KR102168342B1 - 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ESS나 UPS 등의 에너지 저장장치에 저장된 DC 전압을 용량이 다른 다수의 컨버터를 직렬로 연결하여 다양한 출력 전압을 출력할 수 있도록 한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치에 관한 것으로, 교류전압을 전달받아 직류전압으로 변환하는 정류기와, 상기 정류기로부터 변환된 DC 전압을 전달받아 서로 다른 DC 전압으로 가변하여 출력하기 위해 직렬로 연결된 다수의 컨버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치{DC power supply apparatus with multi outputs}
본 발명은 직류 배전용 전력공급장치에 관한 것으로, 특히 순차적으로 직류전압을 변환하여 다양한 전류값을 출력하도록 한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치에 관한 것이다.
최근 산업용이나 주거공간에서 사용한 전기기기들이 직류전압을 사용함으로써 직류배전에 대한 요구가 증가하고 있으며, 직류송배전망 역시 활성화를 이루고 있다.
이러한 직류배전의 전력은 송전망에 사용하는 35kVDC 이상인 HVDC(High Voltage Direct Current)와 35kVDC 미만인 MVDC(Middle Voltage Direct Current) 그리고 배전망에 사용하는 1,500VDC인 LVDC(Low Voltage Direct Current)로 구분할 수 있다.
현재, 직류배전이 활성화되면서 다양한 종류의 컨버터가 개발되고 있지만, 단일 전압의 출력용으로만 구성되어 있다. 사무용 기기에서부터 전기차 및 잠수함에 이르기까지 다양한 전원을 요구하게 되지만 그때마다 전압레벨에 맞는 컨버터를 구성해야 기기를 동작시킬 수 있었다.
종래에 직류(DC) 배전은 교류(AC) 배전에 비하여 안전성, 안정성, 효율 측면에서 바람직하지 못한 방식으로 알려져 왔으나, 최근 전력반도체 기술의 비약적인 발전으로 고압 DC의 제어가 가능해짐에 따라 오히려 전력변환단계가 많아지는 AC 배전에 비하여 DC 배전의 효율이 더 높아지는 추세이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 계통으로부터 일정 전압으로 변환하는 변압기로부터 AC 전압을 정류기를 사용하여 DC 전압으로 변환하고 변환된 DC 전압을 용량이 다른 컨버터를 직렬로 연결하여 다양한 출력 전압을 갖는 DC 전압을 출력하도록 한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 ESS나 UPS 등의 에너지 저장장치에 저장된 DC 전압을 용량이 다른 다수의 컨버터를 직렬로 연결하여 다양한 출력 전압을 출력할 수 있도록 한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치는 교류전압을 전달받아 직류전압으로 변환하는 정류기와, 상기 정류기로부터 변환된 DC 전압을 전달받아 서로 다른 DC 전압으로 가변하여 출력하기 위해 직렬로 연결된 다수의 컨버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치는 계통으로부터 교류전압을 전달받아 일정 전압으로 변환하여 출력하는 변압기와, 상기 변압기로부터 일정 전압의 교류전압을 전달받아 직류전압으로 변환하는 정류기와, 상기 정류기로부터 변환된 DC 전압을 전달받아 서로 다른 DC 전압으로 가변하여 출력하기 위해 직렬로 연결된 다수의 컨버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 계통으로부터 일정 전압으로 변환하는 변압기로부터 AC 전압을 정류기를 사용하여 DC 전압으로 변환하고 변환된 DC 전압을 용량이 다른 컨버터를 직렬로 연결하여 다양한 출력 전압을 갖는 DC 전압을 출력할 수 있다.
둘째, ESS나 UPS 등의 에너지 저장장치에 저장된 DC 전압을 용량이 다른 다수의 컨버터를 직렬로 연결하여 다양한 출력 전압을 출력할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 개략적으로 나타낸 구성도
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
여기서, 도 1 및 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 나타낸 동일한 도면으로서 각 출력전압의 표기를 위해 분리하여 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 계통으로 공급되는 AC전압을 일정 AC전압으로 변환하여 출력하는 변압기(110)와, 상기 변압기(110)로부터 일정 AC전압을 공급받아 DC전압으로 변환하여 출력하는 정류기(120)와, 상기 정류기(120)로부터 변환된 DC 전압을 공급받아 변환하여 제 1 DC전압을 출력하는 제 1 컨버터(130)와, 상기 제 1 컨버터(130)로부터 제 1 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 제 2 DC 전압을 출력하는 제 2 컨버터(140)와, 상기 제 2 컨버터(140)로부터 제 2 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 2 DC 전압보다 낮은 제 3 DC 전압을 출력하는 제 3 컨버터(150)와, 상기 제 3 컨버터(150)로부터 제 3 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 3 DC 전압보다 낮은 제 4 DC 전압을 출력하는 제 4 컨버터(160)와, 상기 제 4 컨버터(160)로부터 제 4 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 4 DC 전압보다 낮은 제 5 DC 전압을 출력하는 제 5 컨버터(170)를 포함하여 구성되어 있다.
이때 상기 제 1 컨버터(130) 내지 제 5 컨버터(170)를 구성하여 제 1 내지 제 5 DC 전압을 출력하고 있는데, 포지티브 및 네거티브 전압을 통해 총 12가지의 DC 전압을 출력할 수가 있다.
예를 들면, 직류의 특성상 +(Postive)와 -(Negative) 영역으로 구성되는데, 이 부분은 직류전압을 생성함에 있어서 다양성을 가지고 있다.
상기 제 1 컨버터(130)는 상기 정류기(120)로부터 1,500VDC 전압을 공급받아 변환을 통해 제 1 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 1 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +750VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -750VDC ~ +750VDC의 1,500VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 2 컨버터(140)는 상기 제 1 컨버터(130)로부터 750VDC 전압을 공급받아 변환하여 제 2 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 2 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +380VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -380VDC ~ +380VDC의 750VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 3 컨버터(150)는 상기 제 2 컨버터(140)로부터 380VDC 전압을 공급받아 변환하여 제 3 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 3 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +190VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -190VDC ~ +190VDC의 380VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 4 컨버터(160)는 상기 제 3 컨버터(150)로부터 190VDC 전압을 공급받아 변환하여 제 4 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 4 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +24VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -24VDC ~ +24VDC의 48VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 5 컨버터(170)는 상기 제 4 컨버터(160)로부터 24V DC 전압을 공급받아 변환하여 제 5 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 5 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +6VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -6VDC ~ +6VDC의 12VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
한편, 상기 제 3 컨버터(150)와 제 4 컨버터(160) 사이에는 용량이 다른 컨버터를 설치하여 출력전압을 변경할 수도 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 제 1 실시예에서는 AC 전압을 인가받아 변압기(110)를 통해 상용전압으로 변환한 후 정류기(120)를 사용하여 DC 전압으로 변환하고, 상기 DC 전압으로 변환된 전압을 직렬로 연결된 다섯개의 컨버터를 사용하여 다양한 출력전압을 얻을 수 있었는데, 상기 컨버터의 개수는 필요에 따라 개수를 조절할 수 있고 용량만 상이하다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
여기서, 도 3 및 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치를 나타낸 동일한 도면으로서 각 출력전압의 표기를 위해 분리하여 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 정류기(120)로부터 변환된 DC 전압을 공급받아 변환하여 제 1 DC전압을 출력하는 제 1 컨버터(130)와, 상기 제 1 컨버터(130)로부터 제 1 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 제 2 DC 전압을 출력하는 제 2 컨버터(140)와, 상기 제 2 컨버터(140)로부터 제 2 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 2 DC 전압보다 낮은 제 3 DC 전압을 출력하는 제 3 컨버터(150)와, 상기 제 3 컨버터(150)로부터 제 3 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 3 DC 전압보다 낮은 제 4 DC 전압을 출력하는 제 4 컨버터(160)와, 상기 제 4 컨버터(160)로부터 제 4 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 4 DC 전압보다 낮은 제 5 DC 전압을 출력하는 제 5 컨버터(170)를 포함하여 구성되어 있다.
이때 상기 제 1 컨버터(130) 내지 제 5 컨버터(170)를 구성하여 제 1 내지 제 5 DC 전압을 출력하고 있는데, 포지티브 및 네거티브 전압을 통해 총 12가지의 DC 전압을 출력할 수가 있다.
예를 들면, 직류의 특성상 +(Postive)와 -(Negative) 영역으로 구성되는데, 이 부분은 직류전압을 생성함에 있어서 다양성을 가지고 있다.
상기 제 1 컨버터(130)는 상기 정류기(120)로부터 1,500VDC 전압을 공급받아 변환을 통해 제 1 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 1 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +750VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -750VDC ~ +750VDC의 1,500VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 2 컨버터(140)는 상기 제 1 컨버터(130)로부터 750VDC 전압을 공급받아 변환하여 제 2 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 2 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +380VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -380VDC ~ +380VDC의 750VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 3 컨버터(150)는 상기 제 2 컨버터(140)로부터 380VDC 전압을 공급받아 변환하여 제 3 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 3 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +190VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -190VDC ~ +190VDC의 380VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 4 컨버터(160)는 상기 제 3 컨버터(150)로부터 190VDC 전압을 공급받아 변환하여 제 4 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 4 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +24VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -24VDC ~ +24VDC의 48VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 5 컨버터(170)는 상기 제 4 컨버터(160)로부터 24V DC 전압을 공급받아 변환하여 제 5 DC 전압을 출력하는데, 상기 제 5 DC 전압은 포지티브 전압인 0DC ~ +6VDC, 네거티브와 포지티브 전압인 -6VDC ~ +6VDC의 12VDC를 출력하여 전기기기에 사용할 수 있다.
한편, 상기 제 3 컨버터(150)와 제 4 컨버터(160) 사이에는 용량이 다른 컨버터를 설치하여 출력전압을 변경할 수도 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 제 1 실시예에서는 AC 전압을 인가받아 변압기(110)를 통해 상용전압으로 변환한 후 정류기(120)를 사용하여 DC 전압으로 변환하고, 상기 DC 전압으로 변환된 전압을 직렬로 연결된 다섯개의 컨버터를 사용하여 다양한 출력전압을 얻을 수 있었는데, 상기 컨버터의 개수는 필요에 따라 개수를 조절할 수 있고 용량만 상이하다.
이와 같이 본 발명은 다출력 양방향 정류기로서, IEC 국제 표준에서는 저압직류배전의 전압을 1,500VDC이하로 규정하고 있다. 국내에서 구축되어 있고 구축되고 있는 저압직류배전 상용건물 및 테스트베드 역시 IEC와 상응하는 저압직류배전의 전압을 사용하고 있다.
하지만, 1,500VDC이하로 규정하면서 정확한 전압범위를 선택하지 못한 상태이다. 또한, 직류의 특성상 포지티브(Postive)와 네거티브(Negative) 영역으로 구성하게 되는데, 이 부분은 직류전압원을 생성하는데 다양성을 가지고 있다. 380VDC의 경우 0VDC ~ +380VDC와 -190VDC ~ +190VDC를 혼합한 구성이 가능하다.
첫 번째의 경우, 단일 컨버터를 사용하기 때문에 제어가 편한 반면 고용량의 전류를 제어해야 한다.
두 번째의 경우 2개의 컨버터를 사용하기 때문에 정확한 제어가 요구되는 반면 첫 번째의 경우에 비해 저용량의 전류를 제한할 수 있는 장점이 있다.
따라서 본 발명은 용량이 다른 다수의 컨버터를 직렬로 연결하여 다양한 DC전압을 출력함으로써 산업용이나 주거공간에서 전기기기들에 사용할 수 있다.
한편, 이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
110 : 변압기 120 : 정류기
130 : 제 1 컨버터 140 : 제 2 컨버터
150 : 제 3 컨버터 160 : 제 4 컨버터
170 : 제 5 컨버터

Claims (4)

  1. 계통으로 공급되는 AC전압을 일정 AC전압으로 변환하여 출력하는 변압기(110)와,
    상기 변압기(110)로부터 일정 AC전압을 공급받아 DC전압으로 변환하여 출력하는 정류기(120)와,
    상기 정류기(120)로부터 변환된 DC 전압을 공급받아 변환하여 제 1 DC전압을 출력하는 제 1 컨버터(130)와,
    상기 제 1 컨버터(130)로부터 제 1 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 제 2 DC 전압을 출력하는 제 2 컨버터(140)와,
    상기 제 2 컨버터(140)로부터 제 2 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 2 DC 전압보다 낮은 제 3 DC전압을 출력하는 제 3 컨버터(150)와,
    상기 제 3 컨버터(150)로부터 제 3 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 3 DC 전압보다 낮은 제 4 DC 전압을 출력하는 제 4컨버터(160)와,
    상기 제 4 컨버터(160)로부터 제 4 DC 전압을 전달받아 변환하여 상기 제 4 DC 전압보다 낮은 제 5 DC 전압을 출력하는 제 5 컨버터(170)를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1 컨버터(130) 내지 제 5 컨버터(170)를 구성하여 제 1 내지 제 5 DC 전압을 출력하고, 포지티브 및 네거티브 전압을 통해 총 12가지의 DC 전압을 출력하며,
    상기 제 1 내지 제 5 컨버터는 서로 다른 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 다출력을 갖는 직류 배전용 전력공급장치.
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  3. 삭제
  4. 삭제
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