KR102618482B1 - 전기 장치, 전원 공급 시스템 및 전기 장치 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용의 실시예들은 전기 장치, 전기 장치를 갖는 전원 공급 시스템 및 전기 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 전기 장치는 발전기에 결합되고 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로를 포함한다. 전기 장치는 또한 검출 회로에 결합되고 검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 발전기의 주파수를 조정하도록 구성된 제어기를 포함한다. 이러한 방식으로, 발전기 주파수가 구성된 한계를 초과하는 경우, 발전기로의 그리고 발전기로부터의 전력 변화율의 능동적 제어가 달성될 수 있다.
Description
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 전기 장치, 전기 장치를 갖는 전원 공급 시스템 및 전기 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
높은-가동 시간 현장들의 경우, 발전기는 그리드 결함이 있을 때 종종 백업 전원 공급 장치로 사용할 수 있다. 그리드가 고장나면, 발전기는 활성화되어 부하에 공급될 전력을 생성할 수 있다. 부하가 충분히 크면, 발전기의 주파수는 크게 가변할 수 있다.
상업, 산업 및 데이터-센터 부하들을 포함한 많은 일반적인 부하들은 ± 5 % 이하의 주파수 변동에 대해 높은 감도를 요구하지만, 일반적인 발전기들은 100 % 부하 단계들에 대해 25 %의 주파수 변동들을 요구한다. 따라서, 발전기가 그리드로부터 즉시 전체 부하를 인계받는 경우, 발전기의 주파수 변동은 부하가 허용할 수 있는 범위를 초과할 수 있다.
일부 보조 전원 공급 장치는 또한 전원 공급 시스템에 사용되고, 예를 들어, 또한 배터리 백업으로 알려진 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 일반 전원이 고장나거나 전압이 허용불가능한 레벨로 떨어질 때 백업 전력을 제공한다. 보조 전원으로서, UPS는 발전기가 작동을 시작하고 부하로의 전력 공급을 인계받을 수 있을 때까지 에너지원(예를 들어, 배터리들)으로부터 부하로 전력을 공급한다.
유사하게, 하나의 가능한 문제는 발전기가 시동되고 UPS로부터 부하를 인계받을 수 있는 경우, 발전기가 전체 부하를 즉시 인계받으면, 발전기 주파수가 또한 큰 주파수 변동을 가질 수 있다는 것이다.
본 개시내용의 실시예들은 전기 장치, 전기 장치를 갖는 전원 공급 시스템 및 전기 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
제1 양태에서, 전기 장치가 제공된다. 전기 장치는 발전기에 결합되고 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로를 포함한다. 전기 장치는 또한 검출 회로에 결합되고 검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 발전기의 주파수를 조정하도록 구성된 제어기를 포함한다.
제1 양태의 솔루션을 사용함으로써, 발전기의 주파수가 허용가능한 범위를 초과하면 발전기의 주파수 변동이 전기 장치에 의해 모니터링되고 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 발전기 주파수가 구성된 한계를 초과하는 경우, 발전기로의 그리고 발전기로부터의 전력 변화율의 능동적 제어가 달성될 수 있다. 발전기와 연관된 전원 공급 장치는 주파수 한계들을 초과할 때까지 개입되지 않고, 이때 주파수 한계들이 초과되는 것을 방지하기 위해 전력의 변화율이 변경된다.
일부 실시예들에서, 검출 회로는 부하에 추가로 결합되고 부하에 의해 소비되는 전력을 검출하도록 구성되고, 제어기는 부하에 의해 소비되는 전력을 나타내는 제2 신호를 수신하고 제2 신호에 기반한 주파수 양만큼 발전기의 주파수를 조정하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예들에서, 제어기는 제1 신호 및 제2 신호에 기반하여 발전기로부터 부하로의 전력 레벨을 조정함으로써 발전기의 주파수를 조정하도록 추가로 구성된다.
부하에 의해 소비되는 전력과 발전기의 주파수를 측정함으로써, 발전기에서 조정되야 할 주파수 양 또는 소정의 전력 레벨은 제어기에 의해 결정될 수 있고, 이는 더 정확하고 효과적인 조정을 야기할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전기 장치는 발전기 및 제어기에 결합된 정류기; 정류기 및 제어기에 결합된 에너지 저장 디바이스; 및 에너지 저장 디바이스 및 제어기에 결합된 인버터를 더 포함한다. 제어기는 정류기, 에너지 저장 디바이스 및 인버터가 발전기로부터 부하로의 전력 레벨을 조정하게 하도록 구성된다.
그러므로, 발전기에서 주파수의 자동 조정을 달성하기 위해, UPS(140)의 정류기, 인버터 및 에너지 저장 디바이스는 또한 에너지 전송 및 변환을 수행하도록 채택될 수 있고, 이는 이 솔루션에 필요한 구성 요소들이다.
일부 실시예들에서, 제어기는, 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위의 상한 문턱 주파수를 초과한다고 결정하는 것에 대한 응답으로, 검출된 주파수 및 상한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고; 주파수 양 및 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 전기 장치에 의해 로딩될 전력 마운트(power mount)를 결정하고; 에너지 저장 디바이스를 방전시킴으로써 에너지 저장 디바이스로부터 발전기로 전력 마운트를 전달하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예들에서, 제어기는 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위의 하한 문턱 주파수 미만이라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 검출된 주파수 및 하한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고; 주파수 양 및 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 전기 장치에 의해 언로딩될 전력 마운트를 결정하고; 에너지 저장 디바이스를 충전함으로써 발전기로부터 에너지 저장 디바이스로의 전력 마운트를 흡수하도록 추가로 구성된다.
위에서 언급된 바와 같이, 발전기의 주파수 값은 허용불가능한 주파수 변동을 피하기 위해 미리 결정된 범위 내에서 유지되어야 한다. 이러한 방식으로, 발전기 주파수는 전기 장치에 의해 전달되는 부하를 증가 또는 감소시킴으로써 한계로 되돌려질 수 있고, 이에 따라 발전기 및 발전기에 연결된 부하의 안정성이 보장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 인버터는 에너지 저장 디바이스의 방전 동안 에너지 저장 디바이스로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 정류기는 에너지 저장 디바이스의 충전 동안 발전기로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 발전기는 전기 장치와 부하 사이에 결합된다.
일부 실시예들에서, 전기 장치는 발전기와 부하 사이에 결합된다.
일부 실시예에서, 추가 부하는 발전기와 전기 장치 사이에 결합되고 발전기 및 전기 장치 중 적어도 하나에 의해 공급되도록 구성된다.
전기 장치는 다양한 전원 공급 환경에서 발전기에 대한 주파수 조정을 실현할 수 있다. 발전기가 부하에 직접 연결되든 전기 디바이스가 발전기와 부하 사이에 결합되든, 전기 디바이스는 발전기의 주파수가 미리 결정된 범위 내로 조정되는 것을 보장한다.
일부 실시예에서, 전기 장치는 제어기에 결합된 바이패스 요소를 더 포함하고, 제어기는 부하에 의해 소비되는 전력이 발전기에 의해 전달된다는 결정에 대한 응답으로, 전기 장치를 바이패스하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 전기 장치는 UPS이다.
제2 양태에서, 전원 공급 시스템이 제공된다. 전원 공급 시스템은 부하와 부하에 결합되고 부하에 전력을 공급하도록 구성된 발전기를 포함한다. 전원 공급 시스템은 또한 부하 및 발전기에 결합된 제1 양태에 따른 전기 장치를 포함한다.
제3 양태에서, 전기 장치의 제조 방법이 제공된다. 방법은 발전기에 결합되고 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 검출 회로에 결합되고 검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 발전기의 주파수를 조정하도록 구성된 제어기를 제공하는 단계를 더 포함한다.
요약이 본 개시내용의 실시예들의 핵심 또는 필수 특징들을 식별하거나, 본 개시내용의 범위를 제한하기 위해 사용되는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용의 다른 특징들은 이하의 설명을 통해 쉽게 이해할 수 있게 될 것이다.
본 개시내용의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 본 개시내용의 예시적인 실시예들의 더 상세한 묘사를 통해 더 명백해질 것이고, 본 개시내용의 예시적인 실시예들에서, 동일한 참조 번호는 일반적으로 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치를 갖는 전원 공급 시스템의 단순화된 블록도를 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 정류기 및 인버터의 실시예들을 도시한다.
도 3a-도 3c는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치에 대한 상이한 애플리케이션 시나리오들을 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 바이패스 요소들의 실시예를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 제조 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도면들 전체에 걸쳐, 동일하거나 유사한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 요소들을 나타내는 데 사용된다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치를 갖는 전원 공급 시스템의 단순화된 블록도를 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 정류기 및 인버터의 실시예들을 도시한다.
도 3a-도 3c는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치에 대한 상이한 애플리케이션 시나리오들을 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 바이패스 요소들의 실시예를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 제조 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도면들 전체에 걸쳐, 동일하거나 유사한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 요소들을 나타내는 데 사용된다.
본 개시내용은 이제 몇몇 예시적인 실시예들을 참조하여 논의될 것이다. 이들 실시예들이 통상의 기술자들이 청구 대상의 범위에 대한 임의의 한계들을 제안하기보다 오히려, 본 개시내용의 더 나은 이해 및 이에 따른 구현을 가능하게 하는 목적을 위해서만 논의되는 것이 이해되어야 한다.
본원에 사용된 바와 같이, "포함하다"라는 용어 및 이의 변형들은 "포함하다"이지만, "이로 제한되지 않는" 개방형 단어들로 판독되어야 한다. "기반으로 하는"이라는 용어는 "적어도 부분적으로 기반으로 하는"으로 판독되어야 한다. "일 실시예" 및 실시예"라는 용어는 "적어도 하나의 실시예"로 판독되어야 한다. "다른 실시예"라는 용어는 "적어도 하나의 다른 실시예"로 판독되어야 한다. "제1", "제2" 이라는 용어들 등은 상이하거나 동일한 객체들을 지칭할 수 있다. 명시적 및 암시적 다른 정의들이 아래에 포함될 수 있다. 용어의 정의는 명확하게 달리 지시되지 않는 한 설명 전체에 걸쳐 일관된다.
달리 특정되거나 제한되지 않으면, "장착된", "연결된", "지지된", 및 "결합된"이라는 용어들 및 이의 변형들은 광범위하게 사용되고 직접 및 간접 장착들, 연결들, 지지들, 및 결합들을 포함한다. 또한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 연결들 또는 결합들로 제한되지 않는다. 이하의 설명에서, 유사한 참조 번호들 및 라벨들은 도면들에서 동일하거나, 유사하거나 대응하는 부분들을 설명하는 데 사용된다. 명시적 및 암시적 다른 정의들이 아래에 포함될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 발전기는 종종 그리드가 고장날 때 높은-가동 시간 현장들에 대해 백업 전력으로 사용할 수 있다. 그리드가 고장나면, 발전기는 활성화되어 부하에 공급될 전력을 생성할 수 있다. 부하가 충분히 크면, 발전기의 주파수는 크게 가변할 수 있다.
상업, 산업 및 데이터-센터 부하들을 포함한 많은 일반적인 부하들은 ± 5 % 이하의 주파수 변동에 대해 높은 감도를 요구하지만, 일반적인 발전기들은 100 % 부하 단계들에 대해 25 %의 주파수 변동들을 요구한다. 따라서, 발전기가 그리드로부터 즉시 전체 부하를 인계받는 경우, 발전기의 주파수 변동은 부하가 허용할 수 있는 범위를 초과할 수 있다.
일부 보조 전원 공급 장치는 또한 전원 공급 시스템에 사용되고, 예를 들어, 또한 배터리 백업으로 알려진 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 일반 전원이 고장나거나 전압이 허용불가능한 레벨로 떨어질 때 백업 전력을 제공한다. 보조 전원으로서, UPS는 발전기가 작동을 시작하고 부하로의 전력 공급을 인계할 수 있을 때까지 에너지원(예를 들어, 배터리들)에서 부하로 전력을 제공한다.
유사하게, 하나의 가능한 문제는 발전기가 시동되고 UPS로부터 부하를 인계받을 수 있는 경우, 발전기가 전체 부하를 즉시 인계받으면, 발전기 주파수가 또한 큰 주파수 변동을 가질 수 있다는 것이다.
발전기 주파수 문제를 관리하기 위한 몇 개의 접근법이 제안되었다. 예를 들어, 한 개의 접근법은 주파수 독립성으로 알려져 있다. 가장 일반적인 유형의 UPS는 이중-변환 UPS이고, 이는 이중-변환 구현으로 인해, 출력(부하) 주파수가 입력(발전기) 주파수와 무관하게 하고, 이는 "주파수 독립성"으로 지칭될 수 있다. 주파수에 독립적이기 때문에 출력 주파수는 일정하게 유지되지만, 입력 주파수는 크게 가변할 수 있다.
그러나, 모든 UPS들이 주파수에 독립적인 것은 아니므로, 이의 출력 주파수는 입력 주파수와 결부된다. 발전기 및 UPS의 일부 구성들은 발전기에 직접 연결된 일부 부하들을 가질 수 있고, 이에 의해 발전기 주파수가 부하의 주파수 한계들을 벗어날 수 없다.
다른 일반적인 접근법은 발전기 워크-인(walk-in)으로 알려져 있다. 이 방법은 UPS가 부하를 한꺼번에 버리지 않고 천천히 발전기에 전달하여, 발전기가 부하를 픽업할 시간을 제공하여 주파수 변동을 최소화하는 방식으로 이루어진다.
워크-인 기능은 일반적으로 전력 램프(ramp)로 구현된다. 램프가 너무 빠르면, 발전기 주파수는 한계들을 초과할 수 있다. 램프가 너무 느리면, UPS는 발전기로 전력을 전송하는 데 불필요하게 더 오래 걸리고 배터리 저장 공간이 부족해질 위험이 있다. 상이한 발전기 거동들을 위해 램프 속도가 구성되어야 한다.
그러므로, 본 개시내용은 UPS를 사용하여 발전기의 주파수를 제어하는 방법을 제안한다. 발전기 검출을 통해, 발전기의 주파수는 허용가능한 범위 내에서 유지되도록 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 전원 공급 시스템의 안전성과 성능이 개선될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치(140)를 갖는 전원 공급 시스템(100)의 단순화된 블록도를 예시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전원 공급 시스템(100)은 그리드(110)에 결합된 부하(120)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 부하(120)는 그리드(110)에 의해 공급받을 수 있다. 전원 공급 시스템(100)은 또한 발전기(130)를 포함할 수 있다. 발전기(130)는 부하(120)에 결합되고 부하(120)에 대한 백업 전원으로 간주될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 그리드 고장의 경우, 발전기(130)는 작동을 시작하고 전력을 생성하여 부하에 인계할 수 있다.
전원 공급 시스템(100)은 또한 전기 장치(140)를 포함할 수 있고, 이하에서 UPS(140)로 지칭될 수 있다. UPS(140)는 발전기(130)의 주파수를 검출하기 위해 발전기(130)에 결합될 수 있는 검출 회로(141)를 포함한다. UPS(140)는 검출 회로(141)에 결합된 제어기(142)를 더 포함한다. 검출 회로(141)는 발전기(130)의 검출된 주파수를 나타내는 신호를 생성하여 신호를 제어기(142)로 전송할 수 있다. 제어기(142)는, 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어난 것을 제어기(142)가 결정하면, 발전기의 주파수를 조정한다.
예를 들어, 제어기(142)가 검출된 주파수를 나타내는 신호를 수신하면, 제어기(142)는 검출된 주파수를 발전기의 특성에 기반하여 미리 구성되거나 미리 결정된 문턱 주파수와 비교할 수 있다. 문턱 주파수는 상한과 하한을 포함할 수 있다. 검출된 주파수가 상한을 초과하거나 하한 미만인 경우, 제어기(142)는 발전기의 주파수를 조정하기 위해 시작될 수 있다.
예를 들어, 전원 공급 장치로부터 발전기가 부하를 인계받을 수 있는 전환 기간에서 상당한 주파수 변동이 발생할 수 있다. 또한, 부하가 급격히 변하면, 주파수 변동이 또한 발생할 수 있다. UPS를 사용하여 발전기(130)의 주파수를 검출함으로써, 발전기(130)의 주파수가 허용가능한 범위를 벗어나면 UPS(140)에 의해 발전기(130)의 주파수 변동이 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 발전기 주파수가 구성된 한계들을 초과하는 경우, 발전기(130)로의 그리고 발전기(130)로부터의 전력 변화율의 능동적 제어가 달성될 수 있다. 발전기와 연관된 전원 공급 장치는 주파수 제한들을 초과할 때까지 개입되지 않고, 이때 주파수 한계들이 초과되는 것을 방지하기 위해 전력의 변화율이 변경된다.
일부 실시예들에서, UPS(140)의 검출 회로(141)는 추가로 부하(120)에 결합되고 부하(120)에 의해 소비되는 전력을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출 회로(141)는 부하(120)에 의해 소비되는 전력을 나타내는 추가 신호를 생성하고 추가 신호를 제어기(142)로 전송할 수 있다.
제어기(142)가 제2 신호를 수신하면, 제어기(142)는 제2 신호에 기반한 주파수 양만큼 발전기(130)의 주파수를 조정할 수 있다. 즉, 제어기(142)는 부하(120)에 의해 소비되는 전력에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(142)는 제1 신호 및 제2 신호에 기반하여 발전기(130)로부터 부하(120)로의 전력 레벨을 조정함으로써 발전기(130)의 주파수를 추가로 조정할 수 있다.
부하에 의해 소비되는 전력과 발전기의 주파수를 측정함으로써, 발전기에서 조정되야 할 주파수 양 또는 소정의 전력 레벨은 제어기에 의해 결정될 수 있고, 이는 더 정확하고 효과적인 조정을 야기할 수 있다.
일부 실시예들에서, UPS(140)는 또한 제어기(142)에 결합될 수 있는 에너지 저장 디바이스(143)를 포함할 수 있다. 제어기(142)는 추가로 에너지 저장 디바이스(143)가 발전기(130)로부터 부하(120)로의 전력 레벨을 조정하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(142)가, 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위의 상한 문턱 주파수를 초과하는 것으로 결정하면, 제어기(142)는 검출된 주파수 및 상한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정할 수 있다. 제어기(142)는 추가로 주파수 양 및 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 UPS(140)에 의해 로딩될 전력 마운트를 결정할 수 있다. 이어서, 결정된 전력 마운트는 UPS(140)로부터 발전기(130)로 전달될 수 있다. 이 과정 동안, 에너지 저장 디바이스(143)는 방전되어 결정된 전력 마운트를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(142)가, 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위의 하한 문턱 주파수 미만이라는 것으로 결정하면, 제어기(142)는 검출된 주파수 및 하한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정할 수 있다. 제어기(142)는 추가로 주파수 양 및 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 전기 장치에 의해 로딩될 전력 마운트를 결정할 수 있다. 이어서, 결정된 전력 마운트는 발전기(130)로부터 UPS(140)로 흡수될 수 있다. 이 과정 동안, 에너지 저장 디바이스(143)는 흡수된 전력에 의해 충전될 수 있다.
일부 실시예들에서, UPS(140)는 또한 에너지 저장 디바이스(143)에 결합되는 전력 전자 디바이스(146)를 포함할 수 있다. 전력 전자 디바이스(146)는 전력을 부하(140)에 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 전자 디바이스(146)는 임의의 적합한 전력 변환 요소들을 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 발전기의 주파수 값은 허용불가능한 주파수 변동을 피하기 위해 미리 결정된 범위 내에서 유지되어야 한다. 이러한 방식으로, 발전기 주파수는 전기 장치에 의해 전달되는 부하를 증가 또는 감소시킴으로써 한계로 되돌려질 수 있고, 이에 따라 발전기 및 발전기에 연결된 부하의 안정성이 보장될 수 있다.
UPS(140)는 또한 정류기 또는 인버터 같은 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 정류기 및 인버터의 실시예들을 도시한다.
도시된 바와 같이, 정류기(144) 및 인버터(145)는 각각 에너지 저장 디바이스(143)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 정류기(144)는 에너지 저장 디바이스(143)의 충전 동안 발전기(130)로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하도록 구성될 수 있다. 인버터(145)는 에너지 저장 디바이스(143)의 방전 동안 에너지 저장 디바이스(143)로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 정류기(144) 및 인버터(145)는 또한 전력을 전달하기 위해 발전기(130)에 결합될 수 있다. 정류기(144) 및 인버터(145)는 제어기로부터 수신된 명령에 기반하여 변환을 수행하도록 제어기(142)에 결합될 수 있다.
그러므로, 발전기에서 주파수의 자동 조정을 달성하기 위해, UPS(140)의 정류기, 인버터 및 에너지 저장 디바이스는 또한 에너지 전송 및 변환을 수행하도록 채택될 수 있고, 이는 이 솔루션에 필요한 구성 요소들이다.
UPS(140) 및 발전기에서의 주파수의 조정 방법은 다양한 애플리케이션 시나리오들에서 사용될 수 있다. 도 3a-도 3c는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치에 대한 상이한 애플리케이션 시나리오들을 도시한다.
예를 들어, 도 3a에서, 발전기(130)는 UPS의 출력에 결합되고 부하(120)에 직접 결합되는 반면, 도 3b에서 발전기(130)는 UPS(140)의 입력에 결합되고 UPS는 부하(120)에 직접 결합된다. 도 3c에서, 추가 부하(150)는 또한 발전기(130)에 결합된다. 부하가 발전기에 직접 결합되는 경우, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 발전기 주파수는 부하의 주파수 한계들을 벗어나도록 허용될 수 없다. 본 개시내용에 따른 UPS의 능동 제어에 따라, 발전기의 주파수는 UPS의 유형에 무관하게 허용불가능한 주파수 값에 도달하는 것이 방지될 수 있다. 예를 들어, UPS는 이중-변환 UPS로서 구현될 수 없다.
그러므로, 본 개시내용에 따른 UPS는 다양한 전원 공급 환경에서 발전기에 대한 주파수 조정을 실현할 수 있다. 발전기가 부하에 직접 연결되든 전기 디바이스가 발전기와 부하 사이에 결합되든, 전기 디바이스는 발전기의 주파수가 미리 결정된 범위 내로 조정되는 것을 보장한다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 바이패스 요소들의 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, UPS(140)는 바이패스 요소(170)를 더 포함할 수 있다. 바이패스 요소(170)는 제어기에 결합될 수 있다(도시되지 않음). 제어기는 부하에 의해 소비되는 전력이 완전히 발전기에 의해 인계된 경우 UPS(140)를 바이패스할 수 있다.
이 솔루션에서, UPS는 발전기 주파수가 구성된 한계들을 초과하는 경우 발전기로의 그리고 발전기로부터의 전력 변화율을 능동적으로 제어하는 데 사용된다. 주파수 한계들이 초과되는 경우에만 개입하는 것이 유리하며, 이때 주파수 한계들이 초과되지 않도록 전력 변화율이 변경된다. 따라서, UPS는 발전기가 주파수 한계들을 초과하지 않고 처리할 수 있는 한 빨리 발전기로 또는 발전기로부터 전력을 전송한다.
또한, 전력 변화율을 자동으로 변경함으로써, 시스템은 상이한 발전기 거동들에 대해 교정될 필요가 없다. 발전기 주파수가 구성가능한 한계들을 결코 초과하지 않기 때문에, UPS는 주파수-종속 UPS일 수 있고, 또한 발전기에 직접 연결된 부하도 안전하다.
본 개시내용에서 UPS(140)를 갖는 전원 공급 시스템이 또한 제공된다. 전원 공급 시스템은 도 1 및 도 3a-도 3c에 도시된 전원 공급 전력 시스템(100) 중 임의의 것일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
또한, 제어기(142)가 UPS(140)에 내장된 칩과 같이 UPS(140)에 통합될 수 있음이 이해되어야 한다. 제어기(142)는 UPS(140)로부터 분리된 임의의 개별 디바이스, 요소 및 구성 요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 개시내용은 또한 UPS의 제조 방법을 제공한다. 도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 장치의 제조 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
610에서, 발전기에 결합되고 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로가 제공된다. 620에서, 검출 회로에 결합되고 검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 발전기의 주파수를 조정하도록 구성된 제어기가 제공된다.
본 개시내용의 솔루션에서, UPS는 발전기 전압 주파수 및 부하 전력 둘 모두를 측정할 수 있다. UPS는 모든 부하 단계(증가 또는 감소)를 지원하도록 구성되어, 부하 증가 및 감소는 각각 에너지 저장 디바이스를 방전 또는 충전할 것이다. 램프 또는 필터링 방식으로, UPS는 발전기에 부하를 전달하여, 에너지 저장기의 충전 또는 방전이 0이 되게 한다. 그러나, 발전기 전압 주파수가 구성된 주파수 상한 또는 하한에 도달하면, UPS는 현재 전력 설정점을 유지한다. 발전기 전압 주파수가 구성된 주파수 한계들을 초과하면, UPS는 발전기 주파수를 한계로 되돌리는 것과 같이 부하를 증가 또는 감소시킨다.
본 개시내용의 상기 상세한 실시예들이 본 개시내용의 원리들을 단지 예시하거나 설명하기 위한 것이고, 본 개시내용을 제한하는 것이 아님이 인식되어야 한다. 그러므로, 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 모든 수정들, 등가 대안들 및 개선 등은 본 개시내용 보호 범위에 포함될 것이다. 한편, 본 개시내용의 첨부된 청구 범위들은 청구 범위들의 범위 및 한계 하에 또는 사상 및 한계의 등가물들 하에 속하는 모든 변형들 및 수정들을 포함하는 것을 목표로 한다.
Claims (15)
- 전기 장치로서,
발전기에 결합되고 상기 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로로서, 상기 검출 회로는 부하에 추가로 결합되고 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 검출하도록 구성되는, 상기 검출 회로;
상기 발전기에 결합된 정류기;
상기 정류기에 결합된 에너지 저장 디바이스;
상기 에너지 저장 디바이스에 결합된 인버터; 및
상기 검출 회로, 상기 정류기, 상기 인버터, 및 상기 에너지 저장 디바이스에 결합된 제어기를 포함하고,
상기 제어기는:
상기 검출 회로에 결합되고 검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 상기 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 상기 발전기의 주파수를 조정하도록 구성되어,
상기 검출된 주파수가 상기 미리 결정된 주파수 범위의 상한 문턱 주파수를 초과하는 것으로 결정하는 것에 대한 응답으로,
상기 검출된 주파수 및 상기 상한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고;
상기 주파수 양 및 상기 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 상기 전기 장치에 의해 로딩될 전력 마운트(mount)를 결정하고;
상기 에너지 저장 디바이스를 방전시킴으로써 상기 에너지 저장 디바이스로부터 상기 발전기로 상기 전력 마운트를 전달하거나; 또는
상기 검출된 주파수가 상기 미리 결정된 주파수 범위의 하한 문턱 주파수 미만이라고 결정하는 것에 대한 응답으로,
상기 검출된 주파수 및 상기 하한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고;
상기 주파수 양 및 상기 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 상기 전기 장치에 의해 언로딩될 전력 마운트를 결정하고;
상기 에너지 저장 디바이스를 충전함으로써 상기 발전기로부터 상기 에너지 저장 디바이스로의 상기 전력 마운트를 흡수하고;
상기 부하에 의해 소비되는 전력을 나타내는 제2 신호를 수신하고 상기 제2 신호에 기반한 주파수 양만큼 상기 발전기의 주파수를 조정하도록 구성되고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 기반하여 상기 발전기로부터 상기 부하로의 전력 레벨을 조정함으로써 상기 발전기의 주파수는 조정되고,
상기 정류기, 상기 에너지 저장 디바이스 및 상기 인버터가 상기 발전기로부터 상기 부하로의 상기 전력 레벨을 조정하게 하도록 구성되는, 전기 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 인버터는 상기 에너지 저장 디바이스의 방전 동안 상기 에너지 저장 디바이스로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하도록 구성되는, 전기 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 정류기는 상기 에너지 저장 디바이스의 충전 동안 상기 발전기로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하도록 구성되는, 전기 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 발전기는 상기 전기 장치와 상기 부하 사이에 결합되는, 전기 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 전기 장치는 상기 발전기와 상기 부하 사이에 결합되는, 전기 장치.
- 제10 항에 있어서, 추가 부하는 상기 발전기와 상기 전기 장치 사이에 결합되고 상기 발전기및 상기 전기 장치 중 적어도 하나에 의해 공급되도록 구성되는, 전기 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 전기 장치는 상기 제어기에 결합된 바이패스 요소를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 부하에 의해 소비되는 전력이 상기 발전기에 의해 전달된다는 결정에 대한 응답으로, 상기 전기 장치를 바이패스하도록 추가로 구성되는, 전기 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 전기 장치는 무정전 전원 공급 장치(UPS)인, 전기 장치.
- 전원 공급 시스템으로서,
부하;
상기 부하에 결합되고 상기 부하에 전력을 공급하도록 구성된 발전기; 및
상기 발전기 및 상기 부하에 결합되는 전기 장치를 포함하고,
상기 전기 장치는:
상기 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로로서, 상기 검출 회로는 상기 부하에 추가로 결합되고 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 검출하도록 구성되는, 상기 검출 회로;
상기 발전기에 결합된 정류기;
상기 정류기에 결합된 에너지 저장 디바이스;
상기 에너지 저장 디바이스에 결합된 인버터; 및
상기 검출 회로, 상기 정류기, 상기 인버터, 및 상기 에너지 저장 디바이스에 결합된 제어기를 포함하고,
상기 제어기는:
검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 상기 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 상기 발전기의 주파수를 조정하도록 구성되어,
상기 검출된 주파수가 상기 미리 결정된 주파수 범위의 상한 문턱 주파수를 초과하는 것으로 결정하는 것에 대한 응답으로,
상기 검출된 주파수 및 상기 상한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고;
상기 주파수 양 및 상기 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 상기 전기 장치에 의해 로딩될 전력 마운트를 결정하고;
상기 에너지 저장 디바이스를 방전시킴으로써 상기 에너지 저장 디바이스로부터 상기 발전기로 상기 전력 마운트를 전달하거나; 또는
상기 검출된 주파수가 상기 미리 결정된 주파수 범위의 하한 문턱 주파수 미만이라고 결정하는 것에 대한 응답으로,
상기 검출된 주파수 및 상기 하한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고;
상기 주파수 양 및 상기 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 상기 전기 장치에 의해 언로딩될 전력 마운트를 결정하고;
상기 에너지 저장 디바이스를 충전함으로써 상기 발전기로부터 상기 에너지 저장 디바이스로의 상기 전력 마운트를 흡수하고;
상기 부하에 의해 소비되는 전력을 나타내는 제2 신호를 수신하고 상기 제2 신호에 기반한 주파수 양만큼 상기 발전기의 주파수를 조정하도록 구성되고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 기반하여 상기 발전기로부터 상기 부하로의 전력 레벨을 조정함으로써 상기 발전기의 주파수는 조정되고,
상기 정류기, 상기 에너지 저장 디바이스 및 상기 인버터가 상기 발전기로부터 상기 부하로의 상기 전력 레벨을 조정하게 하도록 구성되는, 전원 공급 시스템. - 전기 장치를 제조하는 방법으로서,
발전기에 결합되고 상기 발전기의 주파수를 검출하도록 구성된 검출 회로를 제공하는 단계로서, 상기 검출 회로는 부하에 추가로 결합되고 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 검출하도록 구성되는, 상기 검출 회로를 제공하는 단계;
상기 발전기에 결합된 정류기를 제공하는 단계;
상기 정류기에 결합된 에너지 저장 디바이스를 제공하는 단계;
상기 에너지 저장 디바이스에 결합된 인버터를 제공하는 단계; 및
상기 검출 회로, 상기 정류기, 상기 인버터, 및 상기 에너지 저장 디바이스에 결합된 제어기를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제어기는:
상기 검출 회로에 결합되고 검출된 주파수를 나타내는 제1 신호를 수신하고 상기 검출된 주파수가 미리 결정된 주파수 범위를 벗어났다는 결정에 대한 응답으로 상기 발전기의 주파수를 조정하도록 구성되어,
상기 검출된 주파수가 상기 미리 결정된 주파수 범위의 상한 문턱 주파수를 초과하는 것으로 결정하는 것에 대한 응답으로,
상기 검출된 주파수 및 상기 상한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고;
상기 주파수 양 및 상기 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 상기 전기 장치에 의해 로딩될 전력 마운트를 결정하고;
상기 에너지 저장 디바이스를 방전시킴으로써 상기 에너지 저장 디바이스로부터 상기 발전기로 상기 전력 마운트를 전달하거나; 또는
상기 검출된 주파수가 상기 미리 결정된 주파수 범위의 하한 문턱 주파수 미만이라고 결정하는 것에 대한 응답으로,
상기 검출된 주파수 및 상기 하한 문턱 주파수에 기반하여 조정될 주파수 양을 결정하고;
상기 주파수 양 및 상기 부하에 의해 소비되는 전력에 기반하여 상기 전기 장치에 의해 언로딩될 전력 마운트를 결정하고;
상기 에너지 저장 디바이스를 충전함으로써 상기 발전기로부터 상기 에너지 저장 디바이스로의 상기 전력 마운트를 흡수하고;
상기 부하에 의해 소비되는 전력을 나타내는 제2 신호를 수신하고 상기 제2 신호에 기반한 주파수 양만큼 상기 발전기의 주파수를 조정하도록 구성되고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 기반하여 상기 발전기로부터 상기 부하로의 전력 레벨을 조정함으로써 상기 발전기의 주파수는 조정되고,
상기 정류기, 상기 에너지 저장 디바이스 및 상기 인버터가 상기 발전기로부터 상기 부하로의 상기 전력 레벨을 조정하게 하도록 구성되는, 전기 장치를 제조하는 방법.
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