KR102182117B1 - 엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법 - Google Patents

엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102182117B1
KR102182117B1 KR1020200007417A KR20200007417A KR102182117B1 KR 102182117 B1 KR102182117 B1 KR 102182117B1 KR 1020200007417 A KR1020200007417 A KR 1020200007417A KR 20200007417 A KR20200007417 A KR 20200007417A KR 102182117 B1 KR102182117 B1 KR 102182117B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
positive
negative
current
line
lvdc
Prior art date
Application number
KR1020200007417A
Other languages
English (en)
Inventor
권대윤
이숙희
유도경
Original Assignee
주식회사 그린이엔에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 그린이엔에스 filed Critical 주식회사 그린이엔에스
Priority to KR1020200007417A priority Critical patent/KR102182117B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102182117B1 publication Critical patent/KR102182117B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/12—Parallel operation of dc generators with converters, e.g. with mercury-arc rectifier
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/24—Circuit arrangements for boards or switchyards
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y02T90/167—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles, i.e. smartgrids as interface for battery charging of electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S30/00—Systems supporting specific end-user applications in the sector of transportation
    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/12—Remote or cooperative charging

Abstract

본 발명의 실시 형태는 양극선, 음극선, 중성선으로 구성된 bi-polar 방식의 LVDC 전력을 분전하는 LVDC용 스마트 분전반에 있어서, 상기 양극선, 음극선, 중성선을 포함하는 3선식 버스바; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 컨버팅 분전부; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 논컨버팅 분전부; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 컨버팅 분전부; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 논컨버팅 분전부; 상기 3선식 버스바의 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 버스바 DC전류 측정 센서; 상기 버스바 DC전류 측정 센서를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록하는 다채널 LVDC 전력미터기;를 포함할 수 있다.

Description

엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법{LVDC smart distribution panelboard and Method for operating the same}
본 발명은 LVDC용 분전반 및 운영 방법으로서, 직류배전용 스마트 분전반인 LVDC용 분전반 및 이를 운영하는 운영 방법에 관한 것이다.
일반적인 분전반은 전력회사 또는 자가발전으로부터 AC 상용전력을 수전하여 부하의 종류 및 용량에 따라 3상 또는 단상으로 분류되어 보호회로가 탑재된 몰드형 스위치를 통해 전력을 공급을 받는다. 반면에, 전력변환기가 부착된 DC기반의 저압 분전반은 AC 분전반과 달리 양극(+)과 음극(-) 그리고 중성선(N)이 있어 버스바(BUS bar)의 수가 3상 4선식의 AC와 다르며 회로 및 서지에 대한 보호방식이 다르다. 그리고 AC와 같이 회로 분기에 따라 사용전압을 선택할 수 있으나 영점이 없어 단락사고 시 매우 큰 스파크가 발생하고 누전 시 화재가 발생할 수 있으므로 전기를 좀 더 안전하게 사용하기 위하여 상 간 간격을 좀 더 여유를 두어 절연성을 높일 수 있다.
직류배전기술은 교류보다 전송거리에 있어 상대적으로 경제성이 떨어져 장거리 송전이나 도서지역 연계에 주로 활용이 되나 최근 직류로 전력을 공급하는 태양광 또는 ESS, 그리고 전기차의 보급으로 DC 부하가 늘어나는 추세이며 DC 기반의 전력기기와 가전이 증가하고 있어 직류전력으로 수전하는 DC 분전반의 필요성이 대두되고 있다. 또한 직류 전원은 주파수 성분이 없고 전압, 전류 간 위상 차가 발생하지 않아 역률(Power factor) 문제가 없으며, 유도성분이 없어 전자기파 영향이 없는 안전한 특징이 있다.
하지만 직류 전원은 전압 크기를 변동하기 위해 디지털 전력소자를 이용한 스위칭 회로를 사용해야 하는 기술적인 문제가 있고 전류가 누설이 될 때 감전사고와 전기화재의 위험이 교류보다 크므로 전력 공급에 있어서 안전에 대한 기술적인 요구사항이 다양하다.
한국등록특허 제10-1219883호
본 발명의 기술적 과제는 본 발명에 따르면 저압 DC의 전력을 부하에 따라 안전하게 분배하고 실시간 전력량과 양방향 누적전력량을 계측하기 위해 다채널 DC 전력미터 일체형 LVDC 스마트 분전반 구성을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 과제는 메인 전원 입력부의 양방향 DC 전압과 전류를 측정하고 분기되는 부하의 전력과 분산전원의 양방향 전력을 동시에 측정할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 양극선, 음극선, 중성선으로 구성된 bi-polar 방식의 LVDC 전력을 분전하는 LVDC용 스마트 분전반에 있어서, 상기 양극선, 음극선, 중성선을 포함하는 3선식 버스바; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 컨버팅 분전부; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 논컨버팅 분전부; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 컨버팅 분전부; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 논컨버팅 분전부; 상기 3선식 버스바의 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 버스바 DC전류 측정 센서; 상기 버스바 DC전류 측정 센서를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록하는 다채널 LVDC 전력미터기;를 포함할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전반은, 상기 플러스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 DC전류인 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선의 DC전류인 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 DC전류인 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선의 DC전류인 마이너스 제2분기선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 분기선 DC전류 측정 센서를 포함하며, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 상기 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선 DC전류를 이용하여 수전 전력을 계측하여 기록할 수 있다.
상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 상기 급전 전력과 수전 전력을 이용하여 DC전력 품질값을 산출하여 기록하며, 상기 DC전력 품질값은, 전압과 전류값의 변화(ROC: Rate of Change), 전압 상한값(over/swell voltage), 전류 상한값(over/swell current), 순간정전(interruption), 돌입전류(inrush current), 부하 불평형 지수를 포함할 수 있다.
상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 생성하여 기록하며, LED 경보를 출력할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전반은, 상기 LVDC용 스마트 분전반은, 외부의 모니터링 관제서버와 유선 또는 무선 통신하는 유무선 통신기;를 포함하며, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 상기 모니터링 관제서버로 전송할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전반은, 양극선과 중성선간의 전압차인 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제1스위치와, 음극선과 중성선간의 전압차인 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제2스위치;를 포함하며, 상기 버스바 DC전류 측정 센서는, 상기 메인회로 제1스위치의 입력단과 메인회로 제2스위치의 입력단에 위치한 양극선, 음극선, 중성선의 DC 전류를 각각 측정할 수 있다.
상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 상기 메인회로 제1스위치와 메인회로 제2스위치를 온/오프 제어하여 플러스 논컨버팅 분전부, 플러스 컨버팅 분전부, 마이너스 논컨버팅 분전부, 마이너스 컨버팅 분전부로 부하 분배를 수행하며, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 메인회로 제1스위치와 메인회로 제2스위치를 오프 제어할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전반은, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제1스위치; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제2스위치; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제1스위치; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제2스위치;를 포함하며, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 분기회로 플러스 제1스위치, 분기회로 플러스 제2스위치, 분기회로 마이너스 제1스위치, 분기회로 마이너스 제2스위치를 오프 제어할 수 있다.
상기 분기회로 플러스 제1분기선은, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 분기회로 플러스 제1-1분기선과, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 분기회로 플러스 제1-2분기선을 포함하며, 상기 플러스 컨버팅 분전부는, 상기 분기회로 플러스 제1-1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 제1컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 제1컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 제1컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 제1컨버팅 분전부와, 상기 분기회로 플러스 제1-2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 제2컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 제2컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 제2컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 제2컨버팅 분전부를 포함할 수 있다.
상기 분기회로 마이너스 제1분기선은, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 분기회로 마이너스 제1-1분기선과, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 분기회로 마이너스 제1-2분기선을 포함하며, 상기 마이너스 컨버팅 분전부는, 상기 분기회로 마이너스 제1-1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 제1컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 제1컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 제1컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 제1컨버팅 분전부와, 상기 분기회로 마이너스 제1-2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 제2컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 제2컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 제2컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 제2컨버팅 분전부를 포함할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전반은, 분전반 내의 온도를 감지하여 상기 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 온도센서; 분전반 내의 습도를 감지하여 상기 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 습도센서;를 포함하며, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 수신되는 분전반 내의 온도와 습도를 실시간으로 저장하고, 미리 설정된 기준온도 또는 기준습도를 초과하는 경우 LED 경보를 발생할 수 있다.
상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 수신되는 분전반 내의 온도와 습도가 상기 기준온도 또는 기준습도를 초과하는 경우, 분전반 내부의 온도/습도 상태정보를 외부의 모니터링 관제서버로 전송할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전반은, 중성선의 종단에 연결된 접지바의 DC전류를 감지하는 접지바 DC전류 측정 센서를 포함하며, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 상기 접지바를 통해 누설되는 DC전류가 감지되는 경우, 누설전류 발생 경보를 외부의 모니터링 관제서버로 전송할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 양극선, 음극선, 중성선을 포함하는 3선식 버스바; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 컨버팅 분전부; 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 논컨버팅 분전부; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 컨버팅 분전부; 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 논컨버팅 분전부; 상기 3선식 버스바의 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 버스바 DC전류 측정 센서; 플러스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 플러스 제1분기선 DC전류, 상기 플러스 제2분기선의 DC전류인 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선인 마이너스 제2분기선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 분기선 DC전류 측정 센서; 상기 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류, 분기선 DC전류를 수신하는 다채널 LVDC 전력미터기;를 포함한 LVDC용 스마트 분전반에서의 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법에 있어서, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 버스바 DC전류 측정 센서를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록하는 급전 전력 계측 과정; 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 제1분기선 DC전류, 제2분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선 DC전류를 이용하여 수전 전력을 계측하여 기록하는 수전 전력 계측 과정; 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 급전 전력과 수전 전력을 이용하여 DC전력 품질값을 산출하여 기록하는 DC전력 품질값 산출 과정;을 포함할 수 있다.
상기 LVDC용 스마트 분전 관리 방법은, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 생성하여 기록하며, LED 경보를 출력하는 이상 상태 기록 과정; 상기 이상 상태인 경우, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 외부의 모니터링 관제서버로 전송하는 이상 상태 외부 통보 과정; 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 모니터링 관제서버로부터 스위칭 원격 메시지를 수신하는 경우, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 양극선과 중성선간의 전압차인 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제1스위치와, 음극선과 중성선간의 전압차인 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제2스위치를 상기 스위칭 원격 메시지에 따라서 스위칭 제어하는 원격 제어 처리 과정;을 포함할 수 있다.
상기 원격 제어 처리 과정은, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제1스위치와, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제2스위치와, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제1스위치와, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제2스위치를 상기 스위칭 원격 메시지에 따라서 스위칭 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 본 발명으로 신재생 분산발전원에서 생산이 된 DC 전력을 AC로 변환없이 DC 부하에 사용이 가능해 전력변환으로 인한 손실을 절감할 수 있다.
또한 본 발명으로 신재생 분산발전원이나 ESS와 같은 전력저장장치에서 공급 된 전력을 바이폴라(bi-polar) 방식으로 분산된 전력공급이 가능하고, 바이폴라 방식의 모터부하 등을 사용할 수 있는 장점이 있으며 전력부하 집중으로 인한 안전사고 및 화재문제를 해결 할 수 있다.
또한 본 발명으로 직류전원에 대한 양방향 전력을 계측하고 누적전력량을 기록할 수 있어 에너지 프로슈머(e-prosumer) 정책을 반영한 전력공급자 및 수요자 역할이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LVDC용 스마트 분전반의 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LVDC용 스마트 분전반의 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 ±750V 급전 전압이 분기되어 ±750V, ±380V, ±190V로 분전되는 LVDC용 스마트 분전반의 예시 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LVDC용 스마트 분전반의 기능 블록도.
도 5는 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법을 도시한 플로차트.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LVDC용 스마트 분전반의 구성 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LVDC용 스마트 분전반의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 ±750V 급전 전압이 분기되어 ±750V, ±380V, ±190V로 분전되는 LVDC용 스마트 분전반의 예시 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LVDC용 스마트 분전반의 기능 블록도이다.
직류배전(LVDC:Low Voltage Direct Current)은, 말 그대로 직류부하에 직접적으로 직류전원을 공급하는 것으로서, 신재생에너지와 디지털기기가 급속도로 확대되는 상황에서 에너지 효율을 높이는 핵심으로 대두되고 있다.
태양광, 연료전지 등 신재생 에너지는 생산된 전력이 직류이기 때문에 교류계통과 연계시키기 위해서는 전력변환이 필요한데 이 과정에서 효율이 떨어지게 된다.
이에 직류배전(LVDC)를 통하여 전력 계통 효율을 높일 수 있는데, 본 발명은 직류배전(LVDC)을 위한 분전반 회로 내부의 DC전력을 디지털 방식으로 정밀하게 계측하고 전력공급이 되는 인입점과 각 부하 용량별 분기점간의 전력량을 연산하여 부하 극성에 대한 불평형을 실시간으로 모니터링을 할 수 있도록 한다.
또한 스마트 분전반을 구성하는 LVDC용 배선과 몰드형의 스위치, 그리고 DC 아크, DC누전(DC leakage current) 및 단락사고로 인한 화재발생을 감지하고 알릴 수 있는 스마트 안전감시 기술을 제시한다.
이를 위하여 양극선, 음극선, 중성선으로 구성된 bi-polar 방식의 LVDC 전력을 분전하는 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 3선식 버스바(10), 플러스 컨버팅 분전부(210), 플러스 논컨버팅 분전부(220), 마이너스 컨버팅 분전부(310), 마이너스 논컨버팅 분전부(320), 버스바 DC 전류 측정 센서, 다채널 LVDC 전력미터기(100)를 포함할 수 있다. 이밖에 분기선 DC전류 측정 센서(500), 접지바 DC전류 측정 센서(600), 메인회로 스위치, 분기회로 스위치, 유무선 통신기(900), 온도 센서, 습도 센서를 더 포함할 수 있다.
3선식 버스바(10)(3 wire bus bar)는, 양극선, 음극선, 중성선의 버스바로서 이루어진다. 따라서 이러한 3선 버스바는, 양극선(+), 음극선(-), 중성선(N)으로 구성된 bi-polar 방식의 LVDC 전력을 양방향으로 공급하고 수급받을 수 있게 된다. 참고로 버스바는 동 금속재질의 도전바로서 전류가 버스바를 통해 이동된다.
플러스 컨버팅 분전부(210)는, 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 컨버팅 출력단자로 제공하는 기능을 수행한다. 이하에서는 양극선과 중성선간의 플러스 DC전압이 DC-DC컨버팅되어 출력되는 단자를 플러스 컨버팅 출력단자 부르기로 한다. 따라서 플러스 컨버팅 분전부(210)는, 별도의 컨버터(이하, '플러스 DC-DC 컨버터'라 함)가 구비되어 양극선과 중성선간의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터에서 컨버팅하여 출력단자로 출력하게 된다.
이를 위해 플러스 제1분기선은, 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1-1분기선과, 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1-2분기선을 포함하게 되는데, 플러스 컨버팅 분전부(210)는, 플러스 제1컨버팅 분전부(210a)와 플러스 제2컨버팅 분전부(210b)를 구비한다.
플러스 제1컨버팅 분전부(210a)는, 플러스 제1-1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 제1컨버터(212a)를 통해 미리 설정된 플러스 제1컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 제1컨버팅 출력단자로 제공한다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 도시한 바와 같이 양극선과 중성선간의 플러스 DC전압이 +750V인 경우, 플러스 제1컨버팅 분전부(210a)는 플러스 제1-1분기선의 플러스 DC전압인 +750V를 플러스 DC-DC 제1컨버터(212a)에서 +380V의 플러스 제1컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 제1컨버팅 출력단자로 제공하게 된다.
플러스 제2컨버팅 분전부(210b)는, 플러스 제1-2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 제2컨버터(212b)를 통해 미리 설정된 플러스 제2컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 제2컨버팅 출력단자로 제공한다. 예를 들어, 도시한 바와 같이 양극선과 중성선간의 플러스 DC전압이 +750V인 경우, 플러스 제2컨버팅 분전부(210b)는 플러스 제1-2분기선의 플러스 DC전압인 +750V를 플러스 DC-DC 제2컨버터(212b)에서 +190V의 플러스 제2컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 제2컨버팅 출력단자로 제공하게 된다.
플러스 논컨버팅 분전부(220)는, 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 기능을 수행한다. 이하에서는 양극선과 중성선간의 플러스 DC전압이 컨버팅 없이 출력되는 단자를 플러스 논컨버팅 출력단자 부르기로 한다. 따라서 플러스 논컨버팅 분전부(220)는 별도의 컨버터가 구비되지 않고 양극선(+)과 중성선(N)간의 플러스 DC전압을 컨버팅 없이(non-converting) 그대로 출력단자로 출력하게 되는데, 도 3에 도시한 바와 같이 도시한 바와 같이 양극선과 중성선간의 플러스 DC전압이 +750V인 경우 플러스 논컨버팅 분전부(220)는 +750V 그대로 출력된다.
마이너스 컨버팅 분전부(310)는, 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 컨버팅 출력단자로 제공하는 기능을 수행한다. 이하에서는 음극선과 중성선간의 마이너스 DC전압이 DC-DC컨버팅되어 출력되는 단자를 마이너스 컨버팅 출력단자 부르기로 한다. 따라서 마이너스 컨버팅 분전부(310)는, 별도의 컨버터(이하, '마이너스 DC-DC 컨버터'라 함)가 구비되어 음극선과 중성선간의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터에서 컨버팅하여 출력단자로 출력하게 된다.
이를 위해 마이너스 제1분기선은, 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1-1분기선과, 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1-2분기선을 포함하게 되는데, 마이너스 컨버팅 분전부(310)는, 마이너스 제1컨버팅 분전부(310a)와 마이너스 제2컨버팅 분전부(310b)를 구비한다.
마이너스 제1컨버팅 분전부(310a)는, 마이너스 제1-1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 제1컨버터(312a)를 통해 미리 설정된 마이너스 제1컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 제1컨버팅 출력단자로 제공한다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 음극선과 중성선간의 마이너스 DC전압이 -750V인 경우, 플러스 제1컨버팅 분전부(210a)는 마이너스 제1-1분기선의 마이너스 DC전압인 -750V를 마이너스 DC-DC 제1컨버터(312a)에서 -380V의 마이너 제1컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 제1컨버팅 출력단자로 제공하게 된다.
마이너스 제2컨버팅 분전부(310b)는, 마이너스 제1-2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 제2컨버터(312b)를 통해 미리 설정된 마이너스 제2컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 제2컨버팅 출력단자로 제공한다. 예를 들어, 도시한 바와 같이 음극선과 중성선간의 마이너스 DC전압이 -750V인 경우, 마이너스 제2컨버팅 분전부(310b)는 마이너스 제1-2분기선의 마이너스 DC전압인 -750V를 마이너스 DC-DC 제2컨버터(312b)에서 -190V의 마이너스 제2컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 제2컨버팅 출력단자로 제공하게 된다.
마이너스 논컨버팅 분전부(320)는, 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 기능을 수행한다. 이하에서는 음극선(-)과 중성선(N)간의 마이너스 DC전압이 컨버팅 없이 출력되는 단자를 마이너스 논컨버팅 출력단자 부르기로 한다. 따라서 마이너스 논컨버팅 분전부(320)는 별도의 컨버터가 구비되지 않고 음극선과 중성선간의 마이너스 DC전압을 컨버팅 없이(non-converting) 그대로 출력단자로 출력하게 되는데, 도 3에 도시한 바와 같이 도시한 바와 같이 음극선과 중성선간의 마이너스 DC전압이 -750V인 경우 마이너스 논컨버팅 분전부(320)는 -750V 그대로 출력된다.
결국, 본 발명은, 플러스 제1컨버팅 분전부(210a), 플러스 제2컨버팅 분전부(210b), 마이너스 제1컨버팅 분전부(310a), 마이너스 제2컨버팅 분전부(310b)를 구비함으로써, LVDC 메인 전압 ±750V에서 부하단의 DC-DC 컨버터를 통해 변환 된 ±380V와 ±190V로 분기가 가능하게 된다. 즉, 최대 전압인 1,500V의 경우 양극(+750V)과 음극(-750V)를 연결하여 사용할 수 있어 총 4가지 전압 레벨을 이용가능한 장점을 가지게 된다.
버스바 DC전류 측정 센서(400)는, 3선식 버스바(10)의 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기(100)로 전송한다.
다채널 LVDC 전력 미터기는, 연산 및 저장이 가능한 유닛으로서, 버스바 DC전류 측정 센서(400)를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록할 수 있다. 따라서 주기적인 점검을 통하여 누적전력량을 정확하게 파악할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반은, DC 전력계측과 함께 급전, 수전에 대한 양방향 전력량과 누적전력량이외에도, DC 전력품질 검출 기능을 수행함을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반은, 버스바의 DC전류뿐만 아니라 분기선의 DC전류를 계측하여 DC전력 품질값을 산출할 수 있도록 한다.
이를 위하여 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반은, 플러스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 DC전류인 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선의 DC전류인 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 DC전류인 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선의 DC전류인 마이너스 제2분기선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기(100)로 전송하는 분기선 DC전류 측정 센서(500)를 구비한다.
따라서 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선 DC전류를 이용하여 수전 전력을 계측하여 기록할 수 있다.
따라서 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 급전 전력과 수전 전력을 이용하여 DC전력 품질값을 산출하여 기록할 수 있게 된다.
여기서 DC전력 품질값은, 전압과 전류값의 변화(ROC: Rate of Change), 전압 상한값(over/swell voltage), 전류 상한값(over/swell current), 순간정전(interruption), 돌입전류(inrush current), 부하 불평형 지수 등이 해당될 수 있는데, 이러한 DC전력 품질값을 이용하여 이벤트를 감지하는 알고리즘을 탑재하여 위험에 대한 경고 등의 관리 기능이 부가될 수 있다.
즉, 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 생성하여 기록하며, LED 경보를 출력할 수 있다.
나아가, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 외부에 메시지로서 전송할 수 있는데, 이를 위하여 LVDC용 스마트 분전반은, 외부의 모니터링 관제서버와 유선 또는 무선 통신하는 유무선 통신기(900)를 구비한다. 따라서 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 모니터링 관제서버로 전송할 수 있게 된다.
또한, LVDC용 스마트 분전반은, 중성선의 종단에 연결된 접지바의 DC전류를 감지하는 접지바 DC전류 측정 센서(600)를 추가로 구비할 수 있는데, 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 상기 접지바를 통해 누설되는 DC전류가 감지되는 경우, 누설전류 발생 경보를 모니터링 관제서버로 전송할 수 있다. 따라서 접지바를 통한 누설 전류가 감지되는 경우 모니터링 관제서버로 실시간으로 외부의 서버로 경보가 통보되기 때문에 신속한 조치가 가능해진다.
또한 LVDC용 스마트 분전반은, 분전반 내의 온도를 감지하여 다채널 LVDC 전력미터기(100)로 전송하는 온도센서(700)와 분전반 내의 습도를 감지하여 상기 다채널 LVDC 전력미터기(100)로 전송하는 습도센서(800)를 추가로 구비할 수 있는데, 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 수신되는 분전반 내의 온도와 습도를 실시간으로 저장하고, 미리 설정된 기준온도 또는 기준습도를 초과하는 경우 LED 경보를 발생한다.
또한 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 수신되는 분전반 내의 온도와 습도가 상기 기준온도 또는 기준습도를 초과하는 경우, 분전반 내부의 온도/습도 상태정보를 외부의 모니터링 관제서버로 전송한다. 따라서 화재나 침수 등으로 인하여 LVDC용 스마트 분전반에서 측정되는 온도나 습도에 이상이 발생되는 경우, 경보 및 외부 메시지 알림을 통하여 신속한 조치가 가능해진다.
한편, 본 발명은 전력 이상 등의 비상시에 다채널 LVDC 전력미터기(100)를 통하여 LVDC용 스마트 분전반을 구동 오프 등의 제어할 필요성이 있다.
이를 위하여 LVDC용 스마트 분전반은 양극선과 중성선간의 전압차인 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제1스위치(151)와, 음극선과 중성선간의 전압차인 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제2스위치(152)를 포함한다. 버스바 DC전류 측정 센서(400)는, 메인회로 제1스위치(151)의 입력단과 메인회로 제2스위치(152)의 입력단에 위치한 양극선, 음극선, 중성선의 DC 전류를 각각 측정한다.
다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 메인회로 제1스위치(151)와 메인회로 제2스위치(152)를 온/오프 제어하여 플러스 논컨버팅 분전부(220), 플러스 컨버팅 분전부(210), 마이너스 논컨버팅 분전부(320), 마이너스 컨버팅 분전부(310)로 부하 분배를 수행하는데, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 메인회로 제1스위치(151)와 메인회로 제2스위치(152)를 오프 제어한다. 또한 외부의 모니터링 관제서버로부터 오프 제어 메시지를 원격 수신하는 경우 메인회로 제1스위치(151)와 메인회로 제2스위치(152)를 오프 제어하여, 이상 상태 발생시에 원격을 통한 신속한 조치가 가능하게 된다.
나아가, LVDC용 스마트 분전반은, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제1스위치(211)와, 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제2스위치(221)와, 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제1스위치(311)와, 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제2스위치(321)를 포함한다. 분기회로 플러스 제1스위치(211)는 분기회로 플러스 제1-1스위치와 분기회로 플러스 제1-2스위치를 포함할 수 있으며, 분기회로 마이너스 제1스위치(311)는 분기회로 마이너스 제1-1스위치와 분기회로 마이너스 제1-2스위치를 포함할 수 있다.
따라서 LVDC 전압레벨별 부하를 사용하기 위해 메인 버스바에서 분기한 양극선과 중성선 그리고 분기회로 플러스 제1스위치(211)와 분기회로 플러스 제2스위치(221)의 구성과, 음극선과 중성선과 그리고 분기회로 마이너스 제1스위치(311)와 분기회로 마이너스 제2스위치(321)의 구성을 통하여 필요 부하용량과 전압레벨을 선택할 수 있다. 특히 논컨버팅되는 ±750V 전압은 별도의 컨버터없이 분기회로 플러스 제1스위치(211)와 분기회로 마이너스 제1스위치(311)에서 각각 공급 또는 차단할 수 있다.
또한 다채널 LVDC 전력미터기(100)는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 분기회로 플러스 제1스위치(211), 분기회로 플러스 제2스위치(221), 분기회로 마이너스 제1스위치(311), 분기회로 마이너스 제2스위치(321)를 오프 제어한다. 또한 외부의 모니터링 관제서버로부터 오프 제어 메시지를 원격 수신하는 경우 분기회로 플러스 제1스위치(211), 분기회로 플러스 제2스위치(221), 분기회로 마이너스 제1스위치(311), 분기회로 마이너스 제2스위치(321)를 오프 제어하여, 이상 상태 발생시에 원격을 통한 신속한 조치가 가능하게 된다.
참고로, 도면에서는 메인회로 제1스위치(151), 메인회로 제2스위치(152), 분기회로 플러스 제1스위치(211), 분기회로 플러스 제2스위치(221), 분기회로 마이너스 제1스위치(311), 분기회로 마이너스 제2스위치(321)가 다채널 LVDC 전력 미터기에 연결되어 있지 않았지만, 이는 도면에 미도시한 것일 뿐이지, 각각의 스위치가 다채널 LVDC 전력 미터기에 연결되어 있어, 스위치 제어가 가능하게 된다.
결국, 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반은, 도 4에 도시한 바와 같이 전력미터의 주요 기능인 DC전압과 DC전류를 입력받아 전력연산과 누전전력량을 계산하고 전력품질 평가 알고리즘과 외부 신호인 온/습도 센서의 정보를 수집하여 모니터링 시스템으로 실시간 전송을 하고 자체적인 이벤트 판단 알고리즘으로 위험에 대한 경보 또는 메시지 전송을 수행한다. 그리고 상위시스템의 제어명령을 수행할 수 있는 제어 채널도 갖추어 원격제어의 역할을 수행할 수 있게 된다.
따라서 본 발명은 저압 DC(LVDC: Low Voltage DC)인 ±750V,±380V,±190V 로 배전이 구축되어 있는 주택, 빌딩, 공장 그리고 전기차 충전기, DC모터, ESS 충전기 등 직류 부하 및 태양광과 같은 신재생 분산 발전원이 설치된 장소에서 전압 또는 전류 용량에 적합한 전력을 분배하여 사용할 수 있고 사용 전력량을 계량하는 동시에 양방향 누적전력량을 기록하고 실시간 DC 부하에 대한 감시를 통해 과부하 및 부하 불평형, 누설전류 감지와 분전반 내부의 온도 또는 전류량을 통해 계산된 온도변화를 계측하여 내부 안전 제어장치에 상태정보를 전송하고 상위의 에너지관리시스템(EMS)에 유선과 무선통신으로 전송할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법을 도시한 플로차트이다.
본 발명의 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법은, 분전반 내부의 안전감시를 위한 LVDC 분전반 내부 온도와 습도센서(800)를 구비하고 상태를 측정한다. 또한 분전반의 전기안전을 위해 접지바를 통해 누설되는 전류를 측정하고 상태를 계측하여, 다양한 DC전압 레벨을 수용하고 전력연산을 통해 실시간 DC 전력값과 누적전력량을 기록하고 DC전력품질 연산 알고리즘과 이상여부를 판단한다. 또한 분전반 내부의 전력정보와 환경정보 및 전력품질정보를 상위시스템으로 전송하는 실시간 통신하며, 상위시스템으로부터 제어 정보를 전송받아 스위치를 ON/OFF 제어하게 된다.
도 2에 도시된 양극선, 음극선, 중성선을 포함하는 3선식 버스바(10); 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 컨버팅 분전부(210); 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 논컨버팅 분전부(220); 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 컨버팅 분전부(310); 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 논컨버팅 분전부(320); 상기 3선식 버스바(10)의 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기(100)로 전송하는 버스바 DC전류 측정 센서(400); 상기 플러스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선의 DC전류인 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선인 마이너스 제2분기선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기(100)로 전송하는 분기선 DC전류 측정 센서(500); 상기 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류, 분기선 DC전류를 수신하는 다채널 LVDC 전력미터기(100);를 포함한 LVDC용 스마트 분전반을 운영하는 본 발명의 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법은, 도 5에 도시한 바와 같이 급전 전력 계측 과정(S510), 수전 전력 계측 과정(S520), DC전력 품질값 산출 과정(S530)을 포함할 수 있다. 이밖에 이상 상태 기록 과정(S540), 이상 상태 외부 통보 과정(S550), 원격 제어 처리 과정(S560)을 추가로 더 가질 수 있다.
급전 전력 계측 과정(S510)은, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 상기 버스바 DC전류 측정 센서(400)를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 분전반을 통해 인입되는 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록한다.
수전 전력 계측 과정(S520)은, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 상기 제1분기선 DC전류, 제2분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선 DC전류를 이용하여 분전반을 통해 출력단으로 출력되는 수전 전력을 계측하여 기록한다.
DC전력 품질값 산출 과정(S530)은, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 상기 급전 전력과 수전 전력을 이용하여 DC전력 품질값을 산출하여 기록한다. 여기서 DC전력 품질값은, 전압과 전류값의 변화(ROC: Rate of Change), 전압 상한값(over/swell voltage), 전류 상한값(over/swell current), 순간정전(interruption), 돌입전류(inrush current), 부하 불평형 지수 등이 해당될 수 있다. 따라서 각 분기 지점에서의 DC전력 품질값을 산출할 수 있게 된다.
이상 상태 기록 과정(S540)은, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 생성하여 기록하며, LED 경보를 출력한다.
이상 상태 외부 통보 과정(S550)은, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 외부의 모니터링 관제서버로 전송한다.
원격 제어 처리 과정(S560)은, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 모니터링 관제서버로부터 스위칭 원격 메시지를 수신하는 경우, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 양극선과 중성선간의 전압차인 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제1스위치(151)와, 음극선과 중성선간의 전압차인 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제2스위치(152)를 상기 스위칭 원격 메시지에 따라서 스위칭 제어한다. 즉, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 분석한 모니터링 관제서버가, 스위칭을 원격 제어할 경우 그에 따라서 스위칭 제어(온/오프 제어)하는 것이다.
나아가 원격 제어 처리 과정(S560)은, 메인회로뿐만 아니라 분기되는 부하회로에 대해서도 스위칭제어가 가능하다. 즉, 다채널 LVDC 전력미터기(100)가, 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제1스위치(211)와, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제2스위치(221)와, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제1스위치(311)와, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제2스위치(321)를 모니터링 관제서버에서 수신되는 스위칭 원격 메시지에 따라서 스위칭 제어(온/오프 제어)하게 된다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100: 다채널 LVDC 전력 미터기
210: 플러스 컨버팅 분전부
220: 플러스 논컨버팅 분전부
310: 마이너스 컨버팅 분전부
320: 마이너스 논컨버팅 분전부
400: 버스바 DC전류 측정센서
500: 분기선 DC전류 측정센서
600: 접지바 DC전류 측정센서
700: 온도 센서
800: 습도 센서
900: 유무선 통신기

Claims (11)

  1. 양극선, 음극선, 중성선으로 구성된 bi-polar 방식의 LVDC 전력을 분전하는 LVDC용 스마트 분전반에 있어서,
    상기 양극선, 음극선, 중성선을 포함하는 3선식 버스바;
    상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 플러스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 플러스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 플러스 컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 컨버팅 분전부;
    상기 양극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 플러스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 플러스 논컨버팅 분전부;
    상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 DC-DC 컨버터를 통해 미리 설정된 마이너스 컨버팅 DC전압으로 변환하여 마이너스 컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 컨버팅 분전부;
    상기 음극선과 중성선에서 분기되는 한 쌍의 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 마이너스 논컨버팅 출력단자로 제공하는 마이너스 논컨버팅 분전부;
    상기 3선식 버스바의 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 버스바 DC전류 측정 센서;
    상기 버스바 DC전류 측정 센서를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록하는 다채널 LVDC 전력미터기;
    분전반 내의 온도를 감지하여 상기 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 온도센서;
    분전반 내의 습도를 감지하여 상기 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 습도센서;
    중성선의 종단에 연결된 접지바의 DC전류를 감지하는 접지바 DC전류 측정 센서; 및
    상기 플러스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 DC전류인 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선의 DC전류인 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선에서 DC-DC 컨버팅 되기 전의 DC전류인 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선의 DC전류인 마이너스 제2분기선 DC전류를 각각 측정하여 다채널 LVDC 전력미터기로 전송하는 분기선 DC전류 측정 센서를 포함하며,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 상기 플러스 제1분기선 DC전류, 플러스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선 DC전류를 이용하여 수전 전력을 계측하여 기록하며,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기는 수신되는 분전반 내의 온도와 습도를 실시간으로 저장하고, 미리 설정된 기준온도 또는 기준습도를 초과하는 경우 LED 경보를 발생시키며, 분전반 내부의 온도/습도 상태정보를 외부의 모니터링 관제서버로 전송하며,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기는 상기 접지바를 통해 누설되는 DC전류가 감지되는 경우, 누설전류 발생 경보를 외부의 모니터링 관제서버로 전송하며, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는 상기 급전 전력과 수전 전력을 이용하여 DC전력 품질값을 산출하여 기록하며,
    상기 LVDC용 스마트 분전반은,
    상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제1스위치;
    상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제2스위치;
    상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제1스위치; 및
    상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제2스위치;를 더 포함하며,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기는, 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 분기회로 플러스 제1스위치, 분기회로 플러스 제2스위치, 분기회로 마이너스 제1스위치, 분기회로 마이너스 제2스위치를 오프 제어하며,
    상기 LVDC용 스마트 분전반은 외부의 모니터링 관제서버와 유선 또는 무선 통신하는 유무선 통신기;를 포함하며,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기는 산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 상기 모니터링 관제서버로 전송하는 LVDC용 스마트 분전반.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 DC전력 품질값은,
    전압과 전류값의 변화(ROC: Rate of Change), 전압 상한값(over/swell voltage), 전류 상한값(over/swell current), 순간정전(interruption), 돌입전류(inrush current), 부하 불평형 지수를 포함하는 LVDC용 스마트 분전반.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는,
    산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 생성하여 기록하며, LED 경보를 출력하는 LVDC용 스마트 분전반.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 LVDC용 스마트 분전반은, 양극선과 중성선간의 전압차인 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제1스위치와, 음극선과 중성선간의 전압차인 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제2스위치;를 포함하며,
    상기 버스바 DC전류 측정 센서는, 상기 메인회로 제1스위치의 입력단과 메인회로 제2스위치의 입력단에 위치한 양극선, 음극선, 중성선의 DC 전류를 각각 측정하는 LVDC용 스마트 분전반.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 다채널 LVDC 전력미터기는,
    상기 메인회로 제1스위치와 메인회로 제2스위치를 온/오프 제어하여 플러스 논컨버팅 분전부, 플러스 컨버팅 분전부, 마이너스 논컨버팅 분전부, 마이너스 컨버팅 분전부로 부하 분배를 수행하며,
    산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 메인회로 제1스위치와 메인회로 제2스위치를 오프 제어하는 LVDC용 스마트 분전반.
  9. 제1항, 제4항, 제5항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 따른 LVDC용 스마트 분전반에서의 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법에 있어서,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 버스바 DC전류 측정 센서를 통해 수신되는 양극선 DC전류, 음극선 DC전류, 중성선 DC전류를 이용하여 급전 전력을 계측하여 누적전력량을 기록하는 급전 전력 계측 과정;
    상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 제1분기선 DC전류, 제2분기선 DC전류, 마이너스 제2분기선 DC전류, 마이너스 제1분기선 DC전류를 이용하여 수전 전력을 계측하여 기록하는 수전 전력 계측 과정;
    상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 급전 전력과 수전 전력을 이용하여 DC전력 품질값을 산출하여 기록하는 DC전력 품질값 산출 과정;
    산출되는 DC전력 품질값이 설정된 기준품질 임계 범위를 벗어난 이상 상태인 경우, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 생성하여 기록하며, LED 경보를 출력하는 이상 상태 기록 과정;
    상기 이상 상태인 경우, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 이상 상태 정보와 데이터 분석용 로그 파일을 외부의 모니터링 관제서버로 전송하는 이상 상태 외부 통보 과정;
    상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 모니터링 관제서버로부터 스위칭 원격 메시지를 수신하는 경우, 상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 양극선과 중성선간의 전압차인 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제1스위치와, 음극선과 중성선간의 전압차인 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 메인회로 제2스위치를 상기 스위칭 원격 메시지에 따라서 스위칭 제어하는 원격 제어 처리 과정; 을 포함하는 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 원격 제어 처리 과정은,
    상기 다채널 LVDC 전력미터기가, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제2분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제1스위치와, 상기 양극선과 중성선에서 분기되는 플러스 제1분기선의 플러스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 플러스 제2스위치와, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제2분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제1스위치와, 상기 음극선과 중성선에서 분기되는 마이너스 제1분기선의 마이너스 DC전압을 온/오프 스위칭하는 분기회로 마이너스 제2스위치를 상기 스위칭 원격 메시지에 따라서 스위칭 제어하는 LVDC용 스마트 분전반 운영 방법.
KR1020200007417A 2020-01-20 2020-01-20 엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법 KR102182117B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200007417A KR102182117B1 (ko) 2020-01-20 2020-01-20 엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200007417A KR102182117B1 (ko) 2020-01-20 2020-01-20 엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102182117B1 true KR102182117B1 (ko) 2020-11-23

Family

ID=73680472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200007417A KR102182117B1 (ko) 2020-01-20 2020-01-20 엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102182117B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220097212A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 한국전자기술연구원 저압 직류 분전반을 이용한 전력관리시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011101527A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電盤及び配電システム
KR101219883B1 (ko) 2011-07-05 2013-01-09 한국전력공사 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법
KR101655018B1 (ko) * 2015-03-13 2016-09-07 성균관대학교산학협력단 저압직류 배전계통의 전압 불평형 제어 시스템 및 방법
KR20160127254A (ko) * 2015-04-24 2016-11-03 성균관대학교산학협력단 저압직류 배전계통의 중성선 전위를 고려한 선로 전압 강하 보상 방식의 송출 전압 제어 시스템 및 방법
KR102057494B1 (ko) * 2019-07-25 2019-12-19 주식회사 다온테크놀로지 스마트 전기사고 예방 및 에너지 관리 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011101527A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電盤及び配電システム
KR101219883B1 (ko) 2011-07-05 2013-01-09 한국전력공사 마이크로그리드용 에너지 저장장치의 협조제어 시스템 및 방법
KR101655018B1 (ko) * 2015-03-13 2016-09-07 성균관대학교산학협력단 저압직류 배전계통의 전압 불평형 제어 시스템 및 방법
KR20160127254A (ko) * 2015-04-24 2016-11-03 성균관대학교산학협력단 저압직류 배전계통의 중성선 전위를 고려한 선로 전압 강하 보상 방식의 송출 전압 제어 시스템 및 방법
KR102057494B1 (ko) * 2019-07-25 2019-12-19 주식회사 다온테크놀로지 스마트 전기사고 예방 및 에너지 관리 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220097212A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 한국전자기술연구원 저압 직류 분전반을 이용한 전력관리시스템
KR102611073B1 (ko) * 2020-12-30 2023-12-08 한국전자기술연구원 저압 직류 분전반을 이용한 전력관리시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE44901E1 (en) Method for converting direct voltage into three phase alternating voltage
US9172248B2 (en) Cascaded converter station and cascaded multi-terminal HVDC power transmission system
RU2562243C1 (ru) Обнаружение и локализация неисправностей в запитываемой с одной стороны линии энергоснабжения
EP2608341B1 (en) Grounding device
WO2022121431A1 (zh) 中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统
US11139681B2 (en) Smart switching panel for secondary power supply
KR102182117B1 (ko) 엘브이디씨용 스마트 분전반 및 운영 방법
WO2022121430A1 (zh) 中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统
KR20120086558A (ko) 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템
CN110635447B (zh) 脱扣控制单元、漏电模块和安全直流物联网保护开关
JP2016116253A (ja) 充放電システム
CN108847687B (zh) 带电网稳压器的智能光伏并网箱
CN103887811A (zh) 具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统及控制方法
JP6971196B2 (ja) 電力システムおよび切替装置
KR101030925B1 (ko) 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템
RU2318281C1 (ru) Автоматизированная система гарантированного электроснабжения стационарного объекта
JP6773204B1 (ja) 分散型電源システム
CN114285371A (zh) 高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱及方法
CN111817276A (zh) 一种园区微电网继电保护控制系统和方法
KR102501359B1 (ko) 싱글 화재 감지 선형 케이블에 의한 태양광 발전 장치 화재 감지 시스템
KR20200113870A (ko) Lvdc 저압배전 시스템에 적용되는 dc/dc 컨버터
JP6402603B2 (ja) 電力変換装置及び電力変換システム
KR20180052115A (ko) 차단기별 전력감시 정보를 이용한 부하 전력 제어 장치
CN203466563U (zh) 一种配网区域保护及自愈系统
CN216286981U (zh) 一种电气火灾监测预警系统及装置

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant