KR200366999Y1 - 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 계통(상용전원)연계형 인버터에 관한 것으로, 계통연계 운전을 하는 주 인버터(main inverter)의 출력단에 보조 인버터(sub inverter)를 구성하므로써, 부하로 출력되는 주 인버터의 출력 전압 또는 상용 전원전압의 과부족시 출력 고조파의 성분보상과 전압변동을 보상하여 부하에 정전압을 공급할 수 있도록 하는 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터에 관한 것이다.

태양전지나 연료 전지 발전시스템의 특성상 그 동적 특성이 매우 느려서 계통 운전 조건이나 부하조건이 변화할 때 출력단의 전압변화가 순간적으로 커지게 됨에 따라 요구되는 부하 특성에 맞출 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

본 고안에서는 계통 연계 인버터를 통해 부하로 공급되는 출력 전압을 감지하고, 그 감지결과에 따라 출력 전압의 파형을 보상하기 위하여 보조 인버터를 구성하고, 계통전압의 변동 및 정전시 부하쪽으로 항상 일정한 전압출력을 내 보낼 수 있는 계통 연계 인버터를 제공한다.

Description

전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터{Utility-Interactive Photovoltaic inverter which has a voltage compensation function}

본 고안은 계통(상용전원)연계형 인버터에 관한 것으로, 계통연계 운전을 하는 주 인버터(main inverter)의 출력단에 보조 인버터(sub inverter)를 구성하므로써, 부하로 출력되는 주 인버터의 출력 전압 또는 상용 전원전압의 과부족시 출력 고조파의 성분보상과 전압변동을 보상하여 부하에 정전압을 공급할 수 있도록 하는 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터에 관한 것이다.

통상적으로 계통 연계형 인버터는 대표적인 대체 에너지원인 태양광을 이용하는 태양전지 또는 연료전지 등으로부터 얻을 수 있는 직류전원을 반도체 스위치 장치를 이용하여 교류전원으로 변환한 후, 소정의 전력 계통으로 교류 전환된 전력을 공급하는 전력 변환장치를 지칭한다.

대체 에너지원의 발전전력이 가정(부하)에서 소비되는 전력에 못 미치는 경우 계통 전원(상용전원)으로부터 부족분을 공급받고 대체 에너지 발전 전력이 가정(부하)에서 소비되는 전력을 초과하는 경우에는 역으로 그 잉여 전력을 계통 전원측으로 공급하여 전체적인 운영효율을 증가시키는 시스템이다.

그러나 태양전지나 연료 전지 발전시스템의 특성상 그 동적 특성이 매우 느려서 계통 운전 조건이나 부하조건이 변화할 때 출력단의 전압변화가 순간적으로 커지게 됨에 따라 요구되는 부하 특성에 맞출 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

본 고안은 이와 같은 점을 감안하여 제안된 것으로, 계통 연계 인버터를 통해 부하로 공급되는 출력 전압을 감지하고, 그 감지결과에 따라 출력 전압의 파형을 보상하기 위한 보조 인버터를 구성하여, 계통전압의 변동 및 정전시 부하쪽으로 항상 일정한 전압출력을 내 보낼 수 있는 계통 연계 인버터 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안 전압보상기능을 갖는 계통 연계 인버터의 구성을 보인 블록도.

본 고안은 입력단을 통해 대체 에너지 발전시스템으로부터 공급되는 직류 전력을 인버터에 공급하기 위한 전압, 전류 조건을 맞춰 변환시키는 직류/직류 변환수단(DC/DC Converter)과, 직류/직류 변환수단을 거쳐 공급된 대체 에너지발전시스템으로부터 공급된 직류전력을 교류전력으로 변환하고, 그 변환된 교류전력을 상용 전력 계통과 연계하여 공급하는 주 인버터(main inverter)와, 수용가측 부하로 공급되는 출력 전압에 대한 보상 전압을 생성하기 위한 부 인버터(sub inverter)와, 부 인버터로부터 생성된 보상 전압을 입력으로 하여 수용가측 부하에 공급되는 전압을 보상하기 위한 전압변환수단과, 수용가측 부하로 공급되는 출력전압을 감지하는 전압감지수단과, 대체 에너지원 발전시스템의 발전 전력용량에 따라 최대 전력이 출력되도록 주 인버터를 제어하고, 전압감지수단을 통해 수용가측 부하로 공급되는 출력 전압을 감시하여 부하측으로 공급되는 출력전압을 보상하기 위하여 보조 인버터를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 상용 계통 전압을 감지하는 계통전압감지수단과, 인버터와 상용 전원계통을 분리시키기 위한 계통분리 스위치 수단을 더 포함하여 구성되고, 상기 제어수단은 계통전압감지수단을 통해 감지된 상용 계통 전압이 소정의 규정된 값을 넘어서게 되면, 계통분리 스위치수단을 스위칭 동작제어하여 인버터와 상용 전원계통을 분리시키는 스위치제어수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 고안 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터를 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 또는 연료전지와 같은 대체 에너지 발전시스템(10)과 연결되어 입력단을 통해 대체 에너지 발전시스템(10)으로부터 공급되는 직류 전력을 인버터에 공급하기 위한 직류전압으로 공급하기 위하여 전압, 전류 조건을 맞춰 변환시키는 직류/직류 변환기(DC/DC Converter)(20)와, 직류/직류 변환기(20)를 거쳐 공급된 대체 에너지발전시스템(10)의 직류전력을 교류전력으로 변환하고, 그 변환된 교류전력을 상용 전력 계통과 연계하여 공급하는 주 인버터(main inverter)(30)와, 대체 에너지발전 시스템(10)의 운전조건의 변화 또는 부하(100)의 변동으로 인하여 발생할 수 있는 부하(100)로 공급되는 출력전압의 변동에따라 동작 제어되어 부하(100)로 정전압이 공급될 수 있도록 부하(100)측으로 공급되는 출력전압에 대한 보상전압을 생성하기 위한 부 인버터(sub inverter)(40)와, 부 인버터(40)로부터 생성된 보상 전압을 입력으로 하여 수용가측 부하(100)에 공급되는 전압을 보상하기 위한 변압기(50)와, 부하(100)로 공급되는 인버터 시스템의 출력전압을 감지하기 위한 전류센서(60)와, 대체 에너지원 발전시스템의 발전 전력용량에 따라 최대 전력이 출력되도록 주 인버터(30)를 제어하고, 전류센서(60)를 통해 부하(100)측으로 공급되는 출력 전압을 감시하고, 감시 결과에 따라 부 인버터(40)를 제어하여 부하(100)측으로 공급되는 출력전압을 보상하는 동작제어과정을 제공하는 제어부(70)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 상용 계통 전압을 감지하기 위한 전류센서(80)와, 인버터 시스템과 상용 전원계통을 분리시키기 위한 계통분리 스위치(90)를 더 포함하여 구성되고, 상기 제어부(70)는 상기 전류센서(80)를 통해 감지된 상용 계통 전압이 소정의 규정된 값을 넘어서게 되면, 계통분리 스위치(90)를 스위칭 동작제어하여 인버터시스템과 상용 전원계통을 분리시키는 스위치제어부를 더 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 고안은,

대체에너지 발전시스템(10)과 상용 계통전원과의 연계를 통해 부하(100)에 전압을 출력 또는 대체 에너지 발전시스템(10)으로부터 발생된 직류 전원을 상용 전원으로 공급하기 위한 인버터 시스템에 관한 것이다.

주 인버터(30)는 대체 에너지원인 태양전지나 연료전지를 최대효율로 운전되도록 제어하기 위하여 MPPT 기능을 갖는 전류제어형 인버터로 구성한다.

대체에너지 발전시스템(10)의 운전조건의 변화나 부하(100)의 변동으로 발생될 수 있는 전압의 과부족 또는 파형의 왜곡을 보상할 수 있도록 부 인버터(40)를 구성한다.

여기서 부 인버터(40)는 출력 전압의 변동시 이를 보상하기 위한 것으로, 전압 보상을 위해 전압형 인버터로 구성한다.

부 인버터(40)에 생성된 보상전압을 부하(100)에 공급되는 출력전압에 적용하기 위하여 소형변압기(50)를 주 인버터(30)와 직렬로 연결 구성한다.

부 인버터(40)를 동작 제어하기 위하여 출력측 부하(100)에 공급되는 전압을 감시하기 위하여 전류센서(60)를 구성한다.

또한 상용전원의 이상 여부를 감지하기 위하여 계통 연결단에 전류센서(80)가 구성되고, 상용 전원 이상 발생시 계통과의 분리를 위하여 계통연결단에 계통분리 스위치(90)를 구성한다.

제어부(70)는 태양전지나 연료전지의 발전 전력용량에 따라 최대 전력점을 추적하여 주 인버터(30)를 제어하기 위한 전력제어부를 포함하며, 이를 위하여 상용전원 상(P1) 및 부하 상(P2)에 전압센서가 구성되며, 이들 외에도 필요에 따라 각 위치에 전압센서 또는 전류센서를 구성할 수 있다.

또한 제어부(70)는 전류센서(60)로부터 부하(100)측으로 흐르는 전류값으로부터 전압값을 산출하고, 이 산출된 전압값을 소정의 설정된 기준값과 비교하여 부하(100)측으로 공급되는 전압의 보상여부를 판단하여 부 인버터(40)를 동작제어하는 부인버터제어부를 포함하여 구성된다.

그리고 제어부(70)는 전류센서(80)로부터 계통연결단에 흐르는 전류값으로부터 상용 전원 전압값을 산출하고, 이 산출된 전압값과 소정의 설정된 기준값과 비교하여 상용 전원의 이상여부를 판별하여 계통 분리여부를 판단하여 계통분리 스위치(90)를 스위칭 제어하는 스위치제어부를 포함한다.

이와 같은 본 고안의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

대체에너지 발전시스템(10)으로부터 발생된 직류전력은 직류/직류 변환기(20)를 통해 주 인버터(30)에 입력되고, 주 인버터(30)를 통해 교류로 변환되어 부하(100)측으로 전달된다.

또한 일반적인 계통연계인버터에서와 같이, 상기에서와 같은 대체에너지 발전시스템(10)의 발전전력이 부하(100)에서 사용되는 소비전력에 미치지 못하는 경우에는 상용 전원으로부터 그 부족분을 받아 부하(100)으로 공급된다.

이때 대체에너지 발전시스템(10)의 운전조건의 변화 또는 부하(100)의 변동으로 인하여 순간적으로 전압변동이 발생할 수 있다.

이에 따라 전압의 과부족이 발생하거나, 파형의 왜곡이 발생하게 된다.

제어부(70)에서는 전류센서(60)로부터 부하(100)으로 공급되는 전압을 감시하여 전류센서(60)로부터 입력되는 전류값으로부터 전압값을 산출하고, 이 값의 변동에 따라 상기에서와 같은 전압의 과부족 현상 또는 파형의 왜곡을 판단하게 된다.

이와 같은 상황이 감지되면 제어부(70)에서는 이를 보상하기 위하여 부 인버터(40)를 동작시켜 보상 전압을 생성하게 된다.

부 인버터(40)로부터 생성된 보상전압은 주 인버터(30)의 출력단에 직렬로 연결된 변압기(50)에 전달되고 이에 따라 부하(100)측으로 공급되는 출력전압을 보상하게 된다.

여기서, 상기 제어부(70)는 부하(100)측으로 공급되는 출력전압이 정격전압보다 작으면 포지티브(+) 전압을 발생시키고, 부하(100)측으로 공급되는 출력전압이 정격전압보다 높으면 네가티브(-) 전압을 발생시켜 출력단에서 보상하게 된다.

여기서 상기 제어부(70)에서는 전류센서(80)를 통해 상용 계통 전원을 산출하고, 이 값을 소정의 설정된 값과 비교하여 상용 전원 전압의 이상여부를 판단하여 계통분리 스위치(90)를 스위칭 제어하는 바,

상용 전원 전압의 이상발생시 계통분리 스위치(90)를 오프 스위칭(off switching)시켜 이상 전압으로 유입되지 않도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 전압보상 기능을 갖는 계통 연계 인버터를 적용하게 되면, 계통 전원 조건의 변화나 부하변화에 따라 발생될 수 있는 전압의 과부족이나 전압왜곡에 효과적으로 대응할 수 있다.

또한 태양광 발전시스템의 경우 야간에는 발전을 멈추게 되는 바, 이와 같은 경우 주 인버터와의 입력단 커패시터 뱅크에 충전된 전압을 이용하여 부하에 따라 달라질 수 있는 역률을 제어하게 됨에 있어서, 부 인버터가 구성되어 있어, 더욱 세밀한 역률제어가 가능해진다.

Claims (4)

1. 대체 에너지 발전시스템으로 부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상용 전력 계통과 연계하여 부하로 공급하는 계통연계형 인버터에 있어서,

   부하로 공급되는 출력전압의 변동에 따라 동작 제어되어 부하로 정전압이 공급될 수 있도록 부하측으로 공급되는 출력전압에 대한 보상전압을 생성하기 위한 보조 인버터와, 보조 인버터로부터 생성된 보상 전압을 입력으로 하여 부하에 공급되는 전압을 보상하기 위한 전압변환수단과, 부하로 공급되는 출력전압을 감지하기 위한 전압감지수단과, 전압감지수단으로부터 부하측으로 공급되는 출력 전압을 감시하고, 감시 결과에 따라 보조 인버터를 제어하여 부하측으로 공급되는 출력전압을 보상하는 동작제어과정을 제공하는 제어수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터.
2. 제 1항에 있어서, 상용 계통 전압을 감지하기 위한 전압감지수단과, 연계된 상용 전원계통과의 분리를 위한 계통분리 스위치수단을 더 포함하여 구성되고, 상기 제어수단은 전압감지수단을 통해 감지된 상용 계통 전압이 소정의 규정된 값을 넘어서게 되면, 계통분리 스위치수단을 스위칭 동작제어하여 연계된 상용 전원계통을 분리시키는 스위치제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 부하에 공급되는 출력전압을 감지하기 위한 전압감지수단은, 전류센서로 구성되고 상기 제어수단은 전류센서로부터 감지된 전류값으로부터 전압값을 산출하도록 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터.
4. 제 2항에 있어서, 상용 계통 전압을 감지하기 위한 전압감지수단은, 전류 센서로 구성되고 상기 제어수단은 전류센서로부터 상용 계통 전압을 산출하도록 하는 연산수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압보상기능을 갖는 계통연계 인버터.