KR102559255B1

KR102559255B1 - 전력제어장치

Info

Publication number: KR102559255B1
Application number: KR1020220177836A
Authority: KR
Inventors: 이홍천
Original assignee: 주식회사 필인
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2023-07-25
Also published as: KR20210147815A; KR102559256B1; KR102480714B1; KR20230002212A; KR20230002213A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 부하에 연결되는 콘덴서의 개방 및 투입을 제어하는 전력제어장치에 있어서, 목표역률인 제1 역률을 수신하는 수신부; 콘덴서의 투입 또는 개방을 통해 상기 부하의 역률을 상기 제1 역률로 설정하고, 현재 투입된 콘덴서의 용량인 현재용량을 산출하고 상기 현재용량으로부터 상기 제1 역률을 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제1 용량을 산출하는 콘덴서용량산출부 및 상기 제1 용량에 따라 상기 콘덴서를 투입 또는 개방하는 콘덴서설정부를 포함하는 제어부; 및 상기 부하의 역률의 변화를 모니터링하는 모니터링부를 포함하고, 상기 콘덴서용량산출부는, 상기 부하의 역률이 상기 제1 역률과 상이한 제2 역률로 변동되면, 상기 제2 역률로부터 상기 제1 역률을 다시 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제2 용량을 산출하고, 상기 콘덴서설정부는, 상기 제2 용량에 따라 콘덴서를 투입 또는 개방을 결정하는 전력제어장치를 제공할 수 있다.

Description

전력제어장치{DEVICE FOR CONTROLLING POWER}

본 실시예는 전력 특히, 무효전력을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

전력은 다목적이고 편리한 에너지원이지만, 전기에너지의 생산과 송전에는 비용이 많이 들고, 전력수요가 증가할 때는 그 비용도 증가할 수 있다. 비용을 줄이기 위해서는 전력의 이용 효율을 증가시키거나, 반대로 전력의 손실율을 줄일 필요가 있다.

교류전력은 전류와 전압 사이의 위상관계를 특징으로 한다. 유도부하가 많으면 즉, 부하가 유도성이면, 전압보다 전류가 지연될 수 있다. 용량부하가 많으면 즉, 부하가 용량성이면, 전압보다 전류가 앞설 수 있다. 동상관계는 저항성 부하로부터 발생하거나, 유도부하와 용량부하의 균형으로부터 발생할 수 있다.

동상전류로부터 '실제' 저항성 전력이 생기고, 이상전류로부터는 전력회로의 유도성 리액턴스 또는 용량성 리액턴스의 영향으로 '겉보기' 무효전력이 생긴다. 전류와 전압 사이의 위상관계 측정에 공통적으로 이용되는 것은 역률로서, 역률은 전압과 전류 사이의 위상각의 코사인에 해당한다.

피상전력을 Pa, 유효전력을 P, 무효전력을 Pr, 전압을 V, 전류를 I라 했을 때, 전력 및 역률의 관계는 다음의 수학식 1과 같다

[수학식 1]

역률은 위상관계가 저항성일 때 단위값에서 최대화되고, 유도성일 때는 양수로서 1 미만이며, 용량성일 때는 음수로서 1 미만이다. 또는 역률은 전력공급자가 공급하는 전력(피상전력)에 대한 수용가의 전기기기(부하)가 사용하는 전력(유효전력)의 비율을 의미할 수 있다.

전력선에는 전동기나 변압기와 같은 유도성 부하가 용량성 부하보다 더 많이 연결되는 경향이 있다. 전력공급자는 흔히 부하가 소정 값 이하의 역률을 일으킬 때 수용가에게 할증료를 부과한다. 이를 피하기 위하여, 사용자들은 전력선에 역률보정 콘덴서 연결하여 유도성 부하의 역률을 개선하고 전력비용을 낮출 수 있다. 즉, 역률개선을 통한 전력요금 감액이 가능할 수 있다.

그러나 무효전력-유도성 부하에 의해 발생되는 사용할 수 없는 전력-을 사용전력으로 바꾸기 위해서 콘덴서를 이용하지만, 콘덴서의 이용은 부하의 변동 -구체적으로는 부하의 역률 변동-에 따라 과도보상을 발생시킬 수 있다. 예를 들어 야간에 유도성 부하가 줄어들거나(경부하) 유도성 부하가 없어지면(무부하), 콘덴서가 부하로 작동하면서 역률이 진상으로 변하고 손실이 증가할 수 있다. 이것 역시 전력요금의 추가요인이 될 수 있다.

이와 관련하여, 본 실시예는 콘덴서 투입에 따른 역률에 대한 과도보상의 발생을 제거하는 무효전력 제어 기술을 제공하고자 한다.

이러한 배경에서, 본 실시예의 일 목적은, 부하의 변동-부하의 역률의 변동 또는 무효전력의 변동-을 모니터링하고, 무효전력의 사용량에 따라 단게적으로 콘덴서의 투입 또는 개방을 조정하는 전력 제어 기술을 제공하는 것이다.

본 실시예의 다른 목적은, 콘덴서의 투입 또는 개방을 자동으로 판독하여 최적의 역률제어를 구현하고 콘덴서를 보호하는 전력 제어 기술을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 부하에 연결되는 콘덴서의 개방 및 투입을 제어하는 전력제어장치에 있어서, 목표역률인 제1 역률을 수신하는 수신부; 콘덴서의 투입 또는 개방을 통해 상기 부하의 역률을 상기 제1 역률로 설정하고, 현재 투입된 콘덴서의 용량인 현재용량을 산출하고 상기 현재용량으로부터 상기 제1 역률을 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제1 용량을 산출하는 콘덴서용량산출부 및 상기 제1 용량에 따라 상기 콘덴서를 투입 또는 개방하는 콘덴서설정부를 포함하는 제어부; 및 상기 부하의 역률의 변화를 모니터링하는 모니터링부를 포함하고, 상기 콘덴서용량산출부는, 상기 부하의 역률이 상기 제1 역률과 상이한 제2 역률로 변동되면, 상기 제2 역률로부터 상기 제1 역률을 다시 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제2 용량을 산출하고, 상기 콘덴서설정부는, 상기 제2 용량에 따라 콘덴서를 투입 또는 개방을 결정하는 전력제어장치를 제공한다.

상기 장치에서, 상기 제1 역률은, 1의 값을 가지고, 상기 제2 역률은, 진상(leading)이고, 상기 모니터링부는, 유도성 부하의 감소에 의해 상기 부하의 역률이 상기 제2 역률로 변하는 것을 모니터링하며, 상기 콘덴서설정부는, 상기 제2 용량에 상응하는 콘덴서용량을 가지는 콘덴서를 개방할 수 있다.

상기 장치에서, 상기 제어부는, 상기 부하의 역률이 상기 제2 역률에서 상기 제1 역률이 되었는지 판단하고, 상기 콘덴서설정부는, 콘덴서뱅크에 포함된 복수의 콘덴서 중 하나를 개방하되, 상기 부하의 역률이 상기 제2 역률에서 상기 제1 역률이 될 때까지 다른 콘덴서를 하나씩 개방할 수 있다.

상기 장치에서, 상기 콘덴서설정부는, 상기 제1 용량에 상응하는 콘덴서 또는 상기 제2 용량에 상응하는 콘덴서가 상기 콘덴서뱅크에 없으면, 후순위의 다른 콘덴서를 상기 콘덴서뱅크 중에서 선택하고, 상기 선택된 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다.

상기 장치에서, 상기 콘덴서설정부는, 상기 제1 용량에 상응하는 콘덴서 또는 상기 제2 용량에 상응하는 콘덴서가 상기 콘덴서뱅크에 없으면, 2이상의 콘덴서용량을 조합하고, 상기 2이상의 콘덴서용량에 대응하는 2이상의 콘덴서를 상기 콘덴서뱅크 중에서 선택하고, 상기 선택된 콘덴서들을 투입 또는 개방할 수 있다.

상기 장치에서, 복수의 콘덴서용량의 조합으로부터 생성되는 조합값이 저장되는 저장부를 포함하고, 상기 콘덴서설정부는, 상기 제1 용량에 상응하는 제1 조합값 또는 상기 제2 용량에 상응하는 제2 조합값을 상기 저장부로부터 독출하고, 상기 제1 또는 2 조합값에 이용된 콘덴서용량을 가지는 복수의 콘덴서를 콘덴서뱅크에서 선택하여 투입할 수 있다.

상기 장치에서, 상기 콘덴서용량산출부는, 마이크로프로세서를 포함하고, 상기 마이크로프로세서는, 역률에 상응하는 무효전력을 산출하고, 상기 무효전력에 따라 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량을 산출할 수 있다.

상기 장치에서, 사용자로부터 상기 전력제어장치에 대한 조작을 입력받아 상기 수신부로 송신하는 입력부를 포함하고, 상기 수신부는, 상기 사용자에 의한 조작을 디지털데이터로 변환하고, 상기 디지털데이터를 상기 제어부로 송신할 수 있다.

상기 장치에서, 상기 입력부는, 역률, 유효전력, 무효전력, 역률의 모니터링 및 콘덴서의 투입 또는 개방에 대한 조작을 입력받을 수 있다.

상기 장치에서, 상기 전력제어장치에 대한 조작, 현재의 역률, 현재의 유효전력, 현재의 무효전력, 현재 투입 또는 개방된 콘덴서의 현황, 현재의 전압, 현재의 전류 및 전류절감율을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.

상기 장치에서, 콘덴서뱅크에 포함된 복수의 콘덴서와 연결되는 복수의 콘덴서단자, 중성선(neutral line)과 연결되는 중성단자, 접지선(earth line)과 연결되는 접지단자, 및 핫라인(hot line)과 연결되는 3상단자를 포함하고, 상기 콘덴서설정부에 의하여 제어되는 단자부를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 부하의 변동에 따라 콘덴서의 투입 또는 개방을 조절함으로써 무효전력을 제거하여 전력손실 및 전력요금을 줄일 수 있다.

그리고, 본 실시예에 의하면, 부하의 변동에 따라 콘덴서에 의한 역률의 과도보상 및 이에 따른 전력손실을 줄일 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전력제어장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 콘덴서의 투입을 통해 무효전력의 감소 및 역률보상을 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 콘덴서의 개방을 통해 역률과도보상의 해소를 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 단자부와 콘덴서뱅크의 연결을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력제어장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 실제로 제작된 전력제어장치를 나타내는 제1 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 실제로 제작된 전력제어장치를 나타내는 제2 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 실제로 제작된 전력제어장치를 나타내는 제3 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 전력제어장치의 구성도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 콘덴서의 투입을 통해 무효전력의 감소 및 역률보상을 설명하는 도면이며, 도 3은 일 실시예에 따른 콘덴서의 개방을 통해 역률과도보상의 해소를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 전력제어장치(100)는 전력제어장치(100)는 입력부(110), 수신부(120), 제어부(130), 단자부(140), 콘덴서뱅크(150), 모니터링부(160) 및 디스플레이부(170)를 포함할 수 있다.

입력부(110)는 사용자로부터 전력제어장치(100)에 대한 조작을 입력받아 수신부(120)로 송신할 수 있다. 사용자는 전력제어장치(100)에 대한 조작으로서, 역률, 유효전력, 무효전력, 역률의 모니터링 및 콘덴서의 투입 또는 개방에 대한 조작을 입력할 수 있다.

여기서 역률에 대한 조작은, 사용자가 부하의 현재의 역률에서 다른 역률로 설정하고자 할 때 역률값을 입력하는 것일 수 있다. 유효전력 또는 무효전력에 대한 조작은, 사용자가 부하의 현재의 유효전력 또는 무효전력에서 다른 유효전력 또는 무효전력으로 설정하고자 할 때 유효전력값 또는 무효전력값을 입력하는 것일 수 있다. 역률의 모니터링에 대한 조작은, 전력제어장치(100)가 부하의 변화를 감지할지 여부에 대한 설정값을 입력하는 것일 수 있다. 콘덴서의 투입 또는 개방에 대한 조작은, 콘덴서뱅크(150)에 포함된 복수의 콘덴서 중 어떤 콘덴서를 투입 또는 개방할지 또는, 얼마나 많은 용량의 콘덴서를 투입 또는 개방할지에 대한 설정값을 입력하는 것일 수 있다.

수신부(120)는 외부에서 입력되는 신호를 디지털화하여 디지털데이터를 생성할 수 있다. 특히 수신부(120)는 사용자에 의한 조작에 따른 신호를 입력부(110)로부터 수신하여 디지털데이터로 변환할 수 있다. 수신부(120)는 상기 변환된 디지털데이터를 제어부(130)로 송신할 수 있다. 예를 들어 수신부(120)는 변류기(CT, current transformer)와 연결되어 변류기로부터 전류신호를 수신할 수 있다. 수신부(120)는 전류신호를 디지털데이터로 변환하여 제어부(130)로 송신할 수 있다.

제어부(130)는 내부에 포함된 콘덴서용량산출부(131) 및 콘덴서설정부(132)를 포함하여, 콘덴서의 개방 또는 투입을 통해 부하의 역률을 보상할 할 수 있다. 여기서 콘덴서의 투입은 콘덴서를 부하와 병렬로 연결시키는 것으로 이해될 수 있다. 상기 연결된 콘덴서는 유도성 부하가 흡수하는 무효전력을 공급함으로써 부하가 가지는 전체 무효전력을 감소시킬 수 있다. 또한 콘덴서의 개방은 콘덴서를 부하와의 병렬연결을 해제하는 것으로 이해될 수 있다. 부하로부터 분리된 콘덴서는 무효전력의 공급을 중단함으로써 부하가 가지는 전체 무효전력을 증가시킬 수 있다.

콘덴서용량산출부(131)는 콘덴서의 용량을 산출할 수 있다. 콘덴서용량산출부(131)는 일 시점에서 투입된 콘덴서의 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어 콘덴서용량산출부(131)는 현재 부하와 연결된 콘덴서의 용량(이하, '현재용량'이라 함)을 산출할 수 있다. 콘덴서설정부(132)는 콘덴서뱅크(150)에 포함된 복수의 콘덴서의 투입 또는 개방을 설정할 수 있는데, 콘덴서용량산출부(131)는 현재 투입된 콘덴서의 용량을 산출하기 위하여 콘덴서설정부(132)로부터 상기 설정에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 콘덴서용량산출부(131)는 투입된 적어도 하나의 콘덴서의 용량을 합산하여 현재용량을 산출할 수 있다.

그리고 콘덴서용량산출부(131)는 부하가 일 역률을 달성하기 위하여 필요한 콘덴서의 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어 콘덴서용량산출부(131)는 사용자로부터 입력된 목표역률을 수신할 수 있다. 콘덴서용량산출부(131)는 부하가 목표역률을 달성하기 위해 요구되는 콘덴서의 용량(이하, '제1 용량'이라 함)을 산출할 수 있다.

콘덴서용량산출부(131)는 제1 용량을 산출하기 위하여 무효전력의 계산을 이용할 수 있다. 예를 들어 콘덴서용량산출부(131)는 현재 무효전력과 목표역률에 따른 무효전력을 계산하고, 현재 무효전력과 목표역률에 따른 무효전력의 차이를 계산하고, 상기 차이를 보상하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제1 용량을 산출할 수 있다.

콘덴서설정부(132)는 콘덴서의 개방 또는 투입을 위하여 콘덴서뱅크(150)에 포함된 복수의 콘덴서 중 적어도 하나 이상을 선택할 수 있다. 콘덴서설정부(132)는 필요한 콘덴서의 용량값을 콘덴서용량산출부(131)로부터 수신하고, 상기 필요한 콘덴서의 용량값에 상응하는 적어도 하나 이상의 콘덴서를 선택할 수 있다.

콘덴서설정부(132)는 제1 용량에 상응하는 콘덴서용량을 가지는 콘덴서를 선택하여 개방 또는 투입할 수 있다. 예를 들어 부하의 역률이 지상역률이고 무효전력을 완전히 제거하기 위하여 목표역률이 1이라면, 부하의 용량성 성분 및 무효전력이 존재하지 않아야 한다. 콘덴서설정부(132)는 제1 용량에 해당하는 용량을 가지는 콘덴서를 콘덴서뱅크(150)에서 선택 및 투입할 수 있다. 상기 선택된 콘덴서가 부하와 연결되면, 부하의 유동성 성분은 감소하고 부하의 무효전력도 감소할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제1 용량에 해당하는 콘덴서를 투입하면, 부하의 무효전력이 감소할 수 있다. 투입된 콘덴서는 부하에 무효전력을 공급함으로써 부하의 무효전력을 감소시킬 수 있다. 그래서 초기 무효전력(Q)을 흡수하는 부하는 투입된 콘덴서가 공급하는 제1 무효전력(Qc1)을 제외한 나머지 무효전력(Q')을 흡수하게 될 수 있다. 투입된 콘덴서는 부하가 흡수하는 무효전력의 양을 제1 무효전력(Qc1)만큼 줄일 수 있다. 이는 투입된 콘덴서가 부하의 역률을 보상한 결과이다.

다시 도 1로 돌아오면, 모니터링부(160)는 부하의 역률의 변화를 지속적으로 감지할 수 있다. 부하는 저항 성분과 리액턴스 성분으로 구성되는데, 리액턴스 성분은 유도성 또는 용랑성일 수 있다. 유도성 리액턴스는 인덕터에 의하여, 용랑성 리액턴스는 콘덴서에 의하여, 각각 발생할 수 있다. 부하가 변하면 리액턴스 성분이 변하고, 리액턴스가 변하면 부하의 역률이 변할 수 있다. 그래서 모니터링부(160)는 부하의 변화를 통해 역률의 변화를 감지할 수 있다. 모니터링부(160)가 부하의 역률의 변화를 감지하면, 제어부(130)로 감지신호를 송신하고 제어부(130)는 콘덴서용량산출부(131) 및 콘덴서설정부(132)를 동작시킬 수 있다.

부하의 역률이 변하면, 콘덴서용량산출부(131)는 다시 원래의 역률을 달성하기 위하여 요구되는 콘덴서용량을 산출하고, 이에 기반하여 콘덴서설정부(132)는 콘덴서를 개방 또는 투입할 수 있다. 예를 들어 모니터링부(160)는 부하의 역률이 목표역률인 제1 역률로 설정된 상태에 있다가 제1 역률과 상이한 제2 역률로 변하는 것을 감지할 수 있다. 콘덴서용량산출부(131)는 부하의 역률이 제2 역률에서 제1 역률을 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량(이하, '제2 용량'이라 함)을 산출할 수 있다. 콘덴서설정부(132)는 제2 용량에 따라 콘덴서를 콘덴서뱅크(150)에서 선택하고, 상기 선택된 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다.

도 3을 참조하면, 모니터링부(160)는 부하의 역률을 보상한 뒤에 유도성 부하의 감소에 따른 부하의 역률 변화를 감지할 수 있다. 예를 들어 Ⅰ에서 콘덴서설정부(132)는 콘덴서를 투입하여 부하의 역률을 1의 값을 가지는 제1 역률로 설정할 수 있다. Ⅱ에서 모니터링부(160)는, 유도성 부하의 감소에 의하여, 부하의 역률이 1의 값을 가지는 제1 역률에서 진상(leading)의 제2 역률로 변하는 것을 감지할 수 있다. 이 경우, 콘덴서설정부(132)가 제1 역률을 위해 투입된 콘덴서의 콘덴서용량은 진상의 제2 역률에서는 지나칠 수 있다. 즉, 제1 역률을 위해 투입된 콘덴서가 제2 역률에서는 너무 많이 투입된 것으로 이해될 수 있다. 그래서 과도하게 투입된 만큼의 콘덴서가 개방되어야 한다. Ⅲ에서 콘덴서용량산출부(131)는 제2 역률로부터 제1 역률을 다시 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제2 용량을 산출하고, 콘덴서설정부(132)는 제2 용량에 상응하는 콘덴서용량을 가지는 콘덴서를 개방할 수 있다.

다시 도 1로 돌아오면, 또한 전력제어장치(100)는 부하의 역률이 목표역률로 도달할 때까지 단계적으로 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다. 전력제어장치(100)는 부하의 역률이 목표역률로 도달할 때까지 콘덴서의 투입 또는 개방을 반복할 수 있다.

예를 들어 제1 역률을 달성하기 위하여 콘덴서설정부(132)는 콘덴서뱅크(150)에 포함된 복수의 콘덴서 중 하나를 투입할 수 있다. 제어부(130)는 부하의 역률이 제1 역률이 되었는지 판단할 수 있다. 부하의 역률이 제1 역률이 아니라면, 콘덴서설정부(132)는 부하의 역률이 제1 역률이 될 때까지 다른 콘덴서를 하나씩 투입할 수 있다.

또 다른 예시로서, 부하의 역률이 1의 값을 가지는 제1 역률에서 진상(leading)의 제2 역률로 변하는 경우, 콘덴서설정부(132)는 콘덴서뱅크(150)에 포함된 복수의 콘덴서 중 하나를 개방할 수 있다. 제어부(130)는 부하의 역률이 제1 역률이 되었는지 판단할 수 있다. 부하의 역률이 제1 역률이 아니라면, 콘덴서설정부(132)는 부하의 역률이 제1 역률이 될 때까지 다른 콘덴서를 하나씩 개방할 수 있다.

또한 콘덴서설정부(132)는 제1 용량에 상응하는 콘덴서 또는 제2 용량에 상응하는 콘덴서가 콘덴서뱅크에 없으면, 후순위의 다른 콘덴서를 상기 콘덴서뱅크 중에서 선택하고, 상기 선택된 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다. 여기서 순위는 사용자에 의하여 미리 입력된 순서에 따를 수 있다. 예를 들어 콘덴서용량이 가장 작은 콘덴서 또는 가장 큰 콘덴서부터 차례대로 선택될 수 있다.

또한 콘덴서설정부(132)는 제1 용량에 상응하는 콘덴서 또는 제2 용량에 상응하는 콘덴서가 콘덴서뱅크에 없으면, 2이상의 콘덴서용량을 조합하고, 상기 2이상의 콘덴서용량에 대응하는 2이상의 콘덴서를 상기 콘덴서뱅크 중에서 선택하고, 상기 선택된 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다. 예를 들어 콘덴서뱅크(150)에 포함된 5개의 콘덴서의 용량이 64㎌, 64㎌, 32㎌, 16㎌ 및 8㎌이고, 제1 용량 또는 제2 용량이 128㎌이라면, 콘덴서설정부(132)는 64㎌를 가지는 콘덴서 2개를 선택할 수 있다.

콘덴서설정부(132)는 미리 저장된 조합값에 따라 콘덴서를 선택할 수 있다. 조합값은 저장부(미도시)에 미리 저장될 수 있다. 예를 들어 콘덴서뱅크(150)에 포함된 5개의 콘덴서의 용량이 64㎌, 16㎌, 32㎌, 16㎌ 및 8㎌일 때, 콘덴서설정부(132)는 저장부(미도시)에서 제1 조합값을 독출할 수 있고, 제1 조합값에 따라 32㎌의 콘덴서를 선택할 수 있다. 또는 콘덴서설정부(132)는 저장부(미도시)에서 제2 조합값을 독출할 수 있고, 제2 조합값에 따라 2개의 16㎌의 콘덴서를 선택할 수 있다.

단자부(140)는 콘덴서뱅크(150)와 전기적으로 연결되어 콘덴서설정부(132)의 설정대로 콘덴서의 전기적 접속을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)할 수 있다. 단자부(140)가 전기적 접속을 턴온하면, 콘덴서가 투입되어 부하와 연결될 수 있다. 단자부(140)가 전기적 접속을 턴오프하면, 콘덴서가 개방되어 부하와 분리될 수 있다.

또한 단자부(140)는 핫라인(L, hot line)과 전기적으로 연결될 수 있다. 단자부(140)는 콘덴서뱅크(150)의 콘덴서가 핫라인(L)과 연결되도록 핫라인(L)을 중개할 수 있다. 핫라인(L)은 전력에 의하여 발생하는 전류가 흘러들어오는 경로일 수 있다.

또한 단자부(140)는 접지선(G, earth line) 및/또는 중성선(N, neutral line)과 전기적으로 연결될 수 있다. 단자부(140)는 콘덴서뱅크(150)의 콘덴서가 접지선(G) 및/또는 중성선(N)과 연결되도록 접지선(G) 및 중성선(N)을 중개할 수 있다. 또는 접지선(G)은 제어부(130)에 바로 연결되고 중성선(N)은 단자부(140)에 바로 연결될 수 있다.

콘덴서뱅크(150)는 내부에 적어도 하나의 콘덴서를 포함할 수 있다. 콘덴서뱅크(150)는 적어도 하나의 콘덴서를 케이싱(casing)하여 외부와의 전기적 접촉을 차단할 수 있다. 콘덴서뱅크(150)는 내부의 콘덴서와 외부를 전기적으로 연결시키는 양극 단자를 포함할 수 있다. 콘덴서뱅크(150)는 접지선 또는 중성선과 연결되는 음극 단자를 포함할 수 있다.

디스플레이부(170)는 정보를 사용자에게 디스플레이할 수 있다. 디스플레이부(170)는 정보를 표시하기 위하여 생성된 영상데이터를 제어부(130)로부터 수신하고, 영상데이터를 스크린에 디스플레이할 수 있다. 디스플레이부(170)가 디스플레이하는 정보는 입력부(110)를 통해 입력된 조작, 현재의 역률, 현재의 유효전력, 현재의 무효전력, 현재 투입 또는 개방된 콘덴서의 현황, 현재의 전압, 현재의 전류 및 전류절감율 등을 포함할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 단자부와 콘덴서뱅크의 연결을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 단자부(140)는 콘덴서뱅크(150)에 포함된 복수의 콘덴서와 연결되는 복수의 콘덴서단자(1~8), 중성선(N)과 연결되는 중성단자(N′접지선과 연결되는 접지단자(미도시), 및 핫라인(L)과 연결되는 3상단자(L′를 포함할 수 있다. 단자부(140)는 콘덴서설정부로부터 단자설정값을 수신하고, 단자설정값에 따라 단자를 턴온 또는 턴오프할 수 있다. 단자설정값은 복수의 콘덴서단자(1~8) 중 적어도 하나를 선택하기 위한 콘덴서설정값을 포함할 수 있다.

양 끝단의 콘덴서단자(1, 8) 중 하나는 중성단자(N′를 통해서 중성선(N)과 연결될 수 있다. 다른 하나는 3상단자(L′를 통해서 핫라인(L)과 연결될 수 있다.

복수의 콘덴서뱅크(150-1~150-4)는 내부에 적어도 하나 이상의 콘덴서(201~205)를 포함할 수 있다. 대체로 하나의 콘덴서가 포함될 수 있으나 2이상의 콘덴서가 포함될 수도 있다.

복수의 콘덴서단자 중 적어도 일부(2 ~ 6)는 복수의 콘덴서뱅크(150-1~150-4)와 전기적으로 접속될 수 있다. 복수의 콘덴서단자 중 적어도 일부(2 ~ 6)와 복수의 콘덴서뱅크(150-1~150-4)는 일대일로 연결될 수 있다. 하나의 콘덴서를 케이싱(casing)하고 있는 콘덴서뱅크(150-1~150-3)는 콘덴서단자와 일대일로 연결될 수 있다. 2이상의 콘덴서를 케이싱하는 콘덴서뱅크(150-4)는 2이상 콘덴서단자와 연결될 수 있다. 각각의 콘덴서뱅크(150-1~150-4)는 콘덴서단자와 연결되는 양극단자와 중성단자(N′와 연결되는 음극단자를 포함할 수 있다. 양극단자의 개수는 내부에 포함된 콘덴서의 개수에 상응할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 전력제어장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 전력제어장치가 콘덴서의 투입 또는 개방을 통해 무효전력을 제어하는 방식이 도시된다.

전력제어장치는 수신부를 통해 목표역률를 수신할 수 있다(S501 단계). 전력제어장치가 목표역률을 포함하는 사용자의 조작을 입력부를 통해 수신하면, 수신부에서 목표역률을 디지털데이터로 변환하여 제어부로 송신할 수 있다.

전력제어장치는 콘덴서용량산출부를 통해 현재용량을 산출할 수 있다(S503 단계). 그리고 전력제어장치는 콘덴서용량산출부를 통해 현재용량으로부터 목표역률인 제1 역률을 달성하기 위하여 필요한 콘덴서용량인 제1 용량을 산출할 수 있다(S505 단계).

전력제어장치는 콘덴서설정부를 통해 제1 용량에 따라 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다(S507 단계).

전력제어장치는 모니터링부를 통해 부하의 역률의 변화를 모니터링할 수 있다(S509 단계).

역률의 변동이 없으면, 전력제어장치는 부하의 역률의 변화에 대한 모니터링을 반복할 수 있다(S511 단계의 NO). 역률의 변동이 있으면, 전력제어장치는 콘덴서용량산출부를 통해 보상된 역률로 되돌아가기 위한 새로운 콘덴서용량을 산출할 수 있다(S513 단계). 예를 들어 부하의 역률이 제1 역률에서 제2 역률로 변동한 경우, 콘덴서용량산출부는 부하의 역률이 제2 역률에서 제1 역률이 되기 위해 필요한 용량인 제2 용량을 산출할 수 있다.

전력제어장치는 콘덴서설정부를 통해 콘덴서를 투입 또는 개방할 수 있다(S515 단계). 예를 들어 전력제어장치는 콘덴서뱅크에 포함된 복수의 콘덴서 중 하나를 개방할 수 있다. 전력제어장치는 부하의 역률이 제2 역률에서 제1 역률이 되었는지 판단하고, 상기 부하의 역률이 상기 제2 역률에서 상기 제1 역률이 될 때까지 다른 콘덴서를 하나씩 개방할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 실제로 제작된 전력제어장치를 나타내는 제1 도면이다.

도 6을 참조하면, 전력제어장치에 연결된 중성선(N), 핫라인(L) 및 접지선(G)의 실물이 나타난다. 외부에서 들어오는 중성선(N), 핫라인(L) 및 접지선(G)은 전력제어장치의 하우징(housing)을 관통하여 단자부(도 1의 140)로 이어질 수 있다(도 6의 610 참조).

도 7은 일 실시예에 따른 실제로 제작된 전력제어장치를 나타내는 제2 도면이다.

도 7을 참조하면, 전력제어장치에 포함된 디스플레이부(도 1의 170)의 실물이 나타난다. 디스플레이부(도 1의 170)는 사용자가 정보를 볼 수 있도록 전력제어장치의 하우징 외벽에 설치될 수 있다(도 7의 710 참조). 디스플레이되는 정보는 사용자의 조작, 현재의 역률, 현재의 유효전력, 현재의 무효전력, 현재 투입 또는 개방된 콘덴서의 현황, 현재의 전압, 현재의 전류 및 전류절감율 등을 포함할 수 있다.

참고로 전력제어장치는 복수로 구현될 수 있다. 각 전력제어장치는 서로 다른 부하와 연결되어 무효전력 및 역률을 감지하여 보상하기 위해서 각 콘덴서뱅크의 투입 및 개방을 조절할 수 있다. 본 도면에서는, 3개의 전력제어장치로 구성되고, 각 전력제어장치에 상응하는 3개의 디스플레이부가 설치될 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 실제로 제작된 전력제어장치를 나타내는 제3 도면이다.

도 8을 참조하면, 전력제어장치에 포함된 단자부(140)의 실물이 나타난다. 단자부(140)는 PCB에 구현될 수 있다. 복수의 콘덴서단자(1 ~ 8) 중 일 끝단은 중성단자(N′와 중성선(N)과 연결될 수 있다. 복수의 콘덴서단자(1 ~ 8) 중 나머지 끝단은 3상단자(L′와 핫라인(L)과 연결될 수 있다. 복수의 콘덴서단자(1 ~ 8) 중 가운데 6개는 콘덴서뱅크와 연결될 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

전력제어장치(100) 입력부(110)
수신부(120) 제어부(130)
단자부(140) 콘덴서뱅크(150)
모니터링부(160) 디스플레이부(170)
콘덴서용량산출부(131)
콘덴서설정부(132)
복수의 콘덴서뱅크(150-1~150-4)
콘덴서(201~205)

Claims

부하에 연결되는 콘덴서를 포함하는 전력제어장치에 있어서, 상기 부하는 유도성 부하를 포함하고 상기 유도성 부하의 변화에 따라 지상(lagging) 역률 또는 진상(leading) 역률을 가지도록 변화하고,
목표역률로서 1의 값을 가지는 제1 역률을 수신하는 수신부;
복수의 콘덴서를 포함하는 콘덴서뱅크;
상기 복수의 콘덴서 중 적어도 하나의 투입 또는 개방을 통해 상기 부하의 역률을 상기 제1 역률에 근접하도록 설정하고, 현재 투입된 콘덴서의 용량인 현재용량을 산출하고 상기 현재용량으로부터 상기 제1 역률을 달성하기 위하여 투입될 콘덴서용량인 제1 용량을 산출하는 콘덴서용량산출부 및 상기 제1 용량에 따라 상기 복수의 콘덴서 중 적어도 하나를 투입하는 콘덴서설정부를 포함하는 제어부;
상기 부하의 역률의 변화를 모니터링하고, 상기 유도성 부하가 감소함에 따라 상기 부하의 역률이 상기 제1 역률에서 진상인 제2 역률로 변하는 것을 모니터링하는 모니터링부;
상기 제2 역률로부터 상기 제1 역률을 다시 달성하기 위하여 개방될 콘덴서용량인 제2 용량에 상응하는 콘덴서가 상기 콘덴서뱅크에 없는 경우, 상기 복수의 콘덴서 중 적어도 하나를 선택하기 위한 기준이 되는 조합값이 사용자에 의하여 미리 저장되는 저장부; 및
상기 콘덴서뱅크에 포함된 상기 복수의 콘덴서와 연결되는 복수의 콘덴서단자, 중성선(neutral line)과 연결되는 중성단자, 접지선(earth line)과 연결되는 접지단자, 및 핫라인(hot line)과 연결되는 3상단자를 포함하고, 상기 콘덴서설정부에 의하여 제어되는 단자부를 포함하고,
상기 콘덴서용량산출부는, 상기 부하의 역률이 상기 제1 역률에서 상기 제2 역률로 변동하면, 상기 제2 용량을 산출하고,
상기 콘덴서설정부는, 상기 제1 용량에 상응하는 콘덴서가 상기 콘덴서뱅크에 없으면 상기 사용자에 의하여 미리 입력된 순서에 따라 상기 복수의 콘덴서 중 적어도 하나를 선택하여 투입하고, 상기 제2 용량에 상응하는 콘덴서가 상기 콘덴서뱅크에 없으면 상기 조합값에 따라 상기 복수의 콘덴서 중 적어도 하나를 선택하여 개방하며,
상기 조합값은, 상기 복수의 콘덴서 중 2이상의 콘덴서용량을 조합한 용량과 상기 복수의 콘덴서 중 조합에 필요한 하나 또는 2이상의 콘덴서에 대한 정보를 포함하고,
상기 단자부는, 상기 콘덴서설정부로부터 단자설정값-상기 단자설정값은 상기 복수의 콘덴서단자 중 적어도 하나를 선택함-을 수신하고, 상기 단자설정값에 따라 단자는 턴온 또는 턴오프하고,
상기 복수의 콘덴서단자의 양 끝단 중 하나는, 상기 중성단자를 통해서 상기 중성선과 연결되고, 다른 하나는 상기 3상단자를 통해서 상기 핫라인과 연결되고,
상기 복수의 콘덴서단자의 양 끝단을 제외한 단자는, 하나의 콘덴서를 케이싱하는 제1 내지 3 콘덴서뱅크와 일대일로 연결되고, 2이상의 콘덴서를 케이싱하는 제4 콘덴서뱅크는 2이상의 콘덴서단자를 통해 연결되며,
상기 제1 내지 4 콘덴서뱅크는 상기 복수의 콘덴서단자 중 어느 하나와 연결되는 양극단자-상기 양극단자는 상기 제1 내지 4 콘덴서뱅크에 포함된 콘덴서의 개수와 상응함-와 중성단자와 연결되는 음극단자를 포함하고,
상기 콘덴서용량산출부는, 마이크로프로세서를 포함하고,
상기 마이크로프로세서는, 역률에 상응하는 무효전력을 산출하고, 상기 무효전력에 따라 상기 제1 용량 및 상기 제2 용량을 산출하며,
사용자로부터 상기 전력제어장치에 대한 조작을 입력받아 상기 수신부로 송신하는 입력부를 포함하고,
상기 수신부는, 상기 사용자에 의한 조작을 디지털데이터로 변환하고, 상기 디지털데이터를 상기 제어부로 송신하는 전력제어장치.
제1항에 있어서,
상기 입력부는, 역률, 유효전력, 무효전력, 역률의 모니터링 및 콘덴서의 투입 또는 개방에 대한 조작을 입력받는 전력제어장치.