KR101797262B1 - 무효 전력 관리 - Google Patents

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KR101797262B1
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헤이키 후오모
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리액티브 테크놀로지스 핀란드 오와이
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Abstract

본 발명의 실시예는 배전망에 흐르는 무효 전력에 대한 무효 전력 기여를 제어함으로써, 무효 전력 플로우를 최적화하는 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다. 종래의 무효 전력 플로우 제어 방법은, 예를 들면 최대 혀용 역률의 제한에 따라서 및/또는 중앙 제어 엔티티의 제어하에서 배전망에 접속된 전력 제공 및 전력 소비 장치에 의해 무효 전력 기여를 최소화하는 것에 초점이 맞춰져 있었다. 그러나, 종래 방법은 변화하는 네트워크 조건에 늦게 반응하며, 무효 전력의 국부 변동을 고려하지 않는다. 본 발명의 실시예에서, 전력 공급 및/또는 소비 장치를 사용하는 무효 전력 제어 장치가 제공된다. 무효 전력 제어 장치는 전력장치에서, 상기 배전망에 흐르는 전력의 무효 전력 특성을 검출하며, 무효 전력 특성은 배전망에 흐르는 전기의 무효 전력 성분에 관한 것인, 검출 수단을 포함한다. 또한, 무효 전력 제어 장치는, 검출된 무효 전력 특성의 값을 조정하기 위해, 검출된 무효 전력 특성에 기초하여, 전력 장치에 의한 배전망에 대한 무효 전력 기여를 제어하는 제어 수단을 포함한다. 이에 의해, 개별 전력 소비 및/또는 공급 장치는 배전망에서 전기의 국부 변동에 자동적으로 반응하고, 무효 전력 기여를 제공하고, 검출된 무효 전력 특성을 소망의 값으로 구동할 수 있게 한다.

Description

무효 전력 관리{REACTIVE POWER MANAGEMENT}
본 발명은 배전망에서의 무효 전력 플로우(reactive power flow)의 관리에 관한 것이다. 특히, 전력 소비 및/또는 공급 장치에서 무효 전력을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
발전소 등의 공급자로부터 가정 및 사업체 등의 소비자로의 전기의 공급은 일반적으로 배전망을 통해서 행해진다. 도 1은 송전 그리드(100)와 배전 그리드(102)를 포함하는 일 예의 배전망(1)을 나타낸다. 송전 그리드는, 예를 들면, 원자력 발전소 또는 가스 발전소의 발전소(104)에 접속되어 있으며, 매우 높은 전압(예를 들면, 영국에서 일반적으로 204kV 정도이지만, 나라마다 다르다)의 다량의 전기 에너지를 오버헤드 전력선 등의 전력선을 사용하여 배전 그리드(102)에 전송한다. 송전 그리드(100)는 변압기 노드(106)를 통해서 배전 그리드(102)에 접속되어 있으며, 배전 그리드(102)는 전기 공급을 낮은 전압(영국에서, 예를 들면, 이 전압은 일반적으로 50kV 정도이지만, 나라마다 다르다)으로 변환하여 배전 그리드(102)에 분배하기 위한 변압기(106)를 포함한다. 또한, 배전 그리드는, 더 낮은 전압으로 변환시키는 다른 변압기를 포함하는 서브스테이션들(108)을 통해, 가정 사용자(114)에게 공급하는 도시 네트워크(112) 등의 국부 네트워크와 공장(110) 등의 산업 소비자에게 접속된다. 풍력 발전 지역(wind farm) 등의 더 작은 전력 공급자는 배전 그리드(102)에 접속되어 전력을 공급할 수 있다. 전력은 정현파 교류(AC)의 형태로 배전망의 모든 부분을 통해 일반적으로 전송된다.
예를 들면, 가정 사용자(114)의 측에서 네트워크에 접속된 전력 소비 장치는 전력을 도출하는, 네트워크 상에서 부하로서 동작한다. 이들 장치에 의해 제공되는 부하는 일반적으로 완전히 저항성이 아니라, 장치의 용량성 및/또는 유도성 소자로 인해, 무효 소자를 포함한다. 부하의 무효 성분은, 높은 인덕턴스를 갖는 전기 모터 및 변압기 등의 장치와 높은 커패시턴스를 갖는 장치에서 특히 클 수 있다. 이러한 장치들은 전압에 대해서 ±90°에서 흐르는 무효 전류 성분을 공급하여, 전압에 대해서 네트워크에 흐르는 전류에 위상 시프트를 발생한다.
용어 "무효 전력"은 네트워크의 주어진 위치에서 흐르는 무효 전류 성분 및 전압의 곱을 의미하는 것으로 사용된다. 이 무효 전력은 장치로의 네트 에너지 전송을 가져오지 않지만, 아래에 설명하는 것같이, 네트워크 및 전력 공급자에 영향을 미친다. 용어 "유효 전력"은 전력 소비 장치에 의한 전기 에너지 소비의 비율를 의미하는 것으로 여기에서 사용된다. 용어 "역률"은 유효 전력과 무효 전력의 벡터 합에 대한 유효 전력의 비를 의미하는 것으로 여기에서 사용된다.
네트워크에서 전류-전압 위상 차에서 개별 장치의 무효 부하의 효과가 작은 동안, 복수의 장치들로부터의 축적 효과는 현저할 수 있다. 전류-전압 위상 차가 커질수록, 주어진 유효 전류(즉, 네트워크 전압을 갖는 위상에 흐르는 전류 성분)를 공급하기 위해 장치에 공급되어야 하는 전류의 크기가 커지므로, 주어진 양의 유효 전력이 커진다. 또한, 예를 들면, 전력선의 가열에 의한, 네트워크의 에너지 손실은, 전류 플로우가 유효인지 무효인지에 상관없이, 전체 전류 플로우에 의존한다. 따라서, 이러한 위상 차는, 고객의 요구를 충족시키기 위해 전력 공급자에 의해 생성되고 공급되어야 하는 전체 전류의 크기를 효과적으로 증가시켜서, 전력 공급자에게 경제적인 부담을 주고, 전력 발생의 비용을 증가시킨다. 유사하게, 주어진 양의 전력을 소비자에게 공급하기 위해 전력 공급자에 의해 소비되는 자원량이 증가되어, 바람직하지 않은 환경 결과를 가질 수 있다.
또한, 변압기와 전력선 등의 네트워크 소자는 네트워크에서 흐르는 전류(유효 또는 무효)의 전체 크기에 따라서 치수가 정해지며, 그러므로 그 동작이 임의의 무효 전류 플로우(열손실 등에 의한)에 의해 악영향을 받는다 .
종래, 이러한 네트워크에 흐르는 전력의 전류-전압 위상차를 감소시키기 위한 노력은 대규모의 전력 공급자의 무효 기여를 최소화하는 것 및/또는 대규모의 전력 공급자에서 적절한 양의 보상 무효 전력을 생성하는 것, 및 배전망 내에서 변압기 스테이션에서 무효 전력에 대한 보상을 생성하는 것에 초점이 맞춰진다. 예를 들면, 발전소는 발전소의 무효 전력 기여를 조정하기 위해, 네트워크 관리자의 지시 하에서 또는 그 지시에 상관없이, 커패시터 및/또는 인덕터의 뱅크를 사용할 수 있다. 그러나, 무효 전력 보상은 단거리에서만 효과적이며(열손실로 인해서), 더욱이, 전류-전압 위상 차가 배전망내의 위치마다 현저하게 변화할 수 있다. 이것은 작은 수의 대규모 전력 공급자의 무효 전력 보상이, 국한적인 전류-전압 위상차를 효과적으로 보상하지 못함을 의미한다.
무효 전력의 일부 대규모 소비자는, 스위칭된 커패시터 또는 장착되지 않은 동기 모터와 같이, 발생된 무효 전력을 보상하는 보조 장치를 사용함으로써, 네트워크에 대한 그 자신의 무효 전력 기여를 최소화하는 몇몇 수단을 사용할 수 있다. 실제로, 유효 전력 소비에 추가하여 무효 전력 기여를 위해서 충전함으로써 일부 전력 공급자는 산업 소비자(공장과 같은)로 하여금 더 작은 무효 전력에 기여하도록 한다. 이들 방법은 모두 네트워크에서 전류-전압 위상 차에 대한 개별 장치들의 기여를 최소화하는데 초점을 맞춘다.
미국 특허 출원 번호 US2009/0200994A1은 요구되는 무효 전력을 발생하는 회로를 각각 포함하는 재생가능한 에너지원의 분배 시스템을 설명한다. 각각의 재생가능한 에너지원은, 재생가능한 에너지원에 의한 무효 전력 생성을 원격 제어하는 중앙 제어 "네트워크 동작 센터"와 통신한다. 네트워크 동작 센터는 공익 기업(즉, 전력 공급자)로부터 필요한 양의 무효 전력에 대한 요구를 수신하고, 이에 따라서 네트워크 동작 센터는 필요한 보상을 생성하기 위한 그 제어하에서 각각의 재생가능한 에너지원으로부터 요구되는 최적의 무효 전력 기여를 계산하고, 따라서 재생가능한 에너지원에 커맨드를 전송한다. 이것은 네트워크에 존재할 수 있는 전류-전압 위상 차를 액티브하게 보상하는 방법을 제공한다. 그러나, US2009/0200994A1의 시스템은 중앙 제어를 요구하며, 로컬 네트워크 전압-전류 위상 차의 보다 국한적인 변화에 반응할 수 없다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점의 일부를 적어도 완화시키는 것이다.
본 발명의 제1 구성에 따라서, 배전망에 접속될 때 상기 배전망으로부터의 전력을 소비하거나 상기 배전망에 전력을 제공하는 전력 장치에 사용하는 무효 전력 제어 장치로서, 상기 전력장치에서, 상기 배전망에 흐르는 전력의 무효 전력 특성을 검출하며, 상기 무효 전력 특성은 상기 배전망에 흐르는 전기의 무효 전력 성분에 관한 것인, 검출 수단; 및 검출된 무효 전력 특성의 값을 조정하기 위해, 상기 검출된 무효 전력 특성에 기초하여, 상기 전력 장치에 의한 배전망에 대한 무효 전력 기여를 제어하는 제어 수단을 포함하는, 무효 전력 제어 장치가 제공된다.
전력 장치에서 행해진 무효 전력 특성 측정에 기초하여 전력 장치에서 무효 전력의 공급을 제어함으로써, 무효 전력의 로컬 변동에 대해서 실시간 보상이 제공될 수 있다. 무효 전력 제어 장치는, 로컬 측정에 기초하여 무효 전력 기여의 자율적인 변동을 통해서 이 로컬 변동의 보상을 가능하게 하며, 중앙 제어를 요구하지 않는다.
바람직한 실시예에서, 무효 전력 제어 장치는 검출된 무효 전력 특성의 값을 결정하고, 결정된 값을 미리 정의된 값과 비교하고, 제어 수단은 검출된 값과 미리 정의된 값 사이의 차이를 감소시키기 위해 무효 전력 기여를 제어하도록 구성될 수 있다.
그래서, 무효 전력 제어 장치는 배전망에서 전기의 무효 전력이 미리 결정된 최적 값이 되게 하는 무효 전력 기여를 생성하도록 전력 장치를 제어하도록 구성될 수 있다.
무효 전력 특성은 배전망에 흐르는 전기의 전압과 전류 사이의 위상 차에 관한 것이며, 미리 정의된 값은 미리 정의된 위상 차 값을 포함한다.
바람직하게, 무효 전력 보상 장치는, 검출된 무효 전력 특성에 기초하여, 무효 전력 성분이 미리 정의된 값보다 더 유도성인지 또는 미리 정의된 값보다 더 용량성인지를 결정하도록 구성되고, 제어 수단은, 검출된 무효 전력 성분이 미리 정의된 값보다 더 유도성이라는 결정에 응하여, 용량성 무효 전력이 배전망에 기여하도록 전력 장치를 제어하고, 및 검출된 무효 전력 성분이 미리 정의된 값보다 더 용량성이라는 결정에 응하여 유도성 무효 전력이 배전망에 기여하도록 전력 장치를 제어하도록 구성된다.
그래서, 무효 전력 보상 장치는 전력 장치가 배전망에서 유도성 또는 용량성 전력 플로우를 보상하도록 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 수단은 무효 전력 특성의 변화를 검출하도록 구성되고, 제어 수단은, 검출 수단이 임계치에 걸쳐서 무효 전력 성분의 값의 천이를 검출한 것에 응하여, 배전망에 대한 무효 전력 기여를 변화시키도록 구성된다.
바람직하게, 제어 수단은, 제1 임계치보다 작은 값으로부터 제1 임계치보다 큰 값으로 변하는 검출된 무효 전력 성분의 값에 응하여 제1 미리 결정된 값으로부터 제2 미리 결정된 값으로 전력 장치에 의해 배전망에 기여된 무효 전력의 값을 변화시키고, 제2 임계치보다 큰 값으로부터 제2 임계치보다 작은 값으로 변하는 무효 전력 성분의 값에 응하여 제2 미리 결정된 값으로부터 제1 미리 결정된 값으로 전력 장치에 의해 배전망에 기여된 무효 전력의 값을 변화시키도록 구성되며, 제2 임계치는 제1 임계치보다 작은 크기를 갖는다.
이것은 배전망으로의 무효 전력의 공급에 히스테리시스를 제공하며, 장치의 기능상 발진이 발생하는 것을 방지하고, 배전망에서 전류 플로우를 방해한다.
바람직하게, 제어 수단은, 검출 수단이 무효 전력 특성의 변화를 검출한 뒤 경과하는 미리 결정된 기간에 응하여 무효 전력을 바꾸도록 구성된다.
일부 실시예에서, 배전망에서 흐르는 전기는 미리 결정된 주기를 갖는 교류 전기 플로우를 포함하고, 제어 수단은 스위칭 수단이 미리 결정된 기간의 하나 이상의 부분 동안 상기 전력 장치로의 전력의 공급을 선택적으로 인터럽트하도록 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어 수단은 펄스 폭 변조 수단과 같은 전류 변조 수단을 포함하며, 전력 특성은 전력 소비 장치의 전력의 듀티 사이클을 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 장치는 배전망에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 포함하고, 전력 공급 장치는 직류를 공급하도록 구성되고, 제어 수단은 직류-교류 변환 수단을 제어하도록 구성된다.
무효 전력 제어 장치는, 배전망에 흐르는 전기의 하나 이상의 전기 품질 특성을 검출하는 수단을 포함하고, 제어 수단은 상기 검출된 전기 품질 특성을 교체하도록 전력 장치에 의해 공급 및/또는 소비되는 전력의 특성을 제어하고, 검출된 하나 이상의 전기 품질 특성은, 전기 플로우의 고조파, 전압의 랜덤 또는 반복적인 변동, 네트워크 불균형, 전력 플로우의 발진, 전력 플로우의 천이 중 적어도 하나를 포함한다. 그래서, 본 발명의 실시예는 무효 전력 특성이 아니라 배전망의 이상을 정정하기 위해 사용될 수 있다.
전력 장치는 배전망에 전력을 공급하는 전력 제공장치를 포함하고, 전력 공급 장치는 태양 발전 장치, 개인용 전기 차량, 개인용 전기 자전거 및 CHP 발전 장치와 같은 가정용 재생가능 에너지 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력 장치는 해당 분야에서 허용하는 것처럼 일반적으로 약 10kW까지의 전기 분포 네트워크에 전력을 제공하도록 배치된 전력 공급 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 배전망은 송전 그리드 및 배전 그리드를 포함하고, 상기 송전 그리드는 하나 이상의 변압기를 통해 배전 그리드에 접속되어 전력을 공급하고, 배전 그리드는 복수의 가정 및/또는 산업의 사용자에게 전력을 공급하고, 전력 장치는 배전 그리드로부터 전력을 소비하거나 전력을 공급한다. 그래서, 본 발명의 실시예들은 송전 그리드, 예를 들면, 로컬 또는 도시 네트워크에서 사용될 수 있다. 이로 인해, 이러한 네트워크에서 로컬 무효 전력 플로우에 대해 정확한 기여가 행해질 수 있다.
일부 실시예에서, 무효 전력 제어 장치는 제어 센터로부터 활성화 신호를 수신하는 통신 인터페이스를 포함하고, 제어 수단은 통신 인터페이스에서 활성화 신호의 수신에 응하여 무효 전력 기여의 제어를 행하도록 구성된다. 이로 인해, 중앙 개체가 하나 이상의 무효 전력 제어 장치를 활성화 및/또는 비활성화할 수 있게 되고, 이것은, 예를 들면, 전력 공급자에게 무효 전력이 판매되는 방식의 일부로서, 온-디맨드(on-demand)에 기초하여, 무효 전력 장치의 그룹이 무효 전력 보상을 공급하는데 사용되는 본 발명의 애플리케이션에서 유용할 수 있다.
본 발명의 제2 구성에 따라서, 배전망에서 무효 전력 플로우를 제어하는데 사용하는 시스템이 제공되며, 이 시스템은, 배전망에 접속된 각각의 전력 장치를 각각 제어하는, 상기 서술된 분배된 복수의 무효 전력 제어 장치를 포함한다. 본 발명의 실시예들은 배전망에 대해서 보상의 무효 전력 보상을 제공하는 총괄하여 제공하도록 배열된 전원 장치의 분배된 그룹으로 실행될 수 있다.
이 시스템은, 분배된 복수의 무효 전력 제어 장치의 각각에 활성화 신호를 전송하는 제어 센터를 또한 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 복수의 무효 전력 제어 장치 중 상이한 것들이, 활성화 신호를 수신한 뒤, 상이한 간격으로 제어의 실행을 시작하도록 구성된다. 이것은 복수의 장치들의 모두가 동시에 활성화되는 것을 방지하여, 배전망에서 전력 플로우의 급작스런 변화를 가져 온다.
일부 실시예에서, 무효 전력 제어 장치는 각각의 전력 장치의 하나 이상의 성능 특성을 감시하는 수단을 포함하고, 각각의 무효 전력 제어 장치는 하나 이상의 성능 특성을 나타내는 데이터를 제어 센터에 전송하도록 구성되고, 하나 이상의 성능 특성은 배전망에 흐르는 검출된 무효 전력 성분의 값, 각각의 전력 장치에 의해 배전망에 기여된 무효 전력량, 및 기여된 무효 전력의 제어가 행해진 시간 중 적어도 하나를 포함한다.
부가적으로 또는 선택적으로, 무효 전력 제어 장치는 배전망에 흐르는 전기의 전기 품질 특성을 측정하는 수단을 포함하고, 각각 상기 무효 전력 제어 장치는 측정된 하나 이상의 전기 품질 특성을 나타내는 데이터를 전송하도록 구성되고, 하나 이상의 전기 품질 특성은 무효 전력 특성, 전기 플로우의 고조파, 전압의 랜덤 또는 반복 변동, 네트워크 불균형, 전력 플로우의 발진, 전력 플로우의 천이 중 적어도 하나를 포함한다.
이로 인해, 제어 센터는 배전망에 걸쳐서 다양하게 분포된 포인트에서 행해진 측정에 관한 데이터를 얻을 수 있으며, 이러한 데이터는 예를 들면 네트워크 조건을 감시하는데 있어서 전력 공급자에게 유효할 수 있다.
본 발명의 제3 구성에 따르면, 하나 이상의 전력 장치에 접속된 배전망에서 무효 전력 플로우를 제어하는데 사용하는 방법이 제공되며, 하나 이상의 전력 장치는 배전망으로부터의 전력을 소비하거나 배전망에 전력을 제공하고, 이 방법은,
전력 장치에서, 배전망에 흐르는 전력의 무효 전력 특성을 검출하며, 무효 전력 특성은 배전망에 흐르는 전기의 무효 전력 성분에 관한 것인, 단계; 및
검출된 무효 전력 특성의 값을 조정하기 위해, 검출된 무효 전력 특성에 기초하여, 전력 장치에 의한 배전망에 대한 무효 전력의 기여를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징과 장점은, 첨부 도면을 참조하여 행해진, 예에 의해 주어진, 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 설명으로부터 분명해진다.
도 1은 종래 기술의 배전망을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 무효 전력 제어 장치, 전력 소비 및/또는 공급 장치, 배전망 및 그들 사이의 접속을 나타낸다.
도 3a는 전력 소비 장치의 전력 소비 주기를 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른, 전력 소비 장치에 의한 전력의 제어된 전력 소비의 제1 유형을 나타낸다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른, 전력 소비 장치에 의한 전력의 제어된 전력 소비의 제3 유형을 나타낸다.
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른, 전력 소비 장치에 의한 전력의 제어된 전력 소비의 제3 유형을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 무효 전력 제어 장치, 전력 공급 장치, 배전망 및 그들 사이의 접속을 나타낸다.
도 5a는 DC 전력 공급 장치의 출력에서 시간에 대한 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따라서 제1 모드에서 동작하는 무효 전력 제어 장치에 의해 제어되는 H-브리지의 단자에서 시간에 대한 전압의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따라서 제2 모드에서 동작하는 무효 전력 제어 장치에 의해 제어되는 H-브리지의 단자에서 시간에 대한 전압의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 5d는 본 발명의 실시예에 따라서 제3 모드에서 동작하는 무효 전력 제어 장치에 의해 제어되는 H-브리지의 단자에서 시간에 대한 전압의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 5e는 본 발명의 실시예에 따라서 제1 모드에서 동작하는 무효 전력 제어 장치에 의해 제어되는 전력 공급 장치에 의해 배전망에 공급되는 전류의 시간에 대한 전류의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 5f는 본 발명의 실시예에 따라서 제2 모드에서 동작하는 무효 전력 제어 장치에 의해 제어되는 전력 공급 장치에 의해 배전망에 공급되는 전류의 시간에 대한 전류의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 5g는 본 발명의 실시예에 따라서 제2 모드에서 동작하는 무효 전력 제어 장치에 의해 제어되는 전력 공급 장치에 의해 배전망에 공급되는 전류의 시간에 대한 전류의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 소비 및/또는 공급 장치를 제어할 때 무효 전력 제어 장치에 의해 행해지는 단계들을 나타내는 플로우도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 소비 및/또는 공급 장치에서 발생된 무효 전력에 대한 측정된 네트워크 무효 전력을 나타내는 그래프이다.
도 2는 전력 장치(202)의 위치에서 배전망(1)에 흐르는 전기의 전류와 전압 사이의 위상차를 제어하는데 사용하는 무효 전력 제어 장치(200)를 나타낸다. 전력 장치(202)는 소비 장치, 예를 들면, 에너지 절약 램프, 휴대폰 충전기, 계산 장치 전원과 같은 500W 미만의 출력 정격을 갖는 저전력 소비 장치, 또는 PEV(personal electric vehicle)와 같은 500W ~ 10kW 사이의 출력 정격을 갖는 중규모 전력 장치, 또는 공장에 위치하는 산업 기기와 같은 10kW 초과의 출력 정격을 갖는 대전력 장치일 수 있다. 이들 장치는 단상 또는 다상일 수 있으며, 다상의 경우에 상기 출력 정격이 위상 마다 적용되는 것에 주의해야 한다.
전력 장치(202)가 전력 소비 장치를 포함할 때, 전력은 일반적으로 사인파 교류 전류와 같은 교류 전류의 형태로, 배전망(1)으로부터 전력 장치(202)에 공급된다.
전력 장치(202)는, 배전망(1)에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 부가적으로 또는 교체적으로 포함할 수 있다. 전력 공급 장치는 예를 들면 광전지를 사용하여 전력을 발생하는 전력 발생 장치를 포함할 수 있거나, 또는 에너지를 간단히 저장하고 필요할 때 방출하는 장치를 포함할 수 있다. 일부 장치들은 전력 소비 장치와 전력 공급 장치 모두로서 기능할 수 있으며, 예를 들면, PEV는 일반적으로 다량의 전기를 저장하는 능력을 갖는다. 이것은 전력의 소비주체뿐 아니라, 강한 요구시에 PEV의 배터리에 저장된 전기가 네트워크에 되공급되어 네트워크에 대해서 전원으로서 사용될 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에서, 전력 장치(202)는, 도 1을 참조하여 상기 설명된 배전망(1)의 배전 그리드(102) 부분, 예를 들면, 도시 네트워크와 같은 로컬 네트워크에 일반적으로 접속된다.
무효 전력 제어 장치(200)는 전력 장치(202) 또는 그 주변 장치의 필수 부품으로서 시행될 수 있으며, 예를 들면, 휴대폰 충전기 또는 PEV용 AC/DC 컨버터의 부품으로서 시행될 수 있다. 다른 구성에서, 무효 전력 제어 장치는, 배전망(1)에 접속될 수 있는 스탠드-얼론 장치로서 시행될 수 있으며, 전력 장치(202)가 무효 전력 제어 장치에 교환가능하게 접속되어 전력 장치가 무효 전력 제어 장치(200)를 통해서 배전망(1)으로부터 전력을 수신하거나 배전망(1)에 전력을 공급할 수 있다.
도 2에 도시된 일 예의 무효 전력 제어 장치(200)는 무효 전력계(203), 제어 유닛(204) 및 전류 제어 장치(212)를 포함한다. 무효 전력계(203)는 전력 장치(202)의 위치에서 배전망(1)에 흐르는 전력의 무효 전력 성분에 관한 RPC(reactive power characteristic)를 검출하여 측정한다. 무효 전력계(203)는, PLL(phase locked loop) 회로, 전압계와 전류계의 조합 및 클락에서 공통적으로 보여지며, 전력 장치(202)의 위치에서 배전망(1)의 전기의 전압과 전류를 측정하는 위상 검출기, 또는 배전망에서 흐르는 전기의 무효 전력 특성을 측정할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 무효 전력계(203)는 검출한 RPC를 나타내는 측정 신호를 제어 유닛(204)에 전송한다. 측정 신호는 무효 전력 성분의 크기 및/또는 사인(즉, 전류가 전압을 앞서는지 혹은 뒤서는지)을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다.
다음의 많은 실시예들은 검출된 위상차를 참조하여 설명되지만, 일부 실시예에서 상이한 RPC가 검출되어 무효 전력 제어 장치(200)의 모드, 예를 들면, 무효 전력 성분의 크기 또는 전기 플로우의 역률을 판정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 여기에서 무효 전력계(203)는 RPC를 "측정" 또는 "검출"하는 것으로 설명되었지만, 무효 전력계(203)가 제어 유닛(204)에 데이터를 제공하여, 제어 유닛(204)이 RPC를 도출할 수 있으며, 예를 들면, 무효 전력계(203)는, 배전망(1)에 흐르는 교류 전력의 피크 전압과 피크 전류의 타이밍을 나타내는 데이터를 제어 유닛에 제공하고, 제어 유닛(204)이 위상 차를 도출할 수 있는 경우를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제어 유닛(204)는 프로세서(206), 데이터 스토어(210) 및 통신 인터페이스(208)를 포함한다. 예를 들면, 프로그램가능한 장치 또는 간단한 논리 회로로서 실행될 수 있는 프로세서(206)는 무효 전력계(203)에 의해 전송된 측정 신호를 수신하고, 이들 신호에 기초하여, 네트워크에 흐르는 전류의 전류-전압 위상 시프트를 결정하고, 제어 신호를 전류 제어 장치(212)에 전송한다. 데이터 스토어(210)는 무효 전력계(203)에 의해 행해진 측정을 나타내는 신호, 프로세서(206)에 의해 전류 제어 장치(212)에 전송된 제어 신호 등의 데이터를 기록하기 위해 사용될 수 있다. I/O 인터페이스(208)는, 데이터 스토어에 기록된 데이터를 제어 센터에 제공하고, 및/또는 제어 센터로부터 활성화 및/또는 비활성화 신호를 수신하기 위해 제어 센터와 통신하기 위해 사용될 수 있으며, 제어 센터와 무효 전력 제어 장치와의 산호 작용을 이하에 보다 상세히 설명한다.
전류 제어 장치(212)는 프로세서(206)로부터 제어 신호를 수신하고, 이들 신호에 기초하여, 전력 장치(202)가 배전망(1)에 무효 전력 플로우를 기여하도록 전력 장치(202)로의 및/또는 전력 장치(202)로부터의 전류 플로우를 제어하며, 아래에 설명하는 것같이, 전류-전압 위상차가 설정된 최적치가 되도록 전력 장치(202)로부터의 무효 전력 플로우 기여가 용량성 또는 유도성 전력 플로우으로서 선택된다.
전류 제어 장치(212)의 일 예의 동작을 도 3a ~ 3d를 참조하여 설명하며, 도면들은 전력 장치(202)에서 시간에 따른 전압의 변화예를 나타낸다. 명백하게 하기 위해, 이 예에서 전력 장치(202)는 전력 소비 장치인 것으로 가정하여 전력 소비 장치로 칭해지지만, 제공된 예들은 동일하게, 필요한 부분만 약간 수정하여, 전력 공급 장치에 적용되는 것으로 이해한다.
도 3a ~ 도 3d의 빗금친 영역은, 전류 제어 장치(212)가 전력 소비 장치(202)가 배전망(1)으로부터 전류를 도출하도록 제어하는 기간을 나타내고, 빗금치지 않은 영역은 전류 제어 장치(212)가 전력 소비 장치(202)가 배전망(1)으로부터 전류를 도출하지 않도록 제어하는 기간을 나타낸다. 배전망(1)에 전력 소비 장치(202)를 선택적으로 접속하고 배전망(1)으로부터 전력 소비 장치(202)를 선택적으로 분리하기 위해, 스위칭 소자, 일반적으로, 반도체 스위치 소자를 동작시킴으로써 제어가 행해질 수 있다. 이와 같이, 전력 소비 장치(202)가 주어진 주기에 걸쳐서 비동기적으로 전력을 소비하도록, 무효 전력 제어 장치(200)는 전력 소비 장치(202)의 듀티 사이클을 변경하므로, 보다 상세히 설명하는 것같이, 배전망(1)에 공급하는 무효 전력의 양을 조정한다. 전력 소비 장치에 공급되는 전류를 변조하여, 전력 소비 장치(202)의 무효 전력 기여는, 스위칭 커패시터와 같이 무효 전력을 발생하는 추가 수단을 사용하지 않고 변경될 수 있다. 또한, 전류 변조 방법은 이들 추가 수단을 사용하여 가능한 것보다 네트워크 조건의 변화에 더 빠르게 응답하는 것을 가능하게 한다.
도 3a에 도시된 무효 전력 제어 장치(200)의 제1 동작 모드에서, 전력 소비 장치(202)는 전체의 전압 사이클에 걸쳐서 배전망(1)으로부터 전류를 도출한다. 이 모드에서, 전류 제어 장치(212)는 전력 소비 장치(202)에 영향을 미치지 않으며, 즉, 위에 서술된 스위치가 전체의 전압 사이클에 대해서 "온" 위치에 있다. 이 동작 모드에서, 전류 제어 장치(212)는 네트워크에서 전류-전압 위상 차에 영향을 미치지 않는다. 이 동작 모드는 여기에서 "중립 모드"로 칭해진다.
도 3b에 도시된 제2 동작 모드에서, 전력 소비 장치(202)의 전압이 0을 교차하는 각각의 시간 뒤에 무효 전력 제어 장치(200)는 전력 소비 장치(202)가 기간 T1에만 전류를 도출하도록 제어한다. 이로 인해서 전류 성분은 전압과 동일한 주파수에 따라서 변하지만, 무효 전력 제어 장치(212)는 전력 소비 장치(202)가 배전망에 용량성 무효 전력을 공급하도록 제어하며, 종래, 위상차는 전류가 전압을 앞서는 양의 값이 할당된다. 뒤이어, 이 동작 모드에서, 무효 전력 제어 장치(200)는 전력 소비 장치(202)가 배전망(1)에 흐르는 전기의 전류-전압 위상 차에 포저티브 기여를 발생하도록 제어한다. 전력 소비 장치(202)가 전류-전압 위상 차에 포저티브 기여를 제공하는 동작 모드가 "용량성 모드"라고 여기에서 총괄하여 칭해진다.
도 3c에 도시된 제3 동작 모드에서, 전류 제어 장치(212)는 전력 소비 장치(202)가 전압이 0을 교차하는 각각의 시간 앞의 기간 T2에만 전류를 도출하도록 제어한다. 기간 T2의 길이는 기간 T1의 길이와 동일하거나 또는 다를 수 있다. 이로 인해서 전류 성분은 전압과 동일한 주파수에 따라서 변하지만 지연하며, 즉, 전류 제어 장치(212)는 전력 소비 장치(202)가 네트워크의 전력 플로우에 인턱티브 기여를 공급하도록 제어한다. 상기 서술된 것에 뒤이어, 이 동작 모드에서, 무효 전력 제어 장치(200)는 전력 소비 장치(202)의 전력 소비가 배전망(1)에 흐르는 전기의 전류-전압 위상 차에 대해서 네카티브 기여를 공급하도록 제어한다. 전력 소비 장치(202)가 전류-전압 위상 차에 대해서 네가티브 기여를 제공하는 동작 모드가 "유도성 모드"라고 여기에서 총괄하여 칭해진다.
도 3a ~ 도 3c는 전류 제어 장치(212)의 3개의 동작 모드를 나타내며, 본 발명의 일부 실시예에서, 무효 전력 제어 장치(200)는 상이한 수의 모드를 갖는다. 예를 들면, 전력 소비 장치(202)로부터 더 크거나 또는 더 작은 무효 기여를 공급하도록 T1 및/또는 T2의 값이 변화하는 상이한 모드를 가질 수 있다. 전압 사이클이 많은 타임 슬롯으로 분할되어, 전력 소비 장치(202)의 무효 기여를 조정하도록 슬롯중 선택된 것으로부터 전류가 도출되는 하나 이상의 동작 모드를 부가적으로 또는 교체적으로 가질 수 있다. 일 예의 이러한 동작 모드가 도 3d에 도시되어 있으며, 각각의 반 사이클 C는 16 타임 슬롯으로 분할되며, 전력은 이 타임 슬롯중 선택된 것으로부터 도출되며, 이해의 편이를 위해서, 오직 16 슬롯이 도시되어 있지만, 일반적으로, 각 반 사이클 C는 수백 또는 수천 슬롯으로 분할되어, 전압 사이클에 걸쳐서 전력 소비의 더 원할한 분배를 가능하게 한다. 도 3d에 나타낸 예에서, 각 반 사이클 C의 앞 부분에서 타임 슬롯의 하나 걸러마다 모든 전력이 전력 소비 장치에 공급되고, 각 반 사이클 C의 뒷부분에서 3번째 타임 슬롯에만 전력이 전력 소비 장치에 공급되어, 배전망에 용량성 무효 전력 소비를 가져온다.
본 발명의 일부 실시예에서, 전류 제어 장치(212)는 펄스폭변조(PWM: Pulse-Width Modulation) 유닛을 포함하며, 설명하는 것같이, PWM 방법에 따라서 동작한다. PWM 방법에서, 배전망(1)으로부터의 전력 공급의 각 주기는 슬롯, 예를 들면, 수십 슬롯으로 다시 분할되며, 전력이 전력 소비 장치(212)로 공급되는 각 슬롯 기간의 부분이 사이클에서 슬롯 위치에 따라서 변화하며, 예를 들면, 전력 소비 장치(202)는 각 사이클의 제1 및 제3 쿼터동안 커패서티의 45%에 달하며, 제2 및 제4 쿼터 동안 55%에 달하여 "지연된" 유도성 전력 기여를 생성한다. 이것은, 각 타임 슬롯을 서브-슬롯으로 분할하고, 예를 들면, 주어진 슬롯의 서브-슬롯의 부분 동안 전력을 전력 소비 장치에 공급하여 실행될 수 있다.
상기 서술된 것같이, 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 상기 실시예는 전력 소비 장치로서 전력 장치(202)를 나타내지만, 본 발명의 일부 실시예에서 전력 장치(202)는 배전망(1)에 전력을 공급하는 전력 공급 장치이며, 전력의 소비보다는 전력의 공급이 무효 전력 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 전력의 소비의 경우에, 전력 장치(202)에 의해 공급되는 교류 전류가 상기 서술된 원칙에 따라서 변경된다. 이 방법은 전력 장치(202)에 의해 공급된 전류가 AC 형태이거나, 상기 서술된 것같이 처리되기 전에 AC 형태로 변환될 때 특히 적합하다.
그러나, 전력 장치(202)가 DC 전류를 공급하는 경우에, 예를 들면, 전력 장치가 솔라 패널이거나, PEV 또는 개인용 전기 자전거 배터리와 같은 전기 저장 장치이면, DC-AC 변환 공정의 일부로서 전류를 변조하는 것이 편리할 수 있다. 또한, 전력 장치(202)에 의해 공급된 AC 전력이, 예를 들면, 가정용 바이오연료 발전기에서와 같이, 가변이거나 또는 저품질인 경우에, 서술되는 방법에 따라서 AC 전력으로 재변환하기 전에 AC 전력을 안정된 DC 전력으로 변환하는 것이 편리할 수 있다. AC/DC 변환은 배터리와 같은 임시 또는 간헐적인 에너지 스토어를 사용하여 행해질 수 있다.
도 4는 아래에 서술되는 것같이, (DC/AC) 변환 장치(보통 "인버터"로 칭해진다)의 일부로서 사용될 수 있는 무효 전력 제어 장치(200)의 상세를 나타낸다. 이 예에서, 무효 전력 제어 장치(200)는 DC 전력 공급 장치(202a)를 사용하며, 전류 제어 장치(212)는 H-브리지(412), 인덕터(404) 및 변환기(406)를 포함하며, 그 기능들이 아래에 설명된다.
DC 전력 공급 장치(202a)로부터의 DC 공급이 H-브리지(412)에 접속되며, H-브리지(412)는 4개의 스위치(400a ~ 400d)를 포함하고, 일반적으로 트랜지스터 또는 다른 반도체 스위치로서 일반적으로 동작한다. H-브리지(412)는, DC 전력 공급 장치(202a)의 무효 전력 기여를 제어하는 무효 전력 제어 유닛(204)에 의해 제어된다. H-브리지(412)는 단자(402a, 402b)를 통하여 인덕터(404), 및 아래에 설명할 후속 소자에 접속된다.
H-브리지(412)의 스위치(400)의 구성을 바꿈으로써, H-브리지(412)의 단자(402a, 402b)의 극성을 바꾸는 것이 가능하다. 대각선으로 대향하는 스위치(400a, 400d)가 열려 있고, 스위치(400b, 400c)가 닫혀 있는 구성에서, H-브리지 단자(402a)는 전기적으로 네가티브인 반면(즉, 전류가 단자(402a)를 통하여 전력 공급 장치(202b)의 네가티브 단자(401a)로 흐른다), H-브리지 단자(402b)는 전기적으로 포저티브이다(즉, 전류가 전력 공급 장치(202b)의 포저티브 단자(401a)로부터 H-브리지(412)의 단자(402b)를 통하여 흐른다). 역으로, 스위치(400a, 400d)가 열려 있고, 스위치(400b, 400c)가 닫혀 있는 구성에서, H-브리지 단자(402a)가 전기적으로 포저티브이고, H-브리지 단자(402b)가 전기적으로 네가티브이다.
제어 유닛(204)의 프로세서(206)가 H-브리지의 스위칭 구성을 제어하여 단자(402a, 402b)로부터 AC 신호를 생성한다. H-브리지(412)로부터의 신호가 인덕터(404)로 공급되어 AC 신호를 평활하고, 변압기(406)로 공급되어 변압기(406)로부터의 신호가 공급되는 배전망(1)에서 전송에 적합한 전압을 가지도록 신호를 조정한다.
도 5a는 시간에 대해서, 전력 공급 장치(202b)의 출력 단자(401a, 401b) 사이의 전위차(V)의 그래프이다. 전위차는 변하지 않는 것으로 도시되었으나, 실제로, 예를 들면, 전력 공급 장치(202a)가 태양열 발전기이면, 날씨 조건에 따라서, 시간에 따라서 약간의 변동이 있을 수 있다.
도 5b ~ 5d는 본 발명의 실시예에 있어서 H-브리지(412)가 상이한 모드에서 제어될 때, H-브리지 단자(402a, 402b) 사이의 시간에 대한 전위차를 나타내는 그래프이다. 도 5e ~ 5g는 변압기(406)의 출력 단자(408a, 408b)에서 시간에 대한 전류(I), 즉, 배전망(1)에 공급되는 전류의 대응하는 변동을 나타낸다. 도 5b ~ 도 5d를 참조하여 설명된 각 예에서, 제어 유닛(204)은, 변압기의 출력 단자(408a, 408b)에서 교류 전류를 생성하도록 스위치(400a ~ 400d)가 주기적으로 반복되는 온-오프 시퀀스로 동작하도록 H-브리지(412)를 제어한다. 생성된 교류 전류는 배전망(1)에 흐르는 전기와 위상이 갖고, 대응하는 반-사이클 C' 길이를 가지도록 구성된다.
도 5b는 제어 유닛(204)이 중립 동작 모드에 따라서 H-브리지 단자를 제어할 때 H-브리지 단자(402a, 402b)에서 시간에 대한 전압의 변동을 나타낸다. 이 동작 모드에서, 제어 유닛(204)은, 도 5e에 도시된 것같이, 배전망(1)에 공급되는 전류가 대칭 사인파 교류가 되도록, 각 반 사이클 C'의 중점에 대해서 대칭이며, 반복되는 온-오프 시퀀스로 동작하는 H-브리지(412)의 스위치들(400)을 제어한다. 온-오프 패턴과 배전망에 공급되는 전류가 각 반 사이클 C'의 중점에 대해서 대칭이기 때문에, 배전망에 흐르는 전기에 대해서 무효 전력 기여가 행해지지 않는다.
도 5c는 제어 유닛(204)이 용량성 동작 모드에 따라서 H-브리지 단자를 제어할 때 H-브리지 단자(402a, 402b)에서 시간에 대한 전압의 변동을 나타낸다. 이 동작 모드에서, 제어 유닛(204)은, 도 5f에 도시된 것같이, 배전망(1)에 공급되는 전류가 비대칭 교류 전류가 되도록, 각 반 사이클의 중점에 대해서 비대칭이며, 반복되는 온-오프 시퀀스로 동작하는 H-브리지(412)의 스위치들(400)을 제어한다. H-브리지(412)를 통해 전류가 흐르는 시간의 부분은 각각의 반 주기의 첫번째 절반 동안 더 높으므로, 배전망에 공급된 전류는 거기에 흐르는 전기의 전압을 앞서며, 이 모드에서, 배전망(1)에 흐르는 전기에 대해서 용량성 기여가 행해진다.
도 5d는 제어 유닛(204)이 유도성 동작 모드에 따라서 H-브리지 단자를 제어할 때 H-브리지 단자(402a, 402b)에서 시간에 대한 전압의 변동을 나타낸다. 이 동작 모드에서, 제어 유닛(204)은, 도 5g에 도시된 것같이, 배전망(1)에 공급되는 전류가 비대칭 교류가 되도록, 각 반 주기의 중점에 대해서 비대칭인, 반복되는 온-오프 시퀀스로 동작하는 H-브리지(412)의 스위치들(400)을 제어한다. H-브리지(412)를 통해 전류가 흐르는 시간의 부분은 각각의 반 주기의 두번째 절반 동안 더 높으므로, 배전망에 공급된 전류는 거기에 흐르는 전기의 전압에 늦으며, 이 모드에서, 배전망(1)에 흐르는 전기에 대해서 유도성 기여가 행해진다.
도 4 및 도 5a ~ 5g를 참조하여 설명된 실시예는 전력 공급 장치(202)로부터의 전류 플로우를 변조하여, 스위칭 커패시터와 같이, 무효 전력을 발생하는 추가 수단을 사용하지 않고 전력 공급 장치(202)의 무효 전력 기여가 변할 수 있는 또 다른 방법을 제공한다. 서술된 실시예에서, 각 반 사이클 C'의 중점에 대해서 비대칭이지만, 배전망(1)에서 흐르는 전압 신호의 동일한 주파수 및 동일한 타이밍에서 제로 점과 교차하는 AC 신호를 생성하여, 무효 전력 기여가 제어된다. 추가적으로 또는 교체적으로, 배전망(1)을 흐르는 전압 신호의 위상을 벗어나도록 신호가 제로 점과 교차하는 타이밍을 시프트하여 무효 전력 기여가 생성될 수 있다.
상기 실시예에서, 무효 전력 제어 장치는, 전류 제어 장치(212)가 각 모드에서 미리 정해진 크기의 무효 전력을 공급하는 유한한 수의 개별 모드에서 동작한다. 일부 경우에, 전력 소비 장치(202)에 의해 공급될 수 있는 최대 허용가능 역률을 제한하는 규정이 있다. 예를 들면, 유럽 공동체 규정(European community regulation)은, 25W까지의 출력 정격을 갖는 장치가 0.5 이상의 역률을 가져야 하며, 75W 이상의 출력 정격을 갖는 장치가 0.9 이상의 역률을 가져야 한다고 규정하고 있다(IEC/EN61000-3-2 참조). 따라서, 측정된 전류 제어 장치(212)가 액티브인 모든 경우에 최대 허용가능 출력을 공급하도록 전류 제어 장치(212)가 구성되는 장점이 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 전류-전압 위상차의 측정된 값에 따라서 계속해서 공급되는 무효 전력의 크기를 변화시키도록 전류 제어 장치(212)가 구성될 수 있다.
동작 모드의 수와 종류는 전력 장치(202)의 출력 정격과 같은 특성 및/또는 최대 허용된 무효 전력 기여를 제한하는 규정에 따라서 선택될 수 있다. 또한, 전류 제어 장치(212)는 상기 설명된 예에 한정되지 않고, 예를 들면, 가변 저항을 포함하며, 전류 주기에서 임의의 주어진 점에서 전체 이용가능한 전류의 부분을 제공하는 장치가, 상기 설명된 스위칭 소자와 함께 또는 그에 대한 대체물로서, 사용될 수 있다.
상기 서술된 무효 전력 제어 장치(200)의 동작모드에 따라서 전력 소비 장치의 전력 소비를 제어함으로써, 전력 장치(202)의 구성 소자가 소유하는 임의의 유도성 및/또는 용량성 리액턴스에 무관한 배전망(1)의 전력 플로우에 대한 용량성 무효 전력 기여 및/또는 유도성 무효 전력 기여가 제공될 수 있다. 그래서, 전력 유닛(202)은 예를 들면, 자기 코일 등과 같은 유도성 성분으로 인해서, 전력 플로우에 대한 유도성 기여를 할 수 있지만, 전력 플로우에 대한 기여가 무효 전력 제어 장치(200)의 동작으로 인해서 예를 들면, 용량성일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따라서 전력 장치(202)를 제어하는데 있어서 무효 전력 제어 장치(204)에 의해 실행되는 일예의 단계들을 나타내는 플로우도이다. 단계 S600에서, 무효 전력계(203)는 전력 장치(202)의 위치에서 배전망에 흐르는 전기의 전류-전압 위상차를 측정한다.
단계 S602에서, 제어 유닛(202)의 프로세서(206)는 단계 S600에서 행해진 측정에 기초하여, 위상차가 조정이 요구되지 않는, 위상차의 소정의 범위 내에 있는지 판정한다. 프로세서(206)는 위상차가 소정의 범위 내에 있다고 판정하면, 전력 장치(202)의 무효 기여에 대한 조정이 필요하지 않으므로, 프로세스는 단계 S604로 진행하고, 프로세서(206)는 무효 전력 제어 장치(200)의 중립 모드를 선택하여 커맨드 신호를 전류 제어 장치(212)에 전송하여 선택된 중립 모드에서 동작한다.
한편, 프로세서는 위상차가 소정의 범위내에 있지 않다고 단계 S602에서 판정하면, 프로세스는 단계 S606으로 진행하여, 프로세서(206)는 예를 들면, 단계 S600에서 측정된 위상차가 유도성 측에서 소정의 범위 밖인지를 판정함으로써, 유도성 보상이 필요한지를 판정한다. 유도성 기여에 대한 조정이 필요하다고 판정되면, 프로세스는 단계 S608로 진행하여, 프로세서(206)는 용량성 모드를 선택하므로, 전류 제어 장치(212)는 전력 장치(202)가 배전망(1)에서 전력 플로우에 대해 유도성 기여를 제공하도록 제어하고, 커맨드 신호를 전류 제어 장치(212)에 전송하여 용량성 모드에서 동작한다.
단계 S606에서 위상차에 대해 유도성 보상이 필요하지 않다고 판정되면, 용량성 기여가 필요하다고 결론이 내려지고, 프로세스는 단계 S610으로 진행하여, 프로세서(206)는 유도성 모드를 선택하므로, 전류 제어 장치(212)는 전력 장치(202)가 배전망(1)에서 전력 플로우에 대해 유도성 기여를 제공하도록 제어하고 커맨드 신호를 전류 제어 장치에 전송하여 유도성 모드에서 동작한다.
이와 같이, 무효 전력 제어 장치(200)는 전류의 플로우를 제어하므로, 배전망(1)에 흐르는 전기의 국부적으로 검출된 전류-전압 위상차에 따라서 전력 장치(202)에 대한 전력을 제어한다. 이 전류 플로우의 제어는 배전망에 흐르는 전기의 위상차를 조정하는 무효 전력 기여를 생성한다. 전력 장치(202)의 전력 소비 및/또는 공급이 큰 경우에, 개별 장치로부터의 정정된 무효 전력 기여가 배전망에 흐르는 전기의 위상차를 현저하게 조정할 수 있다. 또한, 개별 전력 장치(202)의 전력 소비 및/또는 공급이 작은 경우라도, 예를 들면, 장치가 상기 서술된 것같이 저전력 장치이면, 이러한 장치들의 분배군으로부터 결합된 기여가, 아래에 보다 상세하게 설명되는 것같이, 배전망에 흐르는 전기의 전류-전압 위상 차에 커다란 영향을 줄 수 있다.
일반적으로, 네트워크의 조건이 시간에 따라서 변화하고, 본 발명의 일부 실시예에서, 도 6을 참조하여 상기 서술된 프로세스가 연속적으로 또는 간격을 두고 반복되어, 무효 전력계에 의해 검출된 위상차의 변화로 인해서 상이한 모드가 생기므로, 상이한 무효 전력 기여가 선택된다.
상기 예에서, 무효 전력 보상 장치(200)는 위상 차가 미리 결정된 범위 내에 있는지 판정하고, 이 판정에 상관없이 동작의 모드를 선택하지만, 일부 실시예에는 미리 결정된 범위가 없다. 이 실시예에서, 무효 전력 보상 장치(200)는 단계 S602를 생략하고, 직접 단계 S606으로 진행한다. 즉, 이 실시예에서, 무효 전력 보상 장치의 동작의 "중립 모드"가 없고, 무효 전력 보상 장치(200)는 무효 전력 플로우가 미리 정해진 값보다 더 유도성인지 또는 더 용량성인지 결정된 것에 따라서 용량성와 유도성 모드 사이를 스위칭한다.
일부 경우에, 검출된 무효 전력 성분의 사인과 항상 반대의 사인을 갖는 무효 전력 성분을 제공하는 것이 바람직하므로(즉, 검출된 무효 전력 성분이 유도성이면 용량성 성분을 제공하고, 역도 또한 같음), 상기 서술된 미리 정해진 값이 제로이며, 다른 경우에, 최적의 전류-전압 위상차가 비제로 값일 수 있다. 이것은 배전망(1)을 통해 진행하면서 변압기 및 배전망(1)에서 다른 구성 소자로부터의 무효 기여로 인해서 다른 전류-전압 위상 차가 변화하기 때문이다. 그러므로, 전력 전송의 효율의 관점으로부터 최적의 상황은, 전력 장치(202)의 위치에서 위상차가 반드시 제로이어야 하는 것은 아니고, 대신에 위상차가 예를 들면, 전력 장치(202)에서 약간 용량성(예를 들면, 2 ~ 5도의 범위에서)일 수 있으므로, 위상차가 발전소에서 약간 유도성이면, 네트워크의 중간의 일부 포인트에서 제로이다. 따라서, 무효 전력 보상 장치(200)는 위상 차의 값을 결정하고, 이 값을 소정의 최적값과 비교하여, 검출된 위상 차와 소정 값 사이의 차이를 감소시키는 것을 목표로 하는 무효 전력 기여를 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 서술된 미리 결정된 범위는 일반적으로 최적 값의 중심에 있기 때문에(또는 적어도 포함하는), 몇몇 경우에, 특히 최적 값이 제로 또는 그 근방에 설정되거나 및/또는 상기 서술된 미리 결정된 범위가 비교적 큰 경우에, 범위의 종점은 반대 사인일 수 있고, 즉, 일단은 용량성 값에 대응하고, 타단은 유도성 값에 대응한다. 이 경우에, 상기 서술된 유도성 보상을 판정하는 단계는(단계 S606), 단계 S600에서 측정된 전류-전압 위상 차가 유도성인지 또는 무효인지를 간단히 판정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 최적 값이 비제로 값으로 설정된 경우에, 특히 미리 결정된 범위가 비교적 좁은 경우에, 미리 결정된 범위는 용량성 값만 또는 유도성 값만을 포함한다. 이 경우에, 단계 S606은, 측정된 위상 차가 범위의 유도성 측에 있는지 또는 용량성 측에 있는지를 판정하기 위해 단계 S600에서 측정된 위상 차를 미리 결정된 범위의 종점과 비교하는 것을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 배전망(1)에서 전기의 위상 시프트에 작은 변동이 있을 수 있으며, 이들 변동이 상기 서술된 허용가능한 범위의 종점을 정의하는 임계치 또는 그 근방에서 발생하면, 무효 전력 제어 장치(200)가 모드들 사이에서 발진하게 하며, 이것은 발진을 악화시키고, 배전망(1)에 흐르는 전류의 불안정을 생성한다. 이들 발진을 감소시키거나 또는 제거하기 위해서, 도 5를 참조하여 설명되는 것같이, 무효 전력 제어 장치(200)가 모드들 사이를 스위칭하는 임계치에 관련하여 히스테리시스가 사용될 수 있다.
도 7은 전력 장치(202)의 발생된 무효 전력에 대한 측정된 네트워크 위상 차를 나타낸다. 도시된 예에서, 전력 장치(202)는, 모드 2에서 동작할 때 +P의 무효 전력을 생성하고, 모드 1에서 동작할 때 제로 무효 전력을 생성하고, 모드 3에서 동작할 때 -P의 무효 전력을 생성한다. 이 예에서 생성된 무효 전력의 크기가 모드 2 및 모드 3에서 동일하지만, 일부 실시예에서, 크기는 각각의 모드에서 상이할 수 있다.
도 7은 무효 전력 제어 장치(200)가 모드들 사이를 스위칭하는 4개의 임계치 R1 ~ R4를 나타내며, R1 및 R2는 네가티브(유도성) 위상 차(｜R1｜>｜R2｜)를 나타내며, R3 및 R4는 포저티브(용량성) 위상 차(｜R4｜>｜R3｜)를 나타낸다. 유도성 네트워크 위상 차의 크기가 증가하면, 위상 차가 R1을 교차할 때, 무효 전력 제어 장치는 중립 모드에서 용량성 모드로 전환한다. 그러나, 반대 방향에서, 유도성 네트워크 위상 차의 크기가 감소하면, 무효 전력 제어 장치(200)는 R1에서 용량성 모드에서 중립 모드로 전환하지 않고, 대신에 R2에서 전환한다. 유사하게, 증가하는 용량성 네트워크 위상 차에 대해서, 무효 전력 제어 장치(200)는 중립 모드에서 유도성 모드로 전환하지만, 감소하는 용량성 네트워크 위상 차에 대해서, R4에서 전환한다. 그래서, 위상 차가 임계치 R1 ~ R4 중 하나의 주위에서 변동하지 않더라도, 무효 전력 제어 장치(200)가 R2 및 R3의 중립 모드에서 안정하고, R1 근방의 용량성 모드에서 안정하고, R4 근방의 유도성 모드에서 안정하기 때문에, 그 동작 모드에서 발진이 없다.
도 7과 관련하여 상기 서술된 예는 R1 및 R2 가 유도성 값을 나타내고, R3 및 R4 가 용량성 값을 나타내지만, 상기 서술된 최적 값이 비제로인 경우에 R1 ~ R4의 모두는 용량성이거나 유도성일 수 있는 것으로 이해된다. 이 경우에, 검출된 위상 차가 용량성로 남아 있어도, 무효 전력 제어 장치(200)는, 검출된 위상 차가 R1을 교차할 때, 용량성 기여를 제공하기 위해 용량성 모드로 전환될 수 있고, 유사하게, 검출된 위상 차가 유도성으로 남아 있어도, 검출된 위상 차가 R4를 교차할 때, 유도성 기여를 제공하기 위해 유도성 모드로 전환될 수 있다.
서술된 히스테리시스 특징에 추가적으로 또는 선택적으로, 무효 전력 제어 장치는, 일부 미리 정해진 기간 T3 동안 임계치를 교차할 때 모드들 사이의 스위치를 지연시키도록 구성될 수 있다. 이것은 또한 고주파 발진이 시스템 내로 들어가는 것을 방지한다.
또한, 상기 서술된 것같이, 본 발명의 일부 경우에, 복수의 무효 전력 제어 장치(200)가 배전망의 상이한 위치에 분배될 수 있고, 각각의 무효 전력 제어 장치(200)는 각각의 전력 장치(202)를 제어하므로, 배전망(1)에서 무효 전력 플로우를 제어하기 위해 사용될 수 있는 시스템을 형성한다. 이것은 소규모 또는 중규모의 전력 장치(202)가 사용될 때 특히 바람직하며, 개별 장치를 사용하여 얻어질 수 있는 것보다 배전망에서의 무효 전력 플로우를 더 크게 조정할 수 있게 한다. 예를 들면, 모든 전력 소비의 대략 5%는 상업용 및 가정용을 전제로 할 때 조명 장치로 인한 것으로 추정된다. 모든 이러한 조명 장치가 본 발명에 따른 무효 전력 제어 장치(200)를 사용했으면, 여기에 서술된 방법은 무효 전력으로서 기여되는 전력 소비 장치의 전체 전력 사용의 5%(여기에 설명된 방법을 사용하여 쉽게 이용가능한 수치)를 허용하는 것으로 가정하여, 보다 효과적인 무효 전력 특성을 제공하기 위해 전체 네트워크 전력 커패서티의 0.25%가 사용될 수 있다.
무효 전력 제어 장치(202)의 분배된 그룹을 사용하는 실시예에서(이들 실시예에 한정되는 것은 아니지만), 무효 전력 제어 장치(200)가 모드들 사이에서 전환하는 임계치 R1 ~ R4의 하나 이상의 값 및/또는 스위칭 T3에서 지연의 길이는 상이한 장치들 사이에서 변할 수 있다. 무효 전력 제어 장치(200)의 제조 동안 이 값들은 랜덤하게 할당되어(예를 들면, 정의된 최적 값 근방의 정의된 한계 내), 데이터 스토어(210)에 저장된다. 일부 경우에, 무효 전력 제어 장치(200)의 프로세서(206)는 R1 ~ R4 및 T3 중 하나 이상을 변화시키고, 미리 정해진 시간 한계 또는 예를 들면, 제어 센터(이하 참조)로부터의 활성화 신호에 의한 장치의 활상화시에 행해진 랜덤화 처리에 따라서 행해질 수 있다. 이와 같이, 이 값들을 랜덤화함으로써, 분배된 그룹의 장치들이 시스템에서 바람직하지 않은 발진을 생성하기 위해 일제히 동작하는 것을 방지한다.
상기 서술된 것같이, 통신 인터페이스를 통해서 제어 센터와 통신하도록 무효 전력 제어 장치(200)가 구성될 수 있다. 제어 센터는 배전망에서 노드 또는 여기 서술된 같이 무효 전력 제어 장치의 분배된 그룹을 통신 및/또는 제어하도록 구성된 임의의 다른 장치일 수 있다. 이들 장치와 무효 전력 제어 장치(200) 사이의 통신은 무선 또는 고정된 유선 통신, 예를 들면, 인터넷 및/또는 GSM 네트워크를 통한 통신을 사용하여 행해질 수 있다. 일부 경우에, 무효 전력 제어 장치(200)와 제어 센터 사이의 통신은 전력 선(414)을 통한 데이터의 전송에 의해 행해질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 제어 센터로부터 활성화 신호를 수신하고, 활성화 신호의 수신에 응하여 배전망(1)에 제공된 무효 전력을 제어하도록, 즉, 무효 전력 제어 장치(200)가 활성화 신호를 수신하기 전에 비활성화, 즉, 오프(OFF)되어 있을 때, 활성화 신호가 무효 전력 제어 장치(200)를 온(ON)시키도록, 무효 전력 제어 장치(200)가 구성될 수 있다. 무효 전력 제어 장치가 비활성화일 때, 전력 장치(202)는 통상의 동작에 따라서 배전망에 의해 공급된 전력을 소비 및/또는 공급하며, 즉, 전력 장치(202)는 무효 전력 제어 장치(200)에 접속되지 않은 것처럼 동작한다. 제어 센터는 비활성화 신호를 또한 제공하여 무효 전력 제어 장치를 오프시켜서, 즉, 비활성 상태로 할 수 있다.
제어 센터로부터 활성화 신호를 수신하면, 각각의 분배된 그룹의 무효 전력 제어 장치(200)가 온으로 되어, 예를 들면, 도 6과 관계하여 상기 서술된 처리에 따른 동작을 시작한다. 상기 서술된 파라미터 R1 ~ R4 및 T3와 관련된 랜덤 값의 생성이 이 활성화 신호의 수신에 따라서 행해질 수 있다. 배전망에 흐르는 무효 전력의 급작스런 변화를 방지하기 위해, 활성화 신호에 응하여 활성화되는 무효 전력 제어 장치(200)가 동시에 모두 활성화되지 않도록 시스템을 구성하는 것이 또한 유리할 수 있다. 이것은 활성화 신호를 수신한 뒤 랜덤하게 생성된 시간 간격이 경과한 뒤 각 장치가 활성화되도록 구성함으로써 행해지며, 랜덤하게 생성된 시간 간격은 장치 자신에 의해 생성될 수 있거나 활성화 신호 자체에 규정될 수 있다.
일부 실시예에서, 활성화 신호의 일부 또는 몇몇 다른 신호로서 R1 ~ R4 및 T3는 제어 센터에 의해 규정될 수 있다. 이로 인해, 무효 전력 제어 장치(202)의 특성이 배전망(1)의 특정 조건에 따라서 맞추어질 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 무효 전력 제어 장치(200)의 일부는, 제어 센터의 제어 없이, 자동적으로 동작하며, 일부 다른 무효 전력 제어 장치(200)는 제어 센터의 제어 하에서 동작한다. 이 경우에, 상기 서술된 미리 결정된 범위가 자동 무효 전력 제어 장치(200)에 대해서 비교적 크게 설정되고, 원격 제어되는 장치(200)에 대해서 비교적 좁게 설정되는 것이 유리하며, 이와 같이, 모든 무효 전력 제어 장치(202)는 배전망의 무효 전력의 큰 변화에 반응하지만, 그 특성을 원격으로 조정함으로써 보다 미세하게 조정될 수 있는 오직 원격으로 제어되는 장치가 더 작은 변화를 조정하기 위해 사용된다.
서술된 것같이, 무효 전력 제어 장치(200)를 활성화 및/또는 비활성화시키기 위해 제어 센터를 사용하므로, 배전망(1)으로 요구되는 무효 전력을 전달하기 위해 무효 전력 제어 장치(200)가 사용되는 것을 가능하게 한다. 그래서, 무효 전력 제어 장치(200)의 사용자 그룹 및/또는 제어 센터의 오퍼레이터는 무효 전력을 예를 들면 전력 공급자에게 판매할 수 있다.
무효 전력 제어 장치(200)는 제어 센터와 통신하여 무효 전력 제어 장치의 성능에 관한 데이터 및 다른 정보를 제공한다. 예를 들면, 프로세서(206)는 데이터 스토어(210)에, 무효 전력 제어 장치(200)의 활성화 시간, 배전망(1)에 공급된 무효 전력량, 무효 전력계(203)에 의한 RPC의 측정의 결과 등의 데이터를 기록하고, 통신 인터페이스(208)를 통해서 제어 센터에 이 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 전력 장치(202)가 PEV 등의 이동 장치이면, 예를 들면, GPS 추적 장치를 사용하여 그 위치를 기록하고, 제어 센터에 전송하도록 구성될 수 있다.
또한, 무효 전력 제어 장치(200)는 배전망(1)에 흐르는 전기의 하나 이상의 특성을 측정하고, 제어 센터에 이들 전기 특성을 나타내는 데이터를 전송할 수 있다. 이 측정은 무효 전력계(203) 또는 하나 이상의 다른 계량기를 사용하여 행해질 수 있다. 측정 및 보고된 하나 이상의 전기 품질은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
● 무효 전력 특성
● 딥(dip), 새그(sag), 스웰(swell), 절전 시기(brown-out) 등의, 단기간 동안 선간 전압(line voltage)이 공칭 전압(norminal voltage)보다 높거나 낮은 전압 변동: 이것은 네트워크 장애, 용량성 부하의 스위칭 및 과잉 로딩에 의해 생길 수 있다.
● 고조파: 다중 공급 주파수에서 선간 전압의 변동으로서, 예를 들면 가변속 드라이브 및 UPS 시스템 등의 전력 전자 부하에 의해 생길 수 있다.
● 플리커: 전압의 랜덤 또는 반복적인 변동으로서, 예를 들면, 밀, EAF 동작(아크로), 용접장치 및 파쇄기에 의해 생길 수 있다.
● 네트워크 불균형, 즉, 상이한 선간 전압: 예를 들면, 단상 부하, 상간(phase to phase) 부하 및 용접 장치와 같은 불균형 3상 부하에 의해 생길 수 있다.
● 발진(공진): 예를 들면, 인덕터의 자계와 커패시터의 전계 사이의 전기 에너지의 플로우가 주기적으로 방향을 바꾸는 것이다.
● 과도현상(transient)(급속 외란) : 전압 및 전류 파형에서 발생하는 정현파의 급격한 변화로서, 스위칭 장치, 고전력 장치의 시작 및 정지에 의해 생길 수 있다.
무효 전력 제어 장치(200)는 예를 들면 도 2 ~ 7을 참조하여 상기 서술된 방법을 적용하여, 이들 검출된 품질 특성을 조정하기 위해 전력 장치(202)의 전력 소비 및/또는 공급을 제어하는 수단을 또한 포함할 수 있다.
제어 센터는 예를 들면 무효 전력 보상을 요구하는 배전망(1)의 영역을 판단하기 위해 이 정보를 사용할 수 있다. 그리고, 제어 센터는 무효 전력 제어 장치(200)의 분배된 그룹에 의해 발생될 필요가 있는 무효 전력의 요구량을 결정하고, 관련된 네트워크에서 장치군을 특정하고, 특정된 각각의 장치에 활성화 신호를 전송한다. 결국, 무효 전력 제어 장치(200)가 각각 개별적으로 어드레스되는 것이 편리할 수 있으며, 예를 들면, 각각의 무효 전력 제어 장치(200)는 IP 어드레스를 가질 수 있고, 및/또는 각 무효 전력 제어 장치는, 어드레스 데이터가 MSISDN 번호 등의, SIM 카드의 식별 번호를 포함하는 경우에, 가입자 신원 모듈 SIM 카드가 적합할 수 있다.
여기 설명된 기술 및 방법은 여러 가지 수단에 의해 실행될 수 있다. 예를 들면, 이들 기술은 하드웨어(하나 이상의 장치), 펌웨어(하나 이상의 장치), 소프트웨어(하나 이상의 모듈) 또는 이들의 조합에 의해 실행될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어서, 도 2 및 4의 장치가, 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuits), DSP(digital signal processor), DSPD(digital signal processing devices), PLD(programmable logic devices), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로-컨트롤러, 마이크로프로세서, 여기 설명된 기능을 행하도록 설계된 다른 전자 유닛, 또는 이들의 조합 내에서 실행될 수 있다. 펌웨어 또는 소프트웨어는, 여기에 설명된 기능들을 행하는 적어도 하나의 칩 세트의 모듈들(예를 들면, 공정, 기능 등)을 통해서 구현이 행해질 수 있다. 소프트웨어 코드는 데이터 스토어 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 행해질 수 있다. 데이터 스토어 유닛(210)은 프로세서 내 또는 프로세서 외부에서 실행될 수 있다. 프로세서 외부에서 실행되는 경우에, 해당 기술에서 주지의 다양한 수단을 통해서 프로세서에 통신가능하게 접속될 수 있다. 또한, 여기에 설명된 시스템의 구성 소자들은, 관련하여 서술된 다양한 구성 등의 성취를 용이하게 하기 위해 추가의 구성 소자에 의해 재구성 및/또는 보완될 수 있으며, 본 기술에서 숙련된 자에게는, 주어진 도면에서 서술된 상세한 구성에 한정되는 것은 아니다.
상기 실시예들은 본 발명의 도시 예인 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들은, 예를 들면, 상기 논의된 실시예에서, 배전망(1)은 단일 위상 분배를 사용하는 것으로 예상될 수 있다. 그러나, 동일한 원리들이 3상 시스템과 같은, 다상 시스템에 적용가능한 것은 숙련된 자에게 명백하다.
또한, 상기 실시예에서, 전류 제어 장치(212)는 하나 이상의 반도체 스위칭 소자들을 사용하여 구현된다. 이러한 실시예들은 특히 본 기술에서 허용된, 대략 25 ~ 35 암페어까지의 전류를 도출하는 가정용 소비 장치에서 사용하기에 사용하기에 적합하다. 그러나, 반도체 스위치에 손상을 주는 레벨의 전류를 만드는 고전력 소비 또는 공급 장치를 사용할 때, 진공 튜브와 같은 다른 스위칭 소자들을 사용하는 것이 적합할 수 있다.
임의의 하나의 실시예와 관련하여 설명된 임의의 특징들은 단독 또는 서술된 다른 특징들과 조합되어 사용될 수 있고, 임의의 다른 실시예들의 하나 이상의 특징 또는 임의의 다른 실시예들의 임의의 조합과 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 첨부된 청구 범위에 정의된, 본 발명의 범위를 벗어 나지 않으면, 상기 설명되지 않은 동등예 및 변경예가 사용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 배전망에 접속될 때 상기 배전망으로부터의 전력을 소비하거나 상기 배전망에 전력을 공급하는 전력 장치에 사용하는 무효 전력 제어 장치로서,
    상기 전력장치에서, 상기 배전망에 흐르는 전기의 무효 전력 특성을 검출하는, 검출 수단;
    상기 배전망에 흐르는 전기의 상기 무효 전력 특성이 제1 미리 정의된 값보다 더 유도성인지 또는 제2 미리 정의된 값보다 더 용량성인지를 결정하도록 설정된 프로세서; 및
    제어 수단을 포함하며,
    상기 제어 수단은,
    상기 무효 전력 특성이 상기 제1 미리 정의된 값보다 더 유도성이라는 결정에 응하여, 상기 배전망에 흐르는 상기 무효 전력으로의 상기 전력장치의 무효 전력 기여가 제1 기여값으로부터 제2 기여값으로 변화되도록 상기 전력장치를 제어하며 - 상기 제2 기여값은 상기 제1 기여값보다 더 용량성임 -;
    상기 무효 전력 특성이 상기 제2 미리 정의된 값보다 더 용량성이라는 결정에 응하여, 상기 배전망에 흐르는 상기 무효 전력으로의 상기 전력장치의 무효 전력 기여가 제3 기여값으로부터 제4 기여값으로 변화되도록 상기 전력장치를 제어하는, - 상기 제4 기여값은 상기 제3 기여값보다 더 유도성임-;
    무효 전력 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무효 전력 특성은 상기 배전망에 흐르는 전기의 전압과 전류 사이의 위상 차에 관한 것이며, 상기 제1 미리 정의된 값은 미리 정의된 위상 차 값을 포함하고, 상기 제2 미리 정의된 값은 미리 정의된 위상 차 값을 포함하는, 무효 전력 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 미리 정의된 값과 상기 제2 미리 정의된 값은 동일한, 무효 전력 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기여값과 상기 제3 기여값은 동일한, 무효 전력 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 미리 정의된 값은 상기 제2 미리 정의된 값보다 더 유도성인, 무효 전력 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기여값과 상기 제2 기여값은 둘 다 유도성이며, 상기 제2 기여값은 상기 제1 기여값보다 덜 유도성인, 무효 전력 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 기여값과 상기 제4 기여값은 둘 다 용량성이며, 상기 제4 기여값은 상기 제3 기여값보다 덜 용량성인, 무효 전력 제어 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 프로세서가 상기 배전망에 흐르는 전기의 상기 무효 전력 특성이 상기 제1 미리 정의된 값보다 더 유도성인지 또는 상기 제2 미리 정의된 값보다 더 용량성인지를 결정한 뒤 경과하는 미리 결정된 기간에 응하여 상기 무효 전력 기여를 변화시키는, 무효 전력 제어 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배전망에서 흐르는 전기는 미리 결정된 주기를 갖는 교류 전기 플로우를 포함하고, 상기 제어 수단은 스위칭 수단이 미리 결정된 기간의 하나 이상의 부분 동안 전력 장치와의 전력의 공급을 선택적으로 인터럽트하도록 제어하는, 무효 전력 제어 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 수단은 전류 변조 수단을 포함하는, 무효 전력 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어 수단은 펄스 폭 변조 수단을 포함하고, 상기 전력 장치는 상기 배전망으로부터 전류를 소비하는 전력 소비 장치를 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 전력 소비 장치의 전력 소비의 듀티 사이클 특성을 제어하는, 무효 전력 제어 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전력 장치는 상기 배전망에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 포함하고, 상기 전력 공급 장치는 직류를 공급하고, 제어 수단은 직류-교류 변환 수단을 제어하는, 무효 전력 제어 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전력 장치는 상기 직류를 공급하는 교류-직류 변환 수단을 포함하는, 무효 전력 제어 장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배전망에 흐르는 전기의 하나 이상의 전기 품질 특성을 검출하는 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 검출된 전기 품질 특성을 바꾸도록 상기 전력 장치에 의해 공급 및/또는 소비되는 전력의 특성을 제어하고,
    검출된 하나 이상의 전기 품질 특성은 전기 플로우의 고조파, 전압의 랜덤 또는 반복적인 변동, 네트워크 불균형, 전력 플로우의 발진, 및 전력 플로우의 천이 중 적어도 하나를 포함하는, 무효 전력 제어 장치.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전력 장치는 상기 배전망에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 포함하고, 상기 전력 공급 장치는 태양 발전 장치, 개인용 전기 차량, 개인용 전기 자전거 및 가정용 재생가능 에너지 소스 중 적어도 하나를 포함하는, 무효 전력 제어 장치.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배전망은 송전 그리드 및 배전 그리드를 포함하고, 상기 송전 그리드는 하나 이상의 변압기를 통해 상기 배전 그리드에 접속되어 전력을 공급하고, 상기 배전 그리드는 복수의 가정 및/또는 산업의 사용자에게 전력을 공급하고, 상기 전력 장치는 상기 배전 그리드로부터의 전력을 소비하거나 상기 배전 그리드에 전력을 공급하는, 무효 전력 제어 장치.
  17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    제어 센터로부터 활성화 신호를 수신하는 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 통신 인터페이스에서 상기 활성화 신호의 수신에 응하여 상기 무효 전력 기여의 제어를 행하는, 무효 전력 제어 장치.
  18. 배전망에서 무효 전력 플로우를 제어하는데 사용하는 시스템으로서,
    상기 배전망에 접속된 각각의 전력 장치를 각각 제어하는 청구항 17에 기재된, 분배된 복수의 무효 전력 제어 장치;및
    상기 분배된 복수의 무효 전력 제어 장치의 각각에 활성화 신호를 송신하는 제어 센터를 포함하는 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    복수의 무효 전력 제어 장치중 상이한 무효 전력 제어 장치들이 상기 활성화 신호를 수신한 뒤, 상이한 간격으로 상기 제어를 실행하는, 시스템.
  20. 청구항 18에 있어서,
    각각의 상기 무효 전력 제어 장치는 각각의 전력 장치의 하나 이상의 성능 특성을 측정하는 수단을 포함하고, 각각의 상기 무효 전력 제어 장치는 상기 하나 이상의 성능 특성을 나타내는 데이터를 제어 센터에 송신하고, 상기 하나 이상의 성능 특성은 상기 배전망에 흐르는 검출된 무효 전력 성분의 값, 각각의 전력 장치에 의해 배전망에 기여된 무효 전력량, 및 상기 기여된 무효 전력의 제어가 행해진 시간 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  21. 청구항 18에 있어서,
    각각의 상기 무효 전력 제어 장치는 상기 배전망에 흐르는 전기의 전기 품질 특성을 측정하는 수단을 포함하고, 각각의 상기 무효 전력 제어 장치는 측정된 하나 이상의 전기 품질 특성을 나타내는 데이터를 전송하고, 상기 하나 이상의 전기 특성은 무효 전력 특성, 전기 플로우의 고조파, 전압의 랜덤 또는 반복 변동, 네트워크 불균형, 전력 플로우의 발진, 전력 플로우의 천이 중 적어도 하나에 관한 것인, 시스템.
  22. 하나 이상의 전력 장치에 접속된 배전망에서 무효 전력을 제어하는데 사용하는 방법으로서, 하나 이상의 전력 장치는 상기 배전망으로부터의 전력을 소비하거나 상기 배전망에 전력을 공급하고, 상기 방법은,
    상기 전력 장치에서, 배전망에 흐르는 전기의 무효 전력 특성을 검출하는 단계;
    상기 배전망에 흐르는 전기의 상기 무효 전력 특성이 제1 미리 정의된 값보다 더 유도성인지 또는 제2 미리 정의된 값보다 더 용량성인지를 결정하는 단계;
    상기 무효 전력 특성이 상기 제1 미리 정의된 값보다 더 유도성이라는 결정에 응하여, 상기 배전망에 흐르는 상기 무효 전력으로의 상기 전력장치의 무효 전력 기여가 제1 기여값으로부터 제2 기여값으로 변화되도록 상기 전력장치를 제어하는 단계 - 상기 제2 기여값은 상기 제1 기여값보다 더 용량성임 -; 및
    상기 무효 전력 특성이 상기 제2 미리 정의된 값보다 더 용량성이라는 결정에 응하여, 상기 배전망에 흐르는 상기 무효 전력으로의 상기 전력장치의 무효 전력 기여가 제3 기여값으로부터 제4 기여값으로 변화되도록 상기 전력장치를 제어하는 단계, - 상기 제4 기여값은 상기 제3 기여값보다 더 유도성임 -;
    를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 무효 전력 특성은 상기 배전망에 흐르는 전기의 전압과 전류 사이의 위상 차에 관한 것인, 무효 전력 제어 방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 무효 전력 특성의 상기 변화를 검출한 뒤 경과하는 미리 결정된 기간에 응하여 상기 전력 장치에 의한 상기 배전망에 대한 상기 무효 전력 기여를 변화시키는 단계를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    랜덤 값 발생 공정에 따라서 상기 기간의 값을 결정하는 단계를 포함하는, 무효 전력 제어 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
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