KR20010026828A - 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신에너지 전원의 배전계통과의 실제 연계 운전상에서 발생이 예상되는 순간정전, 순간전압상승 및 강하를 배전 계통상에서 임의로 발생시키고 특정시간후에 다시 원상으로 회복시키는 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 3상 전력선로를 통한 입력전원을 단속하는 개폐스위치(10); 상기 개폐스위치(10)를 통한 입력전원을 가변 변압하여 배전계통(120)으로 출력하는 가변변압부(20); 바이패스스위치(30)에 의해 바이패스되거나 상기 변압 출력된 전압/전류를 검출하는 전압/전류검출기(40,50); 상기 바이패스 스위치(30)를 제어하여 상기 입력전원을 상기 가변 변압 없이 바이패스시키고 상기 변압부(20)의 가변 변압을 제어하며, 상기 검출된 전압/전류 신호를 표시 가능한 디지털 데이터로 처리하는 제어부(70); 상기 제어부(70)의 제어신호에 따라 상기 가변변압부(20)의 가변 변압 및 상기 바이패스 스위치(30)를 구동하기 위한 구동부(100) 등을 포함하여 구성되어, 배전계통의 문제점을 검증하여 사전에 대처할 수 있다.

Description

전원의 전압가변 시험 장치 및 방법{Test equipment and method for making of instantaneous power interruption, voltage swell and sag variably}

본 발명은 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 새로이 개발되고 있는 신 에너지 전원을 포함한 신 배전 방식 시스템의 신뢰성 검사와, 최근 사용이 증대되고 있는 정보기기에 대한 전력공급의 질( 즉, 전력 품질 )을 검토·분석하여 대책을 수립할 수 있도록 하는 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.

국제적인 지구환경 문제, 국민 생활수준의 향상으로 인한 전력소비량 증대 및 전력산업의 구조개편 등 국내외의 다변화에 대응하여 선진국은 물론 국내에서도 대체에너지 즉 신 에너지전원의 개발에 박차를 가하고 있으며, 일부는 실용화되고 있는 실정이다. 현재, 태양광발전, 풍력발전, 연료전지발전, 바이오, 폐기물, 태양열발전, 소형열병합발전 등의 신에너지 전원 시스템은 선진국은 물론이거니와 국내에서도 개발중이거나 실용화 추진 중에 있으며, 이러한 전원시스템은 크게 분류하면 정지기와 회전기로 분류된다. 정지기는 직류/교류 변환장치가 포함되고 주로 발생전력이 직류인 시스템으로서, 이를 배전계통과 연계하기 위해서는 직류를 교류로 변환하는 변환장치, 계통과 동기 시키기 위한 동기회로 및 전체를 제어하기 위한 제어회로가 필수적인 데, 이러한 제어기를 가진 전원을 배전계통에 연계하여 운전하면 예기치 않는 순간정전, 순간전압상승 및 강하 등과 같은 전력 품질의 변화가 운전 중에 발생될 수 있기 때문에, 이러한 현상들에 대한 사전에 충분한 기술적인 검토가 수행되지 않은 상태에서 연계 운전하는 경우 배전 시스템의 파괴에 의한 경제적인 손실은 물론이거니와 생명에 위협을 주는 안전성에의 영향을 초래할 수도 있다. 또한, 회전기는 크게 유도기와 동기기로 구분되는 데, 이 또한 상술한 바와 마찬가지로 배전계통과의 연계시 발생될 수 있는 전력 품질의 변화에 대한 사전의 충분한 기술적 검토가 수행되지 않을 경우 많은 문제들이 야기될 수 있다.

또한, 신에너지 전원의 도입 시, 경제성 확보를 위해서 기존의 배전계통과 연계되어 운전되어야 할 것이고, 연계 운전될 경우 기존의 배전계통의 운영체제가 단일 운영체제에서 복수의 운영체제( 단방향에서 양방향 )로 바뀌기 때문에, 상술한 바와 같은 전력품질의 변화가 더 심화 될 것으로 예상되긴 하지만, 아직 까지 전력 품질의 변화가 어느 정도 또는 경향으로 일어날 것인가를 예측할 수 있는 기술이 없어 사전의 기술적 검토가 제대로 수행되지 않고 있는 실정이다.

한편, 상기와 같은 신에너지 전원의 도입에 대한 전력품질 변화와 더불어, 최근 정보·통신 산업의 발전과 생활 수준의 향상으로 정보통신기기, 정밀제어 기기, 자동화 생산시설, 컴퓨터, 온라인 서비스 기기 등의 보급이 증가하면서, 많은 수용가에서 기존에는 문제가 되지 않았던 순간정전, 순간전압 상승, 순간전압 강하 등과 같은 전력품질 향상에 대한 요구가 급격히 증가하고 있으나, 현재까지 상기 전력품질 항목들은 정밀제어 기기나 정보통신기기 등에 민감한 영향을 끼치고 있음에도 불구하고 구체적으로 관리되지 않을 뿐만 아니라 전력품질의 변화가 기기에 어떤 영향을 미치고 있는 지조차 제대로 파악되지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 전력품질의 변화로 인해 발생될 수 있는 제반 문제들을 사전에 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 신 에너지 전원장치를 포함하는 신 배전 시스템의 도입시, 운용전에 전원장치와 배전계통과의 연계 등으로 인해 야기될 수 있는 전력품질 변화에 대하여 사전 시험을 수행할 수 있는 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법을 제공함으로서, 순간 정전, 순간 전압 상승, 순간 전압 강하와 같은 전력품질 변화에 의한 순간 사고가 신 에너지 전원, 신 배전 방식 시스템 및 전력 변화에 민감한 최신 정보기기 등의 안정도에 미치는 영향을 실제적으로 검토/분석할 수 있도록 하고, 보호체계, 보호협조 등 전력계통 운영상의 제반 문제를 해결하여 강인하고 신뢰성 있는 배전 시스템을 획득하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원의 전압가변 시험 장치의 블록도,

도 2는 도 1의 가변 변압부의 상세 구성도,

도 3은 도 1의 제어부와 그 주변 장치들을 상세히 도시한 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 장치의 전면 패널에 나타난 도 1의 키 입력부 및 표시기를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 각종 전력 품질 모드 운전에 대한 운전방법을 지시하는 흐름도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 개폐 스위치 20 : 가변 변압부

21a,21b,21c : 전압가변용 23 : 분기 조정부

23a∼23i : 사이리스터(SCR) 스위치 30 : 바이패스 스위치

40 : 전압 검출기 50 : 전류 검출기

60 : 아날로그/디지털(A/D) 변환기 70 : 제어부

80 : 키 입력부 90 : 표시기

100 : 구동부 101 : 바이패스 구동부

102 : 순간정전 구동부 103 : 순간전압상승 구동부

104 : 순간전압강하 구동부 110 : 전원공급기(SMPS)

120 : 배전계통

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전원의 전압가변 시험장치는, 전원장치로부터 발생되는 전원을 전력선로를 매개로 배전계통에 공급하는 시스템에 있어서, 상기 전력선로를 통한 입력전원을 단속하는 주전원 단속수단; 상기 주전원 단속수단을 통한 입력전원에 상응하는 전력품질을 변환하여 상기 배전계통에 제공하는 전력품질 변환수단; 상기 주전원 단속수단을 통한 입력전원을 상기 전력품질의 변환이 없도록 바이패스(bypass)시키는 바이패스 수단; 상기 바이패스되거나 상기 변환 출력된 전력품질을 검출하는 검출수단; 상기 바이패스 및 상기 전력품질의 변환을 제어하고, 상기 검출된 전력품질을 디지털 데이터 처리하는 주제어수단; 상기 제어수단으로 변환할 전력품질 항목을 키 입력하는 키 입력수단; 및 상기 처리된 디지털 데이터를 표시하기 위한 표시수단을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전원의 전압가변 시험 방법은, 전원장치로부터 발생되는 전원을 전력선로를 매개로 배전계통에 공급하는 방법에 있어서, 전력품질 항목을 선택하는 제 1단계; 상기 전력선로를 통한 입력전원의 전력품질을 상기 선택된 전력품질 항목으로 변환하여 상기 배전계통에 제공하거나, 상기 입력전원을 상기 변환이 없도록 바이패스(bypass)시키는 제 2단계; 상기 바이패스되거나 상기 변환된 전력품질을 검출하는 제 2단계; 및 상기 검출된 전력품질을 디지털 표시하는 제 3단계를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 전력선로를 통하여 배전계통에 제공되는 전원의 순간정전, 순간전압상승 및 순간전압강하를 포함하는 전력품질을 선택 변환하여, 그 전력품질의 변화에 대한 전력선로 및 배전계통( 전기를 에너지로 사용하는 정밀 기기 등을 포함 )의 내성을 시험함으로써, 사전에 이상 상태의 점검 및 그에 대한 대책을 수립할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원의 전압가변 시험 장치의 블록도로서, u, v 및 w의 3상 전력선로를 통한 입력전원을 단속하고 각 선로에 설치된 고속 휴즈(미도시) 및 3상 개폐 스위치(10); 상기 개폐 스위치(10)를 통한 입력 전원을 가변 변압( 즉, 순간정전, 전압상승 또는 전압강하 )하여 배전계통(120)으로 출력하는 가변 변압부(20); 상기 개폐 스위치(10)을 통한 입력전원을 상기 가변 변압이 없도록 바이패스(bypass)시키는 바이패스 스위치(30); 상기 바이패스되거나 상기 변압 출력된 전압 및 전류를 검출하는 전압검출기(40) 및 전류검출기(50); 상기 검출된 전압 및 전류를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환기(60); 상기 바이패스 스위치(30)를 제어하여 상기 입력전원을 상기 가변 변압 없이 바이패스시키고 상기 변압부(20)의 가변 변압을 제어하며, 상기 전압 및 전류 디지털 신호를 표시 가능한 디지털 데이터로 처리하는 제어부(70); 상기 제어부(70)에 각종 명령을 키 입력하는 키 입력부(80); 상기 처리된 디지털 데이터를 숫자 또는 바그래프 등으로 시각 표시하기 위한 표시기(90); 상기 제어부(70)의 제어신호에 따라 상기 가변 변압부(20)의 가변 변압 및 상기 바이패스 스위치(30)를 구동하기 위한 구동부(100); 및 상기 전력선로를 통한 입력전원을 단속하여 각종 보드의 동작전원 및 제어용 전원으로 제공하는 전원 공급기(110)로 구성된다.

도 2는 도 1의 상기 가변 변압부(20)의 상세 구성도로, 1차측 권선이 3상 전력선로 도입단에 연결되고 2차측 권선은 하나 이상으로 분기되어 있는 제 1 내지 제 3의 다중 변압기(21a,21b,21c)가 있고, 상기 제 1변압기(21a)의 1차측 권선의 양단은 u 및 v상 선로에 각각 연결되고, 상기 제 2변압기(21b)의 1차측 권선의 양단은 v 및 w상 선로에 각각 연결되고, 상기 제 3변압기(21c)의 1차측 권선의 양단은 w 및 u상 선로에 각각 연결되어 있다. 각 변압기(21a,21b,21c)의 2차측 권선의 분기점과 각 상의 출력 선로단 사이에는 복수개의 제 1 내지 제 9사이리스터 스위치(23a∼23i)로 구성된 분기 조정부(23)가 설치되어 있는 바, 상기 제 1사이리스터 스위치(23a)의 일단은 상기 u상 선로와 상기 제 1변압기(21a)의 1차측 권선과의 공통 접점 및 상기 제 1 변압기(21a)의 2차측 권선의 중성탭에 공통 연결되고 타단은 u상 선로의 출력단에 연결되어 있고, 상기 제 2 및 제 3 사이리스터 스위치(23b,23c)의 일단은 상기 제 1 변압기(23a)의 12측 권선의 각기 다른 임의 분기점에 연결되되, 그 임의 분기점은 2차측 전압을 상승 또는 하강시킬 수 있는 분기점으로서, 도 2에서는 ±10%, ±20, ±30%이 상승/하강 분기점으로 규정하였지만, 이것은 필요에 따라 충분히 변경 가능하다. 상기 제 4 내지 제 6 사이리스터 스위치(23d∼23f)는 상기 제 2 변압기(21b)와 v상 선로의 출력단 사이에 연결되되, 상기 제 1 내지 제 3 사이리스터 스위치(23a∼23c)의 연결 관계와 대응되도록 연결되어 있고, 상기 제 7 내지 제 9 사이리스터 스위치(23g∼23i) 또한 상기 제 3 변압기(21c)와 w상 선로의 출력단 사이에 연결되되, 상기 제 1 내지 제 3 사이리스터 스위치(23a∼23c)의 연결 관계와 대응되도록 연결되어 있다.

도 3은 도 1의 상기 제어부(70)와 그 주변 장치들을 상세히 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 상기 전원 공급기(110)는 스위칭 방식 전원 공급기( SMPS )로 구성되어 있고, 상기 표시기(90)는 모니터로 구성되어 있다. 상기 구동부(100)는 상기 제어부(70)의 제어신호에 따라 상기 바이패스 스위치(30)를 구동하는 바이패스 구동부(101)와, 상기 분기 조정부(23)의 각 사이리스터 스위치(23a∼23i)를 온/오프 조합 구동하여 순간정전, 순간 전압상승 및 순간 전압강하를 일으키도록 하는 순간정전 구동부(102), 순간전압상승 구동부(103) 및 순간전압강하 구동부(104)로 구성되어 있다. 상기 순간정전 구동부(102)는 상기 변압기들(21a∼21c)의 2차측이 단락되어 순간정전이 되도록 상기 사이리스터 스위치를 구동( 즉, 전 사이리스트 스위치를 오프 상태로 구동하여 2차측을 단락 )하는 것이고, 상기 순간 전압상승 구동부(103)와 상기 순간 전압강하 구동부(104)는 각각 상기 제어부(70)의 제어 신호에 따라 상기 사이리스터 스위치(23a∼23i)를 온/오프 조합 구동하여 상기 변압기(21a,21b,21c)의 2차측 전압을 순간적으로 상승 또는 하강되도록 하는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 장치의 전면 패널에 나타난 도 1의 키 입력부(80) 및 표시기(90)를 도시한 것이다.

도 4에서, 상기 전압 검출기(40)로부터 검출된 선로의 전압 및 전류를 아라비아 숫자로 표시하는 전압 표시창(91), 기본 전원의 투입 및 차단을 표시하는 전원램프, 각종의 모드( 순간정전, 순간전압상승 및 하강 모드 등 )를 선택한 후 지정하면 어떤 모드인지를 표시해주는 램프들(93), 순간정전, 순간전압상승 하강 등 각종 현상의 결과를 외부 출력장치로 연결시켜 주는데 필요한 통신장치 연결부분(82), 비상시에 긴급차단에 필요한 비상스위치(83), 각종 모드를 선택하는 선택스위치(84), 모드가 선택되면 모드 고정시키는 스위치(85), Local/Remote 스위치(86), 운전 및 정지스위치(87,88), 바이패스 선택스위치(89), 및 동작주기설정 스위치(81)로 구성되어 있다.

이어, 본원 발명의 동작에 대하여 도 5의 흐름도를 참조하여 설명하도록 한다.

도 5는 각종 모드 운전에 대한 운전방법을 지시하는 흐름도로서, 먼저 전력품질 변환시험을 시작하기 전에, 본 발명에 따른 도 1 장치의 출력단을 상기 통신 장치 연결부(82)를 매개로 시험하고자 하는 배전계통(120)에 연결함과 아울러 전력선로를 통한 3상 AC 전압 380V를 입력으로 한 후, 상기 개폐스위치(10) 및 전원 공급기(110)를 온시킨다. 정상 상태 운전 중에( S1 ), 상기 모드 고정스위치(85)를 누른 후 모드 선택스위치(84)를 반복하여 눌러 원하는 전력품질 변경 모드, 예를 들어 순간정전 모드( 또는 순간전압상승, 또는 순간전압강하 )를 설정하고 상기 선택모드 표시램프들(93) 중 순간정전 모드에 해당하는 램프의 점등을 확인한다( S2 ). 이어 동작주기 설정 스위치(81)를 가변하여 선택된 해당 모드의 원하는 동작 시간( 0 ∼ 10 사이클 또는 필요시 변경가능)을 설정하고( S3 ), 상기 모드 고정스위치(85)를 재차 눌러 선택된 순간정전 모드를 고정시킨다( S4 ).

다음, 상기 운전 스위치(87)를 누르면 일정시간( 약 2초 ) 후에 상기 설정된 사이클 동안 순간정전 동작 후 정상운전 복귀하는 바, 상기 운전 스위치(87) 설정시 상기 제어부(70)는 상기 순간정전 구동부(102)에 순간정전 제어 신호를 인가하고( S5 ), 이때 상기 순간정전 구동부(102)는 상기 제어신호에 따라 상기 전 사이리스트 스위치(23a∼23i)를 오프 구동하여 상기 변압기들(21a∼21c)의 2차측이 단락되도록 함으로써( S6 ), 순간정전 모드를 상기 설정된 주기 동안 수행한 후 정상 운전 상태로 복귀한다( S7 ). 전력품질 변환 시험을 종료 하고자 할 경우 상기 키입력부(80)의 상기 정지스위치(88) 누르고 상기 개폐스위치(10) 및 전원 공급기(110)를 오프시킨다.

또한, 상기 순간 정전의 구현과 마찬가지로 상기 S2∼S4 단계에서 순간전압상승 또는 순간전압강하 모드의 선택, 주기설정 및 모드 고정을 수행한 후 상기 운전 스위치(87)를 설정하면, 상기 제어부(70)는 상기 순간전압상승 구동부(103) 또는 상기 순간전압강하 구동부(104)에 전압상승 또는 강하 제어 신호를 인가하고. 이때 상기 순간 전압상승 구동부(103) 또는 상기 순간 전압강하 구동부(104)는 각각 상기 제어부(70)의 제어 신호에 따라 상기 사이리스터 스위치(23a∼23i)를 온/오프 조합 구동하여 상기 변압기(21a,21b,21c)의 2차측 전압을 순간적으로 상승 또는 하강되도록 함으로써, 순간전압상승 또는 하강 모드를 상기 설정 주기 동안 수행한 후 정상 운전 상태로 복귀한다.

또한, 정상 상태 운전 또는 상기와 같은 전력품질 변환 모드를 수행하는 중에, 상기 키입력부(80)의 바이패스 선택 스위치(89)를 설정하면 상기 제어부(70)는 상기 바이패스 스위치(30)에 제어 신호를 인가하여 상기 개폐스위치(10)를 통한 입력 전원의 변환 없이 출력측으로 바이패스되도록 한다.

또한, 정상 상태 운전 또는 상기와 같은 전력품질 변환 모드를 수행하는 중에, 상기 전압 검출기(40) 및 전류 검출기(50)에 의해 출력 전압 및 전류를 검출하고, 이 검출된 출력 전압 전류를 상기 A/D변환기(60)와 상기 제어부(70)를 통하여 디지털 처리한 후 상기 표시기(90)의 전압표시창(91)과 전류 표시창(92)에 아라비아 숫자로 표시하여 줌으로써, 상기 배전 계통에 입력 제공되는 전압·전류 (예를 들면, 정상, 순간정전, 순간전압상승 또는 순간전압강하에 상응하는 전압·전류)와 이 입력 전원에 대한 배전계통의 상태 변화 등을 감시하여, 전력품질 변화에 대한 제반 대책을 수립토록 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전원의 전압가변 시험 장치 및 방법에 의하면, 각종 신 에너지 전원을 포함한 신 배전계통의 신뢰성을 실질적인 선로 환경 하에서 전력품질 변화에 대해 시험 검증할 수 있고, 전력사고의 대부분을 차지하는 순간 정전, 순간 전압 상승, 및 순간 전압 하강 등의 발생 시 해당 배전 시스템의 문제점을 시험 검증하여 사전에 대처할 수 있으며, 신 에너지 전원의 표준화 작업 및 보급 지원 정책을 수립할 수 있고, 고 유연성, 고 신뢰도, 에너지 이용 합리화 및 부하 평준화 능력을 갖춘 차세대 배전 계통을 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 선로를 매개로 전력을 배전계통에 공급하는 전력 시스템의 시험 장치에 있어서,

   상기 선로를 통한 공급전원을 단속하는 주전원 단속수단;

   상기 주전원 단속수단을 통한 공급전원의 전력품질을 변환하여 상기 배전계통에 제공하는 전력품질 변환수단;

   상기 주전원 단속수단을 통한 공급전원을 전력품질의 변환 없이 바이패스(bypass)시키는 바이패스 수단;

   상기 바이패스되거나 또는 상기 품질 변환된 전원을 검출하는 검출수단;

   상기 바이패스 및 상기 전력품질의 변환을 제어하고, 상기 검출된 전원의 전력품질을 디지털 데이터 처리하는 제어수단;

   상기 제어수단에 변환할 전력품질 항목을 설정하는 설정수단; 및

   상기 처리된 디지털 데이터를 표시하기 위한 표시수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전원의 전압가변 시험 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전력품질 변환수단은 상기 공급전원을 가변 변압하여 전력품질을 변환하는 변압기로서, 2차측 권선에는 분기( tap )를 조정하는 분기 조정부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원의 전압가변 시험 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 분기 조정부는 상기 2차측 권선의 하나 이상의 분기점과 출력단 사이에 연결된 복수개의 스위치로 구성되되, 상기 스위치의 개·폐는 상기 주 제어수단에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전원의 전압가변 시험 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전력품질 변환은 상기 공급전원을 순간 정전, 순간 전압 상승, 또는 순간 전압 강하시키는 동작인 것을 특징으로 하는 전원의 전압가변 시험 장치.
5. 선로를 매개로 전력을 배전계통에 공급하는 전력시스템의 시험 방법에 있어서,

   전력품질 시험 항목을 선택하는 제 1단계;

   상기 선로를 통한 공급전원을 상기 선택된 시험 항목의 전력품질로 변환하여 상기 배전계통에 제공하는 제 2단계;

   상기 품질 변환된 전원을 검출하는 제 3단계; 및

   상기 검출된 전원의 전력품질을 측정 표시하는 제 4단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전원의 전압가변 시험 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2 단계의 전력품질 변환은 순간 정전, 순간 전압 상승, 또는 순간 전압 강하를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원의 전압가변 시험 방법.