KR19990087580A - 모듈러 전력 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

모듈러 전력 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기 배전 시스템 및 방법은 양호하게 리플을 필터링하고 그라운드에 대하여 이상적인 경로를 제공하는 매우 큰 등가 캐패시턴스를 가진 축전 배터리 매카니즘(M) 및 그라운드에 대한 DC 차단과 제한된 AC 경로를 제공하는 마이크로파라드 크기의 필터 캐패시터 매카니즘(FC)을 가진다. 축전 배터리 수단(SB)은 스위칭 조절이 포함될 수 있는 조절된 DC 파워를 제공하는 DC 전원 공급장치에 의하여 그 충전이 유지된다. 상기 시스템과 방법은 AC와 DC의 두가지 전압 형태를 제공하며, 여기서 회로 브레이커(10, 12, 14, 15)는 동시에 동작되도록 세트화될 수 있고, 고유 DC 회로(DBD)는 전류 이송 성능을 증가시키도록 루프화될 수 있다.

Description

모듈러 전력 관리 시스템 및 방법
배경기술 및 발명의 요약
기술논문에서와 마찬가지로 특허에서의 일부 전기 용어의 혼란 및 오해 그리고 잘못된 사용을 고려하여, 그리고 본 출원인의 특허 5,500,561에서 명확하지 못하게 사용되었던 용어로부터도 구분하기 위하여, 용어 "인버터" 또는 인버터 수단, "컨버터" 또는 컨버터 수단, 그리고 "고유 DC 로드" 또는 고유 DC 로드 수단은 본 명세서에서 사용되는 동안 정의될 것이다. 다시 말해, 인버터 또는 인버터 수단은 DC 전력 소스로부터 전원공급될 때 AC전력을 전달하는 장치, 회로 또는 시스템을 의미한다. 즉 정류와 반대이다. 컨버터 또는 컨버터 수단은 에너지 흐름의 중간 프로세스로서 AC가 발생되는 DC전력을 받아들이고 제공하는 장치, 회로 또는 시스템을 의미한다. 고유 DC 로드 또는 고유 DC 로드 수단은 DC 전력 입력에 응답하는 DC 로드의 기능을 가진 DC 장치, 회로 또는 시스템을 의미한다.
상기 특허 5,500,561은 사용자측 전력 관리 시스템 및 방법에 관한 것이며 전기 장치 또는 공중 장치가 예상된 최대 전력 요구를 상당히 초과하는 발전 용량을 유지하는데 있어서 요구조건을 완화시키는 몇 개의 실시예를 기술하고 있다. 일반적으로, 상기 본 출원인의 특허 및 선행 출원은 축전 배터리 수단 형태의 직류 전력 공급 수단이 전력 관리 시스템 내에 포함되어 전기 설비 상의 과도한 전력 요구를 완화시키도록 동작하는 시스템에 관한 것이다.
간단히 말해, 본 출원인의 공동계류중인 출원에서 말한 문제는 실제로 시간, 요일, 계절, 및/또는 사용자 타입을 포함한 전력 요구에 영향을 미치는 다른 요인에 상당히 의존하는 사용자 변동에 의하여 전기 설비 상에 전력 요구가 부가된다는 사실에 기초한다. 소위 무정전 전원 공급장치가 제안되었지만 적합하고 효율적인 방식으로 문제를 해결하지 못한다. 상기와 같은 시스템은 1996년 2월 22일자 라빈 등의 특허 5,289,045호에 예시되어 있으며 이는 상기 본 출원인의 종래 출원에 대한 종래 기술로서 인용되어 있다.
본 출원은 전기 배전에 관한 것이며, 특히 예를 들어 거주지에 인가될 때의 전기 배전에 관한 것인데, 전력이 공중 또는 전력 설비로부터 AC형태, 일반적으로 두 개의 120V AC 회로 및 하나의 240V AC 회로로서 이용될 수 있도록 전력 설비의 두 개의 120V AC 위상이 빌딩으로 전달되는 목적을 가진 분할 위상 형태로 배전되는 것은 공지되어 있다. 상기와 같은 3선식 시스템은 설비에 의하여 공급되는 두 개의 라인 전력 도체 및 하나의 중성(neutral) 와이어 도체의 이용을 포함한다. 일반적으로 이들 도체는 사용자의 배전 박스로 유입되며 거기에서 적당한 회로 브레이커 수단을 통하여 두 개의 라인 전력 버스에 연결되고 그리고 상기 박스 내에 수용된 중성 버스에 직접 연결된다. 또한, 상기 박스는 일반적으로 박스의 외부로 연장하는 와이어 접속부가 제공되는 그라운드 버스를 수용하는데, 상기 그라운드 버스는 그라운드 버스에서의 접지 전위를 형성하는 접지 전극과 전기적으로 연결된다.
본 출원은 전력을 효율적으로 사용 및/또는 이용하는 문제 및 이에 대한 방법에 관한 것이며, 특히 관련된 지역에서 두가지 전압 형태를 제공함으로써 관련된 지역에서 DC 전력을 효율적으로 이용하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 미국 및 그 밖의 나라에서처럼 두 개의 다른 전력 공급 시스템(하나는 DC, 다른 하나는 AC)이 공통 빌딩 배선 상에 존재하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전력 배선 시스템을 변경하지 않고도 공통 빌딩 배선 전력 출구로부터 DC 전력 동작 과 AC전력 동작이 동시에 존재하도록 하는 호환성 전력 배선 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 호환성은 예를 들어 저전압 24V DC에서 동작하는 가전제품, 특히 현재 또는 미래에 고유 DC 로드 또는 고유 DC 로드 수단으로서 작동하는 가전제품 그리고 통상적인 120V AC 제품으로서 작동하는 가전제품이 동일 빌딩 영역 내에서 그리고 현재의 케이블링 또는 배선에 의하여 사용될 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 목적은 전력 배선 시스템에서 세트로된 회로 브레이커 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 AC 전압 회로뿐만 아니라 DC 회로의 "하이" 및 "로우"측을 간섭하지 않도록 작동하는 세트로된 회로 브레이커 수단에 의하여 두가지 전압 형태를 제공하는 것이다.
그 외에, 전술한 목적은 AC 경로의 한 회로 브레이커 수단 및 DC 경로의 제 2회로 브레이커 수단을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 DC 전력 소스의 일측에 연결된 한 회로 브레이커 수단 및 DC 전력 소스의 타측에 연결된 제 2회로 브레이커 수단을 통하여 배선의 루프화를 구현하는 고유 DC 로드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 주거 지구 또는 주거지(가동물이든 아니든)의 전기 배전 박스 다음에 간단한 입력 접속부만을 필요로 하는 장치를 제공하여, 상기 장치가 다수의 DC 전력 소스 수단, 즉 발전기 수단, 광전지 수단, 풍력 터빈 수단 등으로부터의 DC 에너지 입력에 의하여 독립적인 기능을 허용하는 여러 가지 다른 방식의 기능을 하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기적으로 병렬로 배치된 필터 캐패시터 수단 및 축전 배터리 수단의 조합체를 제공하는 것이며, 상기 필터 캐패시터 수단은 그라운드에 대한 제한된 AC 경로로서 작용하고 60Hz에서 그라운드에 대한 저임피던스를 가지도록 캐패시턴스의 크기가 정해지며, 상기 축전 배터리 수단은 그라운드에 대한 AC 도통의 요구에 관련하여 양쪽 방향으로 전류를 도통하도록 하는 기능을 가진다. 즉, 축전 배터리 수단 및 그와 관련된 DC 전력 공급장치는 그라운드에 대하여 DC를 격리시키고 그라운드에 대하여 AC의 연속 경로를 제공하지만, 필터 캐패시터 수단은 그라운드에 대하여 AC 경로를 제한한다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 목적과 일관되는 시스템을 제공하는 것이며, 여기서 필터 캐패시터 수단은 전기 배전 박스 내에 연결되고 축전 배터리 수단은 본 발명의 모듈 유니트 내에 수용된다.
본 발명의 다른 목적은 중성 버스 수단, 전력 버스 수단, 그라운드 버스 수단 및 필터 캐패시터 수단을 수용하는 전기 배전 박스 및 축전 배터리 수단을 수용하는 모듈러 전력 시스템 모듈 유니트의 어셈블리를 제공하는 것인데, 상기 필터 캐패시터 수단은 그라운드에 대하여 AC 경로를 제한하도록 제한된 캐패시턴스와 작은 부피를 가지지만, 상기 축전 배터리 수단은 그라운드에 대해 AC를 도통하기 위하여 양쪽방향으로 전류를 도통시키도록 상기 필터 캐패시터 수단에 비하여 상당한 캐패시턴스와 큰 부피를 가진다.
본 발명의 다른 목적은 고유 DC 소자 또는 로드에 대한 빌딩측 DC 전력 공급이 가능한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 피크 클립핑과 밸리(valley) 충전을 위하여 축전 배터리 수단을 사용하여 사용자의 피크 전력 요구를 최소화하는 것이다.
본 발명의 다른 중요한 목적은 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 전압 레귤레이터 수단 또는 컨버터 수단과 결합하여 캐패시턴스와 부피가 상당히 큰 배터리 등가 캐패시턴스를 제공하는 축전 배터리 수단을 포함하는 모듈러 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 축전 배터리 수단의 축전 용량을 이용하는 고유 DC 로드와 결합하는 전술한 목적에 따른 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 과충전 또는 미충전에 의한 손상으로부터 축전 배터리 수단을 보호하도록 필터링 및 전압 조정을 위한 변환 회로의 일부(컨버터를 포함할 수 있음)로서 재충전가능한 축전 배터리 수단을 이용하는 모듈러 시스템을 제공하는 것인데, 상기 축전 배터리 수단은 고유 DC 로드 수단에 전력을 공급한다.
본 발명의 다른 목적은 중성 버스 수단, 전력 버스 수단, 그라운드 버스 수단 및 필터 캐패시터 수단과 상기 축전 배터리 수단의 축전 용량을 올리기 위한 고유 DC 로드 수단을 수용하는 전기 배전 박스 및 축전 배터리 수단을 수용하는 모듈러 전력 시스템 모듈 유니트의 어셈블리를 제공하는 것인데, 상기 필터 캐패시터 수단은 그라운드에 대하여 AC 경로를 제한하고 DC를 차단하도록 제한된 캐패시턴스와 작은 부피를 가지지만, 상기 축전 배터리 수단은 상기 필터 캐패시터 수단에 비하여 상당한 캐패시턴스와 큰 부피를 가진다.
본 발명의 다른 목적은 상기 축전 배터리 수단의 배터리 등가 캐패시턴스 그라운드에 대한 이상적인 AC 경로와 관련하여 매우 크게 하고, 상기 필터 캐패시터 수단의 캐패시턴스는 그라운드에 대한 제한된 AC 경로와 관련하여 매우 작지만 고장 전류가 위험 수위이하로 유지되도록 하기에 충분한 전류를 흘리고 단락 회로라 하더라도 관련된 회로 브레이커를 작동시키기에 충분한 전류를 흘리도록 할만큼 크게 한다.
본 발명의 목적은 컨버터 수단과 결합하여 고주파 AC가 에너지 흐름의 중간 과정으로서 발생되고 특정 캐패시터 수단이 상기 고주파 AC의 전압 스파이크를 흡수하기 위하여 제공되도록 하는 전술한 목적에 따른 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 두가지 전압 개념, 세트로된 회로 브레이커 수단 및 이들의 모듈러 개념을 도시한다.
도 2는 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하기 위한 수단으로서 선형 전압 레귤레이터 및 제어 인터페이스와 결합된 본 발명을 도시한다.
도 3은 전기 배전 박스의 간단한 도시와 관련하여 보조 DC 장치 및 인버터와 함께 회로 브레이커 수단 및 DC 라이트닝 회로의 루프를 사용하는 것을 도시한다.
도 4는 정류기로부터 DC가 공급되고 필터 캐패시터가 전기적으로 병렬로 연결된 축전 배터리 수단에 출력을 제공하는 컨버터를 도시한다.
도 1
본 발명의 일부 회로를 도시하는 도 1에 따르면, 전기 설비 전력 라인 와이어(L1, L2) 및 중성 와이어(N)로 구성된 종래의 3선식 또는 분할 위상 시스템이 도시되며, 상기 와이어들은 전기 설비(EU)로부터 공급될 수 있으며 거주지, 주거지등(가동물이든 아니든)의 전기 배전 박스(EDB)로 연장되는데, 여기서 상기 박스는 다소 간단한 형태로 도시되었다. 박스(EDB)에는 설비와 다른 설비간의 케이블 또는 와이어가 통과하는 통상적인 녹아웃(knock-out) 개구부가 제공되며, 와이어(L1, L2)는 전력 회사 또는 전기 설비 회로 브레이커(10, 12)에 연결되어 내부 전력 버스(P1, P2) 및 AC 배전 박스(DBA)내의 거주지 회로(AL)와 DC 배전 박스(DBD)내의 거주지 회로 고유 로드 수단이 설비(EU)에서 발생되는 과전압 또는 서지로부터 보호되도록 한다. 중성 와이어(N)는 중성 버스(NB)에 내부적으로 연결되고 상기 중성 버스는 배전 박스(EDB)의 내부 그라운드 버스와의 직접 접속이 분리되어 있다.
통상적인 전기 출구(EO1)가 도시되며, 상기 출구의 전기 플러그 개구부(20, 22, 24)는 박스(EDB)의 적합한 녹아웃 개구부를 통과하는 와이어(W20, W22, W24)에 의하여 회로 브레이커(14), 중성 버스(NB) 및 그라운드 버스(GB)에 각각 연결되는 것으로 도시된다. 전술한 회로 브레이커(10, 12)는 통상적인 타입으로서 박스 내에 수용된 어떠한 회로 브레이커를 노출시키도록 박스(EDB)의 통상적인 힌지형 프론트 패널이 옆으로 회전될 때, 정위치에 결합된다. 이는 구형의 스크류 나사형 퓨즈 립셉터클에 적합하다. 하여튼, 본 발명의 모듈러 특성은 그라운드 버스 배선(GB30)과의 접합부(J1)를 가진 배선(B26)에 의하여 양극 단자가 접속되는 축전 배터리 수단(SB)의 사용과 관련되며, 상기 그라운드 버스 배선(GB30)은 도시된 바와 같이 박스(EDB)로 연결되어 그라운드 버스(GB)와 접속한다. 축전 배터리 수단(SB)의 음극 단자는 배선(B28)에 의하여 연결되며, 상기 배선(B28)의 접합부(J2)는 중성 버스 배선(NB32)과 연결되어 도시된 바와 같이 박스(EDB)내부에서 중성 버스(NB)와 연결된다.
와이어(W20, W22, W24)가 도시된 바와 같은 형태이기 때문에, 플러그(PL1)의 가지(20', 22', 24')는 박스(DBA)에 의하여 전원이 공급되는 AC 로드(AL)를 제공하기 위하여 이용될 수 있다. 유사하게, 플러그(PL2)는 박스(DBD)에 의하여 전원이 공급되는 고유 DC 로드 수단(LM)을 공급하기 위하여 이용될 수 있다.
도 1은 박스(EDB)외부에 배치되어 있어 이하에 설명되는 장점을 달성하도록 하는 기본 모듈러 유니트(M)를 도시한다. 기본 모듈러 유니트(M)는 재충전가능한 축전 배터리 수단(SB)을 포함하며, 상기 축전 배터리 수단은 DC 전력이 소비 로드에 인가되지 않을 때 사용하기 위한 배터리 축전 용량을 나타낸다. 축전 배터리 수단(SB)은 초기 전해질 비등점이 도달하는 충전 값까지 큰 사이클로 충전가능하며, 이용된 배터리 충전 수단은 과충전 또는 미충전 없이 충전 레벨을 보장하도록 상기와 같은 충전값에 영향을 미칠 수 있어야 한다.
본 발명의 중요한 특징은 본질적으로 축전 배터리 수단(SB)인 "배터리 등가 캐패시턴스"와 필터 캐패시터(FC)를 결합하여 사용하는 것에 있다. 축전 배터리 수단(SB)에 의하여 나타나는 단위 체적당 "배터리 등가 캐패시턴스" 이득의 크기는 상당히 크다. 이를 설명하기 위하여, 표준 필터 캐패시터(FC)는 마이크로파라드 단위로 측정된 캐패시턴스(예를 들어 50 마이크로파라드)를 가져야 하며 박스(DB)내에 쉽게 조립되는 부피 또는 체적을 가져야 한다. 축전 배터리 수단은 적어도 10,000파라드의 배터리 등가 캐패시턴스를 가진다. 축전 배터리 수단의 높은 배터리 등가 캐패시턴스는 AC 리플 필터링에 상당한 영향을 미치지만 그 부피는 박스(EDB)내에 결합하기에 너무 크며, 특히 중요한 것은 이는 그라운드에 대한 이상적인 AC 경로를 제공한다. 축전 배터리 수단(SB)이 제거된다면, 일시적이라도, 필터 캐패시터(FC)에 의하여 공급된 그라운드에 대한 제한된 AC 경로는 그라운드에 대한 적합한 AC 경로를 제공하기에 적합하지 않지만, 그러나, DC 전력 소스(DCPS) 또는 그것의 등가물의 존재로 인하여 적합한 경로를 제공한다. 예를 들어 1입방 피트 부피의 12볼트 큰 사이클 납-산 배터리 수단(SB)을 대체함으로써, 관련된 "배터리 등가 캐패시턴스"는 적어도 10,000파라드가 될 것이다. 달리 말하면, 상기와 같은 축전 배터리 수단(SB)은 인출되는 로드 전류에 알맞은 그라운드에 대한 매우 크고 적합한 AC 경로를 제공하며 필터 캐패시터(FC)에 의하여 제공되는 그라운드에 대한 제한된 AC 경로는 국부적인 전기 코드에 적합하게 된다. 두 개의 캐패시터는 다른 서로 결합하여 동작하며, 이들은 국부적인 코드에 적합하여야 하며, 축전 배터리 수단(SB)은 그라운드에 대한 AC 도통의 요구와 일치하여 양쪽 방향으로 전류를 도통시키고 이와 관련된 DC 전력 공급 장치는 그라운드로부터 DC 경로를 격리시키며, 필터 캐패시터(FC)는 축전 배터리 수단(SB)이 디세이블되었을 때 그라운드에 대한 제 2의 제한된 AC 경로를 제공한다. 필터 캐패시터(FC)가 제 2의 제한된 AC 경로를 제공하는 것과 관련하여, AC 경로와 DC 경로에 최악의 고장 전류가 어떠한 위험상태보다 낮게 유지되고 가전 제품이 단락되었을 때 관련된 회로 브레이커를 동작시키기에 충분한 전류를 흘리기 위하여 용량성 리액턴스Xc가 충분한 전류를 통과시킬 만큼 낮아지도록 축전 배터리 수단(SB)의 캐패시턴스 크기가 정해진다.
필터 캐패시터(FC)가 일반적으로 박스(EDB)내에서 배선되지만 필터 캐패시터(FC)는 축전 배터리 수단과 병렬로 모듈(M)내에 결합될 수 있다.
전력 버스(P2)가 AC 전력과 함께 공급되기 때문에 AC 전위는 배선(W20, W22)
에서 얻을 수 있으며, 축전 배터리 수단(SB)의 존재 때문에 DC 전위는 배선(W22, W24)에서 얻을 수 있다. 따라서, 플러그 개구부(20, 22)는 전기 플러그(PL1)의 가지(20', 22')를 통하여 배전 박스(DBA)의 AC 로드 수단(AL)에 연결될 수 있으며, 플러그 개구부(22, 24)는 전기 플러그(PL2)의 가지(22", 24")를 통하여 배전 박스(DBA)의 고유 DC 로드 수단(LM)에 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1은 약간 간략하게 도시되어 있는데, 이는 다른 여러 가지 접속이 도시될 수 있지만 단지 하나의 AC 전력 버스(P2)만이 연결되어 있고, 출구(E01)는 상당히 복잡할 수 있고 AC와 DC 용량에 따라 보다 상세히 제공될 수 있지만 하나의 DC 전력 이용만이 배선(W22, W24)사이에 도시되었기 때문이다. 이하에서는 보다 상세히 도시될 것이다.
도 2
도 2에 따르면, 본 발명과 공동 계류중인 출원의 도 3과 유사하게 도시되어 있으며, 여기서 정류는 다이오드(82, 84)에 의하여 이루어진다. 접속부(A)에서 출력 DC에 대한 제어 인터페이스(이하에서 이와 같이 불린다)와 결합하여 동작하는 전압 레귤레이터 영역(이하에서 이와 같이 불린다)의 TEE 회로(94, 90, 92)에 연결된다. 따라서, 본 발명의 중요한 목적이 구현된다. 즉, 도 2의 (46)와 같은 고유 DC 로드 수단 또는 도 3의 전기 안정 형광 회로(FL)에 공급하기 위한 축전 배터리 수단(SB)의 충전 레벨은 원하는 레벨로 유지된다. 특허 5,500,501에서 개시된 3개의 동작 모드가 얻어진다.
AC 입력이 존재할 경우, 도 2에 도시된 전압 레귤레이터 기능중 하나는 모듈(M)내에 포함되며 접속부(J1, J2)(도 1참조)에 연결된 축전 배터리 수단(SB)의 충전 레벨을 유지하기 위한 것이다. 물론, 형광 로드(46)는 도 3에서 중성 버스(NB)에 연결된 회로 브레이커(B5, B6)와 그라운드 버스(GB)사이에 루프형성된 전등 회로(FL)와 같은 고유 DC 로드이다. 도 1의 DC 전력 소스(DCPS)는 도 2의 광전지 패널 수단(PV)이며 인버터 수단(INV)은 도 1과 2에 도시된다. 전기 배전 박스(EDB)가 도 2에 전체적으로 도시되지 않았지만, 이는 도면이 혼잡해지는 것을 피하기 위하도록 간략화한 것이다.
도 3
도 3은 간략한 형태로 전력 분배 박스(EDB)를 도시하며, 이론적으로 세트화된 회로 브레이커 및 고유 DC 로드의 루프화의 개념 및 로드 소스 수단의 사용을 설명하기 위한 것이다. 박스(EDB)는 개략적으로 도시되며, 그라운드 버스(GB), 중성 버스(NB) 및 전력 버스(P2)는 모두 나타낸다. DC 안정 형광 고유 DC 로드(FL)는 예를 들어 박스(EDB)로부터 형성되는 배전 박스(DBD)를 포함한다. 각각의 루프 (WDBD54, WDBD56)는 중성 버스(NB)(-DC)사이에서 회로 브레이커 수단(B5, B6)을 통하여 그라운드 버스(GB)(+DC)에 연결된다. 4개의 출구 수단(EO1, EO2, EO3, EO4)이 도시되며, 모두 동일하며, 두 개의 배선(W20)은 각각의 회로 브레이커 수단(B1, B3)을 통하여 전력 버스(P2)에 연결되어 있다. 유사하게, 두 개의 배선(W22)은 각각의 회로 브레이커 수단(B2, B4)을 통하여 중성 버스(NB)와 연결된다. 두 개의 회로 브레이커(B1, B3)는 각각 도 1의 회로 브레이커(14)에 대응하고, 두 개의 회로 브레이커(B2, B4)는 도 1의 회로 브레이커(13)에 대응한다. 회로 브레이커(B1, B2)는 각각 AC 경로와 DC 경로에 "속하며", 회로 브레이커(B3, B4) 역시 유사하게 AC 경로와 DC 경로에 "속한다".
플러그(PL1) 및/또는 (PL2)은 이전에 설명한 가지(20', 22', 24') 및/또는 (20", 22", 24")에 의하여 출구에 플러그 삽입될 수 있다.
DC 전력 소스(DCPS)는 DC 제너레이터와 광전지 패널 수단(PV)으로서 도시되며 상기 광전지 패널 수단은 레귤레이터(40)에서 조정된 후에 격리 다이오드(D2)를 통하여 접속부(A)에 연결되고, 상기 접속부에는 DC 제너레이터(DCPS)의 양극이 격리 다이오드(D1)를 통하여 연결된다. 접속부(A)는 회로 브레이커(B7)를 통하여 그라운드 버스(GB)에 연결되고, 인버터(50)로부터의 AC 입력은 배선(W50)에 의하여 중성 버스(NB)에 연결되고 배선(W52)을 통하여 회로 브레이커(B7)에 연결된다. 고유 DC 로드의 루프는 관련된 배선의 전류 이송 용량을 효율적으로 배가시키며, 회로 브레이커 수단에 대한 AC 및 DC 경로의 세트화는 두가지 전압 형태가 안전하게 증가되도록 한다.
다시 말하면, 본 발명의 모듈 사상은 축전 배터리 수단(SB)과 필터 캐패시터(FC)인 분리된 실체를 제공한다는 측면에서 매우 중요하다. 축전 배터리 수단(SB)은 그라운드에 대한 우수한 AC 경로와 일치하는 매우 큰 배터리 등가 캐패시턴스를 가지며, 필터 캐패시터 수단(FC)은 그라운드에 대한 제한된 AC 경로와 일치하여 매우 작은 캐패시턴스를 가지며 또한 상기 필터 캐패시터(FC)는 최악의 고장 전류가 어떠한 위험상태보다 낮게 유지되고 가전 제품이 단락되었을 때 관련된 회로 브레이커를 동작시키기에 충분한 전류를 흘리기 위하여 용량성 리액턴스Xc가 충분한 전류를 통과시킬 만큼 낮아지도록 캐패시턴스 크기가 정해진다. 필터 캐패시터(FC)의 캐패시턴스는 약 50마이크로파라드이다.
도 4
도 4는 고효율의 스위칭 타입 컨버터를 구현하는 회로이며, 상기 회로는 바람직한 형태의 컨버터인데, 이는 이러한 타입의 DC/DC 전력 공급 장치가 높은 효율을 나타내기 때문이다. 도 4는 입력 매카니즘을 도시하며, 입력 매카니즘의 일부는 도면 부호로 나타나 있지만, 기능으로서 나타나 있다. 또한 도 4는 출력 매카니즘을 도시하며, 이들중 어느 것도 도면 부호로 나타나 있지 않지만 기능으로서 나타나 있다. 모든 경우에, 의미하는 것은 매카니즘을 상세히 설명하는 명료한 추가적인 설명일 것이며 도면 부호가 꼭 필요한 것은 아니다.
점선에 둘러싸이고 도면 부호(501)인 블록은 전형적인 전파 정류 브릿지 회로(즉, 컨버터와 반대)이며 접속부(501')에서 캐패시터(505)에 연결되는데, 상기 캐패시터(505)의 목적은 회로(501)의 리플 성분을 제거하기 위한 것이며, 접합부(501')과 도체(501v)사이에서 필터링된 DC 입력 전압을 컨버터 수단에 제공한다.
정류기 회로(501) 다음에 배치되며 정류기 회로의 필터링된 DC가 유입되는 컨버터 회로는 저항기/캐패시터쌍(521r, 521c)이 연결된 영역(521)내에 접속부(521', 521")를 가지는데, 상기 저항기/캐패시터쌍은 접속부(521"')를 제공한다. 접속부(521"')는 양의 전압(VCC)을 펄스폭 변조기(503)에 공급하는 도체(521v)에 연결되어 있고, 상기 접속부는 다이오드(521d2)와 접속부(521")사이에 연결된 병렬 저항기/캐패시터쌍과 접속되는 다이오드(521d1)에 연결된다.
컨버터는 변압기(506)의 일차측을 통하여 변압기(506)의 일차측 권서(L1, L2)에 전류를 순환시키는 도체(508v)상에 존재하는 순간 전압 스파이크를 감소시키기 위하여 스위칭 트랜지스터 회로(508)를 제어하는 펄스폭 변조기(PMW; 503)를 이용하여, 앞서 "컨버터"의 정의에서 정의된 바와 같이 "ac가 에너지 흐름의 중간 과정에서 발생되도록 한다". 변압기(506)의 이차측은 권선(L3, L4)으로 표시된다.
회로(509)는 펄스폭 변조기(503) 및 변압기(506)의 이차측상의 제어 수단(522)사이의 광 분리 링크인데, 이는 변압기(506)의 일차측상의 펄스폭 변조기(503)로부터의 도체(509v)상의 제어 전압이 이차 회로로부터 유입되는 전류 누설 없이 펄스폭 변조기(503)에 영향을 미치지 않도록 이차측상의 제어 수단에 입력되도록 한다. 일반적으로, 변압기(506)에 의한 변환 주파수는 순간 전압 스파크를 흡수하기 위하여 특정 캐패시터(517)에 필요한 20,000-100,000Hz 정도이며, 캐패시터(517)의 캐패시턴스는 일반적으로 약 1마이크로파라드가 사용된다.
이차 권선(L4)은 정류기(501)와 캐패시터(505)와 유사하게 도체(514v)에서 제어 수단(522)에 적합한 DC 입력이 제공된 경우에 DC 출력을 제공하는 회로(514)를 구동시킨다. 제어 수단(522)은 본 출원인이 이전에 출원한 발명의 원리에 따라 3개의 전압 제어 동작 모드를 제어하기 위하여 광학 링크(510)에 연결된 출력 도체(522o)를 가진다. 다시 말하면, 광분리기 링크(510)가 "온"이면, 광전지 수단(520)으로부터 DC 전류가 흐르도록 하는 모드가 동작된다. 즉, 수단(520)으로부터만의 DC 전력이 입력되거나 수단(520)으로부터 일부 또는 공유된 DC 전력 입력이 입력된다. 광학 분리기 링크(510)가 "오프"일 때, 다른 소스(즉, 광전지 입력이 아닌)로부터만 단독으로 DC 전력이 입력되는 나머지 모두가 수행된다.
상기 모드는 접속부(J1, J2)사이에 나타나는 DC 전압(또는 이들 접속부에 연결된 축전 배터리 수단과 같은 재충전가능 DC 매카니즘의 존재)에 의하여 제어되는데, 모드 1에서는 재충전가능한 DC 매카니즘 단독으로부터의 DC 전력이고, 모드 2에서는 공유된 DC 전력이 입력되고, 모드 3에서는 일정에 따라 재생가능한 DC 매카니즘에 어떠한 DC 전력도 입력되지 않는다. 다시말하면, 도체(523, 524)는 도 4에 도시된 DC 소스, 도 1 또는 도 3의 DCPS와 같은 DC 전력 소스에 연결되며, 시스템은 원하는 목적에 따라 완전하게 동작될 것이다.
다시 말하면, 축전 수단에 인가된 DC 전압은 도 2의 저항기(36, 42, 43, 44, 45, 68, 70, 74, 76) 및 도 4의 저항기(511, 512, 513, 515)에 의한 피드백에 의존한다.
본 발명에 따른 시스템이 입력상에 동작하더라도 마찬가지 결과를 가진다. 예를 들어, AC 또는 DC 전력이 일부 시간동안만 이용되거나 그 때문에 매카니즘에서 일부에만 이용될 수 있는 위치에서, 도면에 개시된 일부 구성은 축전 배터리 수단에 DC 전력을 공급할 수 있다.

Claims (31)

  1. 모듈러 전력 관리 시스템에 있어서,
    전기 배전 패널;
    상기 패널 내에 배치되며, 전력 버스 수단, 중성 버스 수단 및 그라운드 버스 수단을 가진 버스 시스템;
    상기 패널 외부에 축전 배터리 수단을 포함하며 상기 중성 버스 수단 및 상기 그라운드 버스 수단과 접속되는 모듈 유니트;
    상기 배전 패널에 연결된 외부 회로 수단; 및
    상기 외부 회로 수단과 연관되며, 동시 동작을 위하여 세트로된 적어도 한 쌍의 회로 브레이커를 포함하는 회로 브레이커 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 쌍으로된 회로 브레이커중 하나는 외부 DC 회로 수단에 연결되고 다른 하나는 외부 AC 회로 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단에 DC 전력을 공급하기 위하여 상기 모듈 유니트에 연결된 DC 전력 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 DC 전력 공급 수단은 원하는 전압 범위 내로 상기 축전 배터리 수단을 유지하기 위한 전압 레귤레이터 수단인 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 DC 전력 공급 수단은 컨버터 수단인 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 외부 회로중 하나는 고유 DC 로드 수단인 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 쌍으로된 회로 브레이커중 하나는 외부 DC 회로에 연결되고 다른 하나는 외부 AC 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 쌍으로된 회로 브레이커중 하나는 외부 DC 회로에 연결되고 다른 하나는 외부 AC 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 외부 회로중 하나는 고유 DC 로드 수단인 것을 특징으로 하는 모듈러 전력 관리 시스템.
  10. 일부 지역에서 전력을 관리하기 위한 방법에 있어서,
    상기 지역에 AC 및 DC 전력을 모두 제공하는 단계;
    DC 에너지를 저장하기 위한 축전 배터리 수단을 제공하는 단계;
    완전하게 충전된 것보다 크지 않게 상기 축전 배터리 수단(SB)의 전압 레벨을 유지하기 위하여 상기 축전 배터리 수단에 DC 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 AC 및 DC 전력 경로에 회로 브레이커 수단을 제공하고 동시에 동작하도록 상기 회로 브레이커 수단을 세트화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단과 병렬로 필터 캐패시터 수단을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 축전 배터리 수단의 배터리 등가 캐패시턴스는 그라운드에 대한 이상적인 AC 경로에 일치하여 매우 크며, 상기 필터 캐패시터 수단의 캐패시턴스는 그라운드에 대한 제한된 AC 경로와 일치하여 매우 작지만 최악의 고장 전류가 어떠한 위험상태보다 낮게 유지되고 단락되었을 때 관련된 회로 브레이커를 동작시키기에 충분한 전류를 흘릴 만큼 큰 것을 특징으로 하는 전력 관리 방법.
  12. 일부 지역에서 전력을 관리하는 방법에 있어서,
    DC 에너지를 저장하는 축전 배터리 수단을 제공하는 단계;
    상기 축전 배터리 수단에 DC 전력을 제공하는 단계; 및 상기 축전 배터리 수단과 병렬로 필터 캐패시터 수단을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 축전 배터리 수단의 배터리 등가 캐패시턴스는 그라운드에 대한 이상적인 AC 경로에 일치하여 매우 크며, 상기 필터 캐패시터 수단의 캐패시턴스는 그라운드에 대한 제한된 AC 경로와 일치하여 매우 작지만 최악의 고장 전류가 어떠한 위험상태보다 낮게 유지되고 단락되었을 때 관련된 회로 브레이커를 동작시키기에 충분한 전류를 흘릴 만큼 큰 것을 특징으로 하는 전력 관리 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 AC 및 DC 전력 경로에 회로 브레이커 수단을 제공하고 동시에 동작하도록 상기 회로 브레이커 수단을 세트화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 방법.
  14. 그라운드에 대한 AC 도통 경로 및 그라운드로부터의 DC 격리 경로를 제공하기 위한 상기 축전 배터리 수단 및 필터 캐패시터 수단의 결합체; 및
    상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단을 포함하며,
    상기 필터 캐패시터 수단은 60Hz에서 그라운드에 대해 저임피던스 경로가 되도록 하는 크기의 캐패시턴스를 제공하며, 상기 축전 배터리 수단은 전류 흐름 방향중 하나로 그라운드에 대해 도통하도록 하는 크기의 캐패시턴스를 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단은 DC 입력을 제공하는 정류기 수단을 가진 전압 레귤레이터 수단인 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단은 DC 입력을 제공하는 정류기 수단을 가진 컨버터 수단인 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  17. 전기 배전 박스 및 모듈러 유니트의 결합체를 포함하며,
    상기 박스는 전력 버스 수단, 중성 버스 수단, 그라운드 버스 수단 및 상기 중성 버스 수단과 상기 그라운드 버스 수단사이에 연결되어 상대적으로 작은 캐패시턴스와 부피를 가진 AC 바이패스 필터 캐패시터 수단을 수용하며,
    상기 모듈러 유니트는 상기 AC 바이패스 필터 캐패시터 수단의 캐패시턴스와 부피보다 큰 배터리 등가 캐패시턴스와 부피를 제공하는 축전 배터리 수단을 수용하며, 상기 축전 배터리 수단은 상기 모듈러 유니트 내에 수용되고 상기 중성 버스 수단과 상기 그라운드 버스 수단사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단에 DC 에너지를 제공하기 위한 DC 전력 공급 수단 및 상기 그라운드 버스 수단과 상기 중성 버스 수단사이에서 상기 축전 배터리 수단에 연결된 고유 DC 로드 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 동시에 동작되도록 세트화된 회로 브레이커 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 DC 전력 공급 수단은 전력 발생 수단, 광전지 수단 및 대체 DC 소스로 구성된 그룹으로부터 선택된 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단상의 충전 레벨을 유지하는 전압 레귤레이터 수단 및 상기 레귤레이터 수단에 DC 입력을 제공하는 정류기 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  22. 제 17항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단상의 충전 레벨을 유지하는 컨버터 수단 및 상기 레귤레이터 수단에 DC 입력을 제공하는 정류기 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  23. 제 21항에 있어서, 동시에 동작되도록 세트화된 회로 브레이커 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 DC 전력 공급 수단은 전력 발생 수단, 광전지 수단 및 대체 DC 소스로 구성된 그룹으로부터 선택된 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  25. 제 22항에 있어서, 동시에 동작되도록 세트화된 회로 브레이커 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 DC 전력 공급 수단은 전력 발생 수단, 광전지 수단 및 대체 DC 소스로 구성된 그룹으로부터 선택된 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  27. 그라운드에 대한 AC 도통 경로 및 그라운드로부터의 DC 격리 경로를 제공하기 위한 상기 축전 배터리 수단 및 필터 캐패시터 수단의 결합체; 및
    상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단을 포함하며,
    상기 필터 캐패시터 수단은 60Hz에서 그라운드에 대해 저임피던스 경로가 되도록 하는 크기의 캐패시턴스를 제공하며, 상기 축전 배터리 수단은 전류 흐름 방향중 하나로 그라운드에 대해 도통하도록 하는 크기의 캐패시턴스를 제공하며,
    상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단은 상기 축전 배터리 수단이 제거되었을 때에 그라운드에 대한 AC 도통 경로를 유지하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단은 DC 전력 소스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단은 전압 레귤레이터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 축전 배터리 수단의 충전 레벨을 제어하는 수단은 고주파수 AC가 에너지 흐름 중간 과정에 발생되는 컨버터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 고주파수 AC의 전압 스파이크를 흡수하기 위한 필터 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
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