KR101666014B1 - 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 ups 동기화 시스템 및 방법 - Google Patents

인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 ups 동기화 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템은 부하에 공급되는 상용 전원이 차단되었을 때 부하에 비상 전원을 공급하여 정전에 대비하고, 상용 전원이 차단되었을 때 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터가 2개 이상 장착된 무정전 전원 공급 장치(UPS)와; 상기 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 제공하는 정보 제공 수단; 상기 정보 제공 수단으로부터 제공된 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 인버터로부터 출력되는 교류 전원과 합성하여 변조하는 변조부; 상기 변조부에 의해 변조된 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 원래 신호로 복원시키는 복조부; 및 상기 복조부에 의해 복조된 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 각 인버터별로 수집하는 중앙 제어부로 이루어진다.

Description

인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법{PARALLEL UPS SYNCHRONIZATION SYSTEM USING POWER LINE COMMUNICATION OF INVERTER OUTPUT, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전력선 통신을 통해 복수 개의 UPS 정보나, 부하 정보, 또는 인버터로부터 출력되는 전압의 동기 정보를 수신받은 다음, UPS에 설치된 복수개의 인버터의 출력 전압의 위상을 동기화시키는 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)는 상용 전원에서 발생 가능한 전원 장애를 극복하여 양질의 안정된 교류 전력을 부하에 공급하기 위한 장치로서, 정류부와 인버터, 배터리를 포함한다.
상기 무정전 전원 공급 장치는 상용 전원을 공급하다가 정전 등이 발생하면 배터리의 충전 전압을 인버터로 교류화하여 공급함과 더불어, 출력 전압의 변동이나, 주파수 변동, 순간 정전, 또는 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고, 항상 안정된 전원을 공급하여 주는 장치이다.
이러한 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 유지 보수와 장애 대처에 용이하고 용량 증설을 쉽게 하기 위하여 적어도 2대 이상의 개별 무정전 전원 공급 장치가 출력 버스를 공유하여 병렬 운전하도록 구성된다.
한편, 상기 병렬 운전 시스템은 라인 임피던스 및 특성 차이로 순환 전류가 발생하기 때문에 원활한 병렬 운전을 위해서는 각 무정전 전원 공급 장치 사이에 제어 신호를 교환하여 소정의 부하 분산 알고리즘에 따라 운전을 제어할 필요가 있다.
종래에 병렬 운전을 위한 제어 방식으로는 집중식 제어 방식과, 마스터 슬레이브 제어 방식, 및 핫 싱크 제어 방식 등이 알려져있다.
상기 집중식 제어 방식은 병렬 제어반에서 바이패스 전원과 일치하는 동기 신호를 발생하고 각각의 독립된 병렬 제어기에 동기 펄스를 인가하여 주파수와 위상 검출을 가능하게 하는 방식으로서 아날로그 전압 및 전류 지령에 의한 병렬 신호 및 상태를 전달하는 방식이다.
상기 마스터 슬레이브 제어 방식은 슬레이브 UPS의 전류 기준값을 마스터 UPS의 출력 전류값으로 모든 슬레이브 UPS가 공유하는 방식이다.
상기 핫 싱크 제어 방식은 각각의 UPS별로 유효 전력에 따른 위상 및 주파수 수하 제어를 수행하고 무효 전력에 따른 출력 전압 수하 제어를 통해 전력을 분담하는 방식으로서, CAN 네트워크 통신으로 상태 신호를 전달하는 방식이다.
하지만, 상기 집중식 제어 방식이나, 마스터 슬레이브 제어 방식, 또는 핫 싱크 제어 방식은 각 제어반이나 복수의 UPS 간에 별도의 통신 케이블을 통해 정보를 주고 받아야 함으로 기구적 구조가 복잡할 뿐만 아니라 미관이 어지럽고 설치 및 유지 보수가 번거롭다는 문제점이 있었다.
한편, 본 발명의 선행 기술로는 특허등록번호 "10-1617346"호의 "무정전 전원 공급 장치"가 출원되어 등록되었는데, 상기 무정전 전원 공급 장치는 상용 전원에서 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 전력을 공급하는 인버터, 상기 인버터 출력 전압의 위상이 기준 전압의 위상을 추종하도록 위상 제어 신호를 생성하는 동기화부, 및 상기 상용 전원에 발생 된 장애가 감지되면, 상기 기준 전압을 상기 부하에 공급되는 출력 전압으로 설정하는 제어부를 포함하되, 상기 동기화부는 제어부의 제어 신호에 따라 기준 전압으로 결정된 상기 부하에 공급되는 출력 전압의 위상을 검출하는 전압 검출부, 및 상기 인버터 출력 전압의 위상이 기준 전압으로 결정된 부하에 공급되는 출력 전압의 위상을 추종하도록 제어하는 신호를 생성하는 위상 제어 신호 생성부를 포함한다.
대한민국 특허등록번호 10-0315415 (2002.2.28) 대한민국 특허공개번호 10-2015-0141316 (2015.12.18) 대한민국 특허등록번호 10-1617346 (2016.5.2)
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 중앙 제어반이 전력선 통신으로 복수 개의 UPS에 관한 데이터를 수신받을 수 있도록 함으로써 기구적인 구조가 간단하고, 미관이 미려하며, 설치 및 유지 보수가 간편한 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 복수 개의 인버터 출력 전압의 위상을 맞춰 순환 전류에 의한 시스템 손상을 방지할 수 있는 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템은 부하에 공급되는 상용 전원이 차단되었을 때 부하에 비상 전원을 공급하여 정전에 대비하고, 상용 전원이 차단되었을 때 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터가 2개 이상 장착된 무정전 전원 공급 장치(UPS)와; 상기 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 제공하는 정보 제공 수단; 상기 정보 제공 수단으로부터 제공된 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 인버터로부터 출력되는 교류 전원과 합성하여 변조하는 변조부; 상기 변조부에 의해 변조된 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 원래 신호로 복원시키는 복조부; 및 상기 복조부에 의해 복조된 각각의 인버터가 속한 무정전 전원 공급 장치에 대한 정보나, 상기 인버터가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 각 인버터별로 수집하는 중앙 제어부로 이루어진다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법은 중앙 제어반이 별도의 통신 케이블 없이 전력선 통신을 통해 각각의 UPS 정보나 부하 정보 또는 마스터 인버터와 슬레이브 인버터 사이의 출력 전압에 대한 위상 차이를 검출하고, 마스터 인버터와 슬레이브 인버터 사이의 출력 전압에 대한 위상 차이를 참고하여 슬레이브 인버터의 위상을 제어함으로써 마스터 인버터와 슬레이브 인버터로부터 출력되는 전압을 동기화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법은 중앙 제어반이 전력선 통신을 통해 복수 개의 UPS로부터 데이터를 수신받을 수 있도록 함으로써 기구적인 구조가 간단하고, 미관이 미려하며, 설치 및 유지 보수가 간편하다.
또한, 본 발명은 복수 개의 인버터 출력 전압 위상을 맞춰 순환 전류에 의한 시스템 손상을 방지할 수 있다.
도면 1은 본 발명의 시스템 구성도,
도면 2는 각각의 인버터의 전력선에 장착된 변조부와 복조부를 도시한 도면,
도면 3은 인버터와, 변조부, 복조부를 도시한 도면,
도면 4는 정보 제공 수단과, 변조부를 도시한 도면,
도면 5는 인버터로부터 출력된 60Hz의 교류 전원에 정보 제공 수단으로부터 제공된 데이터가 합성 변조된 상태를 도시한 도면,
도면 6은 복조부에 대한 제어 블록도,
도면 7은 하이 패스 필터의 출력 신호를 도시한 도면,
도면 8은 반전 비교기와 비반전 비교기 및 RS 플립플롭의 출력 신호를 도시한 도면,
도면 9는 마스터 인버터와 슬레이브 인버터의 출력 전압 사이의 오프셋 값 즉, 위상 차이를 도시한 도면,
도면 10은 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 방법에 대한 제어 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템은 도면 1과 도면 3에 도시한 바와 같이, 부하에 공급되는 상용 전원이 차단되었을 때 부하에 비상 전원을 공급하여 정전에 대비하고, 상용 전원이 차단되었을 때 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(3)가 2개 이상 장착된 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)(1)와; 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 제공하는 정보 제공 수단(5); 상기 정보 제공 수단(5)으로부터 제공된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 인버터(3)로부터 출력되는 교류 전원과 합성하여 변조하는 변조부(7); 상기 변조부(7)에 의해 변조된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 원래 신호로 복원시키는 복조부(9); 및 상기 복조부(9)에 의해 복조된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 각 인버터(3)별로 수집하는 중앙 제어부(11)로 이루어질 수 있다.
상기 무정전 전원 공급 장치(1)(UPS)는 배터리와, 상용 전원을 입력받아 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부, 배터리의 직류 전압을 승압시키는 승압 회로부, 정전으로 인해 상용 전원이 차단되었을 때 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(Load)에 공급하는 인버터(3)를 포함한다.
상기 인버터(3)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 직류 전원을 정현파 형태의 교류 전원으로 변환하고, 상기 배터리로부터 공급된 직류 전원을 스위칭시켜 교류 전원으로 변환하는 교류 전원 출력부(47)와, 상기 교류 전원 출력부(47)로부터 출력된 노이즈 성분을 감쇄하는 필터부(45)로 이루어질 수 있다.
상기 교류 전원 출력부(47)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 입력단에 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원이 입력된 제1 스위치(51)와, 입력단이 제1 스위치(51)의 출력단에 연결되고 출력단이 접지된 제2 스위치(53), 입력단에 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원이 입력된 제3 스위치(55), 입력단이 제3 스위치(55)의 출력단에 연결되고 출력단이 접지된 제4 스위치(57), 및 상기 제1 스위치(51)와 제4 스위치(57)를 턴-온(Turn-On)시켜 제1 스위치(51)와 제3 스위치(55)의 출력단으로부터 정현 파형의 상부 레일(higher rail)을 출력하고 제2 스위치(53)와 제3 스위치(55)를 턴-온(Turn-On)시켜 제1 스위치(51)와 제3 스위치(55)의 출력단으로부터 정현 파형의 하부 레일(Lower rail)을 출력하도록 하는 스위치 제어부(59)로 이루어질 수 있다.
상기 스위치는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)나, 절연 게이트 바이폴라 접합 트랜지스터(IGBT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMTs)를 포함한다.
상기 필터부(45)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 일단이 제3 스위치(55)의 출력단에 연결된 인덕터(61)와, 한쪽 전극이 인덕터(61)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 제1 스위치(51)의 출력단에 연결된 제2 커패시터(63)로 이루어져, 교류 전원 출력부(47)로부터 출력된 교류 신호의 주파수에 따라 인덕터(61)의 유도성 리액턴스와, 제2 커패시터(63)의 용량성 리액턴스가 변화되어 60Hz의 정현파 교류 전원을 출력한다.
상기 변조부(7)는 도면 4에 도시한 바와 같이, 양단에 정보 제공 수단(5)으로부터 출력된 디지털 신호가 입력되는 트랜스포머(13)의 1차측 코일(15)과, 일단이 인버터(3)의 하트상 선로에 연결되고 1차측 코일(15)로부터 전자기 유도 법칙에 의해 정보 제공 수단(5)으로부터 출력된 디지털 신호를 입력받아 정보 제공 수단(5)으로부터 출력된 디지털 신호와 인버터(3)의 교류 전원을 합성 변조하는 트랜스포머(13)의 2차측 코일(17), 및 한쪽 전극이 상기 2차측 코일(17)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 인버터(3)의 중성 선에 연결되어 인버터(3)의 출력 전압으로 충전된 충전 커패시터(19)로 이루어질 수 있다.
상기 2차측 코일(17)로 입력된 디지털 신호는 인버터(3)의 교류 전압의 위상(Phase)에 합성된다.
도면 5는 인버터로부터 출력된 60Hz의 교류 전원에 정보 제공 수단으로부터 제공된 데이터가 합성 변조된 상태를 도시한 도면이다.
상기 복조부(9)는 도면 6에 도시한 바와 같이, 인버터(3)의 출력 전력선으로부터 출력된 신호 중 인버터(3)로부터 출력된 60Hz 교류 전원은 차단하고 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보가 포함된 18kHz 내지 22kHz의 신호를 추출하는 하이 패스 필터(21)와, 상기 하이 패스 필터(21)로부터 추출된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보가 포함된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 중앙 제어부(11)로 전송하는 디지털 변환부(23)로 이루어질 수 있다.
상기 하이 패스 필터(21)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 한쪽 전극에 변조부(7)의 출력 신호가 입력된 제1 커패시터(25)와, 일단이 제1 커패시터(25)의 다른 한쪽 전극에 연결되고 타단이 접지된 제1 저항(27)으로 이루어져, 변조부(7)로부터 입력된 60Hz 교류 전원은 차단하고, 18kHz 내지 22kHz의 신호는 통과시킨다.
상기 하이 패스 필터(21)는
Figure 112016058798402-pat00001
이후의 신호를 통과시킨다.
이때, 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보와 합쳐진 60Hz의 교류 성분은 제거하기에 상당히 힘들다.
따라서, 상기 하이 패스 필터(21)를 설계할 때 RC 시정수를 6us 내외로 조정함으로 써 스위칭 주기(20kHz의 경우 50us)내에 제1 커패시터(25)가 완전히 충전 또는 방전되도록 한다.
이때, 상기 하이 패스 필터(21)는 60Hz 성분을 완전히 제거한 다음, 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보 또는 상기 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보를 도면 7에 도시한 바와 같이, 상승 에지(Rising Edge)나 하강 에지(Falling Edge)로 출력한다.
상기 디지털 변환부(23)는 도면 6에 도시한 바와 같이, 상기 하이 패스 필터(21)로부터 출력되는 전압이 기준 전압 이상일 때 하이(High) 신호를 출력하는 반면, 상기 하이 패스 필터(21)로부터 출력되는 전압이 기준 전압 이하일 때 로우(Low) 신호를 출력하는 비반전 비교기(29)와, 상기 하이 패스 필터(21)로부터 출력되는 전압이 기준 전압 이하일 때 하이(High) 신호를 출력하는 반면, 상기 하이 패스 필터(21)로부터 출력되는 전압이 기준 전압 이상일 때 로우(Low) 신호를 출력하는 반전 비교기(31)를 포함한다.
상기 디지털 변환부(23)은 도면 6과 도면 8에 도시한 바와 같이, 세트(Set) 단자에 비반전 비교기(29)의 출력 신호가 입력되고 리셋(Reset) 단자에 반전 비교기(31)의 출력 신호가 입력되어 세트 단자에 하이(High) 신호가 입력되고 리셋 단자에 로우(Low) 신호가 입력되었을 때 출력 단자인 Q단자로부터 하이(High) 신호가 출력되는 반면, 세트 단자에 로우(Low) 신호가 입력되고 리셋 단자에 하이 신호가 입력되었을 때 출력 단자인 Q단자로부터 로우(Low) 신호가 출력되며, 세트 단자에 로우(Low) 신호가 입력되고 리셋 단자에 로우 신호가 입력되었을 때 출력 단자인 Q단자는 현재 출력 상태를 유지하는 RS 플립플롭(33)(Flip Flop)으로 구성될 수 있다.
상기 RS 플립플롭(33)은 중앙 제어부(11)의 입력 포트에 전압 레벨을 맞춰 데이터 코드를 입력하게 된다.
또한, 본 발명은 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)로부터 출력되는 전압의 위상을 맞추기 위해 상기 중앙 제어부(11)는 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍의 전후 시간동안 슬레이브 인버터(3)를 정지시켜 슬레이브 인버터(3)로부터 교류 전원이 출력되지 않도록 한다.
이때, 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍의 전후 시간은 1ms임이 바람직하다.
다음, 상기 중앙 제어부(11)는 A/D 컨버터를 이용하여 마스터 인버터(3)로부터 출력되는 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환한 다음, 변환된 디지털 신호를 전압 값으로 환산한다.
다음, 상기 중앙 제어부(11)는 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍(Zero crossing Point)을 구한다.
다음, 상기 중앙 제어부(11)는 각각의 인버터(3)에 장착된 정보 제공 수단(5)과 변조부(7) 및 복조부(9)를 통해 입력된 각각의 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍을 수신받은 다음, 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍의 시간 차이인 오프셋 값(Offset Value)을 구한다.
다음, 상기 중앙 제어부(11)는 다시 슬레이브 인버터(3)를 구동시킬 때 산출된 오프셋 값이 보상되어 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압의 위상이 일치하도록 슬레이브 인버터(3) 내부의 스위칭 소자를 제어한다.
이때, 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍일 때에는 전류의 흐름이 없어 슬레이브 인버터(3)의 구동 정지는 안정적인 부하 전력 공급에 문제가 없으며, 복수의 시스템이 순차적으로 제로 포인트 모니터링(Zero Point Monitoring)을 진행하여 혹시 발생 될 수 있는 장애를 예방할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 방법은 도면 10에 도시한 바와 같이, 정보 제공 수단(5)이 무정전 전원 공급 장치(1)에 장착되면서 출력 전력선이 공통 연결된 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍 정보인 제로 크로싱 타이밍 포인트(Zero crossing point)를 중앙 제어부에 전송하는 단계(S1)와, 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)로부터 출력되는 전압의 위상을 맞추기 위해 상기 중앙 제어부(11)는 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍의 전후 시간동안 슬레이브 인버터(3)를 정지시켜 슬레이브 인버터(3)로부터 교류 전원이 출력되지 않도록 하는 단계(S2), 상기 중앙 제어부(11)는 A/D 컨버터를 이용하여 마스터 인버터(3)로부터 출력되는 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환한 다음, 변환된 디지털 신호를 전압 값으로 환산하고, 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍(Zero crossing Point)을 구하는 단계(S3), 상기 중앙 제어부(11)는 슬레이브 인버터(3)로부터 전력선 통신을 통해 입력된 '0' 전압을 통과하는 타이밍 정보인 제로 크로싱 타이밍 포인트를 이용하여 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍의 시간 차이인 오프셋 값(Offset Value)을 구하는 단계(S4), 상기 중앙 제어부(11)는 다시 슬레이브 인버터(3)를 구동시킬 때 산출된 오프셋 값이 보상되어 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압의 위상이 일치하도록 슬레이브 인버터(3) 내부의 스위칭 소자를 제어하는 단계(S5)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 정보 제공 수단(5)이 무정전 전원 공급 장치(1)에 장착되면서 출력 전력선이 공통 연결된 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍 정보인 제로 크로싱 타이밍 포인트를 중앙 제어부(11)에 전송하는 단계는 변조부(7)를 이용하여 상기 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍 정보인 제로 크로싱 타이밍 포인트를 인버터(3)로부터 출력되는 교류 전원에 합성하여 변조하는 단계와, 변조된 신호를 복조부(9)를 이용하여 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)가 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍 정보에 대한 디지털 신호를 중앙 제어부(11)에 전달하는 단계로 이루어질 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법은 중앙 제어반이 별도의 통신 케이블 없이 전력선 통신을 통해 각각의 UPS 정보나 부하 정보 또는 마스터 인버터와 슬레이브 인버터 사이의 출력 전압에 대한 위상 차이를 검출하고, 마스터 인버터와 슬레이브 인버터 사이의 출력 전압에 대한 위상 차이를 참고하여 슬레이브 인버터의 위상을 제어함으로써 마스터 인버터와 슬레이브 인버터로부터 출력되는 전압을 동기화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템 및 방법은 중앙 제어반이 전력선 통신을 통해 복수 개의 UPS로부터 데이터를 수신받을 수 있도록 함으로써 기구적인 구조가 간단하고, 미관이 미려하며, 설치 및 유지 보수가 간편하다.
또한, 본 발명은 복수 개의 인버터의 출력 전압 위상을 맞춰 순환 전류에 의한 시스템 손상을 방지할 수 있다.
1. 무정전 전원 공급 장치 3. 인버터
5. 정보 제공 수단 7. 변조부
9. 복조부 11. 중앙 제어부
13. 트랜스포머 15. 1차측 코일
17. 2차측 코일 19. 충전 커패시터
21. 하이 패스 필터 23. 디지털 변환부
25. 제1 커패시터 27. 제1 저항
29. 비반전 비교기 31. 반전 비교기
33. RS 플립플롭 45. 필터부
47. 교류 전원 출력부 51. 제1 스위치
53. 제2 스위치 55. 제3 스위치
57. 제4 스위치 59. 스위치 제어부
61. 인덕터 63. 제2 커패시터

Claims (6)

  1. 부하에 공급되는 상용 전원이 차단되었을 때 부하에 비상 전원을 공급하여 정전에 대비하고, 상용 전원이 차단되었을 때 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(3)가 2개 이상 장착된 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)(1)와;
    각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 제공하는 정보 제공 수단(5);
    상기 정보 제공 수단(5)으로부터 제공된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 인버터(3)로부터 출력되는 교류 전원과 합성하여 변조하는 변조부(7);
    상기 변조부(7)에 의해 변조된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 원래 신호로 복원시키는 복조부(9);
    및 상기 복조부(9)에 의해 복조된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나, 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보, 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보(Zero crossing point)를 각 인버터(3)별로 수집하는 중앙 제어부(11)로 이루어지고,
    상기 변조부(7)는 양단에 정보 제공 수단(5)으로부터 출력된 디지털 신호가 입력되는 트랜스포머(13)의 1차측 코일(15)과,
    일단이 인버터(3)의 하트상 선로에 연결되고 1차측 코일(15)로부터 전자기 유도 법칙에 의해 정보 제공 수단(5)으로부터 출력된 디지털 신호를 입력받아 정보 제공 수단(5)으로부터 출력된 디지털 신호와 인버터(3)의 교류 전원을 합성 변조하는 트랜스포머(13)의 2차측 코일(17),
    및 한쪽 전극이 상기 2차측 코일(17)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 인버터(3)의 중성 선에 연결되어 인버터(3)의 출력 전압으로 충전된 충전 커패시터(19)로 이루어지고,
    상기 2차측 코일(17)로 입력된 디지털 신호는 인버터(3)의 교류 전압의 위상(Phase)에 합성되며,
    상기 복조부(9)는 인버터(3)의 출력 전력선으로부터 출력된 신호 중 인버터(3)로부터 출력된 60Hz 교류 전원은 차단하고 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보가 포함된 18kHz 내지 22kHz의 신호를 추출하는 하이 패스 필터(21)와,
    상기 하이 패스 필터(21)로부터 추출된 각각의 인버터(3)가 속한 무정전 전원 공급 장치(1)에 대한 정보나 상기 인버터(3)가 전원을 공급하는 부하에 대한 정보 또는 상기 인버터의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 순간 타이밍 정보가 포함된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 중앙 제어부(11)로 전송하는 디지털 변환부(23)로 이루어지고,
    상기 중앙 제어부(11)는 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)로부터 출력되는 전압의 위상을 맞추기 위해 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 통과하는 타이밍의 전후 시간동안 슬레이브 인버터(3)를 정지시켜 슬레이브 인버터(3)로부터 교류 전원이 출력되지 않도록 하고,
    상기 중앙 제어부(11)는 A/D 컨버터를 이용하여 마스터 인버터(3)로부터 출력되는 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환하고 변환된 디지털 신호를 전압 값으로 환산한 다음 마스터 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍(Zero crossing Point)을 구하며,
    상기 중앙 제어부(11)는 각각의 인버터(3)에 장착된 정보 제공 수단(5)과 변조부(7) 및 복조부(9)를 통해 입력된 각각의 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍을 수신받은 다음, 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압이 '0' 전압을 교차하는 타이밍의 시간 차이인 오프셋 값(Offset Value)을 구하고,
    상기 중앙 제어부(11)는 다시 슬레이브 인버터(3)를 구동시킬 때 산출된 오프셋 값이 보상되어 마스터 인버터(3)와 슬레이브 인버터(3)의 출력 전압의 위상이 일치하도록 슬레이브 인버터(3) 내부의 스위칭 소자를 제어하며,
    상기 무정전 전원 공급 장치(UPS)(1)는 배터리와, 상용 전원을 입력받아 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부, 배터리의 직류 전압을 승압시키는 승압 회로부, 정전으로 인해 상용 전원이 차단되었을 때 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(Load)에 공급하는 인버터(3)를 포함하고,
    상기 인버터(3)는 직류 전원을 정현파 형태의 교류 전원으로 변환하고, 상기 배터리로부터 공급된 직류 전원을 스위칭시켜 교류 전원으로 변환하는 교류 전원 출력부(47)와, 상기 교류 전원 출력부(47)로부터 출력된 노이즈 성분을 감쇄하는 필터부(45)로 이루어지며,
    상기 교류 전원 출력부(47)는 입력단에 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원이 입력된 제1 스위치(51)와, 입력단이 제1 스위치(51)의 출력단에 연결되고 출력단이 접지된 제2 스위치(53), 입력단에 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원이 입력된 제3 스위치(55), 입력단이 제3 스위치(55)의 출력단에 연결되고 출력단이 접지된 제4 스위치(57), 및 상기 제1 스위치(51)와 제4 스위치(57)를 턴-온(Turn-On)시켜 제1 스위치(51)와 제3 스위치(55)의 출력단으로부터 정현파형의 상부 레일(Higher rail)을 출력하고 제2 스위치(53)와 제3 스위치(55)를 턴-온(Turn-On)시켜 제1 스위치(51)와 제3 스위치(55)의 출력단으로부터 정현파형의 하부 레일(Lower rail)을 출력하도록 하는 스위치 제어부(59)로 이루어지며,
    상기 필터부(45)는 일단이 제3 스위치(55)의 출력단에 연결된 인덕터(61)와, 한쪽 전극이 인덕터(61)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 제1 스위치(51)의 출력단에 연결된 제2 커패시터(63)로 이루어져, 교류 전원 출력부(47)로부터 출력된 교류 신호의 주파수에 따라 인덕터(61)의 유도성 리액턴스와, 제2 커패시터(63)의 용량성 리액턴스가 변화되어 60Hz의 정현파 교류 전원을 출력하고,
    상기 하이 패스 필터(21)는 한쪽 전극에 변조부(7)의 출력 신호가 입력된 제1 커패시터(25)와, 일단이 제1 커패시터(25)의 다른 한쪽 전극에 연결되고 타단이 접지된 제1 저항(27)으로 이루어져, 변조부(7)로부터 입력된 60Hz 교류 전원은 차단하고, 18kHz 내지 22kHz의 신호는 통과시키며,
    상기 디지털 변환부(23)는 세트(Set) 단자에 비반전 비교기(29)의 출력 신호가 입력되고 리셋(Reset) 단자에 반전 비교기(31)의 출력 신호가 입력되어 세트 단자에 하이(High) 신호가 입력되고 리셋 단자에 로우(Low) 신호가 입력되었을 때 출력 단자인 Q단자로부터 하이(High) 신호가 출력되는 반면, 세트 단자에 로우(Low) 신호가 입력되고 리셋 단자에 하이 신호가 입력되었을 때 출력 단자인 Q단자로부터 로우(Low) 신호가 출력되며, 세트 단자에 로우(Low) 신호가 입력되고 리셋 단자에 로우 신호가 입력되었을 때 출력 단자인 Q단자는 현재 출력 상태를 유지하는 RS 플립플롭(33)(Flip Flop)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 출력단 전력선 통신을 이용한 병렬 UPS 동기화 시스템.
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