KR101798915B1 - 무정전 전력 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

무정전 전력 공급 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무정전 전력 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무정전 전력 공급 시스템은 상용전원의 정전 상태를 감시하도록 구성된 정전 감시부; 전류를 인가받아 충전되도록 구성된 배터리; 상기 배터리의 충전 잔량을 측정하도록 구성된 배터리 전압 검출부; 비상전력을 공급하도록 구성된 발전기; 상기 상용전원, 상기 배터리 및 상기 발전기에 전기적으로 연결되며 스위칭 동작을 통하여 부하에 전력을 공급하도록 구성된 동기 절체부; 및 상기 정전 감시부로부터 정전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 상기 배터리 전력이 부하에 공급되도록 제어하면서 상기 발전기에 시동 신호를 전송하고, 상기 배터리 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 발전기의 출력 전압이 미리 설정된 문턱값 이상인 경우 상기 발전기 전력이 상기 배터리 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하며, 상기 정전 감시부로부터 복전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 상용전원이 상기 발전기 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 복전 신호에 의하여 상용전원이 부하에 공급되는 상태에서 배터리 전압 검출부로부터 읽어들인 전압이 미리 설정된 필수 유지 잔존량 이상일 경우 발전기에 정지 신호를 전송함으로써, 발전기의 충전이 충분히 이루어지지 않은 상태에서는 발전기의 가동이 정지되지 않도록 하여 추가적인 정전에 의한 전력의 단절을 예방할 수 있다.

Description

무정전 전력 공급 시스템 및 방법 { SYSTEM AND METHOD FOR UNINTERRUPTIBLE SUPPLY }
본 발명은 무정전 전력 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 정전이 발생할 경우 배터리 및 발전기를 이용하여 부하에 연속적으로 전력을 공급하되, 발전기 가동 시간을 가변적으로 제어함으로써 여러 차례의 정전이 발생하는 경우에도 부하로의 전력 공급이 단절되지 않도록 하는 전력 공급 시스템 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 빌딩, 건물, 아파트 등의 공동주택, 병원, 대학에는 갑작스런 한국전력의 전력공급 단절(정전) 등을 대비하여 비상용 발전기를 가동하고 있다.
이러한 비상용 발전기와 상용전원 공급 간의 병렬 제어 운전에 관한 기술이 종래에 연구되어 왔다. 예를 들어, "고압 및 저압용 병렬 운전 배전반"의 명칭을 가진 등록특허공보 제10-1214782호는 상용전원 정전 시와 복전 시에 상용전원의 전력과 발전기 전력을 무정전으로 병렬 운전하여 부하로 공급할 수 있도록 하는 기술을 개시한다.
그러나 위 등록특허공보 제10-1214782호를 비롯한 종래의 비상용 발전기 및 상용전원 공급 간의 병렬 제어 운전 기술에서는, 상용전원의 정전 시에 전력 전환이 이루어지려면 발전기가 가동되기까지의 시간, 예컨대 30초 정도의 시간이 필요하였다. 따라서, 이 발전기 가동까지의 시간 동안에는 전력 공급이 단절될 수 밖에 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 배터리를 이용하여 일시적인 전력 단절까지도 방지하는 기술이 연구되었다. 그 일예로, "발전기를 이용한 무정전 전원 공급장치 및 무정전 전원 공급방법"의 명칭을 가진 등록특허공보 제10-1029249호는 정전이 발생한 경우 1차적으로 배터리의 전압이 부하에 제공되어 부하를 무정전 상태로 유지하고, 2차적으로 발전기에서 생성된 발전 전원이 부하에 제공되어 부하를 무정전 상태로 유지하는 기술을 개시한다.
그러나 배터리가 공급할 수 있는 전력은 지극히 제한적이므로, 단 한 차례 정전이 발생하였을 경우에는 배터리 및 발전기에 의하여 전력 단절을 방지할 수 있으나, 짧은 시간 간격으로 여러 차례의 정전이 발생하는 경우에는 배터리 전력이 모두 소모되어 기존의 발전기만을 사용하는 경우와 마찬가지로 전력 단절이 발생될 수 있는 문제가 있다.
등록특허공보 제 10-1214782호 등록특허공보 제 10-1029249호
따라서 본 발명은 정전이 발생할 경우 배터리 및 발전기를 이용하여 부하에 연속적으로 전력을 공급하되, 발전기에서 생성된 비상 전력에 의해 배터리를 충전할 수 있으며, 또한 배터리의 현재 잔량과 연계하여 발전기의 가동 시간을 가변적으로 제어함으로써, 여러 차례의 연이은 정전이 발생하는 경우에도 부하로의 전력 공급이 단절되지 않도록 하는 무정전 전력 공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 상용전원의 정전 상태를 감시하도록 구성된 정전 감시부; 전류를 인가받아 충전되도록 구성된 배터리; 상기 배터리의 충전 잔량을 측정하도록 구성된 배터리 전압 검출부; 비상전력을 공급하도록 구성된 발전기; 상기 상용전원, 상기 배터리 및 상기 발전기에 전기적으로 연결되며 스위칭 동작을 통하여 부하에 전력을 공급하도록 구성된 동기 절체부; 및 상기 정전 감시부로부터 정전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 상기 배터리 전력이 부하에 공급되도록 제어하면서 상기 발전기에 시동 신호를 전송하고, 상기 배터리 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 발전기의 출력 전압이 미리 설정된 문턱값 이상인 경우 상기 발전기 전력이 상기 배터리 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하며, 상기 정전 감시부로부터 복전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 상용전원이 상기 발전기 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 시스템에 의해 달성된다.
상기 제어부는, 상기 복전 신호에 의하여 상용전원이 부하에 공급되는 상태에서 상기 배터리 전압 검출부로부터 읽어들인 전압이 미리 설정된 필수 유지 잔존량 이상일 경우 상기 발전기에 정지 신호를 전송하도록 더 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 배터리 전압 검출부로부터 읽어들인 전압이 상기 필수 유지 잔존량 미만일 경우, 상기 발전기 전력을 부하에 공급하는 동시에 상기 발전기가 상기 배터리에 충전 전류를 공급하도록 상기 동기 절체부를 더 제어하도록 구성될 수 있다.
한편, 상용전원의 정전 상태가 되는 것에 대한 응답으로, 배터리 전력이 상용전원을 대신하여 부하에 공급되도록 부하에 전기적으로 연결된 동기 절체부를 제어하는 단계; 상용전원의 정전 상태가 되는 것에 대한 응답으로, 발전기에 시동 신호를 전송하는 단계; 상기 배터리 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 발전기의 출력 전압을 검출하는 단계; 상기 발전기의 출력 전압이 미리 설정된 문턱값 이상인 경우 상기 발전기 전력이 상기 배터리 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하는 단계; 상기 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서, 상용전원이 복전 상태가 되는 것에 대한 응답으로 상용전원이 상기 발전기 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하는 단계; 및 상기 복전 신호에 의하여 상용전원이 부하에 공급되는 상태에서, 상기 배터리의 충전 잔량이 미리 설정된 필수 유지 잔존량 이상일 경우 상기 발전기 가동을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 방법에 의해서도 상기 목적은 달성된다.
상기 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 배터리의 충전 잔량이 상기 필수 유지 잔존량 미만일 경우, 상기 발전기 전력을 부하에 공급하는 동시에 상기 발전기가 상기 배터리에 충전 전류를 공급하도록 상기 동기 절체부를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 필수 유지 잔존량은 상기 배터리의 충전 잔량에 의하여 부하에 미리 설정된 시간 동안 전력을 공급할 수 있도록 결정될 수 있다.
상기 미리 설정된 시간은 상기 발전기의 시동에 소요되는 시간 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 무정전 전력 공급 시스템 및 방법에 의하면, 상용전원이 정전되면 정전과 즉시 배터리의 전력을 부하로 공급함으로써, 순간 정전의 경우에도 발전기가 가동되기 전까지의 시간 동안 안정적으로 부하에 전력을 공급할 수 있으며, 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 발전기의 비상 전력에 의하여 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무정전 전력 공급 시스템 및 방법에 의하면, 상용전원의 정전 후 복전이 이루어진 경우에도 배터리의 충전 잔량과 연계하여 발전기의 정지 시간을 가변적으로 제어함으로써, 배터리가 충분히 충전되지 않은 상태에서 여러 차례의 연이은 정전이 발생하는 등의 경우에도 부하로의 전력 공급이 단절되지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 시스템의 구성을 도시한 개략적인 블록도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 방법을 도시한 흐름도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 방법에 있어서 발전기 전력에 의해 배터리를 충전하는 방법을 도시한 흐름도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 방법에 있어서 상용전원 복전을 검출하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무정전 전력 공급 시스템 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 시스템의 구성을 도시한 개략적인 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무정전 전력 공급 시스템은 정전 감시부(10), 배터리(20), 배터리 전압 검출부(25), 발전기(30), 동기 절체부(40) 및 제어부(50)를 포함한다.
정전 감시부(10)는 상용전원(1)에 전기적으로 연결되어, 상용전원(1)의 정전 시 정전 신호를 제어부(50)에 전송하고 상용전원(1)의 정전 후 복전 시 복전 신호를 제어부(50)에 전송하도록 구성된다. 정전 감시부(10)에 의한 정전 및 복전의 판단은 본 발명이 속하는 기술분야에서 관용적으로 활용되거나 공지된 기술, 예를 들어, 단자 전압 측정을 이용한 기술에 의하여 이루어질 수 있으며, 특정 방법으로 한정되지 않는다. 정전이 아닌 상태에서, 상용전원(1)의 전력은 동기 절체부(40)를 거쳐 부하(4)에 공급된다.
본 발명의 일실시예에서, 정전 감시부(10)는 상용전원(1)으로부터 공급되는 전력의 전압이 미리 설정된 기준 전압 미만으로 감소할 경우 정전 신호를 전송하며, 정전 후 상용전원(1)으로부터 공급되는 전력의 전압이 상기 기준 전압 이상으로 증가할 경우 복전 신호를 전송하도록 구성된다.
배터리(20)는 상용전원(1)의 정전 시 일시적으로 부하(4)에 전력을 공급하기 위한 부분이다. 상용전원(1)이 정전 상태가 아닌 경우, 배터리(20)는 부하(4)와 병렬로 연결되어서 상용전원(1)으로부터 공급되는 전류에 의해서 충전되며, 정전 시 발전기(30)기 기준 전압으로 올라오기 전에 일시적으로 부하(4)에 전력을 공급한다. 본 명세서에서, 배터리(20)는 축전지와 더불어 이에 의해 공급되는 전력을 부하에 공급되기에 적절한 형태로 변환하기 위한 DC/AC나 전력변환장치(Power Conversion System)를 모두 포함하는 개념으로 의도된다. 예를 들어, 배터리(20)는 ESS(Energy Saving System, UPS(Uniterruptible Power Supply) 등으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 전압 검출부(25)는 배터리(20)의 충전 잔량을 검출하기 위한 부분이다. 충전 잔량의 전압 신호의 형태로 검출될 수 있으며, 충전 잔량은 제어부(50)에 전송되어 제어부(50)에 의하여 발전기(30)의 정지 및 발전기(30) 전력에 의한 배터리(20)의 충전 여부를 결정하는 데에 사용될 수 있다.
발전기(30)는 상용전원(1)의 정전 시 부하(4)에 비상 전력을 공급하기 위한 부분이다. 상용전원(1), 배터리(20) 및 발전기(30)는 동기 절체부(40)를 통하여 부하(4)에 전기적으로 연결된다.
동기 절체부(40)는 제어부(50)로부터 수신되는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하면서 상용전원(1), 배터리(20) 및 발전기(30) 중 어느 하나를 부하(4)에 전기적으로 연결함으로써 부하(4)에 전력을 공급하는 부분이다. 이를 위하여, 동기 절체부(40)는 상용전원(1), 배터리(20) 및 발전기(30) 각각에 전기적으로 연결되며 제어부(50)의 스위칭 신호에 의하여 제어되는 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다.
무정전 절체 동작을 위하여, 동기 절체부(40)는 상용전원(1)으로부터 공급되는 교류 전력의 정현파와 발전기(30)로부터 공급되는 교류 전력의 정현파의 전압, 주파수 및 위상각을 일치시켜서 동기화한 후 공급 전류의 스위칭을 수행할 수 있다. 또한, 동기 절체부(40)는 배터리(20)의 전압을 교류로 변환하기 위한 인버터를 더 포함할 수 있으며, 인버터 출력 전압에 대해서도 앞서 기술한 것과 동일한 방식으로 동기화된 무정전 절체 동작을 수행할 수 있다.
제어부(50)는 정전 감시부(10)로부터 정전 및 복전 신호를 수신하고, 이를 통해 검출된 상용전원(1)의 상태에 따라 동기 절체부(40)에 적절한 스위칭 신호를 전송함으로써 부하(4)에의 연속적인 전력 공급이 이루어지도록 한다. 또한, 제어부(50)는 정전 및 복전 신호를 통해 검출된 상용전원(1)의 상태에 따라 발전기(30)에 시동 신호 또는 정지 신호를 전송함으로써 발전기(30)의 가동 상태를 제어한다.
본 발명의 일실시예에서, 정전 감시부(10)로부터 정전 신호가 수신되면, 제어부(50)는 배터리(20)의 전력이 상용전원(1)의 전력을 대신하여 부하(4)에 공급되도록 동기 절체부(40)를 제어한다. 배터리(20)가 부하(4)와 병렬 연결되어 있을 경우, 이상의 스위칭은 정전과 동시에 즉각적으로 이루어질 수 있다. 또한, 제어부(50)는 정전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 발전기(30)에 시동 신호를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 제어부(50)는 발전기(30)의 출력 전압에 대한 문턱값을 저장한다. 또한, 제어부(50)는 상용전원(1)의 정전에 의한 발전기(30)의 시동 후 발전기(30) 출력 전압이 문턱값에 도달하였는지 여부를 검출하고, 발전기(30) 출력 전압이 문턱값 이상이 되었을 경우 부하(4)로의 전력 공급에 대하여 배터리(20) 전력으로부터 발전기(30) 전력으로의 절체가 이루어지도록 동기 절체부(40)에 스위칭 신호를 전송한다.
그리고 본 발명의 일실시예에서, 상용전원(1)의 정전 후 다시 정전 감시부(10)로부터 복전 신호가 수신되면, 제어부(50)는 상용전원(1)의 전력이 발전기(30) 전력을 대신하여 부하(4)에 공급되도록 동기 절체부(40)에 스위칭 신호를 전송한다. 또한, 제어부(50)는 상용전원(1)이 복전되었으므로 발전기(30)에 정지 신호를 전송한다. 이 때, 제어부(50)는 발전기(30)를 복전 즉시 정지시키는 것이 아니라, 배터리(20)의 현재 충전 잔량을 검출하고 이에 기초하여 발전기(30)의 정지 시점을 가변적으로 조절하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 제어부(50)는 복전 신호에 의하여 상용전원(1)의 전력이 부하(4)에 공급되는 상태에서 배터리 전압 검출부(25)를 통하여 배터리(20)의 충전 잔량을 전압 신호의 형태로 읽어들인다. 배터리 전압 검출부(25)로부터 읽어들인 전압이 미리 설정된 필수 유지 잔존량 미만일 경우, 제어부(50)는 발전기(30)에 정지 신호를 전송하지 않음으로써 발전기(30)를 가동 상태로 유지한다. 바꾸어 말하면, 제어부(50)는 복전된 상용전원(1)에 의하여 배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량 이상으로 증가할 경우에만 발전기(30)에 정지 신호를 전송하여 발전기(30)를 정지시킨다.
본 발명의 일실시예에서, 발전기(30)를 정지시키기 위한 배터리(20)의 필수 유지 잔존량은 부하(4)의 소모 전력을 고려하여 결정된다. 예컨대, 배터리(20)의 필수 유지 잔존량은 배터리(20)만을 이용하여 미리 설정된 시간 동안 부하(4)에 전력을 공급할 수 있는 양으로 결정될 수 있다. 또한 일 실시예에서, 상기 미리 설정된 시간은 발전기(30)의 가동에 소요되는 시간에 기초하여, 발전기(30)의 가동에 소요되는 시간과 동일하거나 또는 그 이상의 시간으로 결정된다. 즉, 필수 유지 잔존량은 발전기(30) 가동에 소요되는 시간 동안 배터리(20)가 부하(4)에 전력을 공급할 수 있을 정도의 전력량으로 결정될 수 있다.
본 명세서에서 발전기(30)의 가동이란, 발전기의 시동 후 발전기(30)의 출력 전압이 문턱값 이상으로 증가한 상태를 지칭한다. 발전기(30)는 시동과 직후에 정상 출력을 낼 수 있는 것이 아니라 서서히 기동하면서 점진적으로 출력 전압을 상승시키게 된다. 따라서, 발전기(30)의 가동까지는 일정 시간이 소요되며, 이는 통상적으로 30초 정도이다.
상용전원(1)의 정전이 최초로 발생한 상태에서는 발전기(30)가 시동되기 전까지 배터리(20)의 전력을 이용하여 부하(4)로의 전력 공급을 연속적으로 유지할 수 있다. 그러나 정전에 의하여 배터리(20)의 전력이 소진된 상태에서 발전기(30)를 정지시켰다가 배터리(20)가 충분히 충전되기 전에 다시 정전이 발생한다면, 배터리(20)의 충전 잔량이 충분치 않으므로 발전기(30)가 가동되기 전까지 부하(4)에 공급할 전력이 없게 된다.
본 발명의 실시예들은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상용전원(1)의 정전 후 복전이 이루어지더라도 배터리(20)가 발전기(30) 가동에 걸리는 시간 동안 부하(4)에 공급할 수 있을 정도로 배터리(20)가 충전되기 전까지는 발전기(30)를 정지시키지 않고 가동 상태로 유지한다. 따라서, 배터리(20)의 전력이 소진된 상태에서 정전이 발생하더라도, 발전기(30)가 가동 상태에 있어 배터리(20) 전력을 사용할 필요가 없이 부하(4)로의 전력 공급을 연속적으로 유지할 수 있는 이점이 있다.
이상의 동작을 위하여, 본 발명의 일실시예에서 제어부(50)에는 부하(4)의 소모 전력 및 발전기(30)의 가동에 소요되는 시간에 대한 정보가 미리 저장된다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 제어부(50)에는 발전기(30)의 가동에 소요되는 시간에 대한 정보가 미리 저장된 한편, 제어부(50)는 주기적으로 동기 절체부(40)를 통하여 부하(4)의 소모 전력을 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 부하(4)의 소모 전력에 기초하여 배터리(20)의 필수 유지 잔존량을 제어함으로써, 제어부(50)는 현재 전력이 공급되고 있는 부하(4)에의 전력 단절이 발생하지 않도록 발전기(30)의 가동 시간을 유동적으로 조절할 수 있다. 이는 전력을 공급받는 부하(4)가 가변적이더라도 연속적인 전력 공급을 보장할 수 있다는 점에서 무정전 전력 제어 시스템의 실제 적용 면에서 특히 유리하다.
본 발명의 일실시예에서, 제어부(50)는 상용전원(1)이 정전되어 발전기(30) 전력이 부하(4)에 공급되는 상태에서 발전기(30) 전력을 이용하여 배터리(20)의 충전이 이루어지도록 동기 절체부(40)를 제어한다. 제어부(50)는 발전기(30) 전력이 부하(4)에 공급되는 상태에서 배터리 전압 검출부(25)를 통하여 배터리(20)의 충전 잔량을 읽어들이고, 배터리 전압 검출부(25)로부터 읽어들인 전압이 배터리(20)의 필수 유지 잔존량 미만일 경우 발전기(30) 전력이 부하(4)에 공급되는 동시에 배터리(20)에 충전 전류로서 공급되도록 동기 절체부(40)를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 정전 감시부(10)에 의하여 상용전원(1)이 정전 상태로 된 것을 검출할 수 있다(S11). 예를 들어, 상용전원(1)으로부터 공급되는 전력의 전압이 미리 설정된 기준 전압 미만으로 감소할 경우 정전 상태인 것으로 판단할 수 있다.
상용전원(1)이 정전 상태로 되면, 상용전원(1)의 전력을 대신하여 배터리(20)의 전력을 부하(4)에 공급하고(S12), 또한 발전기(30)에 시동 신호를 전송하여 발전기(30)를 기동시킬 수 있다(S13). 이상의 동작은 제어부(50)가 동기 절체부(40) 및 발전기(30)를 제어함으로써 수행된다.
배터리(20) 전력이 부하(4)에 공급되고 있는 상태에서, 제어부(50)는 점진적으로 증가되는 발전기(30)의 출력 전압이 문턱값 이상인지를 판단한다(S14). 발전기(30)의 출력 전압이 문턱값 이상으로 증가하였을 경우, 제어부(50)는 부하(4)에 공급되는 전력에 대하여 배터리(20) 전력으로부터 발전기(30)의 전력으로의 동기화된 절체를 수행하도록 동기 절체부(40)를 제어한다(S15). 동기화된 절체란, 교체가 이루어질 양 전력의 정현파의 전압, 주파수 및 위상각을 일치시켜서 동기화한 후 전력의 스위칭을 수행하는 것을 의미한다.
이후, 정전 감시부(10)에 의하여 상용전원(1)의 복전이 검출되면(S16), 제어부(50)는 발전기(30) 전력으로부터 상용전원(1)의 전력으로의 동기화된 절체를 한다(S17). 동기화된 절체 방식은 단계 S15와 관련하여 전술한 것과 동일하게 수행될 수 있다.
다음으로, 제어부(50)는 상용전원(1)의 복전 후 배터리 전압 검출부(25)를 통하여 배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량 이상인지 여부를 검출한다(S18). 본 발명의 일실시예에서, 필수 유지 잔존량이란, 배터리(20)의 현재 상태에서 다시 정전이 발생하더라도 적어도 발전기(30) 가동에 소요되는 시간만큼은 배터리(20)가 부하(4)에 전력을 공급할 수 있을 정도의 전력량을 의미한다. 이후, 제어부(50)는 배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량 이상일 경우에만 발전기(30)에 정지 신호를 전송하여 발전기(30)의 가동을 중단한다.
본 실시예에서는, 상용전원(1)이 복전되더라도 그 즉시 발전기(30)가 정지되지 않으며 배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량에 도달할 때까지 발전기(30) 가동 상태가 유지된다. 예를 들어, 단계 S18에서 배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량 미만일 경우 다시 상용전원(1)의 정전이 검출되면 단계 S11로 되돌아가게 된다. 이때, 발전기(30)는 계속 가동 상태를 유지하고 있었으므로 단계 S14에서 발전기(30)의 출력 전압은 문턱값 이상이며, 따라서 배터리(20)를 거의 소모하는 일 없이 발전기(30) 전력이 바로 부하(4)에 공급되도록 동기 절체를 수행할 수 있다(S15). 따라서, 상용전원(1)의 정전이 연속적으로 복수 회 일어나는 경우에도 배터리(20)의 충전 상태와 무관하게 전력의 단절은 발생하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 방법에 있어서 발전기 전력에 의해 배터리를 충전하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 실시예에서는, 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 배터리의 충전 상태를 판단하여 배터리 충전이 필요할 경우 발전기 전력을 부하와 배터리에 모두 공급함으로써 배터리를 충전하도록 구성된다. 즉, 도 3에 도시된 방법은 도 1을 참조하여 전술한 무정전 전력 제어 방법의 단계 S15 및 S16의 사이에 수행될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 발전기(30) 전력이 부하(4)에 공급되는 상태에서, 제어부(50)는 배터리 전압 검출부(25)를 통하여 배터리(20)의 충전 잔량을 전압 신호의 형태로 수신하고(S21), 배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량 미만인지 여부를 판단한다(S22).
배터리(20)의 충전 잔량이 필수 유지 잔존량 미만일 경우 발전기(30) 전력에 의한 배터리(20)의 충전을 개시한다(S23). 즉, 제어부(50)는 동기 절체부(40)에서 배터리(20)와 발전기(30)를 전기적으로 연결하는 스위치가 온 상태로 되도록 스위칭 신호를 전송함으로써 발전기(30) 전력이 충전전류로서 배터리(20)에 공급되도록 한다.
다음으로, 발전기(30) 전력에 의하여 배터리(20)가 충전되는 상태에서, 제어부(50)는 배터리 전압 검출부(25)를 통하여 검출된 배터리(20)의 충전 잔량이 만충전 전압에 도달하였는지 여부를 판단하고(S24), 만충전 전압에 도달하였을 경우 배터리(20)의 충전을 중지시킨다(S25). 이는, 동기 절체부(40)에서 배터리(20)와 발전기(30)를 전기적으로 연결하는 스위치가 오프 상태로 되도록 제어부(50)가 동기 절체부(40)에 스위칭 신호를 전송하는 것을 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 전력 공급 방법에 있어서 상용전원 복전을 검출하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4에 도시된 방법은 배터리 또는 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상용전원의 복전 여부를 판단하기 위한 것으로서, 도 1을 참조하여 전술한 무정전 전력 제어 방법의 단계 S16을 세분화한 것에 대응된다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 정전 감시부(10)는 상용전원(1)으로부터 공급되는 전력의 전압이 미리 설정된 기준 전압에 도달하였는지 여부를 판단하고(S31), 상용전원(1) 전압이 기준 전압에 도달하였을 경우 타이머를 구동한다.
이후, 상용전원(1) 전압이 정전 감시부(10)에 미리 저장된 타이머의 설정 시간 동안 기준 전압 이상으로 유지될 경우(S32), 정전 감시부(10)는 복전 신호를 생성하여 제어부(50)에 전송함으로써(S33), 제어부(50) 및 동기 절체부(40)에 의하여 상용전원(1) 전력으로의 동기 절체가 이루어질 수 있도록 한다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
1 : 상용전원 4 : 부하
10 : 정전 감시부 20 : 배터리
25 : 배터리 전압 검출부 30 : 발전기
40 : 동기 절체부 50 : 제어부

Claims (8)

  1. 상용전원의 정전 상태를 감시하도록 구성된 정전 감시부;
    전류를 인가받아 충전되도록 구성된 배터리;
    상기 배터리의 충전 잔량을 측정하도록 구성된 배터리 전압 검출부;
    비상전력을 공급하도록 구성된 발전기;
    상기 상용전원, 상기 배터리 및 상기 발전기에 전기적으로 연결되며 스위칭 동작을 통하여 부하에 전력을 공급하도록 구성된 동기 절체부; 및
    상기 정전 감시부로부터 정전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 상기 배터리 전력이 부하에 공급되도록 제어하면서 상기 발전기에 시동 신호를 전송하고, 상기 배터리 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 발전기의 출력 전압이 미리 설정된 문턱값 이상인 경우 상기 발전기 전력이 상기 배터리 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하며, 상기 정전 감시부로부터 복전 신호가 수신되는 것에 대한 응답으로 상용전원이 상기 발전기 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 복전 신호에 의하여 상용전원이 부하에 공급되는 상태에서 상기 배터리 전압 검출부로부터 읽어들인 전압이 미리 설정된 필수 유지 잔존량 미만일 경우 상기 발전기를 가동 상태로 유지하고, 상기 배터리 전압 검출부로부터 읽어들인 전압이 상기 필수 유지 잔존량 이상일 경우에만 상기 발전기에 정지 신호를 전송하여 상기 발전기의 가동을 중지시키도록 더 구성되며,
    상기 발전기의 가동에 소요되는 시간에 대한 정보를 저장하고,
    주기적으로 상기 동기 절체부를 통하여 부하의 소모 전력을 측정하며,
    상기 발전기의 가동에 소요되는 시간에 대한 정보 및 측정된 상기 부하의 소모 전력을 이용하여, 상기 필수 유지 잔존량이 상기 발전기의 시동 후 상기 발전기의 출력 전압이 상기 문턱값 이상으로 증가하기 전까지의 시간 동안 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력량 이상이 되도록 상기 필수 유지 잔존량을 제어함으로써 상기 발전기의 가동 시간을 가변적으로 제어하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 배터리 전압 검출부로부터 읽어들인 전압이 상기 필수 유지 잔존량 미만일 경우, 상기 발전기 전력을 부하에 공급하는 동시에 상기 발전기가 상기 배터리에 충전 전류를 공급하도록 상기 동기 절체부를 더 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 시스템.
  5. 상용전원의 정전 상태가 되는 것에 대한 응답으로, 배터리 전력이 상용전원을 대신하여 부하에 공급되도록 부하에 전기적으로 연결된 동기 절체부를 제어하는 단계;
    상용전원의 정전 상태가 되는 것에 대한 응답으로, 발전기에 시동 신호를 전송하는 단계;
    상기 배터리 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 발전기의 출력 전압을 검출하는 단계;
    상기 발전기의 출력 전압이 미리 설정된 문턱값 이상인 경우 상기 발전기 전력이 상기 배터리 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하는 단계;
    상기 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서, 상용전원이 복전 상태가 되는 것에 대한 응답으로 상용전원이 상기 발전기 전력을 대신하여 부하에 공급되도록 상기 동기 절체부를 제어하는 단계; 및
    상기 복전 신호에 의하여 상용전원이 부하에 공급되는 상태에서, 상기 배터리의 충전 잔량이 미리 설정된 필수 유지 잔존량 미만일 경우 상기 발전기를 가동 상태로 유지하되, 상기 배터리의 충전 잔량이 상기 필수 유지 잔존량 이상일 경우에만 상기 발전기 가동을 정지시키는 단계를 포함하되,
    상기 발전기 가동을 정지시키는 단계는,
    주기적으로 상기 동기 절체부를 통하여 부하의 소모 전력을 측정하는 단계; 및
    상기 발전기의 가동에 소요되는 시간에 대한 정보 및 측정된 상기 부하의 소모 전력을 이용하여, 상기 필수 유지 잔존량이 상기 발전기의 시동 후 상기 발전기의 출력 전압이 상기 문턱값 이상으로 증가하기 전까지의 시간 동안 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력량 이상이 되도록 상기 필수 유지 잔존량을 제어함으로써 상기 발전기의 가동 시간을 가변적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 발전기 전력이 부하에 공급되는 상태에서 상기 배터리의 충전 잔량이 상기 필수 유지 잔존량 미만일 경우, 상기 발전기 전력을 부하에 공급하는 동시에 상기 발전기가 상기 배터리에 충전 전류를 공급하도록 상기 동기 절체부를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 방법.
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