상기 비상용 발전기(110)로부터 상기 비상 전력을 인가받거나, AC2 배선을 통해 상기 구내 배전반(40)으로부터 상기 상용 전력을 인가받을 수 있고, 이와 별도로 충전된 배터리로부터 전력을 인가받을 수도 있다.Meanwhile, the emergency power
도 3은 도 2의 비상 발전 모듈 중 인버터부를 확대해서 도시한 회로도이고, 도 4는 도 3의 인버터부 내에서 전원의 주파수 변환을 설명하기 위한 파형도이며, 도 5는 도 3의 비상 발전 모듈 중 내부 변압기부 및 스위칭부를 통해 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a circuit diagram showing an inverter section of the emergency power generation module shown in FIG. 2. FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the frequency conversion of the power supply in the inverter section of FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a process of converting a frequency through an internal transformer unit and a switching unit. FIG.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 인버터부(120)는 정류 회로부(121), 교류변환 회로부(122), 내부 변압기부(123), 스위칭부(124) 및 출력 필터부(125)를 포함할 수 있다.3, 4 and 5, the
상기 정류 회로부(121)는 상기 비상용 발전기(110)에서 발생되어 상기 제3 스위치부(150)을 통해 인가되는 상기 비상 전력 중 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 이를 직류로 변환하여 출력한다. 구체적으로 예를 들면, 상기 정류 회로부(121)는 상기 3상 전원을 반파 정류시켜 출력하는 다이오드 브릿지(diode-bridge) 회로, 및 상기 다이오드 브릿지 회로에서 출력된 반파 정류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 콘덴서 레귤레이션(condenser-regulation) 회로를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 정류 회로부(121)에서 출력되는 직류 파형은 도 4의 가 파형에 해당된다.The rectifying
상기 교류변환 회로부(122)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되고, 상기 정류 회로부(121)로부터 인가되는 상기 직류를 상기 외부 전력망(10) 내의 허용 주파수, 즉 60Hz의 오차 범위 내의 주파수보다 높은 주파수, 예를 들어 20kHz의 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 예를 들면, 상기 교류변환 회로부(122)는 상기 비상발전 제어부(180)로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들(Gate1)을 인가받고, 상기 PWM 제어신호들(Gate1)에 응답하여 상기 정류 회로부(121)로부터 인가되는 상기 직류를 20kHz의 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 여기서, 상기 PWM 제어신호들(Gate1)은 20kHz 주파수의 PWM 신호들로서, 도 4의 나의 파형에 해당되고, 상기 교류변환 회로부(122)에서 출력되는 상기 고주파 3상 전원은 도 4의 다 파형에 해당된다.The AC
상기 내부 변압기부(123)는 상기 교류변환 회로부(122)로부터 인가된 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시킨다. 이때, 상기 3개의 내부 변압기들은 각 상별로 분할되어 배치되며, 20kHz 주파수의 교류전원을 변환시키는 사용되는 고주파용 변압기들로써, 60Hz 주파수의 교류전원을 변환시키는 변압기보다 무게, 사이즈 및 가격 등이 낮은 특징을 갖는다.The
상기 스위칭부(124)는 상기 비상발전 제어부(180)에 의해 제어되고, 상기 내부 변압기부(123)로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수, 즉 60Hz와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 예를 들면, 상기 스위칭부(124)는 상기 비상발전 제어부(180)로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 스위칭 제어신호들(Gate2)을 인가받고, 상기 스위칭 제어신호들(Gate2)에 응답하여 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 60Hz와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 도 5에서와 같이 상기 스위칭부(124)는 60Hz와 동기화되도록 플러스 스위칭과 마이너스 스위칭을 주기적으로 병행하여 상기 고주파 3상 전원을 스위칭시킬 수 있다. 여기서, 상기 내부 변압기부(123) 및 상기 스위칭부(124)를 통해 출력되는 상기 일차 3상 전원은 도 4의 라 파형에 해당된다.The
상기 출력 필터부(125)는 상기 스위칭부(124)로부터 인가되는 상기 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력한다. 이때, 상기 출력 필터부(125)는 커패시터 및 인턱터 중 적어도 하나를 통해 상기 일차 3상 전원을 상기 이차 3상 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 여기서, 상기 출력 필터부(125)를 통해 출력되는 상기 이차 3상 전원은 도 4의 마 파형에 해당된다.The
이하, 위에서 설명한 전력계통 시스템이 정상 구동시, 예비전력 부족시 및 정전 발생시에 따라 구동되는 일례를 설명하고자 한다.Hereinafter, an example will be described in which the power system described above is driven in accordance with normal operation, shortage of standby power, and occurrence of a power failure.
도 6은 도 1의 전력계통 시스템이 정상 구동시 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram for explaining the flow of power when the power system of FIG. 1 is in normal operation.
우선 도 6을 참조하면, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 수신부(160)로부터 상기 전력 제어신호와, 상기 정전 감지부(170)로부터 상기 정전 신호 중 어느 하나라도 인가받지 못할 경우, 정상 구동시라고 판단한다. 이때, 상기 정상 구동시는 상기 외부 전력망(10)로부터 상용 전력이 정상적으로 인가되고, 상기 예비전력이 부족하지 않은 상태를 의미한다.6, when the power control signal from the receiving
이와 같이 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 정상 구동시라고 판단되면, 상기 제1 스위치부(130)만을 턴온(turn-on)시키고, 상기 비상용 발전기(110) 및 상기 인버터부(120)를 구동 및 제어하지 않거나 상기 제2 및 제3 스위칭부들(140, 150)을 턴오프(turn-off)시킨다. 그 결과, 상기 외부 전력망(10)로부터 제공되는 상용 전력이 상기 전력망 변압기(30)를 통해 감압된 후, 상기 구내 분전반(40)에서 분배되어 상기 일반 부하(50) 및 상기 비상용 부하(60)로 각각 제공될 수 있다.The emergency power
도 7은 도 1의 전력계통 시스템이 예비전력 부족시 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for explaining the flow of power when the power system of FIG. 1 is in a standby power shortage.
도 7을 참조하면, 우선 상기 전력 거래소 제어부(20)는 상기 외부 전력망(10) 내의 예비전력량을 체크하여 상기 전력계통에서의 예비전력이 기준치 이하라고 판단되면, 상기 전력 제어신호를 생성하여 무선 또는 유선 통신방법으로 상기 수신부(160)로 제공한다. 이때, 상기 전력 제어신호는 상기 예비전력 확보지령 및 상기 전력망 동기화 정보를 포함하고 있다.7, first, the power
이후, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 수신부(160)로부터 상기 전력 제어신호를 제공받아 상기 전력계통에서의 예비전력 부족을 보상할 수 있도록 상기 비상용 발전기(110)를 가동시켜 비상 전력을 상기 외부 전력망(10)으로 제공한다.The emergency
구체적으로, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 예비전력 확보지령에 응답하여 상기 비상용 발전기(110)로부터 상기 비상 전력이 발생되도록 상기 비상용 발전기를 턴온(turn-on)시키고, 상기 전력망 동기화 정보에 응답하여 상기 비상 전력이 상기 외부 전력망 내의 허용 주파수, 즉 60Hz로 동기화되어 출력되도록 상기 인버터부(120)를 제어할 수 있다. 이때, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 비상용 발전기에서 생성된 상기 비상 전력이 상기 인버터부(120)로만 제공되어 상기 제1 스위치부(130)에서 상기 비상용 부하(60) 및 상기 구내 분전반(40)으로 분배되도록 상기 제1 및 제3 스위치부들(130, 150)을 각각 턴온시키고, 상기 제2 스위치부(140)를 턴오프(turn-off)시킬 수 있다. 그 결과, 상기 구내 분전반(40)로 제공된 상기 비상 전력은 상기 전력망 변압기(30)을 통해 승압되어 상기 외부 전력망(10)으로 제공될 수 있다. 한편, 상기 구내 분전반(40)로 제공된 상기 비상 전력의 일부는 상기 일반 부하(50)로 제공될 수도 있지만, 상기 일반 부하(50)로 인가되는 것이 차단될 수도 있다.Specifically, the emergency power
도 8은 도 1의 전력계통 시스템이 정전 발생시 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a view for explaining the flow of electric power when the power system of FIG. 1 generates a power failure. FIG.
도 8을 참조하면, 우선, 상기 정전 감지부(170)는 상기 외부 전력망(10)에서 상기 전력망 변압기(30)로 제공되는 외부 전력, 즉 상용 전력을 실시간을 체크하고, 상기 외부 전력이 차단되어 정전이 발생되었을 경우 정전 신호를 발생시켜 상기 비상발전 제어부(180)로 제공한다.Referring to FIG. 8, first, the electrostatic
이후, 상기 비상발전 제어부(180)는 상기 정전 감지부(170)로부터 상기 정전 신호를 인가받고, 상기 정전 신호에 응답하여 상기 비상용 발전기에서 발생된 상기 비상 전력이 상기 비상용 부하(60)로만 직접 제공되도록 상기 제2 스위치부를 턴온(turn-on)시키고 상기 제3 스위치부를 턴오프(turn-off)시킬 수 있다. 그 결과, 상기 비상용 발전기에서 발생된 상기 비상 전력은 상기 비상용 부하(60)를 동작시키는 용도로만 사용될 수 있다.Thereafter, the emergency power
이와 같이 본 실시예에 따르면, 특정 건물별로 구비되어 전력계통의 정전이 감지된 경우 기동하게 되는 상기 비상용 발전기(110)를 상기 전력계통의 예비전력이 부족할 때 전력거래소의 지령에 따라 상기 비상용 발전기(110)를 구동시켜 주파수와 전압을 조정한 후 전력계통에 투입함으로써 상기 예비전력의 부족을 해결할 수 있다. 이에 따라, 상기 예비전력의 부족을 해소시키기 위한 신설 발전소의 건설 등과 같은 많은 비용과 기간을 필요로 하는 방안을 대체할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, when the
또한, 상기 인버터부(120) 내에 각 상에 따라 구별되어 배치된 상기 3개의 내부 변압기들과 이와 연결된 상기 스위치부(124)를 구비하여, 상기 외부 전력망(10)의 상용 주파수인 60Hz와 동기화시킴에 따라, 종래와 같은 60Hz용 변압기 사용을 대체할 수 있다. 즉, 엄청나게 크고 무거우며 고가이고 설치 면적도 많이 차지하는 60Hz용 변압기 대신에, 부피가 작고 저가인 3개의 내부 변압기들을 사용함으로써, 인버터를 설치하는데 소용되는 비용을 보다 감소시킬 수 있다.
The
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 자동차 20 : 전력거래소 제어부
30 : 전력망 변압기 40 : 구내 분전반
50 : 일반 부하 60 : 비상용 부하
100 : 비상 발전 모듈 110 : 비상용 발전기
120 : 인버터부 130 : 제1 스위치부
140 : 제2 스위치부 150 : 제3 스위치부
160 : 수신부 170 : 정전 감지부
180 : 비상발전 제어부10: car 20: power exchange control unit
30: Power network transformer 40: Distribution board in the premises
50: Normal load 60: Emergency load
100: emergency generator 110: emergency generator
120: inverter unit 130: first switch unit
140: second switch unit 150: third switch unit
160: Receiving unit 170:
180: Emergency power generation control unit
Claims (16)
상기 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 직류를 출력하는 정류 회로부;
상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 외부 전력망 내의 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력하는 교류변환 회로부;
상기 교류변환 회로부로부터 인가된 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시키는 내부 변압기부;
상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부로부터 인가되는 상기 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 출력 필터부를 포함하는 인버터 장치.1. An inverter device for use in an emergency generator for outputting three-phase, four-wire AC power including three power lines and one neutral line,
A rectifier circuit unit receiving three-phase power from the three power supply lines and outputting a direct current;
An AC conversion circuit unit for converting the direct current applied from the rectifying circuit unit into a high frequency three-phase power supply having a frequency higher than an allowable frequency in an external power network and outputting the converted power;
An internal transformer unit for outputting the high-frequency three-phase power supplied from the AC conversion circuit unit through three internal transformers divided for each phase;
A switching unit for switching the high-frequency three-phase power source output from the internal transformer unit to be synchronized with the allowable frequency for each phase, converting the high-frequency three-phase power source to a primary three-phase power source, And
And an output filter unit for filtering the primary three-phase power supplied from the switching unit and converting the primary three-phase power to a secondary three-phase power having a sine wave shape.
외부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들을 인가받고, 상기 PWM 제어신호들에 응답하여 상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.The apparatus according to claim 1, wherein the AC conversion circuit portion
A total of twelve PWM (Pulse Width Modulation) control signals are supplied from the outside to each phase, and in response to the PWM control signals, the direct current applied from the rectifying circuit is converted into the high frequency three phase power and output Characterized by an inverter device.
외부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 스위칭 제어신호들을 인가받고, 상기 스위칭 제어신호들에 응답하여 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the switching unit
Phase switching power supply for switching the high-frequency three-phase power supply output from the internal transformer unit in synchronism with the allowable frequency for each phase in response to the switching control signals, Phase power supply and outputs the converted three-phase power supply.
상기 3상 전원을 반파 정류시켜 출력하는 다이오드 브릿지(diode-bridge) 회로; 및
상기 다이오드 브릿지 회로에서 출력된 반파 정류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 콘덴서 레귤레이션(condenser-regulation) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.2. The rectifier circuit according to claim 1,
A diode-bridge circuit for half-wave rectifying and outputting the three-phase power supply; And
And a condenser-regulation circuit for converting the half-wave rectified power output from the diode bridge circuit into direct current power and outputting the converted power.
상기 비상용 발전기로부터 인가된 상기 비상 전력을 변환하여 출력할 수 있는 인버터부를 포함하고,
상기 인버터부는
상기 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 직류를 출력하는 정류 회로부;
상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 외부 전력망의 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력하는 교류변환 회로부;
상기 교류변환 회로부로부터 인가된 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시키는 내부 변압기부;
상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부로부터 인가되는 상기 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 출력 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 발전 모듈.An emergency generator capable of generating three phase, four-wire, alternating current source of emergency power including three power lines and one neutral line; And
And an inverter unit capable of converting and outputting the emergency power applied from the emergency generator,
The inverter unit
A rectifier circuit unit receiving three-phase power from the three power supply lines and outputting a direct current;
An alternating current conversion circuit section for converting the direct current applied from the rectifying circuit section into a high frequency three-phase power supply having a frequency higher than an allowable frequency of the external power network and outputting the same;
An internal transformer unit for outputting the high-frequency three-phase power supplied from the AC conversion circuit unit through three internal transformers divided for each phase;
A switching unit for switching the high-frequency three-phase power source output from the internal transformer unit to be synchronized with the allowable frequency for each phase, converting the high-frequency three-phase power source to a primary three-phase power source, And
And an output filter unit for filtering the primary three-phase power supplied from the switching unit and converting the primary three-phase power to a secondary three-phase power having a sine wave shape.
상기 수신부로부터 상기 전력 제어신호를 제공받아 상기 비상용 발전기 및 상기 인버터부를 제어하는 비상발전 제어부를 더 포함하는 비상 발전 모듈.6. The apparatus of claim 5, further comprising: a receiver for receiving a power control signal transmitted from the outside; And
And an emergency power generation control unit for receiving the power control signal from the receiving unit and controlling the emergency generator and the inverter unit.
상기 비상발전 제어부는
상기 예비전력 확보지령에 응답하여, 상기 비상용 발전기로부터 상기 비상 전력이 발생되도록 상기 비상용 발전기를 턴온(turn-on)하고,
상기 전력망 동기화 정보에 응답하여, 상기 비상 전력이 상기 허용 주파수로 동기화되어 출력되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 비상 발전 모듈.The power control system of claim 6, wherein the power control signal is generated by a power exchange control unit when the preliminary power of the power system is determined to be equal to or lower than a reference value,
The emergency power generation control unit
In response to the preliminary power reserve command, turns on the emergency generator so that the emergency power is generated from the emergency generator,
And in response to the power grid synchronization information, controls the inverter unit so that the emergency power is synchronized with the allowable frequency to be output.
상기 비상발전 제어부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들을 인가받고, 상기 PWM 제어신호들에 응답하여 상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 비상 발전 모듈.8. The apparatus according to claim 7, wherein the AC conversion circuit portion
A total of twelve PWM (Pulse Width Modulation) control signals are supplied from the emergency power generation controller to four phases of each phase, and the DC power applied from the rectifying circuit is converted into the high frequency three phase power in response to the PWM control signals And outputs the output signal.
상기 비상발전 제어부로부터 각 상별로 4개씩 총 12개의 스위칭 제어신호들을 인가받고, 상기 스위칭 제어신호들에 응답하여 상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 비상 발전 모듈.8. The apparatus of claim 7, wherein the switching unit
And a control unit for receiving 12 switching control signals in total of 4 for each phase from the emergency power generation controller and for synchronizing the high frequency three phase power outputted from the internal transformer unit with the allowable frequency in response to the switching control signals, And outputs the converted power to the primary three-phase power source.
상기 비상 발전 모듈에서 출력된 상기 비상 전력을 외부 전력망 내의 허용 전압으로 변압하여 상기 외부 전력망으로 제공하는 전력망 변압기를 포함하고,
상기 인버터부는
상기 3개의 전원선들로부터 3상 전원을 인가받아 직류를 출력하는 정류 회로부;
상기 정류 회로부로부터 인가되는 상기 직류를 상기 외부 전력망의 허용 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파 3상 전원으로 변환하여 출력하는 교류변환 회로부;
상기 교류변환 회로부로부터 인가된 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 분할된 3개의 내부 변압기들을 통해 출력시키는 내부 변압기부;
상기 내부 변압기부로부터 출력되는 상기 고주파 3상 전원을 각 상별로 상기 허용 주파수와 동기화되도록 스위칭하여 일차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부로부터 인가되는 상기 일차 3상 전원을 필터링하여 사인파(sine wave) 형태를 갖는 이차 3상 전원으로 변환하여 출력하는 출력 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.An emergency generator including an emergency generator connected to the emergency generator and capable of generating three-phase four-wire alternating-current induction cause power including three power lines and one neutral line, and an inverter unit converting and outputting the emergency power applied from the emergency generator Power generation module; And
And a power network transformer transforming the emergency power output from the emergency power generation module to an allowable voltage in an external power network and providing the transformed voltage to the external power network,
The inverter unit
A rectifier circuit unit receiving three-phase power from the three power supply lines and outputting a direct current;
An AC conversion circuit part for converting the direct current applied from the rectifying circuit part into a high frequency three-phase power having a frequency higher than an allowable frequency of the external power network and outputting the converted power;
An internal transformer unit for outputting the high-frequency three-phase power supplied from the AC conversion circuit unit through three internal transformers divided for each phase;
A switching unit for switching the high-frequency three-phase power source output from the internal transformer unit to be synchronized with the allowable frequency for each phase, converting the high-frequency three-phase power source to a primary three-phase power source, And
And an output filter unit for filtering the primary three-phase power supplied from the switching unit and converting the primary three-phase power to a secondary three-phase power having a sine wave type.
상기 비상 발전 모듈은
상기 전력 거래소 제어부로부터 전송된 상기 전력 제어신호를 수신하는 수신부; 및
상기 수신부로부터 상기 전력 제어신호를 제공받아 상기 비상용 발전기 및 상기 인버터부를 제어하는 비상발전 제어부를 더 포함하며,
상기 비상발전 제어부는
상기 예비전력 확보지령에 응답하여, 상기 비상용 발전기로부터 상기 비상 전력이 발생되도록 상기 비상용 발전기를 턴온(turn-on)하고,
상기 전력망 동기화 정보에 응답하여, 상기 비상 전력이 상기 허용 주파수로 동기화되어 출력되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.The power control system according to claim 10, further comprising a power exchange controller for generating a power control signal including a reserve power reserve command and power grid synchronization information when the reserve power of the power system is determined to be equal to or lower than a reference value,
The emergency power generation module
A receiving unit receiving the power control signal transmitted from the power exchange control unit; And
Further comprising an emergency power generation control unit for receiving the power control signal from the receiving unit and controlling the emergency generator and the inverter unit,
The emergency power generation control unit
In response to the preliminary power reserve command, turns on the emergency generator so that the emergency power is generated from the emergency generator,
And in response to the power grid synchronization information, controls the inverter unit so that the emergency power is synchronized with the allowable frequency to be output.
상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고, 상기 인버터부에서 출력된 상기 비상 전력을 비상용 부하와 상기 전력망 변압기 중 적어도 하나로 선택적으로 출력하는 제1 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.12. The system of claim 11, wherein the emergency power generation module
Further comprising a first switch unit that is controlled by the emergency power generation control unit and selectively outputs the emergency power output from the inverter unit to at least one of the emergency load and the power network transformer.
상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고, 상기 인버터부에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 전력망 변압기로 선택적으로 제공하는 전력망측 스위치; 및
상기 비상발전 제어부에 의해 제어되고, 상기 인버터부에서 출력된 상기 비상 전력을 상기 비상용 부하로 선택적으로 제공하는 비상용 부하측 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.The apparatus as claimed in claim 12, wherein the first switch unit
A power network side switch controlled by the emergency power generation control unit and selectively providing the emergency power output from the inverter unit to the power network transformer; And
And an emergency load side switch controlled by the emergency power generation control unit and selectively providing the emergency power output from the inverter unit to the emergency load.
상기 비상발전 제어부에 의해 제어되어, 상기 비상용 발전기 및 상기 비상용 부하 사이를 선택적으로 연결시키는 제2 스위치부; 및
상기 비상발전 제어부에 의해 제어되어, 상기 비상용 발전기 및 상기 인버터부 사이를 선택적으로 연결시키는 제3 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.13. The emergency power generation module of claim 12,
A second switch unit controlled by the emergency power generation control unit to selectively connect between the emergency generator and the emergency load; And
Further comprising a third switch unit controlled by the emergency power generation control unit to selectively connect between the emergency generator and the inverter unit.
상기 외부 전력망에서 상기 전력망 변압기로 제공되는 외부 전력을 실시간을 체크하고, 상기 외부 전력이 차단되어 정전이 발생되었을 경우 정전 신호를 발생시켜 상기 비상발전 제어부로 제공하는 정전 감지부를 더 포함하고,
상기 비상발전 제어부는
상기 정전 신호에 응답하여, 상기 비상용 발전기에서 발생된 상기 비상 전력이 상기 비상용 부하로만 직접 제공되도록 상기 제2 스위치부를 턴온(turn-on)시키고 상기 제3 스위치부를 턴오프(turn-off)시키는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.15. The emergency power generation module according to claim 14,
Further comprising a power failure detection unit for checking the external power supplied to the power network transformer from the external power network in real time and generating an electric power failure signal when the external power is cut off and generating a power failure signal,
The emergency power generation control unit
Turning on the second switch unit and turning off the third switch unit such that the emergency power generated in the emergency generator is provided directly to the emergency load only in response to the power failure signal Features a power system.
상기 수신부로부터 상기 전력 제어신호가 수신되면, 상기 제2 스위치부를 턴오프시키고 상기 제3 스위치부를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 전력계통 시스템.15. The apparatus as claimed in claim 14, wherein the emergency power generation control section
And when the power control signal is received from the receiving unit, turns off the second switch unit and turns on the third switch unit.
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