KR20050071511A - 임계 부하에 확실한 전력을 공급하기 위한 시스템 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 전력 플랜트(18)를 포함하는 제1 AC 전원, 및 통상은 그리드(10)인, 제2 전원은 고속 분리 스위칭 수단(19)을 통하여 정상적으로 접속되어 임계 부하(14)에 충분한 AC 전력을 제공한다.

Description

임계 부하에 확실한 전력을 공급하기 위한 시스템{SYSTEM FOR PROVIDING ASSURED POWER TO A CRITICAL LOAD}
본 발명은 일반적으로 전력 시스템, 특히 하나 이상의 임계 부하에 확실한, 또는 중단없는 전력 공급을 제공하기 위한 전력 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전력원으로서 연료 전지를 이용하는 전력 시스템에 관한 것이다.
지금까지, 매우 다양한 부하에 대한 가장 공통적인 전력원은 다양한 전기설비에 의하여 제공되는 고가의 전력 그리드를 통한 것이다. 상기 설비 그리드에서 이용가능한 전력은 전압, 주파수, 위상, 등의 확립된 기준에 대한 준수 및 연속성에 관하여 상당히 신뢰성 있는 것이 일반적이다. 그러나, 때로는 그러한 기준으로부터의 이탈 및/또는 불연속성이 발생한다. 그것이 짧고 간단하다면, 대부분의 부하는 그러한 이벤트에 대하여 비교적 민감하지 않다. 한편, 설비 그리드에 의하여 공급된 전력에서의 짧은 이상(aberration)조차 비교적 견딜 수 없는 부하들의 수가 증가하고 있으며, 주요한 예로서는 컴퓨터, 디지털 제어/제어기, 및 다양한 형태의 전기적 데이터 프로세싱 장치가 있다. 설비 그리드에 의한 전력의 표준화된 공급에서의 짧은 중단조차 컴퓨터 또는 제어가 고장을 일으키게 할 수 있으며, 이는 때로는 손실이 크고, 항상 성가신 결과가 된다.
이러한 관심을 한정하는데 있어서, ITI(Information Technology Industry Council), 이전에는 CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturers Association)는 그런 형태의 부하의 연속적인 동작을 보장할 전력 기준을 결정하기 위한 표준을 확립하거나, 적어도 가이드를 제공하는 한 세트의 전력허용곡선을 개발하였다. 그에 관하여는, 일 컴퓨터가 반주기 또는 8.3 ms 전력 중단을 허용할 수 있음을 나타내는 표준이 채택되었으며, 최근에는 ITI에 의하여 표준이 약 20 ms로 변경되었다. 한편, 모터제어 등과 같은, 다중 위상 디지털 전자장비의 일부 어플리케이션은 약 8.3 ms 보다 큰 중단을 허용할 수 없을 수도 있다. 설비 그리드에서 이용 가능한 전력은 거의 연속적인 기반으로 이러한 요건들을 현재는 충족시킬 수 없다. 따라서, 임계 부하가 전력의 거의 연속적 또는 중단없는 공급을 갖는 것을 확실히 하는 것이 중요하다면 추가적인 전원을 제공할 필요가 있어왔다. 이 어플리케이션을 위하여, 8.3 ms의 지속시간 이하의 중단 또는 전환을 갖는 전원은 "심리스(seamless)", "실질적으로 연속적(substantially continuous)", 또는 "실질적으로 중단없는(substantially uninterrupt)" 것으로서 지칭될 수 있다.
도 1을 참조하면, 설비 그리드 공급이 중단되거나 특정된 한계 밖에 있는 경우에 임계 부하에 공급하는데 이용된 소위 "온라인(on-line)" 또는 "이중 변환(double conversion)" 형태인, UPS(uninterruptible power supply)의 기존의 일 형태가 도시된다. 설비 그리드 전원은 도전체(110)에 나타나는 것이 보통이며, 3극 전환 스위치(112)의 상시폐로(normally-closed) 접촉을 통하여 정류기(120)로 전달되며, 이것은 인버터(122)를 통하여 임계 부하(114)에 공급한다. 그러나, 설비 그리드 전력이 특정된 한계 내에 있지 않는 구간 동안 연속된 전력을 제공하기 위하여, 백업 배터리(116)가 제공되어 제한된 주기의 중간 전력을 공급하며, 그 후 비상 전기 발전기(118)가 전환 스위치(112)의 다른 접촉으로 연결되어 더 긴 기간의 일시적 공급으로 후속한다. 부하(114)에 대한 AC 전력에 의존하는 시스템 내의 배터리(116)의 이용을 수용하기 위하여, 배터리(116)를 충전하기 위한 정류기(120) 및 배터리로부터의 DC 공급을 부하에 필요한 AC 공급으로 변환하기 위한 인버터(122)를 제공할 필요가 있다. 전환 스위치(112)와 부하(114) 사이에 접속된 고속 스위치(124)는 인버터(122) 또는 정류기(120)가 제공되어야 하면 일시적 전력을 공급하는 바이패스 스위치로서 동작한다. 상기 그리드와 부하는 직접 접속되지 않는 것이 보통이고, 오히려 부하로의 전력은 UPS 배터리의 보조로 한 쌍의 컨버터를 통과할 필요가 있으므로, UPS의 이 유형은 "온라인" 또는 "이중 변환" 형태로서 지칭된다. 이 구성은, 효과적이지만, 설비 그리드 전력이 불필요한 구간동안만 사용되는 다수의 고가 구성요소들을 요구한다.
임계 부하에 실질적으로 중단없는 전력을 제공하기 위한 전력 시스템의 또 다른 구성은, 2001년 9월 11일자 미국특허 6,288,456에 대응하는, 1999년 11월 25일자 WO 99/60687로서 공개된 "Power System"에 대한 PCT 출원 US99/10833에 개시된다. 본 출원의 도 2를 참조하면, 그 PCT 출원/U.S. 특허에 개시된 본 발명의 관련 부분은 매우 간략화되고, 일반화된 형태로 기술되며, 구성요소들은 도 1의 기능적으로 동등한 대응부와 마지막 2개의 숫자가 동일하게 되도록 번호가 부여된다. 임계 부하(214)는 모듈이 역시 전환 스위치, 정류기 및 인버터를 포함하는 중단없는 전력 시스템 모듈(231) 내의 모터-발전기(230)로부터 실질적으로 중단없는 전력을 받는다. 모터-발전기(230)의 연속된 전력 공급(powering)을 최대화하기 위한 몇가지 대안적인 전원이 제공된다. 그러한 하나의 전원은 설비 그리드(210)가 될 수 있다. 또 다른 전원은 연료 전지 발전기 전력 플랜트(218)일 수 있다. 전환 스위칭 구성(212)은 연료 전지(218) 및 설비 그리드(210)의 일방 또는 타방이 모터-발전기(230)를 구동하는 전력을 정상적으로 제공하는 것을 가능하게 한다. 이러한 형태의 중단없는 전원은 또한 그리드가 부하(214)로 직접 접속되지 않고, 정류기 및 인버터 변환기 및 플라이휠 및/또는 연료 전지를 통하여 동작하여, 차례로 중단없는 전력을 공급하는 모터-발전기(230)에 에너지를 공급하는 한 "온라인" 또는 "이중 변환" 형태를 갖는다. 사실, 연료 전지(218)는 시스템 경제를 위하여 설비 그리드(210)와 그리드 접속(G/C) 모드에서 동작하도록 구성되기 때문에, 그리드 접속된 모드에서는 그리드 및 연료 전지 모두가 전환 스위치의 "그리드" 단자를 공급한다. 그리드 공급(210)의 실패시, 연료 전지(218)는 모터-발전기(230)를 위한 연속하는 전원으로서 기능하게 된다. 그러나, 그런 경우, 연료 전지(218)는 동작의 "그리드 접속(grid connect)" (G/C) 모드로부터 "그리드 독립(grid independent)" (G/I) 모드로 재구성되어야 한다. 연료 전지(218)의 PCS(power conditioning system)부는 DC 전력의 AC 전력으로의 변환을 수행하고 연료 전지 동작의 기본적인 G/C 및 G/I 모드를 관리하는 연관된 인버터, 스위칭 트랜지스터 및 차단기(도시하지 않음)를 포함한다. 그 모드 전이(G/C로부터 G/I로)는 연료 전지(218) 및 전환 스위치(212)가 최대 5초동안 전력 생성을 중단할 필요가 있는 것이 보통이다. 그러한 중단은 "심리스"가 아니며 임계 컴퓨터 부하(214)에 대하여 허용될 수 없는 주기를 가질 것이다. 따라서, 백업 플라이휠 전원(216)은 제한된 주기의 중간 전력을(도 1의 배터리 전원(116)과 유사함) 적어도 그러한 모드 변환동안 모터-발전기(230)로 공급한다. 그 백업 전원(216)은 양방향 AC/DC 컨버터(238)를 구동하는 플라이휠(236)이다. 컨버터(238)는 정상 동작동안은 플라이휠이 스핀하도록 유지하고, 백업 동작동안은 플라이휠(236)을 방전시킨다. 전환 스위칭 구성(212) 및 중단없는 전력 시스템 모듈(231)에서 사용된 다양한 변환 스위치들은 전자기식(electro-mechanical), 정적, 또는 그 조합일 수 있으며, 다양한 전력 스위칭 기능을 수행하도록 기능할 수 있다.
상기 PCT 출원/미국 특허의 전력 시스템이 다양한 임계 부하들에 대하여 실질적으로 중단없는 전원을 제공하고 바람직하게는 주전원중 하나로서 연료 전지를 이용할 수 있지만, 복잡하고 비용이 많이 드는 상당한 추가적인 장비의 사용을 요구한다. 예를 들면, 분리된 모터-발전기(230), 및 플라이휠(236)/컨버터(238) 조합을 포함하는 백업 전원(216)은 필요한 전력 연속성의 정도를 확보하기 위하여 필수적이지만, 값비싼 구성요소들을 나타낸다.
UPS의 또 다른 유형은 "스탠바이"형이며 여기서 그리드는 부하에 직접 접속되고, 부하에 접속된 경우에도, 스위치가 부하로부터 그리드를 분리할 때까지 스탠바이 UPS는 유휴상태를 유지한다. 그런 시스템의 일 예는 미국 특허 6,011,324에 개시된다. 연료 전지 및 연관된 인버터는 정상적으로는 부하에 접속되지만, 그리드가 전력을 직접 부하로 공급하는 동안은 유휴 스탠바이 모드에 있다. 그리드에 고장이 발생하는 경우, 연료 전지가 신속히 전출력 전력으로 되며 고체 스위치는 그리드를 분리한다. 여기에서도, 연료 전지를 포함하는 다수의 값비싼 구성요소들은 설비 그리드 전력이 불충분한 구간동안만 이용된다.
정상적으로 임계 부하에 공급하기 위하여 그리드 전력 및 연료 전지 기반 전력 모두를 이용하는 전력 시스템의 경우에도 때때로, 보수 등을 이유로 해서 연료 전지가 이용 가능하지 못할 수 있는 경우가 있을 것이다. 그 전력 시스템의 연료 전지 기반 부분이 오직 하나의 연료 전지만 갖는 경우, 또는 복수의 연료 전지의 경우라면, 그들의 집단적인 이용불가능 또는 전부하 요구를 충족시킬 능력이 없는 드문 경우에, 임계 부하(들)는 "그리드 전용(grid-only)"형 전원 시스템에 관하여 전술된 전력 제한/변동에 직면할 수 있다. 더욱이, 연료 전지(들) 및 그리드가 이용 가능한 경우에도, 그리드는 전압 서지(surge)의 원인일 수 있으며, 이에 대비하여 부하의 보호를 강화하는 것이 요망된다.
도 1은 종래기술에 따른 중단없는 전원 공급기의 일 형태의 간략화된 개략 블럭도.
도 2는 종래기술에 따른 연료 전지 전력 플랜트를 이용하는 중단없는 전원의 간략화된 개략 블럭도.
도 3은 임계 부하로의 중단없는 전력을 확보하기 위하여 본 발명에 따라 상호접속된 그리드와 연료 전지 전력 플랜트를 이용하는 전력 시스템의 개략 블럭도.
도 4는 정적 스위치를 보다 상세히 도시하는 개략 블럭도이며;
도 5는 연료 전지 및 정류기 동작 상태와 관련된 연료 전지 차단기의 동작 모드 상태 테이블이다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 임계 부하에 실질적으로 중단없는 전력을 공급하는 비교적 경제적이고 신뢰성있는 전력 시스템이 제공된다. 적어도 하나, 가능하다면 다수의 연료 전지 전력 플랜트를 포함하는 제1 전원은, 통상 적어도 임계 부하에 공급하기에 출분한 전력을 제공한다. 설비 그리드와 같은 제2 전원도 임계 부하에 공급하기에 충분한 전력을 제공한다. 연료 전지 전력 플랜트(들)는 임계 부하에 정상적이고 거의 연속적으로 접속되도록 구성되고, 적어도 임계 부하에 충분한 전력을 정상적이고 거의 연속적으로 제공하고 있다. 고속 분리 스위치, 또는 정적 스위치는 연료 전지 전력 플랜트(들)의 경제적이고 연속적인 이용을 위하여, 연료 전지 전력 플랜트(들) 및 임계 부하(들)로 설비 그리드를 신속하게 그리고 심리스로 접속 및 분리하도록 동작한다. 부하에 정상적이고 거의 연속적으로 접속되고, 또한 그리드에 정상적으로 접속된, 거의 연속적으로 동작하는 연료 전지(들)를 구비함으로써 매우 경제적으로 된다. 이 방식으로, 연료 전지(들)는 그 정격전력을 정상적으로 연속적으로 전달할 수 있으며, 필수적인 부분은 임계 부하로 가고 잉여분은 비임계 부하 및/또는 그리드로 전달된다. 정적 스위치는 하나 이상의 SCRs(silicon controlled rectifiers), 또는 다이리스터일 수 있다. 고체 스위치 제어는 제1 전원과 제2 전원 사이에서 심리스 전환을 이루기 위하여 정적 스위치를 4 ms 이하로 신속하게 스위칭하도록 동작한다. 이 스위칭 속도는 다이리스터의 종래 라인통신으로 획득된 것보다 매우 빠르다. 또한 제어 전자장치는 각각의 연료 전지 전력 플랜트(들)와 연관된 PCS(power conditioning system) 인버터의 동작 모드에서 고속 전이(약 4 ms 이하)를 제공한다. 이것은 제1 전원과 제2 전원 사이의 실질적인 심리스 전력 전환을 제공하기 위하여 지금까지는 보통 저속인 연료 전지 모드 전이가 정적 스위치의 속도에 필적하는 속도에 있다는 것을 보장한다. 이것은 연료 전지 전력 플랜트(들)의 연속적인 생산동작을 허용한다.
보수의 경우와 같이, 연료 전지의 일시적인 불능의 경우, 및/또는 정적 스위치의 개방동안 존재하는 짧은 주기의 그리드 이상(grid aberration)으로부터 야기되는 그리드 과도성분의 가능한 경우로부터, 연속적이고(즉, 중단없는) 균일한 즉, 잘 조절된 임계 부하로의 전력의 공급을 더 확실히 하기 위하여, 연료 전지 전력 플랜트 전원과 그리드 중 적어도 하나와 관련하여 하나 이상의 전력 확보 조치, 또는 수단이 제공된다. 그러한 전력 확보 조치의 하나는 정적 스위치가 개방하는 동안 임계 부하에서 전압 스파이크가 발생하는 것을 방지하도록 그리드 공급에 라인 필터를 포함시키는 것이다. 그러한 전력 확보 조치의 또 다른 하나는 특정한 연료 전지가 서비스 상태가 아닌 경우에 여분의 전원의 부하를 확보하고 또한 그리드와 부하 사이의 분리도(degree of isolation)를 부가하는, 정류기를 통한, 연료 전지 전력 플랜트 인버터로의 그리드의 재지정된 접속이다. 그러한 전력 확보 조치의 또 다른 하나는 특정한 연료 전지가 서비스 상태가 아닌 경우, 또는 연료 전지만이 동작중인 경우 일시적인 그리드 중단을 통하여 진행하여, 부하가 연료 전지의 용량을 일시적으로 초과하는 순간적인 증가를 겪고, 이에 따라 일시적인 전압 감소를 야기시키는 경우 연료 전지의 전력 출력을 일시적으로 보충하도록 저장 에너지 장치를 인버터로 접속하는 것이다. 이 전력 확보 조치들은 단일로 또는 다양한 조합으로 이용될 수 있으며, 가장 큰 장점은 모두의 이용으로부터 도출된다.
본 발명의 이전의 특성 및 장점들은 첨부도면에 도시된 바와 같이 예시적인 실시예들의 후속하는 상세한 설명에 비추어 더욱 자명할 것이다.
도면을 참조하면, 도 1 및 2는 종래기술에서 이전에 설명된 중단없는 전력 시스템의 종래 형태를 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 시스템(8)의 부분적으로 상세한 개략 블럭도가 도시된다. 전력 시스템(8)은 설비 그리드 버스(10)로 접속되고, 일 사이트에서 하나 이상의 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)를 이용하여, 부하 접촉기(도시하지 않음)를 통하여, 보통은 상기 사이트에 있는, 부하(들)(14)로 거의 연속적으로 3상 전력을 공급한다. 간략화를 위하여, 3상 공급 라인, 및 그들의 포함된 스위치 등을 설명하기 위하여 여기에서는 "일 라인(one line)" 도면, 또는 표시가 이용되었다. 그리드(10), 연료 전지 전력 플랜트(들)(18), 및 부하(들)(14)는 일반적으로 파선 블럭, 또는 그룹핑(11)으로 표현되는 SMS(site management system)를 통하여 상호접속 및 제어된다. 부하(들)(14)는 통상적으로 다수의 개별 고객 부하들을 포함하며, 그중 적어도 일부는 전력의 실질적으로 연속적인 공급을 요구하므로 "임계 부하(critical loads)"로 간주된다. 임계 부하(14)는 보통은 컴퓨터, 컴퓨터를 이용하는 제어장치, 및/또는 전자 데이터 프로세싱 장치들이다. 설명의 편의 및 시각적인 명확성을 위하여, 시스템(8)의 낮은 전압, 제어부와는 대조적으로, 부하(들)(14)로 비교적 높은 전압/전류/전력을 전달하는 개략도의 부분들은 굵게 표시된다.
리드(lead), 또는 버스(15)를 통하여 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)이 공급하는 것과 마찬가지로, 설비 그리드 버스(10)는 460 VAC 및 60 Hz에서 전력을 정상적으로 공급한다. 일반적으로 12로 참조된, 스위칭 기어는 연료 전지(들)(18), 부하(들)(14) 및 설비 그리드(10)를 상호접속하는 기능을 한다. 이 방식으로, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)은 이용 가능하며, 연료 전지(들)의 경제적인 이용을 위하여, 부하(14) 및/또는 설비 그리드(10)로 전시간(full time) 기반으로 전력을 공급하도록 접속된다. 스위칭 기어(12)는, 후술되는 바와 같이 설비 그리드 버스(10)를 부하(14) 및 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)로 선택적으로 접속 및 분리하기 위하여, 정적 스위치 모듈(17)과 같은, 고속 분리 스위치를 포함한다. 정적 스위치 모듈(17)은 2000 암페어 정격이고 약 1/4 사이클(약 4 ms)로 전력의 심리스 스위칭 전환을 수행할 수 있는 3극 전기적 동작 정적 스위치(19)를 포함한다. 스위칭 기어(12)는 1차적으로 서비스를 위한 정적 스위치(19)를 분리하고 계속해서 부하(들)(14)로 전력을 제공하도록, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18), 부하(14), 설비 그리드 버스(10) 및 정적 스위치 모듈(17)을, 서로에 대하여, 보다 선택적으로 접속 및 분리하기 위하여, 수개의 인터타이(inter-tie) 또는 차단기 스위치(21, 21A, 23, 23A) 및 분리 스위치(25)를 더 포함한다. 2차적인 목적은 만일 부하(14)에 고장이 발생한다면 정적 스위치(19) 대신 차단기(23A)를 통하여 큰 고장전류가 흐르도록 하는 것이다.
본 발명은 다수의 연료 전지 전력 플랜트(18)를 갖는 전력 시스템에서도 유용하고 적용가능하지만, 그 가장 큰 상대적 가치는 본 실시예에서 도시되는 바와 같이, 단일의 전력 플랜트를 가지는 전력 시스템(8)에 있다. 연료 전지 전력 플랜트(18)는 부하(14) 및/또는 설비 그리드(10)로 전력을 제공하도록 접속된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 연료 전지 전력 플랜트(18)는 최대 200 킬로와트의 전력을 공급하기 위해, 200 kw UTC 연료 전지 PC25TMC 전력 플랜트일 수 있다. 분리되어 도시되지 않은 연료 프로세서 이외에, 연료 전지 전력 플랜트(18)는 원하는 전압 및 주파수에서 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 고체 인버터(64)를 포함하는 PCS(power conditioning system)(62) 및 연료 전지 어셈블리(60)를 포함한다. 후술되는 바와 같이, PCS의 제어 및 PCS에 의한 제어는 G/C로부터 G/I로 연료 전지 전력 플랜트(18)의 동작 모드의 변환을 더 가능하게 한다. G/C 모드에서 이용되는 경우, PCS(62)에 의하여 제어된 변수는 전달된 전력(유효 및 무효)이다. G/I 모드에서 이용되는 경우, 제어된 변수는 출력전압 및 주파수이며, 만일 다수의 전력 플랜트(18)가 관련된다면, 위상이다. 가제어 회로 차단기(80)는 인버터(64)의 출력에 접속되며 연료 전지(60)가 동작중인 경우 정상적으로 폐쇄되어, 각각의 전력 플랜트(18)로부터 출력된 전력을 공급한다. 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)의 출력은 버스(15)로 접속되며, 이것은 델타-와이 변압기(27) 및 버스(15')를 통하여 스위칭 기어(12)로 접속된다. 변압기(27)는 부하(14)에 대하여 별도로 도출된 중성/그라운드 시스템을 제공하며, 또한 연료 전지 PCS와 부하(14) 및/또는 설비 그리드 버스(1) 사이에 분리를 제공한다.
SSC(site supervisory control)(29)는 시스템(8)에 대하여 오퍼레이터 인터페이스를 제공하고, 보통은 상위 레벨에서, 시스템의 제어를 담당할 수 있다. SSC(29)는 오퍼레이터가 "개시", "중지", 등과 같은 상위 레벨 명령을 발행하는 것을 허용한다. SSC(29)는 하나 이상의 프로그램가능 로직 제어기, 데이터 프로세서, 컴퓨터, 센서, 등을 포함하여 시스템(8)의 다양한 구성요소 및 기능의 제어를 수행할 수 있다. 오퍼레이터 콘솔(32)은 SSC(29)에 대한 디스플레이 및 입력능력을 제공한다. SSC(29)는 또한 링크(52)를 통하여, 스위칭 기어(12)의 일부 시스템 제어를 제공할 수 있으며, 그 스위칭 기어의 주요한 로컬 제어는 정적 스위치(19)에 의하여 자동적으로 발생한다. 더욱이 본 발명에 따르면, SSC(29)는, 후술되는 바와 같이, 각각의 전력 플랜트(18)의 회로 차단기(80)의 제어 및 전력 생성에 대하여 연료 전지(60)가 이용 가능하지 않은 경우 정적 스위치(19)의 제어에 대한 제어 매개로서 기능할 수 있다.
또한, 후술되는 그리드 전압 기준신호(10')뿐만 아니라, 정적 스위치 모듈(17)로부터의 신호에 응답하여, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)의 PCS(62)의 직접 제어를 제공하기 위한 SMC(site management control)(31)이 제공된다. SMC(31)는 또한 컴퓨터 및 관련된 센서 및 제어회로로 구성될 수 있다. SMC(31)는 SMS(11)의 포함된 부분으로서 보여지고 간주될 수 있다. 제어버스(33)는 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)의 PCS(62)와 SMC(31) 사이에서 제어신호들을 교환한다. 또한 제어신호들은 제어버스(35)를 통하여, SSC(29)와 연료 전지(60) 및 회로 차단기(80)를 포함하는 PCS(62) 사이에서 교환된다. 제어신호들은 제어버스(40)를 통하여 SMC(31)와 정적 스위치 모듈(17) 사이에서 교환된다. 전압, 또는 전위, 변압기(37)는 480 Vac 그리드 전압을 감지하고 그리드의 전압, 위상 및 주파수를 나타내는 제어신호를 제공하기 위하여 감압된 120 Vac 값을, 버스(10')를 통하여, SMC(31) 및 정적 스위치 모듈(17)로 보낸다. 상기 도시된 변압기(들)(37)의 위치 및 양은 주로 상징적이며, 그러한 변압기(들)는, 대안적으로, 제어신호가 제공되는 제어회로 또는 모듈의 일부로서 포함될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 변류기(current transformer, 41)는 부하(14)에 접속된 전력 버스 경로(39)에서 부하전류를 감지하고, 그 값을 버스(43)를 통하여 정적 스위치 모듈(17)로 보낸다. 마찬가지로, 변류기(42)는 그리드 전류를 감지하고 그 값을 버스(44)를 통하여 정적 스위치 모듈(17)로 보내며, 변압기(46)는 부하전압을 감지하고 그것을 버스(48)를 통하여 정적 스위치 모듈(17)로 보낸다.
스위칭 기어(12)의 추가적인 고려를 위하여, 도 4를 더 참조하면, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)로부터의 전력 버스(15')는 차단기(21)를 통하여 정적 스위치(19)의 한 극으로 접속된다. 전력버스 경로(39)는 정적 스위치(19)의 그 극으로부터 상시폐로 분리 스위치(25)를 통하여 부하(14)로 확장한다. 설비 그리드 전력버스(10)는 차단기(23)를 통하여 정적 스위치(19)의 다른 극으로 확장된다. 차단기 스위치(21 및 23)는 정상 동작동안 폐쇄되도록 의도되어, 정적 스위치(19)가 폐쇄되어 있다고 가정하면, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18) 및/또는 설비 그리드(10)로부터의 전력은 부하(14)로 공급될 수 있다. 마찬가지로, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)에 의하여 임계 부하(14)로 전달된 전력이 전지의 전체 전력 출력보다 작은 것으로 가정하면, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)로부터의 여분의 전력은 정적 스위치(19)를 통하여 설비 그리드, 또는 적어도 정적 스위치(19)의 그리드 측에 위치된 고객 비임계 부하(도시하지 않음)로 전달될 것이다. 사실, 이것은 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)의 이용을 최대화하고 그리드(10)로부터의 전력에 대한 요구 및 비용을 최대화한다는 점에서 동작의 바람직한 경제적 모드이다.
전력 버스(15')로부터 부하(14)와 분리 스위치(25) 사이의 전력버스 경로(39)로 접속되며 보통은 개방되어 있는 바이패스 차단기 스위치(21A)는, 폐쇄되는 경우에, 보수(maintenance) 또는 분리의 목적으로 차단기 스위치(21)를 바이패스시키는 기능을 한다. 유사하게, 설비 그리드 버스(10)로부터 부하(14)와 분리 스위치(25) 사이의 전력버스 경로(39)로 접속되며, 보통 개방되어 있는 바이패스 차단기 스위치(23A)는, 폐쇄된 경우, 정적 스위치가 고장났을 때 또는 보수동안 또는 정적 스위치의 정격을 초과할 정도로 충분히 큰 부하 고장동안, 차단기 스위치(23) 및 정적 스위치(19)를 바이패스하여 그리드 전력을 부하(14)로 공급하는 기능을 한다. 차단기(21, 23, 및 23A)는 전기적으로 동작되며 정적 스위치(19)에 의하여 자동적으로 제어되어 5 또는 6 사이클, 예를 들면, 약 80-100 ms 내에 전환을 수행한다. 차단기 스위치(21A) 및 분리 스위치(25)는 수동이다. 스위치(21, 23, 및 23A)는 또한 SSC(29)에 의하여 수동으로 제어될 수 있다. 스위치(21, 21A, 23, 23A, 및 25)의 각각은 2000 암페어 정격이며, 회로 차단기는 65 kaic의 고장차단 정격을 갖는다. 스위칭 기어(12)와 SSC(29) 사이의 일반적인 통신링크(52)는 그 사이에서 정적 스위치(19) 및 수개의 차단기(21, 23, 23A, 등)에 대한 적절한 상태 및 수동 제어신호를 전달하는 기능을 한다. 정적 스위치 모듈(17)과 연관된 제어로직(49), 및 특히 그 스위치 기어 제어로직부(49B)는 거기로 확장하는 파선 제어경로(21', 21A', 23', 및 23A')에 의하여 표시된 바와 같이, 수개의 차단기 및 스위치(21, 21A, 23, 및 23A)를 제어하는 기능을 한다. 제어로직(49)은 정적 스위치(19)를 신속히 제어하기 위한 고속 로직부(49A), 및 스위치기어(12)의 나머지를 제어하기 위한 상대적인 저속부(49B)로 구성되는 것이 일반적이다.
또한 도 4를 참조하면, 정정 스위치 모듈(17)이 더욱 상세히 설명된다. 정적 스위치(19)는 사실상 SCR(다이리스터)의 세개의 쌍으로, 각각의 쌍은 각각의 제어 게이트(19G)가 인에이블되면 어느 한 방향으로 도통하기 위하여 평행 대향인 관계로 접속되지만, 그 SCR중 하나만이 이 도면에 도시된다. SCR의 세 쌍은 각각 전원의 3상의 각각을 위한 것이다. 보통, 제어 게이트(19G)는 공통으로 접속되고 함께 제어된다. 그리드 버스(10)상의 전력 및/또는 연료 전지 버스(15/15')상의 전력은 제어 게이트(19G)가 인에이블되는 경우 SCR(19)을 통하여 흐를 수 있으므로, 어느 한 전원이 부하(14)에 전력을 공급하고 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)가 역시 그리드(10)로 여분의 전력을 제공하도록 한다.
정상적인 모드는 설비 그리드(10)와 연료 전지(18)가 접속되는 G/C이다. 모듈(17)은 설비 그리드 버스(10)로부터의 전력의 공급이 한계를 넘는 시기를 감지한다. 통상적으로, 이 한계는 표준 또는 공칭값에 관련된 전압 및 전류 범위를 포함하며, 감지회로(45)는 리드(47)상의 신호를 제어로직(49), 특히 그것의 정적 스위치 제어로직(49A)으로 제공하여, 그리드가 그 한계 밖에 있는 시기를 나타낸다. 감지 또는 검출회로(45)는 고속으로 작동하며, 약 2 ms 내로 응답을 제공한다. 설명되지는 않았지만, 별도의 고속 작동 주파수 검출기가 그리드 주파수를 모니터하고 정적 스위치 제어로직(49A)으로 "한계내" 또는 "한계외" 신호를 제공할 수 있다. "한계외" 그리드 신호값들은, 예를 들면,: a) 480 v + 8% 내지 -15%의 범위 밖에 있는, 임의의 위상에서의, 순간 그리드 전압 크기; b) 2,000 암페어 이상의, 임의의 위상에서의, 순간 과전류; c) 0.5초 이상동안 공칭 60 Hz 값으로부터의 주파수 편이; 및 다른 것들을 포함한다. 제어로직(49A)은 한계를 넘는 그리드에 응답하여 SCR 게이트들(19G)에게 그들을 디스에이블시키는 신호를 제공한다. SCR(19)은 신속히 정류를 중단하여, 부하(14)와의 직접 접속으로부터 설비 그리드 버스(10)를 분리시키지만, 본 발명에 따라, 후술되는 바와 같이 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)의 PCS(62)와의 다른, 바람직한 접속을 유지할 수 있다. 전류 센서(42')는 SCR을 통한 전류를 감지하고 SCR을 통한 영전류(zero current)의 발생을 제어로직(49A)에 알린다. 이 정보는 로직(49A)에 의하여 이용되어 SCR 정류를 더 고속으로 만든다. 이 전체 동작은 통상적으로 약 1/4 사이클(4ms)로 발생하여, 그리드(10) 및 연료 전지 전력 플랜트(들)(18) 모두로부터, 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)만으로, 부하(14)에 직접 접속된 전원들의 심리스 전환을 용이하게 하기 때문에, 연료 전지 전력 플랜트(들)은 고속으로 재구성한다. 이것은 종래의 라인 정류를 이용하여 SCR을 정류하는데 요구되는 8 ms 이상보다 훨씬 더 고속이다. 감지회로(45)는 한계외 그리드 조건이 감지되는 경우 정적 스위치(19)를 고속으로 개방하고, 그리드 전원이 허용 가능한 한계내로 복귀하였다는 판단을 한 경우에는 그것을 고속으로 다시 도통시킬 수 있다.
또한 제어로직(49B)은 전압 및 전류 센서(37, 41, 42, 및 46)를 이용하여 다양한 그리드, 부하, 및 한계나 고장이 없는 연료 전지의 조건하에서 스위칭 기어 장치(21, 23, 및 23A)를 동작시킨다. 예를 들면, 부하 과전류 조건이 존재하여 정적 스위치(19)의 전류 정격이 초과될 수 있다면, 스위치(23a)는 폐쇄되어 고장전류를 부하(14)로 도통시키며, 정적 스위치를 바이패스시킨다. 또 다른 예로서, 연료 전지 고장은 낮은 부하전압과, 가능하다면 부하 과전류가 없는 높은 그리드 전류를 관찰함으로써 간접적으로 검출될 수 있다. 그러한 경우, 스위치(21)는 개방되어 부하(14)로부터 연료 전지 고장을 분리시킨다. 제어로직(49A)은 또한 제어신호 버스(40)의 일부로서 특정한 모드 신호를 제공한다. SSC(29)로부터의 수동 제어를 위하여, G/I 상태신호가 리드(403)상의 제어로직(49)에 의하여 제공되며, SW19 인에이블 신호는 리드(404)상에 수신된다. 리드(403 및 404)상의 신호들은 통신링크(52)를 통하여 전달될 수 있다.
SMC(31)를 통하여 PCS(62)에서 수행된 모드 제어의 더욱 상세한 설명이 요구되는 한도에서, 명칭이 임계 부하로 보장된 전력을 제공하는 시스템으로 부여된 미국특허 출원 일련번호 09/782,402에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 상기 출원 번호 제09/782,402호는 본 출원의 "특허"이고, 본 출원의 양수인에게 양도되고, 여기에 부합하는 한도로 참고로 포함된다. 본 발명의 목적을 위하여, PCS(62)뿐만 아니라, 정적 스위치(19)를 포함하는 스위칭 기어(12)는, 그리드 전력량이 허용될 수 없게 변동하는 경우, 정적 스위치(19)를 통한 임계 부하(14)와의 직접 접속으로부터 그리드(10)의 고속 분리, 및 G/C로부터 G/I로 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)의 동작 모드의 고속 변경을 제공하도록 제어된다고 말하면 충분하다. 연료 전지 전력 플랜트(들)(18)는 정상적으로는 연속하여 동작하고 임계 부하(14)에 접속될 것이고, 모드 전이는 충분히 고속으로 되어 그리드의 손실로부터의 임의의 전력 중단이 약 8 ms 이하(약 4 ms)로 되어 임계 부하로의 전력은 실질적으로 중단이 없다.
정상적인 동작은 적어도 임계 부하(들)(14)로, 그리고 가능하다면 연료 전지 전력 플랜트(들)에 의하여 그리드로 전력을 공급하고, 그리드 이상시에 연료 전지 전력 플랜트(들)가 부하(14)로 전력을 연속적으로 공급하도록 만족스럽게 동작하는 전력 플랜트(들)(18)의 연료 전지(들)(60) 및 그리드(10) 모두를 고려한다. 그러나, 때때로 보수 등의 이유로 연료 전지(들)(60)가 오프라인으로 될 필요가 있거나, 있을 수 있다. 개별 연료 전지(60)의 전체 전력 생산 이용가능성은 보통 약 97%이지만, 그것은 연료 전지(60)가 이용가능하지 않은 어떤 짧은 구간동안 전위를 나타내는 것으로 판단되어 왔다. 이것은 다른 연료 전지 및/또는 그리드(10)가 부하(들)(14)의 요구사항을 충족시키는데 적당하다면 심각한 문제는 아닐 수 있다. 그러나, 임계 부하(들)(14)의 요구사항을 충족시키는데 어떠한 추가적인 연료 전지(들)(60)의 용량도 충분하지 않은 경우, 특히 전력 시스템(8)에 오직 하나의 연료 전지 전력 플랜트(18)만이 존재하는 경우, 본 발명은 부하(들)(14)로의 균일하고 연속적인 전력의 확보를 제공한다. 본 발명의 하나 이상의 측면에서, 이러한 균일하고 연속적인 전력의 확보는 또한, 연료 전지(들)(60)가 동작중인지 불문하고, 특정한 그리드 과도상태(transient)의 경우까지 확장하며, 특히, 단일의 연료 전지 및/또는 제한된 용량의 연료 전지 배열에 대해 발생할 수 있는 바와 같이, 연료 전지(들)(60)의 전력 용량이 초과되는 경우에, 연료 전지(들)(60)가 동작하는 동안 부하(들)(14)에 대한 전력의 임의의 중대한 과도상태 증가로 확장할 수 있다.
도 3으로 복귀하여 본 발명의 일 측면에 따라, 그리드(10)로부터의 입력에 전력 시스템(8)에 라인 필터(65)가 접속된다. 라인 필터(65)는 사실은 세개의 필터이며, 3상 시스템의 세 라인의 각각에 하나씩 있다. 라인 필터(65)는 짧은 주기(즉, 서브-사이클)의 그리드 이상동안 정적 스위치(19)가 개방하는 동안 발생할 수 있는 과도상태, 또는 전압 스파이크를 감쇠시키는데 충분한 유도성 값을 가진다. 이 방식으로, 그러한 과도성분들은 일반적으로 회로, 특히 부하(들)(14)에 인가되기 전에 감쇠된다. 라인 필터는 가장 가능성 있는 서지의 범위를 수용하는데 충분한 유도성 용량을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 라인 필터(65)는, 연료 전지(60)가 정상적으로 동작하는지를 불문하고, 그리드(10)에서 발생할 수 있는 과도성분으로부터 고객 부하(들)(14)를 보호하는 버퍼로서 기능한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 그리드(10)는 연관된 연료 전지(60)가 서비스 상태가 아닐 수 있는 구간동안 연료 전지 전력 플랜트(18)에서 PCS(62)와 관련된 인버터(64)를 통하여 부하(들)(14)로 전력을 제공한다. 그리드(10)의 브랜치(10'')는 PCS(62) 내에서, 전력 정류기(66)와 같은 일방성 도전 장치를 통하여 연료 전지 전력 플랜트(18)의 PCS(62)의 인버터(64)로 확장한다. 그리드 브랜치(10'')는, 바람직하게는 라인 필터(65)(존재한다면)와 정적 스위치(19) 사이에서 필터(65)의 장점들을 도출하도록 정적 스위치(19) 앞의 그리드(10)로 접속된다. 수동일 수 있는 상시폐쇄 안전 스위치(68)는 정류기(66)와 직렬로 접속되어 정류기가 서비스되고 있는 경우에 그 브랜치를 분리시킨다. 따라서, 연료 전지(60)의 D.C. 출력은, 전력 정류기(70)와 같은 또 다른 일방성 도전 장치를 통하여 인버터(64)로 접속된다. 마찬가지로, 수동일 수 있는 상시폐쇄 안전 스위치(72)는 정류기(70)와 직렬로 접속되어 정류기(70), 연료 전지(60), 및/또는 정류기(66)가 서비스되고 있는 경우에 그 브랜치를 분리한다.
인버터(64)는 DC-AC 변환기이고, 정상적인 연료 전지 동작하에, 연료 전지(60)로부터의 DC 전력은 정류기(70)를 통하여 인버터(64)로 직접 흐르고, 여기에서 역변환되어 회로 차단기(80)를 통해 AC 전력을 버스(15)로 그리고 궁극적으로는 부하(들)(14)로 제공한다. 동작중인 연료 전지(60)와의 정상 동작동안, 그리드(10, 10'')로부터의 AC 전력은 정류기(66)에 의하여 정류되고 인버터(64)의 입력에서 DC 전력으로서 이용 가능하여 연료 전지(60)로부터의 전력을 보충한다. 연료 전지(60) 및 그리드(10, 10'')는 인버터(64)로의 입력으로서 병렬로 효과적으로 접속되거나, 접속될 수 있기 때문에, 두개의 정류기(70 및 66)의 존재는 하나의 전원으로부터 다른 하나로의 "백피딩(backfeeding)" 또는 "누설(sneak)" 경로를 차단하는 기능을 한다.
그러나, 연료 전지(60)가 보수를 위하여 "다운"되고 동작중이 아닌 구간동안, 전술된 구성은, 그리드(10, 10'')로부터의 전력을 연료 전지 전력 플랜트(18) 인버터(64)를 통하여 부하(들)로 전달함으로써, 잘 조절된 전력의 연속된 전달을 확실히 하는데 유용하다. 더욱이, 정류기(66) 및 인버터(64)를 통하여 그리드(10, 10'')로부터 로드(들)(14)로 전력을 제공하는 이 모드는 AC 로부터 DC로 그리고 다시 AC 전력으로 그리드 전압의 이중 변환을 제공하는 기능을 하며, 이것은 그리드(10)와 로드(들)(14) 사이의 추가적인 분리도(degree of isolation)를 제공한다. 연료 전지(60)가 서비스 상태가 아니게 되는 시간에, 정적 스위치 모듈(17)의 로직은 정적 스위치(19)가 개방하게 한다. 이것은 라인(35)을 통하여 연료 전지(60)의 상태를 모니터링하여 공칭 전력을 생산하는지 여부를 결정하는 SSC(29)에 의하여 이루어지며, 만일 그렇지 않다면, 정적 스위치(19)가 "개방", 또는 턴 "오프"하도록 명령하는 신호가 라인(52)을 통하여 정적 스위치 제어 로직(49)으로 제공된다. 이것은 부하(들)(14)로의 그리드(10)의 직접 접속을 종료시키지만, 이제 정류기(66) 및 인버터(64)를 통한 라인(10'')을 통하여 새로운 그리드 전력 경로가 버스(15)를 통하여 부하(들)(14)로 잘 조절된 AC 전력을 제공한다. 정적 스위치(19)의 속도 및 정류기(66) 및 인버터(64)를 통한 그리드(10)로부터의 접속의 존재는 부하(들)(14)에 전력을 공급하는데 이용된 전원의 심리스 전환을 확실하게 하며, 그 과정에서, 이중 변환 시스템의 분리 이익을 제공한다. 중요하게, 회로 차단기(80)는 지금까지는 연료 전지(60)가 동작중이 아니었던 경우 버스(15)로부터 전력 플랜트(18)를 분리하도록 개방되었지만, 이제 본 발명에 따르면 연료 전지(60)가 동작중이 아니지만 인버터(64)가 브랜치(10'') 및 정류기(66)를 통하여 그리드(10)로 접속되어 있다면 회로 차단기(80)는 폐쇄를 유지한다는 것을 확실히 할 필요가 있다. 이러한 결정 및 회로 차단기(80)의 제어는 연료 전지(60) 및 PCS(62)와의 접속(35)을 통하여 SSC(29)에 의하여 이루어지며, 센서들 및/또는 그와 연관된 로직을 포함할 수 있다. 그러한 센서들 및 실행 회로는 상세히 도시하지는 않지만, 도 5의 모드 상태 테이블을 참조하여 연료 전지(60), 정류기(66), 및 인버터(64)의 동작 상태의 "온"/"오프" 결정이 적절한 센서들에 의하여 이루어지고, 그 후 SSC(29) 내의 로직은 차단기(80)로 적절한 명령 신호(들)를 제공하여 적절한 차단기 상태를 제공하는 것이 이해될 것이다. 이 루틴에 대한 예외는 인버터(64)가 고장을 겪을 수 있는 경우이며, 이 경우, 그 고장 검출기는 차단기(80)를 개방하는데 직접적으로 유효하게 된다. 그러한 후자의 경우에, SSC(29)로부터 차단기(80)로의 임의의 명령은 비유효하거나 "중요하지 않음(inconsequential)" 것이며, 테이블에서 "돈캐어(Don't Care)"로 라벨링된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연료 전지 전력 플랜트(18), 및 바람직하게는 그 내부의 PCS(62)는 여기서는 커패시터(75)로 도시되고, 인버터(64)에 작용적으로 접속된 저장 에너지 장치(74)를 포함한다. 상기 저장 에너지 장치(74)는 연료 전지(60)가 서비스 상태가 아닌 동안 그리드 공급(10, 10'')에서 또는, 연료 전지(60)만이 동작중인 경우, 연료 전지(60)에 의하여 인버터(64)로 제공된 전력의 과도상태 증가 및 전압의 부수적인 감소를 야기시키는 순간적인 부하 증가동안 발생할 수 있는 짧은 중단 또는 과도상태를 "진행(riding through)"하거나 "완화(smoothing)"시키기 위해 저장된 전기적 에너지의 신속한 공급을 제공한다. 각각의 경우에, 인버터(64)로의 입력에서, 허용될 수 있는 레벨, 또는 임계치 아래로의 DC 전압의 감소에 의해 상기 저장 에너지 장치(74)가 전압 강하를 진행하려는 노력으로 그 에너지의 일부를 방출한다. 상기 저장 에너지 장치(74)는 배터리 등과 같이, 커패시터(75) 이외의 형태를 취할 수 있음이 자명할 것이다. 커패시터(75)는 비교적 값이 싸고, 배터리와 같이, 각각 연료 전지(60) 및 그리드(10'')로부터의 정류기(70 및 66)의 접합부로의 그 접속에 의하여, 전기적으로 충전(및 유지)되는 장점을 갖는다.
본 발명의 상기 세가지 특징 각각은, 특히 연료 전지가 서비스 상태가 아닐 수 있는 짧은 구간동안, 조합된 연료 전지 및 종래 전력 그리드 소스에 기초한 전력 시스템으로부터 임계 부하들로의 전력의 연속적이고 균일한 흐름을 지속적으로 제공하는 것에 유리하다. 따라서, 그 이점들은 설명된 특징들의 조합, 또는 바람직하게는 모두를 포함함으로써 증가된다.
본 발명은 그 바람직한 실시예들에 관하여 설명되고 도시되었지만, 당업자는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 이전의 그리고 다양한 다른 변화들, 생략 및 추가가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 조합된 전력 시스템에서의 추가적인 신뢰성은 연료 전지 등을 위한 충분한 연료의 적절한 이용가능성을 확보하기 위한 연료 자원의 관리뿐만 아니라 시스템의 일부의 리던던시와 같은 기술에 의하여 획득될 수 있다.

Claims (12)

  1. 임계 부하(14)로 중단없는 AC 전력을 공급하는 전력 시스템(8)으로서,
    a. 적어도 하나의 연료 전지 전력 플랜트(18)를 포함하는 제1 전원(18) - 상기 제1 전원은 상기 임계 부하(14)에 공급할 충분한 전력을 정상적으로 제공하고 상기 임계 부하(14)에 정상적이고 거의 연속적으로 접속되어 전력을 제공함 - ;
    b. 상기 임계 부하(14)에 공급할 충분한 전력을 정상적으로 제공하는 제2 AC 전원(10);
    c. 상기 제1 전원(18) 및 상기 임계 부하(14)로 상기 제2 전원(10)을 선택적으로 접속 및 분리하는 고속 분리 스위칭 수단(19);
    d. 인버터(64)를 포함하는 PCS(power conditioning system)(62), 및 상기 임계 부하(14)에 공급할 AC 전력으로의 변환을 위하여 상기 인버터(64)에 DC 전력을 공급하도록 정상적으로 접속되는 연료 전지(60)를 포함하는 상기 적어도 하나의 연료 전지 전력 플랜트(18); 및
    e. 상기 임계 부하(14)로의 AC 전력의 균일하고 연속적인 공급을 강화하기 위하여 상기 제1 및 제2 전원(10, 18)중 적어도 하나에 동작적으로 접속되는 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)
    을 포함하는 전력 시스템(8).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 상기 연료 전지 전력 플랜트(18)의 PCS(62)의 인버터(64)에 동작적으로 접속되어 상기 임계 부하(14)로 전력의 균일하고 연속적인 공급을 제공하는 전력 시스템(8).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 상기 부하(14)로의 전력의 전달시 상기 제2 전원(10)에서의 일시적인 서지(surge)를 감쇠시키기 위해 적어도 서지 억제 수단(65)을 포함하는 전력 시스템(8).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 상기 부하(14)로의 전력의 전달시 상기 제2 전원(10)에서의 일시적인 서지를 감쇠시키기 위해 적어도 서지 억제 수단(65)을 포함하는 전력 시스템(8).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서지 억제 수단(65)은 상기 제2 전원(10)과 직렬로 접속되어 상기 제2 전원(10)에서의 서지에 대하여 상기 부하(14)를 완충시키는 라인 필터(line filter)를 포함하는 전력 시스템(8).
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 상기 제2 전원(10)과 상기 부하(14) 사이에 동작적으로 접속되어, 상기 제2 전원(10)으로부터 상기 부하(14)로의 전력 전달을 확보하는 이중 변환 전력 접속 수단(10'', 66, 64, 70)을 적어도 포함하고, 보호 분리(protective isolation)가 증가되는 전력 시스템(8).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이중 변환 전력 접속 수단(10'', 66, 64, 70)은 상기 제2 전원(10)으로부터 상기 인버터(64)로 직렬로 접속되어(10'') 상기 제2 전원(10)으로부터 상기 부하(14)로 이중 변환된 전력을 제공하는 제1 정류기(66)를 포함하는 전력 시스템(8).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이중 변환 전력 접속 수단(10'', 66, 64, 70)은 상기 연료 전지(60)와 직렬로 접속되고 상기 제1 정류기(66) 및 상기 제2 전원(10)과 병렬로 접속되어 상기 제1 전원(18)의 상기 연료 전지(60)와 상기 제2 전원(10) 사이에서 전력의 백피딩(backfeeding)을 방지하는 제2 정류기(70)를 더 포함하는 전력 시스템(8).
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 적어도 상기 제2 전원(10)으로부터 상기 인버터(64)로의 전압의 감소 동안의 일시적인 구간동안 인버터(64)로 전기 에너지를 제공하도록 접속되는 저장 에너지 수단(74)을 적어도 포함하는 전력 시스템(8).
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 상기 제1 전원(18)의 상기 연료 전지(60) 및 상기 제2 전원(10)으로부터 상기 인버터(64)로의 전압의 감소 동안의 일시적인 구간동안 상기 인버터(64)로 전기 에너지를 제공하도록 접속된 저장 에너지 수단(74)을 적어도 포함하는 전력 시스템(8).
  11. 제10항에 있어서, 상기 저장 에너지 수단(74)은 적어도 상기 제2 전원(10) 및 상기 인버터(64)에 접속된 커패시터(75)를 포함하는 전력 시스템(8).
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전력 확보 수단(65; 10'', 66, 64, 70; 74, 75)은 상기 정류기(66)를 포함하는 적어도 상기 제2 전원(10)과 병렬로 상기 인버터(64)에 접속되어 상기 인버터(64) 및 상기 부하(14)로 전기 에너지를 일시적으로 제공하는 제3 전원(74)을 제공하는 커패시터(75), 및 상기 제2 전원(10)과 직렬로 접속되어 상기 제2 전원에서의 일시적인 서지를 억제하고 감쇠하여 상기 부하(14)를 보호하는 라인 필터(65)를 더 포함하는 시스템(8).
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