KR102366551B1 - 무정전 절체 스위치반 - Google Patents

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KR102366551B1
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Abstract

상용전원과 비상전원 간의 절환에 사용되는 무정전 절체 스위치반이 개시된다. 본 발명에 따르면, 상용전원으로부터의 전력 공급을 단속하는 상용전원차단기; 비상전원으로부터의 전력 공급을 단속하는 비상전원차단기; 및 상용전원타단기 및 비상전원차단기를 구동 제어하는 컨트롤러;를 포함하고, 컨트롤러는, 상용전원과 비상전원을 100ms 이내의 시간으로 병렬운전하여 무정전으로 상용전원과 비상전원 간을 절체 제어하는 CTTS컨트롤부; 상용전원 및 비상전원이 병렬로 부하에 공급되도록 제어하는 한전병렬컨트롤부; 및 사용자의 입력에 따라 CTTS컨트롤부에 의한 CTTS모드 또는 한전병렬컨트롤부에 의한 한전병렬모드를 선택하는 설정부;를 포함하는 무정전 절체 스위치반이 제공된다. 본 발명의 무정전 절체 스위치반은 절체시 부하의 이동이 원활하게 이뤄질 수 있고, 상용전원으로의 역송전을 방지할 수 있으며, 피크 쉐이빙이 가능한 이점이 있다.

Description

무정전 절체 스위치반 {CLOSED TRANSSITION TRANSFER SWITCH}
본 발명은 상용전원과 비상전원 간의 절환에 사용되는 무정전 절체 스위치반에 관한 것이다.
일부 건물이나 시설물의 경우 규모, 용도 등에 따라 비상전원(발전기)가 설치되어 있다. 구체적으로 공장설비, 의료시설, 연구소 등의 경우 상용전원에 정전이 발생하였을 때를 대비해 이를 대체할 수 있는 비상전원이 내부적으로 구비되어 있다. 평상시 필요한 전력은 상용전원을 통해 공급되고, 상용전원의 이상이나 유지보수 등으로 인해 상용전원을 적절히 사용할 수 없는 경우에는 비상전원을 통해 필요한 전력이 공급될 수 있다.
상용전원과 비상전원 간의 절환에는 전통적으로 자동 절환 스위치(Automatic Transfer Supply; ATS)가 사용되어 왔다. 자동 절환 스위치는 평상시에 상용전원에 연결되어 부하 측에 전력을 공급하다가 상용전원에 이상이 감지되면 상용전원과 부하 측의 연결을 끊고 비상전원과 부하 측을 연결해 비상전원으로부터 전력이 공급될 수 있도록 한다. 다만 자동 절환 스위치는 가동단자와 고정단자가 연결되는 과정에서 개방 및 연결에 따른 물리적인 시차가 불가피하게 발생될 수 있다. 따라서 자동 절환 스위치는 순간적인 정전 상태를 발생시키고, 이에 따른 설비의 오동작이나 파손을 일으킬 수 있다.
상기와 같은 이유로 근래에는 대부분 무정전 절체 스위치(Closed Transition Transfer Switch; CTTS)가 사용되고 있다. 무정전 절체 스위치는 비상전원의 전압, 주파수, 위상각 등을 상용전원과 동기화시킨 후 100ms 이내의 짧은 시간으로 병렬운전하여 절체하는 방식이다. 일 예로 등록특허 제10-1879581호는 이러한 용도의 "무정전 절환 절체 스위치"를 개시하고 있다.
등록특허 제10-1879581호(2018.07.12. 등록)
본 발명의 실시예들은 종래 기술을 보다 개량한 무정전 절체 스위치반을 제공하고자 한다. 또한 본 발명의 실시예들은 절체시 부하의 이동이 보다 원활하게 이뤄질 수 있고, 상용전원으로의 역송전을 방지할 수 있으며, 피크 쉐이빙(peak shaving)이 가능한 무정전 절체 스위치반을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상용전원으로부터의 전력 공급을 단속하는 상용전원차단기; 비상전원으로부터의 전력 공급을 단속하는 비상전원차단기; 및 상기 상용전원타단기 및 상기 비상전원차단기를 구동 제어하는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 상용전원과 상기 비상전원을 100ms 이내의 시간으로 병렬운전하여 무정전으로 상기 상용전원과 상기 비상전원 간을 절체 제어하는 CTTS컨트롤부; 상기 상용전원 및 상기 비상전원이 병렬로 부하에 공급되도록 제어하는 한전병렬컨트롤부; 및 사용자의 입력에 따라 상기 CTTS컨트롤부에 의한 CTTS모드 또는 상기 한전병렬컨트롤부에 의한 한전병렬모드를 선택하는 설정부;를 포함하는 무정전 절체 스위치반이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무정전 절체 스위치반은 CTTS컨트롤부 및 한전병렬컨트롤부가 함께 구비되어 사용 편의성이나 활용도가 개선될 수 있고, 어느 하나에 오작동이나 파손이 발생된 경우 다른 컨트롤부를 통해 이를 빠르게 대체할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 무정전 절체 스위치반은 단계적 부하 이동을 통해 절체시 부하 이동이 보다 원활하게 이뤄질 수 있고, 사용이력이 누적되면서 최적의 램프타임이 적절히 설정될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 무정전 절체 스위치반은 상용전원의 수전량이 한계점 이하로 감소되면 비상전원의 발전량을 감소시켜 상용전원로의 역송전을 적절히 방지하고 계통 안정성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 무정전 절체 스위치반은 급격한 부하 증가가 발생되어 상용전원 수전량이 계약전력 이상으로 상승되는 경우 비상전원을 병렬운전하는 피크 쉐이빙을 통해 사용자 측면의 경제성을 확보하면서도, 비상전원의 정지시점에 대한 적절한 제어방식을 통해 시스템의 안정성 및 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 절체 스위치반의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 컨트롤러의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 1의 스위치반에 있어 램프타임의 개념을 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 3의 램프타임 설정을 위한 개략적인 순서도이다.
도 5는 도 1의 스위치반에 있어 역송전 방지 기능의 개념을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 1의 스위치반에 있어 피크 쉐이빙 기능의 개념을 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 6의 피크 쉐이빙 기능에 있어 각 구동시간에 따른 제어방법을 나타낸 개략도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 절체 스위치반의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 무정전 절체 스위치반(이하, "스위치반(100)"으로 약칭)은 상용전원차단기(110) 및 비상전원차단기(120)를 포함할 수 있다.
상용전원차단기(110)는 상용전원(10)으로부터의 전력 공급을 단속할 수 있고, 비상전원차단기(120)는 비상전원(20)으로부터의 전력 공급을 단속할 수 있다. 대표적으로 상용전원(10)은 한국전력(한전)에서 공급될 수 있고, 비상전원(20)은 각 건물이나 시설물에 비상용으로 비치된 발전기로부터 공급될 수 있다.
상용전원차단기(110) 및 비상전원차단기(120)는 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker; VCB)로 구성될 수 있다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 사용환경의 정격전류 등에 따라 진공차단기는 기중차단기(Air Circuit Breaker; ACB), 공기차단기(Air Blast Circuit Breaker; ABB), 가스차단기(Gas Circuit Breaker; GCB) 등으로 적절히 대체될 수 있다.
상용전원차단기(110)는 상용전원(10)으로부터 부하(30)로 전력이 공급될 수 있도록 클로즈(close)되거나, 그 반대로 오픈(open) 구동될 수 있다. 비상전원차단기(120) 또한 유사하게 클로즈 또는 오픈 구동될 수 있다.
상용전원차단기(110) 및 비상전원차단기(120)는 스위치반(100)의 외관을 형성하는 소정의 케이스(130) 내부에 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우 상용전원차단기(110)는 케이스(130)의 상부 측, 비상전원차단기(120)는 케이스(130)의 하부 측에 배치되어 있고, 상용전원차단기(110)와 비상전원차단기(120) 사이에는 컨트롤러(140)가 배치되어 있다. 도시되지 않았으나 상용전원(10), 비상전원(20), 부하(30) 등은 상용전원차단기(110) 및 비상전원차단기(120) 후면에 배치된 단자들을 통해 오픈 및 클로즈 가능하게 연결 설치될 수 있다. 다만 상용전원차단기(110), 비상전원차단기(120) 등의 케이스(130) 내 배치는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있고, 반드시 예시된 바에 한정되지는 않는다.
한편 본 실시예의 스위치반(100)은 컨트롤러(140)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(140)는 상용전원차단기(110) 및 비상전원차단기(120)를 동작 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 컨트롤러의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 컨트롤러(140)는 CTTS컨트롤부(141) 및 한전병렬컨트롤부(142)를 포함할 수 있다.
CTTS컨트롤부(141) 및 한전병렬컨트롤부(142)는 각각의 컨트롤러 유닛으로 구현되어 조합되거나, 하나의 컨트롤러(140)에 기능적으로 통합되어 구현될 수 있다.
CTTS컨트롤부(141)는 기존의 무정전 절체 스위치(Closed Transition Transfer Switch; CTTS)와 유사한 기능의 절체 제어를 수행할 수 있다. 즉, CTTS컨트롤부(141)는 상용전원(10)과 비상전원(20)을 100ms 이내의 짧은 시간으로 병렬운전하여 정전이 없이 상용전원(10)과 비상전원(20) 간을 절체 제어하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 편의상 CTTS컨트롤부(141)에 의한 제어모드를 "CTTS모드"로 지칭하도록 한다.
여기서 CTTS컨트롤부(141)는 소정의 지연시간을 갖고 비상전원(20)을 시동하도록 형성될 수 있다. 즉, CTTS컨트롤부(141)는 상용전원(10)의 전압이 소정의 설정치 이하로 떨어진 후 소정의 지연시간 동안 설정치 이상으로 복귀되지 않는 경우 비상전원(20)을 가동시킬 수 있다. 극히 짧은 시간의 정전 등에 대응해 비상전원(20)이 빈번하게 시동되는 것을 방지하기 위함이다.
한전병렬컨트롤부(142)는 상용전원(10) 및 비상전원(20)이 병렬로 부하(30)에 공급되도록 제어할 수 있다. 이하에서는 편의상 한전병렬컨트롤부(142)에 의한 제어모드를 "한전병렬모드"로 지칭하도록 한다.
한편 본 실시예의 컨트롤러(140)는 설정부(143)를 포함할 수 있다.
설정부(143)는 사용자로부터 제어모드를 입력 받을 수 있다. 즉, 사용자는 설정부(143)를 통해 CTTS모드 또는 한전병렬모드를 선택할 수 있고, 이에 따라 CTTS컨트롤부(141) 또는 한전병렬컨트롤부(142)에 의해 스위치반(100)이 동작 제어될 수 있다. 이에 따라 본 실시예의 컨트롤러(140) 내지 스위치반(100)은 CTTS컨트롤부(141) 및 한전병렬컨트롤부(142)가 함께 구비되어 사용 편의성이나 활용도가 개설될 수 있고, 어느 하나에 오작동이나 파손이 발생된 경우 다른 컨트롤부를 통해 이를 대체해 빠른 대처가 가능하다.
설정부(143)는 제어모드의 선택을 위한 물리적인 스위치, 레버 등을 포함할 수 있다. 또는 설정부(143)는 스위치 등을 대체할 수 있도록 스위치반(100)에 내설된 터치스크린, 스위치반(100) 외부의 통신단말 등을 포함할 수 있다. 사용자는 스위치 등을 통해 CTTS모드 또는 한전병렬모드와 같은 제어모드를 선택할 수 있다.
또한 설정부(143)는 스위치반(100)의 가동상태에 관한 정보, 각종 설정 정보 등을 표시하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이는 케이스(130)의 전면 외측 등 사용자가 쉽게 접근 및 식별 가능한 위치에 구비될 수 있다.
한편 본 실시예의 컨트롤러(140)는 단계적 부하 이동 기능을 포함할 수 있다.
단계적 부하 이동은 상용전원(10)과 비상전원(20) 간에 부하 이동이 소정의 비율이나 속도로 단계적 발생되는 것을 의미한다. 예컨대 상용전원(10)에서 비상전원(20)으로의 전환 시 비상전원(20)의 부하가 소정 비율이나 속도로 단계적 증가되는 것이다.
도 3은 도 1의 스위치반에 있어 램프타임의 개념을 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 단계적 부하 이동이 발생되는 경우 램프타임(T_ramp)(ramp time)이 설정될 수 있다. 이러한 램프타임(T_ramp)은 부하의 증감을 대별할 수 있다. 예컨대 램프타임(T_ramp)을 짧게 설정되면 절체 시간은 줄어들 수 있으나, 비상전원(20)(발전기)에 무리를 줄 수 있고 이는 효율, 배출가스량 등의 측면에서 바람직하지 않다. 따라서 최적의 부하 증가, 즉, 램프타임(T_ramp)이 적절히 설정될 필요가 있다.
일 예로, 램프타임(T_ramp)은 설치환경 외부에서 반복된 로드 테스트 등을 통해 최적의 부하 증가 포지션을 찾고 이에 기반해 설정될 수 있다.
다른 예로, 램프타임(T_ramp)은 해당 설치환경에서 운용 이력에 따른 데이터를 통해 적절히 포지셔닝되면서 설정될 수도 있다. 이는 앞의 방식에 비해 각 설치환경에서의 특성이 보다 적절히 부하 이동에 반영될 수 있는 이점을 가진다. 특히 이러한 방식은 복잡한 제어알고리즘을 거치지 않더라도 발전기의 노후화 등 사용이력에 따른 변수들이 자연스럽게 제어에 반영될 수 있다.
도 4는 도 3의 램프타임 설정을 위한 개략적인 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 램프타임(T_ramp)의 초기값(T_r1)이 설정될 수 있다. 초기값(T_r1)은 발전기 스펙 등을 고려해 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다.
이후 상용전원(10)과 비상전원(20) 간의 부하 이동이 상기의 램프타임 초기값(T_r1)에 기초해 이뤄질 수 있다.
여기서 컨트롤러(140)는 램프타임(T_ramp) 구간에서 투입연료량(F1), 배출가스량(W1) 및 발전량(E1)에 관한 정보를 제공받을 수 있고, 이에 기초해 증감펙터(S1)를 산출할 수 있다. 본 실시예에서 증감펙터(S1)는 투입연료 대비 발전량(E1)을 투입연료 대비 배출가스량(W1)으로 나눠 산출될 수 있다.
이후 다음 회차에서의 부하 이동은 상기의 초기값(T_r1)으로부터 소정 비율 증가된 값으로 램프타임(T_r2)이 설정될 수 있다. 편의상 앞서의 램프타임(T_r1)을 제1램프타임(T_r1)으로 지칭하고, 다음 회차에서의 램프타임(T_r2)을 제2램프타임(T_r2)으로 지칭하면, 제2램프타임(T_r2)은 제1램프타임(T_r1) 대비 소정 비율 증가 또는 감소된 값으로 설정될 수 있다. 예컨대 제2램프타임(T_r2)은 제1램프타임(T_r1) 대비 3% 증가된 값으로 설정될 수 있다.
보다 바람직하게, 제2램프타임(T_r2)의 증가율은 소정의 범위 내에서 랜덤하게 선택될 수 있다. 예컨대 제2램프타임(T_r2)의 증가율은 5% 이내에서 각 주기마다 랜덤하게 선택된 값으로 설정될 수 있다.
이후 작동에서 상용전원(10)과 비상전원(20) 간의 부하 이동은 제2램프타임(T_r2)에 기초해 이뤄질 수 있다.
또한 컨트롤러(140)는 제2램프타임(T_r2) 구간에서 투입연료량(F2), 배출가스량(W2) 및 발전량(E2)에 관한 정보를 제공받을 수 있고, 이에 기초해 새롭게 증감펙터(S2)를 산출할 수 있다. 편의상 앞서의 초기값(T_r1)에 기초한 증감펙터(S1)를 제1증감펙터(S1)로 지칭하고, 상기에서 새롭게 산출된 증감펙터(S2)를 제2증감펙터(S2)로 지칭한다.
이후 제1증감펙터(S1)와 제2증감펙터(S2)가 비교되고, 다음 회차에서의 제3램프타임(T_r3)이 설정될 수 있다. 제2증감펙터(S2)가 제1증감펙터(S1)보다 큰 경우 다음 회차에서의 제3램프타임(T_r3)은 제2증감펙터(S2) 대비 소정 비율 증가된 값으로 설정될 수 있다. 반대로 제2증감펙터(S2)가 제1증감펙터(S1)보다 작은 경우 제3램프타임(T_r3)은 제2램프타임(T_r2) 대비 소정 비율 감소된 값으로 설정될 수 있다. 바람직하게, 감소율은 소정 범위 내에서 각 주기마다 랜덤하게 선택된 값으로 설정될 수 있다. 드물지만 제1증감펙터(S1)와 제2증감펙터(S2)가 동일한 경우 제3램프타임(T_r3)는 제2램프타임(T_r2)이 그대로 유지될 수 있다.
컨트롤러(140)는 상기의 방식으로 반복하며 적절한 램프타임(T_ramp)을 설정해 나갈 수 있다. 이러한 방식은 비교적 간단한 알고리즘에 의해 구현될 수 있지만, 반복 횟수가 늘어날수록 해당 설비나 사용환경의 특성이 누적되며 동적으로 지속적인 최적의 램프타임(T_ramp)이 찾아지게 된다.
한편 본 실시예의 컨트롤러(140)는 역송전 방지 기능을 포함할 수 있다.
상용전원(10)(한국전력)과 비상전원(20)(발전기)이 병렬운전되는 경우 부하가 급격히 감소되면 비상전원(20)에서 생성된 전력이 상용전원(10)으로 역송전되는 상황이 발생될 수 있다. 이와 같은 경우 상용전원(10) 계통의 안정성에 악영향을 미칠 수 있고, 경우에 따라서는 정전 등의 사태도 유발될 수 있다. 이는 기 구축된 상당수의 비상전원(20)에서 상용전원(10)과의 병렬운전이 제한되는 이유가 되기도 한다.
이에 따라 본 실시예의 컨트롤러(140)는 상용전원(10)으로부터의 수전량을 모니터링하고, 비상전원(20)의 발전량을 조절해 역송전을 방지하는 기능이 추가로 구현될 수 있다.
도 5는 도 1의 스위치반에 있어 역송전 방지 기능의 개념을 나타낸 개략도이다.
도 5를 참조하면, 병렬운전시 비상전원(20)은 일정한 전력을 공급할 수 있고(base load), 상용전원(10)은 부하 변동에 따라 유동적인 전력량을 공급할 수 있다. 이러한 방식은 상용전원(10)이 비교적 안정적인 경우에 주로 사용된다.
컨트롤러(140)는 상용전원(10)으로부터의 수전량을 모니터링하고, 수전량이 소정의 한계점(L)에 도달되면 비상전원(20)의 발전량을 줄이도록 제어할 수 있다. 이에 따라 비상전원(20)에서 상용전원(10)으로의 역송전이 방지될 수 있다.
경우에 따라 컨트롤러(140)는 상용전원(10)으로부터의 수전량이 비상전원(20) 발전량 대비 기 설정된 소정 비율 이하로 떨어지면, 비상전원(20)의 발전량을 소정 비율 감소시키도록 비상전원(20)을 제어할 수 있다. 또한 이러한 발전량의 제어는 수전량의 변화(감소)에 따라 각 해당 시점에서 반복적으로 이뤄질 수 있고, 이에 따라 비상전원(20)의 발전량은 스텝(step) 형태로 감소되도록 제어될 수 있다.
반면 상용전원(10)으로부터의 수전량이 증가되는 경우 비상전원(20)의 발전량은 즉각적으로 반응하지 않고 소정 시간 대기될 수 있다. 이 경우는 역송전의 우려가 없고 즉각적인 반응은 비상전원(20)의 구동에 무리를 줄 우려가 있음을 고려한 것이다.
상기의 경우 비상전원(20)은 수전량 증가가 지속되고 소정의 지연시간(T_d0)이 경과되면 다시 초기 상태로 복귀될 수 있다. 또는 보다 바람직하게 비상전원(20)은 수전량이 역송전 방지 모드의 개시 전으로 복귀되고 소정의 지연시간(T_d1)이 더 경과되면 다시 초기 상태로 복귀될 수 있다. 일시적인 전력 변동이 제어에 반영되는 것을 방지하고 설비의 안정성을 확보하기 위함이다.
한편 본 실시예의 컨트롤러(140)는 피크 쉐이빙(peak shaving) 기능을 포함할 수 있다.
급격한 부하 증가가 발생되어 상용전원(10)으로부터의 수전량이 계약전력 이상으로 상승되는 경우 비상전원(20)(발전기)를 운전해 상용전원(10)과 병렬운전함으로써 이를 해소할 수 있다. 이는 사용자 측면에서 전기요금을 낮춰 경제성을 확보할 수 있도록 하고, 전력거래소의 예비전력 확보에도 도움을 준다.
도 6은 도 1의 스위치반에 있어 피크 쉐이빙 기능의 개념을 나타낸 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상용전원(10)으로부터의 수전량이 기 설정된 피크시작레벨(PL_start)에 도달되면 소정의 지연시간(T_de1)이 지난 후 비상전원(20)에 가동신호(G_start)가 제공될 수 있다. 비상전원(20)은 가동신호(G_start)에 따라 가동 개시될 수 있다.
비상전원(20)이 가동되면, 컨트롤러(140)는 상용전원(10)과 동기를 맞추고 부하를 서서히 증가시켜 기 설정된 소정의 부하(base load)에서 상용전원(10)과 병렬운전될 수 있다. 이에 따라 피크레벨 이상의 전력은 비상전원(20)에 의해 공급될 수 있다.
한편 상용전원(10)으로부터의 수전량이 피크중단레벨(PL_stop)에 도달되면 비상전원(20)에 정지신호(G_stop)가 제공될 수 있다. 여기서 피크중단레벨(PL_stop)은 앞서의 피크시작레벨(PL_start) 대비 소정 정도 작게 설정될 수 있다. 일시적인 전력량 변화에 적절히 대응하기 위함이다. 바람직하게 피크중단레벨(PL_stop)은 피크시작레벨(PL_start)의 70~90% 수준으로 설정될 수 있다. 90% 이상은 일시적인 전력량 변화에 지나치게 민감하게 반응될 수 있으며, 70% 이하는 비상전원(20)의 가동시간이 불필요하게 길어져 설비효율이 저감될 수 있음을 고려한 것이다.
또한 피크중단레벨(PL_stop)에 도달되면 소정의 지연시간(T_de2)이 경과된 후 컨트롤러(140)가 비상전원(20)에 정지신호(G_stop)를 제공할 수 있다. 이에 따라 비상전원(20)은 부하가 서서히 감소되며 차단될 수 있다.
여기서 피크중단레벨(PL_stop) 도달 후의 지연시간(T_de12은 비상전원(20) 가동시의 지연시간(T_de1) 대비 길게 형성될 수 있다. 바람직하게 피크중단레벨(PL_stop) 도달 후의 지연시간(T_de2)을 제2지연시간(T_de2)으로 지칭하고, 비상전원(20) 가동시의 지연시간(T_de1)을 제1지연시간(T_de1)으로 지칭하면, 제2지연시간(T_de2)은 제1지연시간(T_de1)의 2배 이상으로 설정될 수 있고, 보다 바람직하게는 제1지연시간(T_de1)의 2~3배로 설정될 수 있다. 비상전원(20)(발전기)에서의 에너지 효율(연료 소모)는 기동이나 재기동시에 상당히 낮아지므로, 약간의 과잉 전력을 생산하더라도 일시적인 변동에 대응해 정지 및 재기동이 이뤄지는 것을 최소화하기 위함이다.
경우에 따라, 상기에서 비상전원(20)의 정지시점, 즉, 제2지연시간(T_de2)의 설정은 비상전원(20)의 구동시간에 따라 달리 이뤄질 수 있다.
도 7은 도 6의 피크 쉐이빙 기능에 있어 각 구동시간에 따른 제어방법을 나타낸 개략도이다.
도 7을 참조하면, 비상전원(20)이 기동(G_start)되고, 소정의 구동시간(T_div)이 경과될 수 있다. 여기서 도 7의 (a)와 같이 구동시간(T_div)이 기 설정된 소정의 기본구동시간(T_dset)을 초과한 경우 제2지연시간(T_de2)은 도 6을 참조해 전술한 바와 유사하게 설정될 수 있다. 즉, 제2지연시간(T_de2)은 제1지연시간(T_de1)의 2~3배로 설정될 수 있다. 또는 제2지연시간(T_de2)은 제1지연시간(T_de1) 대비 제1여유분을 두고 소정 정도 크게 설정될 수 있다.
다만 도 7의 (b)와 같이 구동시간(T_div)이 기 설정된 소정의 기본구동시간(T_dset) 미만인 경우 제2지연시간(T_de2)은 상기와 달리 좀 더 길게 설정될 수 있다. (a)의 경우 충분한 구동시간(T_div)을 거쳐 안정된 상황에서 수전량이 감소되는 것인 반면, (b)의 경우 안정화 이전의 초기구간에서 변동이 발생된 것이므로, 운용 안정성을 좀 더 고려해 지연시간을 설정하는 것이다.
구체적으로, 상기의 (b) 케이스에서 제2지연시간(T_de2)은 전술한 (a) 케이스의 제2지연시간(T_de2) 대비 길게 설정될 수 있다. 예컨대 (b) 케이스에서의 제2지연시간(T_de2)은 제1지연시간(T_de1)의 3~5배로 설정되거나, 제1지연시간(T_de1) 대비 제2여유분을 두고 소정 정도 크게 설정될 수 있다. 여기서 제2여유분은 (a) 케이스에서의 제1여유분 대비 크게 설정될 수 있다.
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 무정전 절체 스위치반은 CTTS컨트롤부 및 한전병렬컨트롤부가 함께 구비되어 사용 편의성이나 활용도가 개선될 수 있고, 어느 하나에 오작동이나 파손이 발생된 경우 다른 컨트롤부를 통해 이를 빠르게 대체할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 무정전 절체 스위치반은 단계적 부하 이동을 통해 절체시 부하 이동이 보다 원활하게 이뤄질 수 있고, 사용이력이 누적되면서 최적의 램프타임이 적절히 설정될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 무정전 절체 스위치반은 상용전원의 수전량이 한계점 이하로 감소되면 비상전원의 발전량을 감소시켜 상용전원로의 역송전을 적절히 방지하고 계통 안정성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 무정전 절체 스위치반은 급격한 부하 증가가 발생되어 상용전원 수전량이 계약전력 이상으로 상승되는 경우 비상전원을 병렬운전하는 피크 쉐이빙을 통해 사용자 측면의 경제성을 확보하면서도, 비상전원의 정지시점에 대한 적절한 제어방식을 통해 시스템의 안정성 및 효율을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사장으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 무정전 절체 스위치반 110: 상용전원차단기
120: 비상전원차단기 130: 케이스
140: 컨트롤러 141: CTTS컨트롤부
142: 한전병렬컨트롤부 143: 설정부
10: 상용전원 20: 비상전원
30: 부하

Claims (6)

  1. 상용전원(10)으로부터의 전력 공급을 단속하는 상용전원차단기(110);
    비상전원(20)으로부터의 전력 공급을 단속하는 비상전원차단기(120); 및
    상기 상용전원차단기(110) 및 상기 비상전원차단기(120)를 구동 제어하는 컨트롤러(140);를 포함하고,
    상기 컨트롤러(140)는,
    상기 상용전원(10)과 상기 비상전원(20)을 100ms 이내의 시간으로 병렬운전하여 무정전으로 상기 상용전원(10)과 상기 비상전원(20) 간을 절체 제어하는 CTTS컨트롤부(141);
    상기 상용전원(10) 및 상기 비상전원(20)이 병렬로 부하(30)에 공급되도록 제어하는 한전병렬컨트롤부(142); 및
    사용자의 입력에 따라 상기 CTTS컨트롤부(141)에 의한 CTTS모드 또는 상기 한전병렬컨트롤부(142)에 의한 한전병렬모드를 선택하는 설정부(143);를 포함하고,
    상기 컨트롤러(140)는,
    램프타임(T_ramp)을 설정해 상기 상용전원(10)과 상기 비상전원(20) 간에 단계적으로 부하를 이동시키도록 형성되되,
    램프타임(T_ramp)은,
    임의의 제1램프타임(T_r1)이 설정되는 단계;
    상기 제1램프타임(T_r1)에 기초해 부하 이동이 제어되는 단계;
    상기 제1램프타임(T_r1) 구간에서 투입연료량(F1), 배출가스량(W1) 및 발전량(E1)에 기초해 제1증감펙터(S1)가 산출되는 단계;
    상기 제1램프타임(T_r1) 대비 증가된 값으로 제2램프타임(T_r2)이 설정되는 단계;
    상기 제2램프타임(T_r2)에 기초해 부하 이동이 제어되는 단계;
    상기 제2램프타임(T_r2) 구간에서 투입연료량(F1), 배출가스량(W1) 및 발전량(E1)에 기초해 제2증감펙터(S2)가 산출되는 단계;
    상기 제1증감펙터(S1) 및 상기 제2증감펙터(S2)가 비교되고, 비교 결과에 따라 상기 제2램프타입(T_r2) 대비 증가 또는 감소된 값으로 제3램프타임(T_r3)이 설정되는 단계; 및
    상기 제3램프타임(T_r3)에 기초해 부하 이동이 제어되고, 새로운 증감펙터 및 램프타임이 산출 및 설정되는 단계;를 거쳐 설정되는 것을 특징으로 하는 무정전 절체 스위치반.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2램프타임(T_r2)이 설정되는 단계는,
    기 설정된 소정 범위에서 증가율이 랜덤하게 선택되고, 선택된 증가율에 따라 상기 제2램프타임(T_r2)이 설정되고,
    상기 제3램프타임(T_r3)이 설정되는 단계는,
    기 설정된 소정 범위에서 증가율이 랜덤하게 선택되되, 상기 제2증감펙터(S2)가 상기 제1증감펙터(S1)보다 큰 경우 선택된 증가율에 따라 상기 제3램프타임(T_r3)이 설정되고, 상기 제2증감펙터(S2)가 상기 제1증감펙터(S1)보다 작은 경우 선택된 증가율에 대응되는 감소율이 적용되어 상기 제3램프타임(T_r3)이 설정되고, 상기 제2증감펙터(S2)가 상기 제1증감펙터(S1)와 동일한 경우 상기 제2램프타임(T_r2)과 동일하게 상기 제3램프타임(T_r3)이 설정되는 것을 특징으로 하는 무정전 절체 스위치반.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러(140)는,
    상기 상용전원(10)으로부터의 수전량을 모니터링하고, 상기 수전량이 기 설정된 소정의 한계점(L)에 도달되면 상기 비상전원(20)의 발전량을 감소시키는 역송전 방지 제어를 포함하되,
    상기 역송전 방지 제어는,
    상기 상용전원(10)으로부터의 수전량이 상기 비상전원(20) 발전량 대비 기 설정된 소정 비율 이하로 떨어지면, 상기 비상전원(20)의 발전량을 스텝(step) 형태로 단계적 감소시키는 것을 특징으로 하는 무정전 절체 스위치반.
  5. 상용전원(10)으로부터의 전력 공급을 단속하는 상용전원차단기(110);
    비상전원(20)으로부터의 전력 공급을 단속하는 비상전원차단기(120); 및
    상기 상용전원차단기(110) 및 상기 비상전원차단기(120)를 구동 제어하는 컨트롤러(140);를 포함하고,
    상기 컨트롤러(140)는,
    상기 상용전원(10)과 상기 비상전원(20)을 100ms 이내의 시간으로 병렬운전하여 무정전으로 상기 상용전원(10)과 상기 비상전원(20) 간을 절체 제어하는 CTTS컨트롤부(141);
    상기 상용전원(10) 및 상기 비상전원(20)이 병렬로 부하(30)에 공급되도록 제어하는 한전병렬컨트롤부(142); 및
    사용자의 입력에 따라 상기 CTTS컨트롤부(141)에 의한 CTTS모드 또는 상기 한전병렬컨트롤부(142)에 의한 한전병렬모드를 선택하는 설정부(143);를 포함하고,
    상기 컨트롤러(140)는,
    상기 상용전원(10)의 수전량이 계약전략 이상으로 상승되는 경우 상기 비상전원(20)을 상기 상용전원(10)과 병렬운전하는 피크 쉐이빙(peak shaving) 기능을 포함하되,
    상기 피크 쉐이빙은,
    수전량이 피크시작레벨(PL_start)에 도달되면, 기 설정된 제1지연시간(T_de1)이 경과된 후 상기 비상전원(20)에 가동신호(G_start)가 제공되고, 상기 비상전원(20)이 가동 개시되는 단계;
    상기 상용전원(10)과 상기 비상전원(20)이 병렬운전되는 단계; 및
    수전량이 피크중단레벨(PL_stop)에 도달되면, 기 설정된 제2지연시간(T_de2)이 경과된 후 상기 비상전원(20)에 정지신호(G_stop)가 제공되고, 상기 비상전원(20)이 가동 중지되는 단계;를 포함하고,
    상기 피크중단레벨(PL_stop)은,
    상기 피크시작레벨(PL_start) 대비 소정 정도 작게 설정된 것을 특징으로 하는 무정전 절체 스위치반.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2지연시간(T_de2)은,
    상기 비상전원(20)의 구동시간(T_div)이 기 설정된 소정의 기본구동시간(T_dset)을 초과한 경우, 상기 제1지연시간(T_de1) 대비 제1여유분 크게 설정되고, 상기 비상전원(20)의 구동시간(T_div)이 기 설정된 소정의 기본구동시간(T_dset) 미만인 경우, 상기 제1지연시간(T_de1) 대비 제2여유분 크게 설정되되,
    상기 제2여유분은,
    상기 제1여유분 대비 크게 설정된 것을 특징으로 하는 하는 무정전 절체 스위치반.
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