KR20050088107A - 무정전 전원 공급기 및 발전기 시스템 - Google Patents

무정전 전원 공급기 및 발전기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실질적으로 부하에 무정전 전력을 제공하기 위한 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 및 장치와 제어 시스템을 제공한다. 상기 장치(220, 221)는 전력 저장 서스시스템(1000)과 전력 발생기(1030)에 결합된 제어 시스템(221)을 포함한다. 상기 제어 시스템은 적어도 정적 보상기(STATCOM) 모드, 무정전 전원 공급기(UPS) 모드 및 발전기 모드를 포함하는 다수의 동작 모드들을 제공하여 각각의 상기 다수의 모드들 간의 전이들을 제어하도록 구성된다.

Description

무정전 전원 공급기 및 발전기 시스템 {UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY AND GENERATOR SYSTEM}
본 출원은 2002년 12월 6일에 출원된 미국 가 출원(출원 번호: 60/431,464, 제목: INTEGRATED CLOSED LOOP CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR COMBINED UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY AND GENERATOR SYSTEM)의 우선일을 35 U.S.C. 119(e) 하에서 인정받으며, 상기 가 출원은 본 명세서에서 참조로써 병합된다.
본 발명은 일반적으로 제어 시스템에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 전력 조절 시스템(power conditioning system)에서 모듈들의 플러그-앤-플레이(plug-and-play) 통합을 허용하는 제어 시스템에 관한 것이다.
감응성 부하(sensitive loads)에 공급되는 그리드 또는 유틸리티 라인 전력의 질과 신뢰성을 개선하기 위한 서로 다른 장치들이 해당 분야에 공지된다. 정적 보상기(STATCOM), 온-라인 무정전 전원 공급 장치(UPS) 및 오프-라인 UPS가 상기 장치들의 세 가지 예이다. UPS는 또한 장기간 정전을 위해 발전기 또는 전력 발생기(gen set)로 상호동작될 수도 있다.
도 1a는 전형적인 STATCOM(100)을 도시하는데, 전압 소스 변환기(VSC)(102)는 분로-연결된 변압기(107)를 통해 부하(106)를 공급하는 AC 시스템(104)에 연결된다. 커패시터(109)는 VSC(102)의 DC 단자들(108)에 연결되는데, 대개 VSC(102)의 핵심 부품이다. VSC(102)는 무효 전력을 주입하거나 흡수함으로써 선전압을 제어한다. STATCOM은 부하의 과도적 또는 변화하는 무효 전력 요구치로부터 발생하는 부하 전압 요동을 제어하는데 이용된다. STATCOM이 상대적으로 낮은 운영 비용을 갖는 반면, STATCOM은 유효 전력을 제공하지 않으므로 단락 회로 상태나 유효 전력 제공이 요구되는 때에 작동하지 않는다. 더욱이, STATCOM은 그리드 고장 또는 스위칭 이벤트로 인한 전압 요동을 정정하는데 제한된 능력을 갖는다.
도 1b는 예시적인 온-라인 UPS 시스템(110)의 주요 컴포넌트들의 블록도를 도시한다. 이러한 UPS 시스템(110)은 정상 동작 중에는 온-라인인데, 온-라인 동작은 정류기(114)를 통해 그리드 또는 유틸리티(112)로부터의 에너지를 AC에서 DC로 변환하는 단계, 배터리(116)를 완전 충전으로 유지시키는 단계, 및 상기 에너지를 인버터(120)를 통해 AC-시스템으로 변환시킴으로써 이중 변환되는 단계를 포함한다. 정적 바이패스 스위치(123) 및 기계적 바이패스 스위치(124)는 정상적으로는 열린 상태이다. UPS 시스템(110)은 전형적으로 바이패스 소스(126) 또는 그리드(112)와 동기화되도록 동작한다. 화학적 배터리(116)는 브리징 중지를 위한 에너지 저장으로써 이용된다. 시스템(110)이 이상 동작하는 경우에, 기계적 스위치(124)는 그리드(112) 또는 바이패스 공급 장치(126)를 부하(130)에 직접 연결시킴으로써 동작하게 한다. 부하 어셈블리가 이상 동작하는 경우에는, 정적 바이패스 스위치(123)는 퓨즈 조정을 위해 단락 회로 용량을 증가시키도록 닫혀진다. 그리드가 이상 동작하는 경우에, 정류기(114)는 차단되고, 부하(130) 상의 교란 없이 배터리(116)로부터 에너지가 취해진다.
온-라인 UPS(110)는 상대적으로 낮은 효율 및 높은 운영 비용을 가져오는 이중 변환을 요한다. 더욱이, 그리드(112)는 부하로부터 디커플링되고, 이에 의해 그리드 교란 하에서는 부하 전압 상에 과도가 존재하지 않는다. 단락 회로 용량은 정적 바이패스 스위치(123)를 닫음으로써 제공된다.
도 1c는 전형적 오프-라인 UPS(140)의 주요 컴포넌트의 블록도를 도시한다. 오프-라인 UPS(140)는 정상 동작 동안에 오프-라인인데, 상기 오프-라인 동작으로 인해 고체 차단기(SSB)(112)는 닫혀지고, 기계적 바이패스 스위치(124)는 열려지며, 정적 변환기(142)는 배터리(116)를 완전 충전 상태로 유지시킨다. 화학적 배터리(116)는 전형적으로 브리징 중지를 위해 에너지 저장으로써 이용된다. 그리드의 중지 및 새그(sag) 상태는 부하 또는 부하 어셈블리(130)를 보호하기 위해서 신속히 감지되어 보상되어야만 한다. 부하 어셈블리가 이상 동작하는 경우에, SSB(122)는 퓨즈 조정을 위해 그리드 단락 회로 용량을 이용하도록 닫혀진 채로 유지된다. 오프-라인 UPS 시스템(140)이 이상 동작하는 경우에, 기계적 바이패스 스위치(124)는 그리드(112)를 부하(130)에 직접 연결시킴으로써 동작을 허용한다. 그리드가 이상 동작하는 경우에, SSB(122)는 열려질 것이고 변환기(142)는 부하를 공급한다. 오프-라인 UPS(140)는 상대적으로 낮은 운영 비용으로 작동한다. 그리드(112)는 부하(130)에 결합되므로, SSB가 열릴 때까지 그리드 교란은 대기 상태(정상 동작) 하에서 부하(130)로 전달된다.
도 2는 장기간 정전 동안에 발전기 또는 전력 발생기(152)와 협력하는 오프-라인 UPS(150)를 구비하는 UPS 시스템(148)의 블록도를 도시한다. 오프-라인 UPS(150)는 변환기(154) 및 에너지 저장 장치(116)로 구성되는데, 상기 저장 장치는 예를 들어, 화학적 배터리, 화학적 배터리들의 어레이, 또는 다른 저장 장치들 또는 시스템들을 들 수 있다. 변환기(154)는 신속한 동적 특성을 제공한다. 그러나, 상기 변환기에서 전형적으로 이용되는 변환기 전력 반도체(반도체들)는 실질적으로 과부하 용량을 갖지 않는다. 수반되는 UPS 제어 시스템(미도시됨)은 중지 또는 새그의 이벤트시에 스위치(156)의 동작을 제공하고, 배터리의 적절한 충전을 제공한다.
장기간 정전 동안에 독립적인 전력 발생기(152)는 직접 AC-시스템의 부하 측에 연결된다. 상기 전력 발생기(152)는 전원(예를 들어, 천연 가스, 디젤 엔진, 가솔린 엔진 또는 다른 엔진) 및 기계-전기 변환 장치(즉, 발전기)로 구성된다. 수반되는 전력 발생기 제어 시스템(미도시됨)은 유효 전력을 생성하는 샤프트의 토크 및 속도를 제어한다. 독립적 전력 발생기를 갖는 기존의 오프-라인 UPS에서는, 발전기 새그 제어 시스템은 UPS 제어 시스템과 협력하지 않는다. 샤프트 속도(예를 들어, 초당 공전수)는 대개 전기적 시스템 주파수(예를 들어, 초당 주기 또는 헤르즈(Hertz))와 일치한다. 전형적으로, 전력 발생기는 동적 전압(또는 전류) 및 큰 오버헤드 용량에 대해 긴 응답 시간을 갖는다. 긴 응답 시간은 회전 질량 및 운동량을 갖는 전자-기계적인 발진기 과정의 결과이다. 수 헤르즈 범위의 시스템 공진 주파수가 일반적이다.
전력 발생기(152) 및 UPS(150)는 각각 전형적으로 자기 자신의 독립적인 폐루프 제어 장치(미도시됨)를 갖는다. UPS 시스템(148)의 작동 원리는 다음과 같이 두개의 독립적 전력 발생기(152) 및 UPS(150) 장치의 동작을 제공한다.
1. 대기 모드 : 전력 발생기(152)는 동작하지 않고, UPS(150)는 대기 모드이지만, 부하와 전력을 교환하지는 않는다(저장소 충전을 유지하고 있음). 시스템(148) 제어 시스템(미도시됨)은 그리드 전압을 모니터링한다. 스위치(156)는 닫혀진다.
2. 그리드 측의 교란 : 시스템(148)은 스위치(156)가 열리도록 초기화한다. 부하(130)는 UPS(150)로 넘겨진다(섬 모드). 저장 장치(116)의 에너지 함유량에 따라 전력 발생기(152)가 시작된다.
3. 정전이 단기간이기만 하다면, 시스템(148)은 스위치(156)가 닫히도록 초기화한다. 부하(130)는 그리드(122)로 넘겨진다. 저장 장치(116)는 충전되고, 대기 모드로 다시 이동한다. 전력 발생기(152)는 동작하지 않는다.
4. 정전이 장기간이라면, 시스템(148)은 UPS(150)에서 전력 발생기(152)로 이동한다. UPS 시스템(150)은 대기 모드를 유지하고, 스위치(156)는 열린다.
5. 장기간 정전이 종료되면, 시스템(148)은 스위치(156)가 닫히도록 초기화한다. 부하(130)는 그리드(112)로 이동된다.
장기간 동작인 경우에, 전력 발생기(152)는 부하에 유효 전력을 제공한다. 이러한 UPS 시스템(148)의 동작은 전력 발생기(156) 또는 UPS(150)로 하여금 임의의 주어신 간에 동작하도록 한다. 공통 제어 또는 조정 또는 동시 동작은 없고, 단지 전력 발생기의 개별적 분리 제어 및 각각 순차적으로 동작하는 UPS 만이 존재한다. 이러한 동작 원리의 단점을 들면, 특히 발전기 동작 중에는 UPS의 양호한 동적 특성(즉, 부하 및 주파수 안정화에서 무효 또는 유효 전력 편차에 대한 신속한 응답)이 이용되거나 달성될 수 없는데, 왜냐하면 이용 가능한 공통 제어 장치가 없기 때문이다.
대기 전력 발생기가 신속한 시작/동작 유형(예를 들어, 1800rpm에서 동작하는 유형)의 디젤 전력 발생기(DGS)일지라도, 상기 전력 발생기를 윤활 시스템 가열로 개시 동안에는 제한된 동작 특성을 제공한다. 이러한 시스템들에서 시작 단계는 전형적으로 부하 엘리먼트들을 스위칭 한 이후에 공칭 속도(무부하)가 도달되기까지의 바로 전의 5 내지 8 초일 수 있다.
DGS 부하 연결 또는 스위치-인(switch-in) 및 거부(rejection)는, 주파수 편차가 정상 상태 값(예를 들어, 제어 불감 시간, 연로 주입 시간 상수 및 정착 시간)으로 도달하기까지 최소 2 내지 5초가 소요되는 속도 및 주파수 편차를 생성한다. 개시의 경우에 있어서, 이러한 주기는 공칭 속도를 얻기 위해 필요한 5초 내지 8초를 추가해야만 하고, 위에서 설명한 것처럼 개시 및 안정화를 위한 총 시간은 적어도 7초 내지 13 초 또는 그 이상일 수 있다. 도 3은 부하 스위칭 동안의 전형적인 주파수(160) 특성을 도시한다. 전형적 주파수 편차는 대기 디젤 전력 발생기의 부하 변화(스위치-인 및 거부)에 의한 속도 편차로부터 기인한다. 소위 동적 편차는 다음에 의존한다.
- 관성(엔진의 회전 질량) : 작은 관성 ⇒ 큰 편위
- 터보-충전 : 충전 정도가 높아질수록 ⇒ 편차가 커짐
- 스위칭에 영향을 받는 부하의 크기 : 부하 크기가 클수록 ⇒ 편차가 커짐.
수 초동안 유지하는 주파수 편차(전형적으로 정격 주파수의 대략 10%, 또는 60Hz에 대해 약 ±6Hz 또는 50Hz에 대해 약 ±5Hz)는 컴퓨터 스크린, TV 세트 및 그러한 다른 장치들과 같은 주파수 의존 부하들에 문제 또는 심각한 손상을 입힐 수도 있다. 전원 시스템들에 연결된 기존의 공칭 그리드에서 정상 상태 주파수 편차는 ±0.1Hz 이내이고, 시스템 주파수(60Hz)의 58.5Hz 이하의 주파수에서(즉 1.5Hz의 강하) 부하 감소(load shedding)가 발생한다.
부하 인계는 디젤 및 전력 발생기의 제한된 크기(경제적 이유로 인해 장비의 크기는 대개 부하의 크기보다 훨씬 크지는 않음) 뿐만 아니라 위에서 설명한 것과 같은 급격한 속도 편차(즉, 급격한 주파수 편위)로 인해 단계식(예를 들어, 3 단계)으로 발생한다.
주파수 편차 및 위에서 설명된 부하 인계 제한을 피하기 위해, 시스템 설계자들은 부하보다 5배 정도 더 큰 크기의 전력 발생기를 지정할 수 있고, 이는 경제적 제재를 가져오게 된다.
전압 소스 변환기(VSC)가 변환기(154)에 대해 이용되면, STATCOM 작동이 가능하고 무효 전력을 교환하며 손실량 보상을 위해 유효 전력을 흡수하게 된다. 그러나, 기존의 UPS 플러스 전력 발생기 시스템에서, 전력 발생기로 이동되어 동작하는 동안에 4-쿼드런트 전압 소스 변환기(VSC)를 사용하는 데 대한 완전한 기능적 이점이 구현되지는 않는데, 그 이유는 적어도 UPS 제어 및 전력 발생기 제어가 개별적으로 협력하지 않기 때문이다. 기존의 제어 시스템들은 시스템 설계자들로 하여금 변환기(도 2 참조)에 대해 VSC를 선택함에 있어서 많은 동기 및 융통성을 제공하지는 않는데, 그 이유는 VSC의 완전한 용량은 이용 가능한 기존의 제어 시스템 기술로는 보장되지 않기 때문이다.
도 1a는 기존의 정적 보상기(STATCOM)의 주요 컴포넌트들의 블록도.
도 1b는 기존의 온-라인 무정전 전원 공급 장치(UPS)의 주요 컴포넌트들의 블록도.
도 1c는 기존의 오프-라인 UPS의 주요 컴포넌트들의 블록도.
도 2는 장기간 정전 동안 발전기 또는 전력 발생기와 협력하는 오프-라인 UPS를 갖는 기존의 UPS 시스템의 블록도.
도 3은 부하 스위칭 동안의 전형적인 주파수 특성을 도시한 도면.
도 4a는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 예시적 실시예의 간략화된 블록도.
도 4b는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 다른 실시예의 간략화된 블록도.
도 4c는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 다른 실시예의 간략화된 블록도.
도 5는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 다른 일반적 실시예의 간략화된 블록도.
도 6은 전압 소스 제어기와 일체 성형된 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 다른 실시예의 간략화된 블록도.
도 7a는 다중 모드 제어 및 운영을 갖는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 다른 실시예의 간략화된 블록도.
도 7b는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 다른 실시예의 간략화된 블록도.
도 8a는 다중 모드 제어 및 운영을 갖는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 일실시예의 일구현예의 간략화된 블록도.
도 8b는 다중 모드 제어 및 운영을 갖는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 일실시예의 일구현예의 간략화된 블록도.
도 9a는 제어 모드들, 모드들 사이의 전이, 및 모드들과 관련된 파라미터들의 일실시예의 간략화된 흐름도.
도 9b는 제어 모드들, 모드들 사이의 전이, 및 모드들과 관련된 파라미터들의 다른 실시예의 간략화된 흐름도.
도 10은 변환기 전류 제어기의 일실시예의 일구현예를 도시하는 간략화된 블록도.
도 11은 변환기 전압 제어기의 일실시예의 일구현예를 도시하는 간략화된 블록도.
도 12는 감지 및 모드 선택 장치의 일실시예의 일구현예의 블록도.
도 13a는 SMES 에너지원을 갖는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 일실시예의 일구현예의 간략화된 블록도.
도 13b는 플라이휠을 갖는 본 발명의 전원 장치 또는 시스템의 일실시예의 일구현예의 간략화된 블록도.
도 14a는 전압 새그 동안에 삼상 그리드 전압의 그래픽적 표현도.
도 14b는 전압 새그 동안에 삼상 부하 전압의 그래픽적 표현도.
도 14c는 새그에 대한 시스템의 신속한 응답을 보여주는 그리드 전압 및 부하 전압 진폭의 그랙픽적 표현도.
도 14d는 삼상 부하 전류의 그래픽적 표현도.
도 14e는 부하로의 VSC 및 저장 공급 장치에 의해 공급되는 삼상 보상 전류의 그래픽적 표현도.
도 15a는 VSC에서 전력 발생기로의 부하 전이로 공급되는 전압으로써의부하 전압을 그랙픽적으로 도시한 도면.
도 15b는 전력 발생기가 인계하여 부하에 전력을 공급할 때 그리드 전압 및 부하 전압의 진폭을 그래픽적으로 도시한 도면.
도 15c는 전력 발생기가 인계할 때 삼상 부하 전류를 그래픽적으로 도시한 도면.
도 15d는 부하 공유 램프가 VSC를 다운시킬때 삼상 VSC 전류를 그래픽적으로 도시한 도면.
도 15e는 부하 공유 램프가 부하에 공급되는 전력 발생기 전류를 업시킬 때 삼상 발전기 전류를 그래픽적으로 도시한 도면.
본 발명은 무정전 전원 공급 장치(UPS) 능력, 및 전압 소스 변환기, 저장된 에너지원, 및/또는 일체 성형된 제어 시스템과 함께 발전기를 이용하는 운용 모드를 제공하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 기존의 무정전 전원 공급 장치(UPS)에 대해 더 우수한 성능 특성을 제공하고, 임계 부하에 대해, 또는 전기적 정송 및 분배 그리드에서 중요 컴포넌트들을 안정화시키기 위해 이용될 수도 있다. 방법 및 장치 성능 개선 및 최적화 또는 근-최적화는 무정전 전원 공급 장치를 제공하는 시스템 하드웨어 및 다른 컴포넌트 선택 및 운용으로 달성된다. 특정하게는, 본 발명은 기존의 UPS 시스템들의 모든 하드웨어 및 제어를 필요로 하지 않으면서 UPS 동작 모드를 제공하기 위해 기존의 UPS의 변환기 컴포넌트에 대해 전압 소스 변환기를 완전히 이용할 수 있도록 하는 것이다. 더욱이, VSC가 디플로이됨에 의해, 본 발명의 제어 방법 및 장치는 UPS로 하여금 유효 전력 및 무효 전력을 독립적으로 주입 또는 흡수하여 부하 전력을 제공하면서 동시에 부하 전압을 제어하도록 한다. 더욱이, VSC 기능성은 하나의 동작 모드에서 다른 동작 모드로 전이되는 동안, 및 선택적으로 연결된 전력 발생기의 동작 동안에 보존된다.
일실시예에서, 장기간 정전의 이벤트에 있어서, 전력 발생기와 같은 발전기 모듈은 부하에 전력을 제공한다. 이러한 주기 동안에, 본 발명의 UPS는 대기 모드에서 동작하지만, 무효 전력 및 유효 전력을 능동적으로 교환하며 필요시 저장 장치를 재충전한다. 대기 또는 충전 모드에서 UPS는 무효 전력의 주입 및 흡수를 계속한다. 그러므로, UPS 및 전력 발생기가 동작한다. 일실시예에서, 전체 장치는 단일 협력 폐루프 제어로써 모든 동작 모드들에서 UPS 및 전력 발생기를 동시에 그리고 결합하여 제어하기 위한 제어 시스템 및 방법을 제공함으로써 최적화된다.
그러므로, 본 발명의 방법 및 장치는 단기간 또는 장기간이든간에 부하의 무효 전력 요구치에 응답하기 위해 전체 이벤트 지속 기간에 대해 정적 보상기(STATCOM)로써 UPS를 동작시킴으로써 기존의 시스템 및 방법보다 우수한 성능을 가져온다. 또한, 새로운 방법 및 장치의 실시예는 유효 전력을 제공하거나 흡수하고, 섬 상태(부하가 전력 그리드로부터 고립되고 단기간 주기에 걸쳐 급격히 변화할 수 있음)하에서 동적 특성을 개선하고 대개는 최적화하며, UPS에 의한 부하 선택, UPS 및 전력 발생기 사이의 인계 및 그리드로의 재 동기화를 포함한 과도 상태 동안의 특성을 최적화하거나 근 최적화시킴으로써 동적 부하 레벨링을 수행한다. 본 발명의 방법은 컴퓨터 지시어들을 실생시키기 위한 프로세서 및 데이터, 지시어 및 명령어를 저장하기 위한 결합된 메모리를 갖는 일반적 또는 특별한 목적의 컴퓨터 상에서 실행하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로써 유리하게 구현될 수도 있다.
유리한 일응용예에서, 본 발명의 새로운 방법 및 장치는 전압 교란 및 그리드 측 상의 정전시에도 정상적 전기 부하 더욱 상세하게는 반도체 제조 공장, 데이터 센터, 인터넷 또는 데이터 서버 집합, 및 다른 민감성 부하에 전력을 제공한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 정적 보상기 또는 STATCOM의 전압 소스 변환기(VSC)(240)은 VSC(240)의 직류 단자(208)에서 에너지 저장 장치(1000)에 연결될 수 있다. VSC(240)는 에너지 저장 장치(1000)로부터의 실효 전력을 유도하고, 일시적 시스템 지원을 제공하기 위해 상기 유도된 전력을 교류 전력으로써 전달한다. VSC(240)는 또한 무효 전력을 주입하거나 흡수함으로써 선 전압을 제어할 수 있다. VSC는 또한 에너지 저장 장치를 충전된 상태로 유지시키기 위해 AC 시스템으로부터의 에너지 흡수를 제어할 수 있다.
도 4b는 본 발명에 따른 전원 시스템(220)의 일실시예의 블록도로서, 상기 전원 시스템(220)은 다수의 모듈들을 포함한다. 예를 들어, 전원 시스템(220)은 AC 상호 연결 모듈(1020), 전력 조정 모듈(1010), 시스템 제어(220)(적어도 본 실시예에서는 일체 성형된 협력형 시스템 제어 세트임), 및 에너지 저장 모듈(1000)을 포함한다. 상기 일체 성형된 협력형 시스템 제어 세트는 일반적 또는 특별 목적의 컴퓨터 상의 컴퓨터 프로그램으로써 유리하게 구현될 수도 있다. 상기 협력형 시스템 제어의 실시예들의 추가의 구현예 및 실시예는 도 8 및 도 9, 및 명세서와 관련하여 도시되고 설명된다. 전원 시스템(220)은 유틸리티(224)의 단기간 정잔 동안에 부하(222)에 대해 실효 전력 및 무효 전력을 제공하도록 설계된다. 전원 시스템(220)은 오프-라인 동작한다. 전압 교란이 그리드 또는 유틸리티(224) 상에서 감지될 때, 시스템(220)은 그리드 또는 유틸리티(224)로부터의 완전환 비연결을 생성하고, 에너지 저장 모듈(1000)을 통한 부하(222)로의 전력 백업을 제공한다. 전원 시스템(220)은 정적 보상기(STATCOM), 및 협력 동작하는 기존의 무정전 오프-라인 무정전 전원 공급 장치(UPS)의 성능 특성을 제공한다.
개별적 모듈 뿐만 아니라 운영 및 제어 장치의 전체적 시스템 및 방법은 바람직하게 기술과는 무관하다 - 즉, 제한 없이 다양한 기술을 적용한다. 에너지 저장 모듈(1000)은 예를들어 배터리들, 연료 전지들, 초전도체 자석들(SMES), 전기화학 커패시터들, 플라이휠들, 다른 에너지 저장 메카니즘들, 시스템들, 또는 종래에 공지된 방법들, 또는 이들 에너지 저장 메카니즘들, 시스템들, 또는 방법들의 임의의 조합에 의해 실행될 수 있다. AC 접속 모듈(1020)에서 버스 바아를 가진 전력 조절 모듈(1010) 및 정적 절연 스위치(1040)는 고체 기술 및 물리적 장치들로 실행되지만, 당업자는 다른 기술들이 목표된 동작 및 기능을 달성하기 위하여 이들 특징들을 구현하도록 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 4C는 보다 오랜 기간 인터럽트를 위한 전력을 제공하기 위한 전력 생성 모듈(1030)을 더 포함하는 전력 시스템(220)의 다른 실시예를 도시한다. 다시, 전압 혼란(disturbance)은 그리드 또는 유틸리티(224)에서 감지되고, 시스템(220)은 로부터 그리드 또는 유틸리티(224)로부터 완전한 분리를 형성하고 전력 생성 소스를 부하(222)에 다시 백업하는 풀 램프업(full ramp-up)을 제공한다. 시스템은 협력하여 동작하는 다른 전력 생성 소스뿐 아니라, 정적 보상기(STATCOM) 및 종래 오프 라인 언인터트럽트 가능한 전원(UPS)의 성능 특성을 제공한다. 예를들어, 본 발명의 제어 방법 및 장치는 생성 모드뿐 아니라 다른 동작 모드들에서 전이 및 동작 동안 STATCOM 성능 특성들을 달성한다. 상기된 바와같이, 전체 시스템 및 방법 및 개별 모듈들 및 모듈 방법은 바람직하게 독립된 기술 형태이다.
전력 생성 모듈(1030)은 예를들어 연소 터빈들, 마이크로 터빈들, 디젤 전력 발생기들(gen set)(AC- 또는 DC 접속됨), 내부 연소(IC) 엔진들, 연료 전지들 및 종래에 공지된 다른 전력 생성 메카니즘들 또는 이들 기술들의 임의의 조합으로 실행될 수 있다. 여기에 사용되고 종래에 공지된 디젤 전력 발생기는 예를들어 디젤 엔진(또는 다른 발동기) 및 전기 동기화 생성기(또는 동역학 에너지에서 전기 에너지로의 다른 전환기)이다. 생성 모듈(1030)이 선택적이고 상기 시스템으로 인해 보다 긴 전력 인터럽트 동안 전용 연료 공급기(임의의 타입)로부터 전력을 제공하도록 하는 것이 이해된다. 생성 모듈없이 전력 시스템(220)은 보다 짧은 기간 인터럽션 동안 여전히 실 전력 및 반응 전력을 제공할 수 있다.
전력 시스템에 대한 제어 모듈은 전력 전자제품, 에너지 저장부 및 다른 전력 생성부를 포함하는 도 5에 도시된 전력 시스템(220) 같은 전력 시스템을 포함하는 하나 이상, 즉 다수의 모듈들을 을 활성화 및 조절하기 위하여 제공된다. 도 5에 도시된 전력 시스템(220)에서, 예를들어 제어 모듈(221)은 에너지 저장 모듈(1000), 전력 조절 모듈(1010), AC 상호접속 모듈(1020), 및 선택적 생성 모듈(1030)(선택적 DC 접속 생성기 1032로서 도 5에 도시됨)을 포함하는 다수의 전력 시스템 모듈들과 상호작용한다. 제어 모듈(221)을 가진 전력 시스템(220)은 오프라인 동작하고 바람직하게 5 내지 40MW 범위내 임의의 범위의 전력 레벨들을 수용하고 전기 변전소 레벨에서 동작할 수 있다. 그러나, 하기 설명으로 인해, 본 발명의 실시예가 5MW 이하 및 40MW 이상의 범위뿐 아니라 5MW 및 40MW 사이의 범위를 포함하는 다양한 전력 레벨들에 적용할 수 있다는 것이 이해된다.
전력 시스템(220)은 전기 시스템들(또는 VAR 지지부)의 리액티브 지지부를 제공할 수 있다. VAR 지지부를 제공하기 위하여, 예를들어 STATCOM 또는 전압 소스 변환기(VSC)를 사용하는 정적 동기화 생성기는 도 6에 도시된 바와같이 제공될 수 있다. 도 6은 고체 차단기(SSB)(262)와 직렬로 VSC(240)를 사용하는 STATCOM 및 제어 시스템(221)을 포함하는 예시적인 전력 시스템(220)을 도시한다. 에너지 저장 모듈(1000)은 VSC(240)에 접속된다. 생성 거절 및/또는 부하 거절 같은 시스템 전이 동안, VSC(240) 용량들은 변환기의 특정 용량내에서 부하 어셈블리를 지원하기 위하여 사용된다. 게다가, 도 6은 생성 모듈(1030), 즉 AC 접속형 세트(1031) 및 DC 접속형 세트(1032)의 2개의 실시예들을 도시한다. DC 접속형 세트의 사용은 부가적인 제어 정류기(1080)를 요구한다. AC 접속 생성기에 비해 DC 접속 생성기의 주된 장점은 부하 획득전에 전력 발생기 동기화가 없고(보다 빠른 부하 픽업), 즉 갑작스러운 변화들후 나머지 부하들에 감소된 충격이 제공되고, 저장 시스템과 원동기 사이의 조정이 보다 간단하다는 것이다.
상기된 여러 모듈들중 다양한 특정 실시예들은 다양한 특정 제어 변수들 및 제어 시스템들을 가진다. 일실시예에서, 예를들어 제어 모듈(221)은 하나 이상의 개별 전력 시스템 모듈들, 예를들어 에너지 저장 모듈(1000), 전력 조절 모듈(1010), AC 상호접속 모듈(1020), 및 생성 모듈(1030)에 개별적으로 또는 집합적으로 대응하는 하나 이상의 장치 특정 모듈들 및 베이스 시스템 제어 모듈을 포함한다. 따라서, 기술 독립적 모듈들이 사용되도록 하는 시스템(220)외에, 제어 시스템은 시스템(220)의 특정 모듈 또는 장치를 제어하도록 설계된 독립적 제어 모듈들을 포함한다. 만약 에너지 저장 모듈(1000)이 배터리 에너지 저장부(BES)를 포함하면, BES를 제어하기 위하여 특정하게 설계된 개별 제어 모듈은 제어 시스템(221)의 베이스 시스템 제어 모듈과 함께 사용될 수 있다. 만약 에너지 저장 모듈(1000)이 초전도체 자기 에너지 시스템(SMES)을 포함하면, 제어 시스템은 SMES 등을 제어하기 위하여 설계된 여러 모듈을 포함한다.
일실시예에서 예를들어 제어 모듈(221)의 모듈들을 포함하는 시스템(220)의 개별 모듈들은 바람직하게 그러나 선택적으로 제어 모듈들의 "플러그 앤드 플레이" 상호교환을 허용하도록 설계된다. 이 실시예에서, 제어 모듈(221)은 다양한 다른 제어 모듈들을 베이스 시스템 제어 모듈에 "플러깅"하고, 모듈 특정 변수들 및/또는 파라미터들 또는 제어 값들 및 룰들을 설정함으로써 여러 시스템 애플리케이션들이 실행되도록 한다. 본 발명의 목적을 위한 "플러깅"은 베이스 시스템 제어부에 물리적으로 플러그되거나 그렇지 않으면 동작 가능하게 접속되거나 결합되게 하거나, 베이스 시스템 제어 모듈은 시스템의 특정 모듈 또는 장치에 대한 선택 메뉴로부터 재프로그램되거나 선택될 수 있는 표준 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 따라서, 플러그 앤드 플레이 베이스 시스템은 시스템(220)의 주 구조에 의해 표시된 바와같은 제어 모듈들의 확장, 감소 또는 교환을 위하여 제어 모듈을 제어한다. 또한, 동작 시간 또는 비가동 시간의 혼란이 거의 없거나 없이 유지가 용이하다.
전력 시스템(220)의 하나의 특히 바람직한 실시예는 에너지 저장 모듈(1000) 같은 산화납 배터리(1060) 및 생성 모듈(1030) 같은 DC 접속 전력 발생기(1032)를 사용하는 것이 도 7A에 도시된다. 제어 모듈(221)은 바람직하게 모드 선택 유니트(1080), 베이스 시스템 제어 모듈(1090), 에너지 저장 제어 모듈(2000), 및 다른 전원 제어 모듈(2010)을 통합한다. DC 접속 생성기를 도시하는 다른 실시예는 도 7B에 도시된다.
이 실시예에서, 에너지 저장 제어 모듈(2000)은 배터리 에너지 저장(BES) 제어 모듈이고, 다른 전원 제어 모듈(2010)은 도시된 바와같이 DC 접속 전력 발생기(1032)의 제어에 적당한다. 상기된 바와같이, 개별 제어 모듈들(2000 및 2010)은 필요한 만큼 교환될 수 있는 선택적 플러그 앤드 플레이 모듈들이다. 따라서, 만약 시스템의 배터리(1060)가 SMES 장치 같은 다른 에너지 저장 장치에 의해 대체되면, 배터리 저장 제어 모듈은 SMES 장치를 제어하기 위하여 특히 설계된 다른 에너지 저장 제어 모듈로 대체될 수 있다(새로운 하드웨어 및 소프트웨어 제어 모듈로 또는 제어 모듈을 재프로그램함으로써). 유사하게, 만약 다른 형태의 배터리가 나트륨 황 배터리 처럼 사용되면, 배터리 에너지 저장 제어 모듈은 나트륨 황 배터리에 의해 필요한 특정 충전 및 방전 제어를 제공하기 위하여 대체되거나 재프로그램될 수 있다. 제어 모듈들은 광범위하고 본 출원에 적합하도록 프로그램들 또는 모드들 사이에서 스위칭된다. 도 7A가 다른 특정 논의를 위하여 본 발명의 실시예들의 일실시예를 도시하고, 본 발명의 개념, 시스템 및 방법이 다양한 특정 실시예들에 응용할 수 있다는 것은 이해된다.
배터리 에너지 저장 제어 모듈(2000)은 화학 배터리 공급기에 의해 제공될 배터리 관리 및 배터리 관리 시스템들을 포함할 수 있다. 이들 특징들은 배터링 타입 및 바람직한 용도 및 연장된 수명에 대한 배터리 셀 특정 지식을 통합할 수 있다. 특정 충전 및 방전 처리 형태의 배터리 조절은 바람직하지만 선택 가능하게 제어 시스템의 충전 제어 및 방전 제어 기능들에서 실행된다. 충전 및 방전 제어 기능 파라미터들은 예를들어 배터리 모델들 형태, 충전 및 방전 특성들, 또는 배터리 제어에 필요하고 종래 기술에 공지된 다른 특성들에 이용 가능하다.
전력 발생기(1032) 같은 디젤 전력 발생기들은 제어 패키지 반영 시작/정지 제어들, 연료 주입 시스템 및 발전기 여기 제어를 가진 종래 기술에 공지된다. 인터페이스 및 신호 교환은 제공된 성분들 및 동작 제어 환경에서 정의된다. 상기와 같이 설정된 디젤 전력 발생기의 상기 접속은 정류기(1081) 같은 정류기를 요구하고, 이에 대해 제어 시스템(221)은 요구된 정상 상태 및 과도 성능을 제공하기 위하여 제어 수단을 통합한다.
도 7B는 부가적인 폴트 제거 전류가 접속된 부하(222)에서 폴트 제거 장치들을 동작시키기 위하여 필요한 경우 부가적인 제어되고 고체의 차단기(1035)가 바이패스 정류기(1080), 저장 모듈(1060), 및 변환기(240)에 사용되는 생성 모듈의 DC 접속의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 고체 차단기(1035)는 제어 시스템(221)에 의해 제어되고 부하측에서 폴트의 경우 전력 발생기(1032)에 대한 일시적 AC 접속을 제공하도록 폐쇄된다. 폴트가 제거된후 차단기(1035)는 다시 개방되고 시스템은 정상 동작으로 리턴한다.
도 8A는 에너지 저장 모듈(1000) 같은 배터리(1060), AC 접속 전력 발생기(1031), 생성 모듈(1030) 같은 연관된 패키지 생성기 제어부들(1033)을 포함하는 제어 시스템(221)에 의해 촉진되는 다중모드 제어 및 동작을 가지는 전력 시스템(220)의 일실시예의 블록도이다. 도시된 제어 구조 부분들은 도 7A에 도시된 개별 제어 모듈들에 대응한다. 에너지 저장 제어 모듈(2000)은 DC 링크 전압 제어부(241) 및 저장 제어 유니트(247)를 포함한다. 전기화학 배터리 제어 유니트(247)는 도 8B에서 배터리 전압 제어 유니트(244), 스위치(246), 배터리 전류 제어(245) 및 배터리 자석 시스템(243)을 포함할 수 있다. STATCOM(VSC) 제어 모듈(1090)은 부하 공유 제어부(281), 기준 값 생성기(248), Q 제어부(242), VSC 전압 제어부(232)를 포함하는 전압 제어 시스템(225), 및 펄스 패턴 생성 유니트(252)를 포함하는 몇몇 제어 유니트들을 포함한다. 이 실시예의 일실행예에서 다른 전원 제어 모듈(2010)은 동기화 유니트(285), 생성기 여기 제어부(282), 디젤 제어 시스템(552), 디젤 시작/정지 유니트(550) 및 연료 주입 시스템(554)을 포함하는 AC 접속 전력 발생기(1031)와 연관된 제어부들(1033)을 포함한다. 교류 전원 제어 모듈(2010)을 포함하는 제어 유닛들은 통상적으로 종래에 사용되고 공지된 전원의 형태에 의해 결정된다. 제어 시스템(221)은 교류 전원 제어 모듈(2010)과 인터페이스할 수 있다. 에너지 저장 제어 모듈(2000), STATCOM 제어 모듈(1090), 표류 및 정지 검출 모듈(1080), 및 교류 전원 제어 모듈(2010)은 제어 시스템(221)을 가진 제어 모듈들의 "플러그 앤드 플레이" 상호교환, 또는 특정 제어 모듈내의 재구성을 허용하도록 추가로 설계되어, 제어 시스템(221)은 임의의 시스템이 시스템(220)에 부가되거나 상기 시스템으로부터 제거되면 쉽게 변형될 수 있다.
도 8B는 DC 접속 전력 발생기가 생성 모듈(1030)로서 사용되는 경우 제어 구조의 다른 실시예를 도시한다. 제어 구조는 도 8A에 관련하여 도시되고 기술된 것과 유사하고, 정류기 제어부(3030) 및 부가적인 정류기(1080)과 연관된 정류기 펄스 패턴 생성 유니트(3031)를 포함하는 교류 전원 제어 모듈(2010)을 더 포함한다. 전기화학 배터리를 가진 AC 접속 전력 발생기에 대하여, 에너지 저장 제어 모듈(2000)은 배터리 전압 제어 유니트(244), 스위치(246), 배터리 전류 제어부(245), 및 배터리 관리 시스템(243)을 포함한다. 추가로, 도 8B에서 처럼 DC 접속 전력 발생기의 경우, 도 8A에 도시된 동기화 유니트(285) 및 부하 공유 제어부는 필요하지 않다. 에너지 저장 제어 모듈(2000), STATCOM 제어 모듈(1090), 표류 및 정지 검출 모듈(1080), 및 교류 전원 제어 모듈(2010)은 제어 시스템(221)과 제어 모듈들의 "플러그 앤드 플레이" 상호교환, 또는 특정 제어 모듈내의 재구성을 위하여 추가로 바람직하게 설계되어, 제어 시스템(221)은 만약 임의의 시스템 모듈들이 시스템(220)으로부터 부가되거나 제거되면 쉽게 변형될 수 있다.
전원 시스템(220)은 혼란이나 인터럽션이 발생할때 하나 이상의 부하들(222)에 전력을 제공함으로써 전력 그리드 또는 유틸리티 라인(224)상에 전압 혼란들 및 전력 인터럽션들을 보상하도록 구성된다. 상기 장치는 전원 시스템(220)이 다수의 동작 모드들에서 협력하고 제공하도록 하는 다중모드 제어 시스템(221)을 사용한다. 일실시예에서, 시스템(220)은 반응 전력을 주입하거나 흡수할 수 있어서, 통상적인 정적 보상기 또는 STATCOM의 구조 또는 구성요소들을 실제로 가지지 않고 정적 보상기(STATCOM 모드)로서 실질적으로 동작한다. 시스템(220) 및 연관된 방법은 짧은 기간 동안 전압 혼란들 및 전력 인터럽션들을 적어도 보상할 수 있고, 효과적으로 비인터럽트한 전력 공급기(UPS)로서 동작하고; 추가로 시스템 및 상기 방법은 엔진 구동 전기 생성기(전력 발생기) 같은 전기 생성기를 통하여 부하에 오랜 기간 전력을 공급할 수 있다. 제어 시스템(221) 및 방법은 다수의 연산 모드들중 임의의 하나 또는 결합으로 동작하거나 연산 모드들 사이의 전이들을 제어하도록 시스템(220)에 기능성 및 제어를 제공하는 전원 시스템(220)내에 포함될 수 있다. 제어 시스템은 2개 또는 그 이상의 모드들이 보다 안정된 전력을 부하들에 제공하기 위하여 동시에 동작하게 한다. 연산 모드들 사이에서 제어된 전이들은 부하에 의해 수신된 전력의 신뢰도를 크게 개선시킨다. 게다가, 고감도 부하들의 동작 연속성은 보장된다. 따라서, 전원 시스템(220)은 비인터럽트 전력을 사용하는 반도체 제조 설비들, 다른 제조 설비들, 데이터 서비스 센터들, 서버 파암들, 병원들, 응급 센터들 도는 다른 감지 부하들 같은 전력 감지 부하들을 유지한다.
제어 시스템(221)은 집적되고 협력적인 제어 방법에 의한 연속적인 비인터럽트 전력 공급 및/또는 생성을 제공한다. 제어 시스템(221)은 저장된 에너지 소스(저장 모듈 1000) 및 교류 전력 생성 시스템(1030)과 동시에 전압 소스 변환기(VSC)(240)의 동작이 모든 동작 모드들 동안 활성 및 반응 전력 모두를 주입하거나 흡수함으로써 부하 전압(주파수 및 크기)을 제어하게 한다. 실제 또는 반응 전력의 주입 또는 흡수는 부하(220)의 부족뿐 아니라 서브시스템들의 임의의 적용 가능한 성능 제한, 예를들어 이용 가능한 저장 모듈(1000)의 용량의 제한에 의해 결정된다.
다중모드 제어 시스템 또는 집적된 폐루프 제어(221)는 STATCOM, UPS, 및 동작들의 전력 발생기 모드들에 제어를 제공한다. 일실시예에서, 전류 제어부(223) 또는 전압 제어부(225)는 한번에 활성화되어, 전류 제어부(223)는 시스템(220)이 전력 발생기를 사용하여 대기 모드, 충전 모드 및 방전 모드에서 동작할때 활성화된다. 전압 제어부(225)는 전력 발생기없이 방전 모드에서 활성화된다. 제어 시스템(221)은 2개 이상의 모드들을 동시에 동작하는 것을 포함하는 다수의 모드들의 동작을 협력시킴으로서 부하에 최적 전력(또는 근 최적 전력)을 제공한다.
제어 시스템(221)은 이들 모드들중 하나인 대기 모드, 방전 모드 또는 충전 모드에서 전력 시스템(220)의 동작을 제공할뿐 아니라 임의의 이들 모드들 사이 및 이들 모드들 중에서 최소 파괴적 전이들을 위하여 제공한다. 제어 시스템(221)은 전력 시스템(220)이 전류 소스나 전압 소스로서 동작하게 한다. 전류 소스로서 동작할때, 예를들어 제어 시스템(221)은 다중 에너지 소스들, 예를들어 전력 발생기들(1031 또는 1032) 같은 생성 모듈(1030), 및 배터리(1060) 같은 저장 모듈(1000) 사이에 부하(222)를 동시에 공유하도록 한다.
도 9A는 본 발명의 일실시예에 따른 제어 모드들, 모드들 사이의 전이, 및 모드들과 연관된 파라미터들의 단순화된 흐름도(700)이다. 특히, 도 9A는 도 8A에 도시된 실시예와 같이 AC 접속 전력 발생기를 포함하는 전원 시스템(220)의 실시예에서 제어 시스템(221)에 의해 지원된 모드들을 도시한다.
제어 시스템은 일반적으로 다음과 같이 동작한다. 그리드 또는 유틸리티(224)의 정상 동작 동안, 전력 시스템(220)은 모드 A인 STATCOM으로서 작동하는 대기 모드(블록 710)에서 동작되고, 전압 기원부는 VSC(240)에 의해 제공된다.
상호접속된 유틸리티 그리드가 적당한 전력(전압, 전류 또는 전압과 전류의 결합)을 공급할 수 없을때, 제어 시스템은 모드 C인 방전 모드(블록 714)에서 동작하여, 일실시예에서 AC 접속 전력 발생기(1031) 같은 저장 유니트(1000) 및/또는 다른 전력 생성으로부터 전력을 부하에 제공한다. 이 모드에서 제어 시스템은 완전한 교류 전력 공급기를 제공하도록 동작한다.
특히, 그리드(224) 폴트의 경우, 즉 그리드가 적당한 전압, 전류 또는 전력 요구를 공급할 수 없을때, 전력 시스템(220)은 대기 및 방전 모드들 사이의 전이 모드인 모드 B(블록 712)에 진입한다. 이 전이 모드에서, 도 8A를 참조하여, 표류 및 정지 검출 모듈(1080)을 통한 SSB(262)는 공급 버스로부터 부하(222)를 분리하기 위하여 명령을 받고 그것을 특정 시간 프레임내에 배터리(1060) 같은 에너지 저장 모듈(1000)로부터 공급한다. 방전 모드인 블록(714)에서, 저장 모듈(1000)은 임의의 시간 기간 동안 부하(222)를 지원하고, 그후 부하(222)는 모드 D(블록 716), 방전 및 교류 전원 생성 모드 사이의 전이(블록 720) 동안 교류 전원에 전달될 것이다. 블록(720)에서, 부하(222)에 대한 전력은 만약 생성 모듈이 전원 시스템(220)에 포함되면 전력 발생기(1031) 같은 생성 모듈(1030)에 의해 공급된다. 전력 시스템(220) 변환기는 바람직하게 빠른 응답을 달성하고 VSC(240)를 사용하는 에너지 저장 모듈(1000)을 재충전하는 모든 시간들에서 에너지화되어 유지된다. 재충전 저장 모듈(1000)에 대한 에너지는 메인 전원, 예를들어 유틸리티(224), 또는 전력 발생기(1031) 같은 생성 모듈(1030)의 교류 전원로부터 유도될 수 있다. 만약 생성 모듈(1030)이 전력 시스템(220)에 포함되지 않으면, 제어 시스템(221)은 방전 모드의 일정한 시간 후 부하를 분리하는 한세트의 명령들을 내린다. 만약 생성 모듈(1030)로의 전력 전달이 필요하지 않으면, 제어 모듈(221)은 복구된 유틸리티(112)에 부하(130)를 재동기화한다(그리드 블록 722로 다시 복귀).
다른 설명을 위하여, 도 9B는 제어 시스템(221)의 다른 실시예, 특히 도 8B 같은 DC 접속 전력 발생기를 포함하는 실시예의 동작 모드들 및 전이들을 도시하기 위하여 제공된다. 상기 모드들은 모드 H(블록 3000)를 더 가진 도 9A와 동일하다. 이런 부가 H 모드는 부하측 폴트의 경우 전력 발생기(1032)에 대해 도 7B의 일시적 AC 접속을 지원하기 위하여 바람직하게 제공된다.
다음은 도 9A 및 9B에 도시된 다양한 동작 모드들의 다른 상세한 논의이다. 섹션 머리말들은 독자에 대한 가이드로서만 의도되고 본 발명의 개념을 제한하는 임의의 방식으로 이해되어서는 않되고, 본 발명의 다양한 측면들에 관한 정보는 이 상세한 설명의 도처에서 발견될 수 있다.
대기 모드(STATCOM 모드)
도 9A에 도시된 바와같은 대기 모드 단계 A(710)는 전원 시스템(220)에 대한 주 동작 모드이고, 이 동안 상기 단계는 STATCOM으로서 작동하고, 좁은 대역내에 부하 전압을 유지한다. 전원 시스템(220)은 에를들어 정상 상태 부하 전압의 ±15%, 바람직하게 정상 상태 부하 전압의 ±10%, 및 보다 바람직하게 정상 상태 부하 전압의 ±5%내에 부하 전압을 유지할 수 있다. 시스템(220)은 저장 유니트(1000)에 의해 부과된 손실들을 오프셋하고 적당한 에너지, 예를들어 충전, 레벨에서 배터리(1060) 같은 저장 유니트(1000)를 유지하기 위하여 작은양의 실제 전력을 공급할 수 있다. 대기 모드 동안, 시스템(220)은 전류 제어(문자 "I"가 전류를 나타내고 문자 "C"가 제어를 나타내는 경우 "IC"에 의해 도 9A에 표시된 바와같이)하에 있고, 상호접속된 유틸리티 그리드는 부하를 공급하고 시스템(220)은 전류 소스로서 작동한다.
대기 동작 모드 동안, 에너지 저장 모듈은 목표된 상태의 전하로 유지된다. VSC(240)는 요구된 시스템에 실제 및/또는 반응 전력을 제공하거나, 전압 변동을 조절하기 위하여 보상한다. VSC는 바람직하게 첨부된 에너지 저장 시스템의 손실을 보상하기 위하여 작은양의 반응 전력 및 반응 전력 생성 또는 흡수를 가진 최적 레벨에서 전압을 유지한다.
통상적으로, 대기 동작 동안, 시스템(220)은 실질적으로 도 8A의 일실시예의 배터리(1060)에서 풀 충전을 포함하는 에너지 저장 모듈(1000)을 유지한다. 그러나, 다른 실시예에서, 저장 모듈(1000)은 그리드(112)상에서 댐핑하는 진동 같은 특정 동작 모드들을 수용하기 위하여, 풀 충전(또는 임의의 다른 소정 또는 동적 결정 전하) 이하 예를들어 10% 내지 20%의 풀 충전 미만으로 유지된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 제어 시스템(221)은 일정한 부하 전력 인자, 전압 스파이크 보호, 및 고조파 제거를 허용한다.
도 9A에 도시된 바와같은 대기 모드(블록 710)에서, 표류 및 정지 검출 유니트(1080)는 시스템 혼란들을 검출하기 위한 감시부로서 작동한다. 이것은 라인-대-접지(line to ground) AC 시스템 전압들에 의해 수행될 수 있다. 상기 경우 평가될 신호들은 절대값들, 양의 위상 시퀀스 성분, 음의 위상 시퀀스 성분, 및/또는 실질적으로 AC 시스템 전압을 가리키는 임의의 다른 미터법을 포함하여, 유니트는 공급 전압 감소/증가, 임의의 위상 시퀀스 성분의 갑작스러운 증가, 및 위상 각의 단계적 상승 또는 변화들을 빠르게 검출할 수 있다. 이들 환경들로부터, 표류 및 정지 검출 모듈(1080)은 시스템(그리드) 폴트가 제공되고 추가 작동을 시작하는 것을 결정할 수 있다. 제어 시스템은 부하측과 시스템 측 폴트들 사이의 부하를 판별하고 적당한 작동들을 시작한다.
일실시예에서, 에너지 저장 모듈(1000)은 화학적 저장 셀들, 커패시터들, 전기화학 커패시터들, 초전도체 자석 에너지 저장부(SMES), 플라이휠들, 압축된 공기 에너지 저장부(CAES), 및/또는 종래 기술에 공지된 실질적으로 임의의 다른 저장 구성요소를 포함하는 하나 이상의 에너지 저장 구성요소들 또는 장치들, 또는 에너지를 저장하기 위한 구성요소들의 결합들을 포함한다. 배터리(1060)와 같은 저장 디바이스는 에너지 저장 시스템(1000)의 일부이다. 일 실시예에서, 저장 시스템(1000)은 내부 DC 링크나 다른 링크에 의해 저장 디바이스, 예를 들어 배터리(1060)와 결합된 전압 소스 변환기(VSC)(240)를 더 포함한다. VSC(240)는 또한 고체 상태 차단기 유닛(SSB)(262)을 통해 그리드(224)와 결합한다. 전류 제어로 나타낸 바와 같이 VSC(240)는 저장 디바이스, 예를 들어 배터리(1060)를 충전하고 저장 디바이스로부터 부하(222)에 전력을 공급하기 위해 그리드(224)(또는 여기서나 하기에 설명하는 발전기 소스)로부터 전력을 끌어낼 수 있다. VSC(240)는 또한 부착된 에너지 저장 디바이스(1000)의 손실을 보상하기 위한 유효 전력의 흡수에 의해 저장 유닛(236)의 전압을 최적 또는 최적에 가까운 레벨로 유지한다. 일 실시예에서, 도 8a의 저장 제어 유닛(247) 및 선택적인 DC 링크 전압 제어가 이용되어 저장 유닛(1060)의 단자 특성을 통상적으로 수행된 저장 디바이스의 전기적 동작에 따른 VSC DC 링크의 필요 조건에 매치시킨다.
STATCOM 동작은 VSC(240)에/로부터 제공되는 무효 전력의 제어를 돕는 Q-제어기(242)를 통해 얼마간 대기 모드에서 유효하다. Q-제어기(242)는 진폭 기준 부하 전압(VL,abs*)을 공급하는 기준치 발생기(248)와 결합하며, 여기서 첨자 "L, abs"는 부하 전압의 진폭을 나타낸다. 여기 제공된 설명에서, 별표 "*"는 기준 또는 설정 포인트 전압 또는 전류를 나타내고, 별표 "*" 없는 전압 또는 전류는 상대적인 실제 또는 감지된 전압 또는 전류를 나타낸다. Q-제어기(242)는 또한 변환기 전류 제어기(230)와 결합된다. 기준 진폭 부하 전압(VL,abs*)과 부하 전압(VL,abs)의 진폭의 피드백과의 비교를 기초로, Q-제어기는 전류 제어기(230)에 공급되는 기준 변환기 무효 전류(IB*)를 발생한다. 실제 무효 변환기 전류(IB)는 변환기 전류 제어기(230)에 피드백되며, 일 실시예에서 무효 변환기 전류(IB)는 VSC(240)에 의해 보상된 것과 같은 변환기 무효 전력에 비례한다.
일 실시예에서, 변환기 전류 제어기(230)의 출력은 펄스 패턴 발생 유닛(252)에 접속된다. 펄스 패턴 발생 유닛(252)은 VSC(240)의 게이트 구동 유닛(GDU)(253)에 접속되며, 펄스 패턴은 VSC(240)의 게이트 구동 신호로 변환된다. GDU를 통해 펄스 패턴 발생 유닛(252)은 VSC(240)의 전력 반도체들의 온과 오프를 전환 또는 트리거한다. VSC의 각 전력 반도체가 전도하는 시간을 제어함으로써, 결과적인 VSC AC 출력 전압의 크기 및 위상각이 제어된다. 이는 유효 및 무효 전력에 대한 독립적인 제어를 제공한다. 본 발명의 실시예는 펄스 폭 변조 기술(PWM법), 변형된 PWM법, 최적화된 펄스 패턴 기술(OPP법) 또는 실질적으로 공지된 다른 펄스 변조 기술, 이러한 기술의 확장 또는 미래에 개발되는 새로운 기술에 따라 펄스를 발생하는 펄스 패턴 발생 유닛(252)의 제공과 같이 상이한 제어 또는 제어의 조합을 제공한다. 펄스 변조 또는 펄스 패턴 기술의 선택은 통상적으로 VSC에 사용된 반도체의 종류, 스위칭 주파수, 전고주파 왜곡(THD)의 고조파 제거 및 감소의 객체 또는 그와 같은 팩터들이나 이들의 조합으로 지시될 수 있다.
일 실시예에서, 펄스 패턴 발생 유닛은 교환된 실제 변환기 무효 전류(IB)(즉, 주입되거나 흡수된 전류)가 기준 변환기 무효 전류(IB*)에 의해 설정된 값을 따르도록 VSC(240)를 제어한다. 무효 전류의 주입 또는 흡수는 부하 전압(VL,abs)의 진폭을 원하는 설정 포인트 값(VL,abs*)으로 제어하는 역할을 한다. 무효 전력 흐름은 부하(또는 시스템) AC 전압(VL,abs)의 크기에 대한 VSC AC(기본) 전압의 크기에 의해 제어된다. VSC 전압이 부하 전압 미만이면, 변환기는 무효 전력을 흡수한다. 반대로, VSC 전압이 부하 전압보다 높으면, VSC는 무효 전력을 주입한다.
VSC DC-링크에 접속된 에너지 저장 시스템의 부가는 물론, STATCOM과 같은 VSC(240)의 이용은 대부분의 경우에 DC 링크 전압 제어기를 필요로 한다(예를 들어 도 8a, 도 13a 및 도 13b 참조). DC 링크 전압 제어기는 DC 링크 전압을 일정하게 유지하고 내부 손실을 보상하도록 유리하게 동작한다.
SMES가 에너지 저장 모듈(1000)로서 이용되는 일 실시예에서, 도 13a의 DC 링크 전압 제어기(4030)는 DC 초퍼(DCC)에 의해 자석을 방전 또는 충전함으로써 DC 링크 전압을 유지하도록 유리하게 동작한다. 이 실시예의 어떤 수행에 있어서, DC 링크 전압 제어기(4030)는 DCC가 자석을 방전 또는 충전하여 DC 링크 전압을 복구하도록 DCC의 펄스 패턴 발생 유닛(4040)의 입력(IDC*)을 조절한다.
플라이휠이 에너지 저장 모듈(1000)로서 이용되는 다른 실시예에서, 도 13b의 DC 링크 전압 제어기는 전압(VDC)을 기준 전압(VDC*)과 비교함으로써 기준 전류(IW*)를 발생하여 VSC DC 링크 전압을 제어하도록 유리하게 작동한다. 또한, 플라이휠 속도는 플라이휠 충전 제어(5061)에 의해 대기 상태 동안 일정하게 유지된다.
일 실시예에서, 저장 모듈(1000)이 화학 배터리(1060)를 포함할 때 DC 링크 전압 제어기의 필요가 제외된다. 이 실시예의 어떤 수행에 있어서, DC 링크 전압은 배터리의 전압 및 전류(V/I) 특성에 의해 정의된다. 배터리 전압 제어 유닛(244)에 기준 DC-링크 전압(VDC*)을 제공하는 배터리 관리 시스템(243)에 DC-링크 전압이 인가된다. 배터리 전압 제어 유닛은 또한 DC-링크 전압(VDC)을 수신하여 DC-링크 전압(VDC)과 기준 DC-링크 전압(VDC*)을 비교한다. 배터리 관리 시스템(243)은 배터리 전류 제어 유닛(245)과 결합하여, 배터리 전류 제어 유닛(245)에 기준 DC-링크 전류(IDC*)를 공급한다. 배터리 관리 시스템(243)은 또한 DC-링크 전류를 수신하고, 기준 DC-링크 전류(IDC*)와 DC-링크 전류(IDC)와의 비교를 기초로 설정 포인트 기준 유효 전류(IW*)를 발생한다. 배터리 전압 제어 유닛(244)과 배터리 전류 제어 유닛(245)은 동작 모드에 따라 배터리 관리 시스템(243)에 의해 제어되는 스위치(246)와 결합하여 VSC 전류 제어(230)에 적어도 기준 유효 전류(IW*)를 제공한다.
VSC(240)를 통해 시스템과 교환되는 유효 전력에 비례하는 유효 전류(IW), 및 시스템과 교환되는 무효 전력에 비례하는 무효 전류(IB) 또한 변환기 전류 제어기(230)로 피드백된다. 기준 유효 전류(IW*)와 유효 전류(IW)와의 비교, 및 기준 무효 변환기 전류(IB*)와 무효 변환기 전류(IB)와의 비교를 기초로, 전류 제어기(230)는 VSC(240)를 제어하여 저장 유닛(236)과 유효 전력을 교환하고, 그 충전을 유지하고, 그리고/또는 저장 유닛과 무효 전력을 교환한다(STATCOM 동작).
변환기 전류 제어기(230)의 출력은 펄스 패턴 발생 유닛(252)과 결합된다. 일 실시예에서, 펄스 패턴 발생 유닛(252)은 상술한 바와 같이 변환기 전류 제어기 출력으로 나타낸 VSC(240)의 전력 반도체의 구동 회로를 트리거한다.
도 10은 변환기 전류 제어기(230)의 일 실시예의 간소화된 블록도를 나타낸다. 다른 실시예에서, 전류 제어기는 공지된 바와 같은 표준 폐쇄 루프 제어기이다. 일 실시예에서, VSC 전류 제어(230)는 2개의 비례 적분(PI)형 피드백 제어 회로, 전류의 유효 성분(YW)을 연산하는 제 1 제어 회로(516) 및 무효 성분(YB)을 연산하는 제 2 제어 회로(518)로 구성된다. 일 실시예에서, 공간 벡터 이론이 사용되어 실제 및 무효 전류 성분을 유도한다. 공지된 공간 벡터 이론은 직교 정규 좌표계로 나타낸 2개의 선형 독립량만을 이용함으로써 3개의 전압 또는 3개의 전류와 같은 3개의 선형 의존량을 고전적 페이서(phasor) 표현의 일반화된 형태로 설명할 수 있게 한다. VSC 변압기의 전압 강하는 사전 제어에 의해 계산된다. VSC 전류 제어기는 방전 모드에서 디스에이블된다(519).
일 실시예에서, (변환기 전류 제어기로부터 출력된) 요청된 변환기 전류 벡터는 최적화된 펄스 패턴(OPP) 트리거 세트를 포함하는 트리거 세트와 같은 PWM(펄스 폭 변조) 트리거 세트 등을 이용하여 펄스 패턴 발생기에 의해 펄스 패턴으로 변환된다.
트리거 세트는 전력 반도체 개별 트리거 신호를 발생시키는 수단이다. 일 실시예에서, 개별 스위치의 예상된 전도 주기와 동등한 펄스 길이를 갖는 영구적 펄스가 사용된다. 광커플러(optocoupler) 및 광섬유 또는 다른 절연 수단을 적용함으로써 전위 디커플링이 얻어질 수 있다. 일 실시예에서, (최소 "온" 시간 및 최소 "오프" 시간을 고려하여 단락된 DC 링크 커패시터를 방지하는) 개별 스위치 연동이 이용된다.
방전 모드(절연 모드, 저장 조절)
전원 시스템(220)의 동작 중에, 새그(sag) 및 정전 시간 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 전압 새그, 중지, 정전 시간 및 다른 고장과 같은 전력 고장에 대해 그리드(224)를 모니터한다. 정전 시간 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 또한 고장이 어디에 위치하는지(즉, 그리드 측인지 부하 측인지)를 판단한다. 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 그리드 SSB 또는 스위치(262)와 결합한다. 검출 및 모드 선택 유닛(1080)이 그리드 상의 고장을 검출하는 경우, 검출 및 모드 선택 유닛은 부하로부터 그리드의 접속을 끊는 그리드 SSB(262)를 개방한다. 제어 시스템(221)은 새그 또는 정전 시간이 검출되고 방해된 그리드(112)의 접속이 끊어진 후, 즉 SSB(262)가 개방된 후 단계 B(712)에서 전원 시스템(220)을 방전 모드로 옮긴다. 시스템(220)은 VSC(240)와 부하 버스 사이의 직렬 반응기를 이용하거나, 이중 반응기와 같이 공지된 다른 구조를 이용하여, 고장 개시와 SSB(262) 개방 사이의 기간 동안 전류 주입을 가능하게 한다. 또한, 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 그리드(224)에서 고장이 검출된 경우에 변환기 전압 제어기(232)와 결합하여 활성화한다. 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 또한 변환기 전류 제어기(230)를 불활성화하라는 신호를 보낸다. 변환기 전압 제어기(232)는 VSC(240) 및 배터리(1060)와 같은 저장 유닛을 활성화하는 펄스 패턴 발생 유닛(252)에 신호를 보내 뒤를 이어 부하에 충분한 전력을 공급한다. SSB의 개방(그리드로부터 부하의 격리)에 이어, 시스템(220)은 전압 소스로서 작동하기 시작한다. 전이 기간(712) 동안 제어 시스템(221)은 이러한 전류 제어(IC)로부터 전압 제어(VC)로의 전이를 가능하게 한다.
예를 들어, 고장 검출 후 SSB는 전류로부터 전압 제어로 제어가 옮겨지는 포인트에서 약 4 ㎳ 또는 다른 적당한 시간 주기 이내에 개방된다. SSB의 개방에 이어, 시스템(220)에 의해 공급된 전력은 시간 주기(약 4 ㎳) 내의 안정한 레벨로 증강된다. 전력 시스템(220)의 유리한 수행을 위해 4 ㎳의 시간이 제공되지만, 다른 타이밍 값이 이용될 수도 있다. 예를 들어, 4 ㎳ 내지 8 ㎳의 시간이 더 통상적이기는 하지만, 1 ㎳ 또는 그 미만과 약 20 ㎳ 사이의 시간 주기가 빈번히 사용되거나 다른 타이밍 값이 사용될 수도 있다(도 14는 6 ㎳ 시간 주기에 대한 데이터를 나타낸다).
단계 C(블록(714))에서 방전 모드로 진입하며, 방전 모드 동안의 실제 부하는 저장 소스(1060)로부터 끌어낸 전력량을 정의한다. 방전 지속 시간은 저장 유닛(1060)의 에너지 함유량에 좌우된다. 저장 유닛이 고갈된 후 제어 시스템(221)은 부하를 대체 전원(제공된다면)로 이동시키거나 부하를 차단한다. 방전 모드 C(블록(714))에서, 시스템은 그리다가 안정한지 고장이 지속되고 있는지를 판단한다. 더 이상 고장이 없고 미리 정해진 조건이 충족되면(즉, 그리드가 미리 정해진 시간 주기 동안 안정하면), 시스템은 정상 동작 상태, 정상 동작 모드 A(블록(710))로 다시 전이한다. 고장이 계속되면, 대체 전원 모드 D(블록(716))로의 전환으로 진입하여, 시스템(220)은 대체 전력 발생 소스(gen set) 모드로의 전이를 시작한다. 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 저장 관련 팩터(예를 들어 남은 저장 시간), 발전기 시동 시간, 및/또는 다른 파라미터들을 기초로 대체 전원를 활성화할 수 있다. 제어 시스템은 측정된 데이터나 특성(고정된) 데이터로부터 적당한 이동 파라미터를 연산할 수 있게 한다. 시스템(220)은 배터리(1060)와 같은 저장 유닛(1000)이 불안한 방식으로(예를 들어, 작동 엔벨로프 밖에서) 작동하는 것을 막는다.
방전 모드 B에서, 제어 방법은 전류 또는 전력 제어 모드에서 변환기 전압 제어기(232)에 의해 지시된 전압 제어 모드로 변경되었다. 절연 방전 상태(즉, 그리드로부터 부하가 절연됨)에서 부하(222)는 무효 및 유효 전력을 정한다. 무효 및 유효 전력 모두 VSC(240) 및 배터리(1060)와 같은 저장 유닛에 의해 공급된다. 변환기 전압 제어기(232)는 기준 부하 유효 전압(VLW*)을 수신하여, 적어도 부하 유효 및 무효 전압(VLW, VLB)이 변환기 전압 제어기(232)에 피드백된다. 변환기 전압 제어기는 펄스 패턴 발생 유닛(252)을 통해 부하 유효 및 무효 전압을 기초로 VSC 및 제어 유닛을 제어한다. VSC를 통해 무효 및 유효 전력을 인가하는 이점 중 하나는 VSC가 부하 스위칭으로 인한 주파수 편차를 상당히 감소시킨다는 점이다.
도 11은 변환기 전압 제어기(232)의 일 실시예의 어떤 한 수행을 나타내는 간소화된 블록도이다. 일 실시예에서, 변환기 전압 제어(232)는 공지된 바와 같은 표준 폐쇄 루프 제어기이다. 일 실시예에서, 변환기 전압 제어(232)는 2개의 PI형 피드백 제어 회로, 전압의 유효 성분(EW*)을 연산하는 제 1 제어 회로(508) 및 무효 성분(EB*)을 연산하는 제 2 제어 회로(510)로 구성된다. 또한, 공간 벡터 이론이 사용되어 실제 및 무효 전압 성분을 유도한다. VSC 변압기의 전압 강하는 사전 제어에 의해 계산된다. 변압기 전압 제어기(232)는 대기 및 방전 모드에서 디세이블된다(512). 이러한 모드에서 부하 전압(VL)은 간단히 출력으로 직접 전환되며, 이는 전류 제어기의 출력에 부가되어 대기 및 방전 모드에서 사전 제어로서 사용된다. 방전 모드에서 부하 전압(VL)은 그 기준 값으로 제어되어 VSC 변압기에 대한 전압 강하를 보상한다. 재동기화 모드에서 전압 제어기의 기준값은 그리드 전압(VN)이다.
도 12는 그리드 상태를 검출하여 동작 모드를 결정하는 검출 및 모드 선택 유닛(260)의 일 실시예의 일 수행의 블록도이다. 검출 및 모드 선택 유닛은 그리드 고장 및 전압 급강하(단상 및 2상 또는 3상 급강하 상태)를 검출한다. 비정상 그리드 상태의 검출 후 검출 및 모드 선택 유닛은 SSB(262)를 활성화하여 부하로부터 고장난 소스를 차단한다(고체 상태 차단기 트리거 신호)(608). 검출 및 모드 선택 유닛(260)은 또한 에너지 저장 유닛, 일 실시예에서는 배터리(1060)에 신호를 보내 (전압 제어기(232)에 의해) VSC 용량을 이용함으로써 부하 전압을 증강하여 실제 전력을 부하에 전달한다.
검출 및 모드 선택 유닛(260)은 또한 그리드가 정상 레벨로 돌아오면 대기 모드를 재가동시키고(610), 또한 시스템 상태로부터 바람직하다면 재동기화 신호를 보낸다(612).
검출 회로(620)는 시스템 전압(VN,abs)의 진폭을 이용한다. 일 실시예에서, 공간 벡터 이론의 적용에 따른 2개의 선형 의존 성분으로부터 진폭이 얻어진다. 일 실시예에서, 검출 및 모드 선택 유닛은 CBEMA(Computer and Business Equipment Manufacturers' Association) 또는 ITI(Information Technology Industry Council) 곡선에 따라 반응 시간이 점차 변하는 3개의 레벨을 갖는다. 첨부한 표 1은 CBEMA(ITI) 곡선으로 구한 값의 일부를 나타낸다. 예를 들어, 공급 전압 크기가 1.2 사이클 또는 이상에 대한 공칭의 70%로 떨어지면, 검출 유닛은 이벤트를 초기화함으로써 SSB(262)가 활성화되어 부하로부터 그리드를 차단하고, 에너지 저장 유닛, 일 실시예에서는 배터리(1060)가 VSC(240)에 의해 이용되어 전압을 정상 레벨로 복구시킨다. 다른 값들, 법칙들 또는 수단들이 제어 개요에 실시될 수도 있다.
표 1 - CBEMA(ITI)에 따라 구한 시간
공급 전압 크기 rms (공칭 %) 지속 시간 [60 ㎐ 사이클]
0 1.2까지
70 30까지
80 30 이상
충전 모드
충전 모드는 절연 모드나 부하가 그리드 또는 저장 조절에 접속되면 저장을 재충전하는 것을 말한다. 도 9a 및 도 9를 참조로, 단계 G(블록(724))에서 제어 시스템(221)은 시스템(220)을 충전 모드로 옮기고 방전 이벤트의 공칭 완료 후 에너지 저장 시스템, 예를 들어 배터리(1060)의 재충전을 실행한다. 저장 유닛 공급자는 통상적으로 충전 알고리즘을 지정한다. 충전 알고리즘은 통상적으로 특정 에너지 저장 모듈(1000)에 특유하며 공지되어 있다.
도 9a 및 도 9b의 블록(724)에 나타낸 바와 같이, 대체 gen set에 의해 공급되는 절연 동작중이나, 정상 그리드 동작으로 되돌아간 후, 또는 양쪽 모두에 재충전이 일어날 수 있다. 제어 시스템(221) 하드웨어, 소프트웨어 및 방법은 일반적으로 플렉서블하여 다른 충전 시나리오를 실행할 수 있다. 예를 들어, 대체 소스(1030)가 부하(222)에 비해 충분한 크기라면, 미리 프로그래밍된 규칙이나 방책의 세트를 기초로 절연 동작(도 9a 및 도 9b의 블록(720))중에 충전 시스템(1000)을 일부 또는 충분히 충전하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제어 시스템(221)은 기존의 부하(222), 발전기(1030) 용량 및 충전(1000)의 저장 상태를 모니터하여, 언제 대체 전원(1030)의 과도한 전류를 이용할지를 결정하게 된다. 에너지 저장 시스템(1000)이 부하 안정화에 유용하고 절연 동작중에 동적으로 충전 또는 방전될 수 있다는 점은 말할 것도 없다.
시스템(220)이 충전 모드에서 동작할 때, 에너지 저장 유닛(1000)은 재충전되고 제어 시스템은 대기 모드로 자동 전환된다. VSC(240)는 그리드(224) 또는 발전기(256)로부터 전력을 끌어내어 저장 유닛(1000)에 저장한다. 제어 시스템(221)의 실행은 다른 저장 유닛의 특정 속성에 따라 다르며, 첨부한 표 2에 예를 나타낸다. 이하, 제어 시스템(221)의 특정 실시예를 3가지 상황 - 저장 모듈(1000)이 (ⅰ) 화학 배터리, (ⅱ) SMES, (ⅲ) 플라이휠을 포함할 때 - 에 대해 설명한다. 당업자들은 이에 한정되는 것은 아니지만 전기화학적 커패시터 및 압축 공기 에너지 저장(CAES)을 포함하는 다른 저장 기술에 대해 비슷한 실시예들이 실행될 수 있으며, 발명의 개념, 시스템 및 방법이 이러한 특정 저장 기술 및 현재 존재하는 또는 개발될 다른 에너지 저장 기술의 변형에 적용될 수 있다는 점을 제공된 설명을 바탕으로 이해할 수 있다.
표 2 - 저장 어플리케이션에 대해 활성화된 제어 시스템 모듈
배터리 SMES 플라이휠
제어 모드 자동 x x x
VSC 전류 제어기 x x x
VSC 전압 제어기 x x x
배터리 관리 전압 및 전류 제어기 x
자기 전류 제어기 x
DC 링크 전압 제어기 x x
발전기 여기 제어 x
세트 포인트 발생 유닛 x x
정류기 전압 제어 x
펄스 패턴 발생 VSC x x x
펄스 패턴 발생 DCC x
플라이휠 충전 제어 x
DC 초퍼 제어 x
우선, 저장 모듈(1000)이 배터리(1060)와 같은 전기화학적 또는 다른 화학적 저장 수단을 포함하는 경우로 돌아간다. 이 실시예는 각각 발생 모듈(1030)을 나타내는 AC-접속 또는 DC-접속된 gen set를 구비한 도 8a 및 도 8b에서 설명한다. 간단히, 배터리 모듈의 기본 설정 블록은 전기화학 셀이다. 단일 모듈은 하나 이상의 셀을 직렬, 병렬 또는 직렬/병렬 조합으로 포함할 수 있다. 배터리 스트링 또는 어레이는 전력 변환 시스템에 적당한 필요 배터리 전압을 얻기 위한 여러 개의 배터리 모듈의 직렬 접속일 수 있다. 스트링은 원하는 에너지 또는 에너지 용량을 얻도록 병렬일 수도 있다. 가장 일반적으로 사용되는 배터리 형태는 납-산(PB-산)형이다. 유황 나트륨, 다황산 나트륨, 산화 바나듐 또는 브롬화 아연과 같은 다른 기술들이 에너지 저장 어플리케이션에 대해 알려지고 있으며, 배터리(1060)로서 이용될 수 있다. Pb-산 셀의 전압은 통상적으로 방전이 진행됨에 따라 감소한다. 제조자들은 통상적으로 방전 종료(EOD) 전압 또는 컷오프 전압을 지정한다. 따라서, 일정한 전력 방전에 대해 전류는 방전 종료시 최고가 된다.
DC-링크 전압은 배터리의 전압 및 전류(V/I) 특성에 의해 정해진다. 배터리 관리 시스템(243)이 유리하게 부가되어 배터리의 재충전을 제어한다. 배터리 충전은 2개 이상의 정전류 또는 정전압 단계에서 일어나는 것으로 추정된다. 프로세스는 연속적이며 다음 단계로의 전환은 지정된 전류 또는 전압에 도달할 때 일어난다. 배터리의 충전 상태에 따라, 배터리의 전류 또는 전압 및 그에 따른 DC-링크의 전압이 제어된다. 배터리 전압 제어기(244) 또는 배터리 전류 제어기(245)의 출력이 전환되어 VSC 전류 제어기(230)에 입력(IW*)을 제공하며, VSC 전류 제어기(230)는 VSC 유효 전력 출력을 설정한다. 충전 및 방전을 위해, VSC 유효 전력은 배터리 전류 및 전압-전류 특성에 의해 배터리 전압을 확립한다. 방전 모드에서 배터리 관리 시스템(243) 및 VSC 전류 제어기(230)는 디스에이블되며 부하에 의해 IW가 결정된다.
따라서, 저장 모듈(1000)이 도 8a 및 도 8b의 배터리(1060)와 같은 화학 배터리를 포함하면, 배터리 전압 제어(244)와 협조하는 배터리 관리 시스템(243)은 저장 시스템의 전압 레벨이 미리 정해진 임계치 이하로 떨어진 것을 판단한다. 배터리 전압 제어(244)는 저장 유닛(1000), 배터리(1060)를 충전하기 위하여 변환기 전류 제어기(230)에 신호를 보낸다. 전류 제어기(230)는 펄스 패턴 발생기 유닛(252)에 신호를 보내고, 상기 펄스 패턴 발생기 유닛(252)은 그리드(grid) 또는 발전기로부터 전력을 끌어와서 저장 유닛(1000), 배터리(1060)를 충전하기 위하여 VSC(240)를 차례로 활성화시킨다.
또다른 실시예는 도 13A에 도시되고, 여기서 SMES는 에너지 저장을 위해 사용된다. 단순화를 위하여, 발생 시스템(1030) 및 연관 제어들은 도 13A에 도시되지 않았다. AC- 또는 DC-연결된 전력 발생기와 같은 발전 모듈은 SMES를 포함하는 저장 모듈(1000)과 함께 사용될 수 있다. SMES에 저장된 에너지(E)는 SMES 코일 인덕턴스(L)와 코일 전류(I) 제곱의 곱에 비례하거나, 또는 E=1/2 LI2이며, 여기서, 비례 상수는 1/2이다.
간단하게, 자기 에너지 저장 시스템으로서 SMES는 DC 전류를 초핑(chopping)하고(DC 초퍼와 같은 여분 장치에 의해) 허용가능한 DC-링크 전압 리플을 고려하여 DC-링크 커패시터를 충전 및 방전함으로써 전압 소스로 전이될 수 있는 전류 소스로서 취급될 수 있다. 초전도 재료로 만들어진 코일내 직류 전류에 의해 형성된 자기장은 전기 에너지를 저장한다. 에너지가 SMES로부터 제거될 때, 코일 전류는 감소한다. 코일을 초전도 상태로 유지하기 위하여 진공 단열 저온유지장치(cryostat)에 포함된 액체 헬륨에 담근다. 전형적으로, 냉각제는 4.2 K(4.2 Kelvin)에서의 액체 헬륨이거나 1.8 K(1.8 Kelvin)에서의 초유체 헬륨이다. 수 분(minute)의 저장 시간을 갖는 10 MW 이상의 대형 SMES 시스템들이 개발 중이고 사용될 수 있다. 이러한 설계는 저온 초전도체(LTS), 예를 들어, 니오븀-티타늄에 기초한다. 그러한 시스템들은 유리하게 저장 모듈(1000)에 사용될 수 있다. SMES 시스템들은 상업적으로 이용가능해지고 있으나 여전히 개발 단계에 있다.
도 13A를 참조하면, SMES의 충전 및 방전은 DC 초퍼(4000)(DCC)가 초전도 자석(4010)과 VSC의 DC 링크 회로 사이에 연결될 것을 요구한다. 도 13A에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 제어 모듈(2000)은 SMES 충전 제어(4020), DC 링크 전압 제어(4030), 및 펄스 패턴 발생 유닛(4040)을 포함한다.
충전 모드(도 9A의 블록(724)) 및 대기 모드(도 9A의 블록(710))에서, 자기 전류 IMag는 에너지 저장 제어 모듈(2000)에 의해 제어된다. SMES 충전 제어기(4020), Q-제어기(242) 및 VSC 전류 제어기(230)는 방전 모드(블록(714))에서 디스에이블링된다. DC 링크 전압 VDC은 모든 제어 모드에서 DC 링크 전압 제어기(4030)에 의해 제어된다. 이러한 모드에서, 즉, 새그(sag) 또는 운전 정지(outage)를 완화시키는 VSC(240)의 동작 동안에, 에너지는 DC 링크 전압 하강을 야기하면서 DC 링크 커패시터로부터 인출된다. 그러나, DC 링크 전압 제어기(4030)는 DCC의 펄스 패턴 발생 유닛(4040)의 입력 IDC*을 조정함으로써 DC 링크 전압 유지를 시도하고, 그 결과, DCC는 DC 링크 전압을 회복하기 위하여 자석을 방전시킨다.
전술한 것의 역 프로세스는 자석을 충전하는 것이다. DC 링크 전압 제어기(4030)의 출력은 DCC의 펄스 패턴 발생 유닛(4040)의 입력 IDC*에 연결된다. 변조 계수(modulation factor)는 자석으로부터 DC 링크로의 전력 흐름 또는 그 역을 정의한다. 충전 모드에서, 기준값 IW*(요구된 자석 충전 전력에 비례)은 SMES 충전 제어기에 구현된 SMES 특징에 의존한다. 대기 모드에서, 기준값 IW*은 이론적으로 제로이나, 실제적인 관점에서 대기 손실(standby loss)로 인하여 전형적으로 소정의 연속적인 저레벨 충전이 있을 것이다.
또다른 실시예에서, 도 13B에 도시된 바와 같이, 플라이휠(flywheel)이 에너지 저장을 위하여 사용된다. 단순화를 위하여, 도 13A와 마찬가지로, 발생 시스템(1030) 및 연관된 제어들은 도 13B에 도시되지 않았다. AC- 또는 DC-연결된 전력발생기와 같은 발전 모듈은 플라이휠을 포함하는 저장 모듈(1000)과 함께 사용될 수 있다. 간단하게, 운동 에너지 저장 시스템으로서 회전하는 플라이휠은 발전기에 대한 주요 발동기(prime mover)로서 작용할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 장치로서 사용된 플라이휠 또한 발생 모듈(1030)의 일부로서 이용될 수 있다. 플라이휠에 저장된 에너지(E)는 플라이휠의 관성 모멘트(J)와 각속도(W)의 제곱의 곱에 비례하거나, E=1/2 JW2이며, 여기서 비례 상수는 1/2이다. 제곱 종속(square dependency)(SMES와 같이) 및 높은 장력을 가진 새로운 복합 재료들의 출현 때문에, 높은 속도가 대량의 에너지를 저장하는데 매력적이다. 최근의 개발물들은 분당 수만에서 100,000까지의 회전수의 각속도가 달성될 수 있음을 보고한다. SMES와 유사하게, 에너지가 제거될 때, 속도는 감소한다. 플라이휠 에너지 저장 시스템은 상업적으로 이용가능해졌지만 여전히 개발 단계에 있다. 수십에서 수백 메가주울 범위(1 MJ=1 MW-sec)의 플라이휠이 느리게 동작하는 스틸 타입 휠 및 고속으로 동작하는 새로운 글래스 파이버 복합 휠 둘 다에서 이용가능하다.
운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것은 발전기(저장 방전)를 요구한다. 전형적으로, AC 발전기(5010)가 제공되어 플라이휠의 속도(감소하는 속도)에 따라 변화하는 출력 주파수를 생산한다. 전기적 에너지를 운동 에너지로 변환하기 위하여, 전기적 모터(5020)는 저장 충전 능력을 돕도록 요구된다.
플라이휠의 충전 및 방전에 대하여, 당업계에서 공지된 바와 같이, 모터/발전기 유닛 또는 별도의 소형 모터(pony motor)를 가진 발전기가 사용된다. VSC(240)와 DC 링크 회로 사이의 부가적인 정류기(5030), 및 발전기 유닛을 사용하여, 플라이휠 출력의 속도 (주파수) 종속성은 전통적인 백-투-백 배열(back-to-back arrangement)로서 언급될 수 있는 것에 디커플링될 수 있다.
SMES와 배터리와 대조적으로, 시스템 충전 및 방전 제어들은 전형적으로 별도의 시스템들로 구현될 수 있다. 도 13B에 도시된 바와 같이, 플라이휠 에너지 저장 제어 모듈(2000)은 적어도 DC 링크 전압 제어, 전류 제어 및 정류기 펄스 패턴 발생 유닛(5050)을 포함한다. 제어 시스템(221) 및 방법은 동작 속도와 같은 플라이휠 상태 신호들의 입력을 준비한다. 플라이휠에 대하여, 발전기 여기 제어(5040) 및 모터 제어 서브시스템(5060)(플라이휠 충전 제어(5061) 및 모터 제어 유닛(5062)으로 구성됨)은 또한 보통 필수적인 것으로 간주되고, 플라이휠을 제공받거나 또는 제공받을 수 없다. 그리하여, 선택적으로, 저장 제어 모듈(2000)은 또한 플라이휠 제조자에 의해 구현된 제어들의 범위에 의존하여 플라이휠 모터/발전기 제어 패키지(5070)의 하나 이상의 유닛들을 포함할 수 있다(도 13B). 방전 모드에서, 플라이휠 발전기는 제어된 정류기(5030)를 경유하여 DC 링크에 연결된다. 제어된 정류기 브리지는 DC-링크 커패시터 전압을 유지하면서 정류된 발전기 전류가 DC 링크 안으로 흐르는 방식으로, 정류기 제어(5050) 트리거 설정에 의해 게이팅된다. 플라이휠(5000)을 충전하기 위하여, 소형 모터(5020)는 플라이휠 속도를 공칭값으로 회복하기 위해 사용된다(저장된 에너지는 각속도 제곱에 비례). 이것은 모터 제어 유닛(5062)을 통해 플라이휠 충전 제어(5061)에 의해 달성된다. 충전 제어기(5061)의 출력은 소형 모터 기준값을 나타낸다. 대기 모드에서, 플라이휠 속도는 또한, 공기 마찰(windage), 마찰, 및 회전하는 기계의 다른 대기 손실을 극복하기 위하여, 일정하게 유지되거나 또는 플라이휠 충전 제어(5061)에 의해 지정된 소정의 속도에서 유지된다.
전술한 바와 같이, SMES-특정 제어기들 및 플라이휠-특정 제어기들은 선택적으로 필요할 때 상호교환되거나 적응될 수 있는 플러그-앤드-플레이 모듈이다. 그리하여, 만약 상기 시스템 내 배터리(1060)가 SMES 장치와 같은 다른 에너지 저장 장치에 의해 대체된다면, 배터리 에너지 저장 제어 모듈은 SMES-특정 제어기들을 포함하는 대안적인 에너지 저장 제어 모듈로 대체될 수 있다(새로운 하드웨어 및 소프트웨어 제어 모듈로, 또는 제어 모듈을 재프로그래밍함으로써).
전력 발생기 가동(Gen Set Start Up)
일반적인 논의로 돌아가 도 8A 및 도 8B에 도시된 전원 시스템(220)의 예시적인 실시예 및 도9A 및 도 9B에 도시된 다양한 모드의 실시예를 특별히 참조하여, 그리드 결함(grid fault)이 검출되고 계속된다면, 단계 D(블록 716)에 진입하여 시스템(220)은 대안적인 전력 발생 소스 모드로 전이하기 시작한다.
제어 시스템(221) 및 방법은 안정된 공칭 동작 속도의 달성과 같은 발전기 상태 신호들의 입력을 준비한다. 이러한 정보가 수신된 이후에, 전력 발생기의 램프 업(부하를 인수)이 시작될 수 있다. DC 링크 전압의 증가로 인하여, 배터리(1060)로부터 인출된 에너지는 전력 발생기(1031 또는 1032)가 램프 업할 때 램프 다운한다. 이러한 전이(transfer) 주기동안, 제어 시스템(221)은 원활한 전이를 달성하기 위한 목적으로 다수의 에너지 소스들 사이에서 공유되는 부하를 제공한다(예를 들어, 전압 및 주파수 오실레이션의 지속기간 및 크기 둘 다를 최소화함으로써).
단계 E(블록(720))에서, 시스템(220)은 전력 발생기 모드로 전이하고, 제어 시스템(221)은 그리드(224)가 반환될 때까지 또는 대안적인 전원이 더 이상 전력을 공급할 수 없을 때까지(예를 들어, 발전기 연료가 소진된다면) 대안적인 전원(1030)의 연속적인 동작을 허용한다. 대안적인 전원 동작동안, 시스템(220)은 허용가능한 대역 내에서 적어도 부하 주파수 및 전압을 유지하기 위하여 다수의 에너지 소스들 사이에 공유되는 부하를 준비한다.
일 실시예에서, 시스템(220)은 보호되는 부하(또는 프로세스)의 안전한 셧다운이 저장 종료 도달, 연료 고갈 또는 민감한 부하(222)에 위험을 주는 다른 상황으로 인해, 또는 다른 우려 또는 기준에 응답하여 필수적임을 지시하기 위하여 적절한 알람을 제공한다.
DC-연결된 전력 발생기(1032)를 구비한 전력 시스템(220)의 구현으로, 부하측 단락에 대하여, 발전기의 DC 연결로부터 AC 연결로의 변환을 요구할 수 있는 특별한 케이스들이 존재하고, 도 9B의 블록(3000)에 표현된다. '(부하 측상의) 불충분한 단락 전력'으로 알려진 이러한 효과는 부하측 브레이터 및/또는 퓨즈의 결함 제거 기여를 고려하여 부가적인 SSB(1035)(도 7B)를 경유한 전력 발생기 연결을 일시적으로 재배열(DC로부터 AC로)함으로써 완화될 수 있다. 제어 시스템(2000)은 새그 및 운전정지 검출 모듈(1080)을 통하여 유리하게 부하측 전압 및 전류 파라미터들을 모니터링하여 발전기 재구성을 요구하는 부하측 결함의 발생을 결정하고, DC로부터 AC 연결에 대한 스위치를 활성화시키기 위하여 요구된 신호들을 제공하며, 조건들이 보장될 때 DC 연결로 돌아간다.
그리드(전압 및 주파수)가 정상 범위 또는 레벨로 돌아올 때, 단계 F(블록(722))로 진입하여 시스템(220)은 부하를 대안적인 소스로부터 그리드로 전달한다. 일 실시예에서, 제어 시스템은 유리하게, 그러나 선택적으로, 발전기(1030)가 기계 시스템이 안정적인 동작 온도에 도달하는 것을 허용하기 시작한 이후 최소의 시간 주기동안 동작함을 보장한다. 이러한 시간 프레임 동안, 에너지 저장 유닛(1000)이 재충전될 수 있다.
도 8A 및 도 8B로 되돌아가, 일 실시예에서, 그리드(224) 상의 전력 결함 검출 이후에, 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 부가하여 전력 발생기(1031 또는 1032)를 활성화시키고, 그 결과 전력 발생기(1031 또는1032)는 전술한 바와 같이 부하(222)에 더 긴 시간의 전력을 제공한다. 발생 모듈(1030)은 보다 일반적으로 전력 발생 프로세스와 결합된 모터 또는 엔진과 같은 실질적으로 임의의 전력 발생 소스, 및 당업계에 공지된 실질적으로 임의의 다른 전력 발생 소스 또는 결합을 나타낸다. 일 실시예에서, 전력 발생기(1031 또는 1032)는 저장 유닛(1000)의 에너지 함량이 미리 정의된 임계치 이하라면 활성화된다. 일 실시예에서, 전력 발생기 (1031 또는 1032)는 결함이 미리 정의된 시간 주기동안 그리드 상에 검출될 때까지 활성화되지 않는다. 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 전력 발생기를 개시하는 전력 발생 제어 유닛(2010)에 신호를 보낸다. 전력 발생기 속도 n은 램프 업하는 반면, VSC(240) 및 저장 유닛(1000)은 계속하여 부하에 전력을 공급한다. 전력 발생기 속도 n은 계속하여 전력 발생 제어 유닛(2010)에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 전력 발생기는 전력 발생기의 토크를 결정하는 연료 주입 시스템(554)을 포함한다. 발전기 출력 전압 VGen,abs의 크기는 발전기 여기 제어 유닛(282)에 의해 제어된다.
도 8A로 되돌아가, 일 실시예에서, 전원 시스템(220)은 부하에 연결된 발전기, 예를 들어, 디젤 전력 발생기를 포함한다. 도 8A에 도시된 블록 다이어그램의 구조는 에너지 저장을 가진 발전기 제어 토포로지의 구조를 포함한다.
검출 및 모드 선택 유닛(1080)이 SSB(262)가 그리드 결함의 발생시 개방되게 한 이후, 전력 발생 제어 유닛(2010)의 디젤 개시/정지 유닛(550)은 발전기를 가동시키고, 발전기 속도 n은 램프 업하는 반면, 배터리(1060)를 포함한 저장 유닛(1000)은 부하를 공급한다. VSC 전류 제어기(230)는 디스에이블링된다. 발전기 속도 n은 전력 발생 제어 유닛(2010)의 일부인 발전기 제어 시스템(552)에 의해 제어된다. 연료 주입 시스템(554)은 발전기의 토크를 결정한다. 발전기 출력 전압 VGen,abs의 크기는 발전기 여기 제어(282)에 의해 제어된다.
일단 전력 발생기(1031)가 활성화되면, 전력 발생기 출력은 충분한 레벨에 도달하고, 발전기 출력 전압 VGen은 VSC(240) 및 저장 유닛(1000)에 의해 공급되는 부하 전압 VL에 동기화된다. 동기화에서, 동기화 유닛(284)은 부하 전압 VL 및 발전기 전압 VGen을 수신하여, 동기화 유닛(284)은 부하에 전력을 공급하기 위해 부하(222)에 전력 발생기(1031)를 연결하는 검출 및 모드 선택 유닛(1080)에 신호를 보낸다. 발전기 출력 전압 VGen이 부하 전압 VL에 동기화될 때, 발전기 스위치(286)는 폐쇄되어 전력 발생기를 부하에 연결하면서 전력 발생 제어 유닛(2010)에 의해 활성화된다. 일 실시예에서, 전력 발생기 없이 방전 모드로부터 주전원을 형성하는 전력 발생기로의 최적화된(원활한 및/또는 장애없이) 인수를 달성하기 위하여, 제어 시스템(221)은 전력 발생기(1031)로부터의 출력이 램프 업할 때 VSC(240) 및 저장 유닛(1060)의 액티브 전력 출력을 램프 다운하는 부하 공유를 제공한다. 전력 발생기에 의해 공급된 전력이 램프업할 때, 배터리(1060)를 포함하는 도 8A에서, 변환기 전류 제어기(230)는 VSC(240) 및 공급 시스템(1000)에 의해 공급된 전력을 램프 다운하기 위하여 펄스 패턴 발생 유닛(252)에 신호를 보낸다.
발전기 출력 전압이 부하 전압 VL을 가진 동기화 유닛(284)을 통해 동기화될 때, 발전기 스위치(286)가 폐쇄되고, 동작 모드는 대기 모드로 스위칭된다. VSC 전류 제어기(230) 및 Q-제어(242)는 인에이블링된다. VSC 전압 제어기(232)는 디스에이블링된다. VSC 전류 제어기(230)는 전력 발생기(1031)가 램프업하여 부하를 인수할 때 VSC 활성 전력을 램프 다운한다.
VSC의 STATCOM 동작은 부하 전압의 안정성을 개선시킨다. 전력 발생기(1031)가 부하를 공급하는 동안, 적어도 2개의 상이한 VSC 제어 방법들이 동적 케이스들에서 가능하다. 일 실시예에서, VSC(240)가 임의의 시간에 아무런 액티브 전력도 인수하지 않는다. 대안적인 실시예에서, VSC는 액티브 전력의 일부를 인수한다. 후자의 케이스는 예를 들어 배터리(1060)를 포함하는 저장 유닛(1000)에 충분한 저장 용량이 있다면 가능하다.
배터리 충전은 발생 세트 동작 동안 가능하다. 게다가, 디젤 엔진이 셧다운되기 이전 공칭 동작 온도에 도달할 때까지 동작되어야 하기 때문에(적어도 엔진 수명의 견지에서) 발전기가 디젤 엔진을 통해 구현될 때, 이것은 유용하다.
검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 전력 발생기, UPS 및 STATCOM 모드를 포함한 각각의 동작 모드동안 계속하여 그리드를 모니터링한다. 그리드 전압 VN이 정상 동작 범위로 되돌아간 이후에, 전력 발생기(1031)가 그리드 전압 VN에 동기화된다. 부하 전압 VL이 그리드 전압 VN에 동기화된다면, 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 SSB(262)를 폐쇄한다. 그리드(224)는 부하를 인수하고, 발전기 개시/정지 유닛(550)은 발전기의 연료 주입을 램프 다운하며, 발전기 스위치(286)가 개방된다. 일 실시예에서, STATCOM 모드는 계속하여 정적 보상(static compensation)을 제공하도록 진입된다.
병렬 동작 전력 발생기 및 UPS(Parallel Operation Gen Set and UPS)
발전기 스위치(286)가 폐쇄된 때, 변환기 전류 제어기(230) 및 Q-제어기(242) 또한 활성화되고, 변환기 전압 제어기(232)는 불활성화된다. 그리하여, 제어는 전압 제어로부터 전류 또는 전력 제어로 이동한다. 부하 전압 VL은 예를 들어 배터리(1060)를 포함하여, VSC(240) 및 저장 유닛(1000)으로부터 액티브 보조를 가진 전력 발생기(1031)에 의해 결정된다. VSC(240)의 액티브 및 리액티브 전력 PW, QB는 변환기 전류 제어기(230)를 통해 제어된다. 배터리 관리 시스템(243), 배터리 전압 제어(244) 및 배터리 전류 제어(245)는 동적 (과도) 조건 하에서 UPS와 전력 발생기 사이에 공유되는 부하를 제어하는데 도움을 준다.
변환기 전류 제어기(230)는 전력 발생기(1031)가 부하(222)를 인수할 때 저장 시스템(1000)에 의해 공급되는 변환기 액티브 전력 PW을 천천히 램프 다운시킨다. 일 실시예에서, 정상 상태 조건 하에서, UPS(전형적으로 VSC(240), 배터리(1060), 배터리 관리 시스템(243), 및 제어기(230, 242, 244, 245, 252 및 260)를 포함 또는 요구, 그러나 이에 제한되지 않음)는 액티브 전력을 제공하지 않는다. VSC(240)는 필요할 때 부하(222)에 리액티브 전력 QB을 제공하여, 계속적으로 STATCOM 기능을 제공한다. STATCOM 기능 및 제어를 사용하여, 부하 전압 VL의 동작 안정성이 향상된다.
정상 상태 조건들 하에서, 전력 발생기는 부하(222)에 대하여 액티브 전력을 제공한다. 일 실시예에서, 동적 조건들 하에서, 전력 발생 프로세스와 결합된 전자기계 시스템의 상대적으로 느린 속도 제어로 인하여, 시스템의 속도는 넓은 범위에서 변화할 수 있다. 따라서, 동적 주파수 변동들이 발생할 수 있다. VSC(240) 및 짧은 응답 시간을 가진 저장 유닛(1000)을 포함하는 UPS는 액티브 전력을 주입하거나 흡수함으로써 주파수 변동을 최소화하거나 또는 최소화하는 것을 시도한다. 일 실시예에서, 저장 유닛(1000)의 제한된 저장으로 인하여, UPS는 평균 액티브 전력 양을 실질적으로 제로로 제어한다.
그리드로의 전이(Transfer to the Grid)
UPS 또는 전력 발생기를 통해 부하를 공급하기 위해 동작하는 동안, 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 그리드 전압 VN이 실질적으로 정상 레벨로 복귀되었는지 여부를 결정하기 위하여 그리드(224)를 계속하여 모니터링한다. 일 실시예에서, 그리드로의 전이는 정상 레벨이 검출된 이후에 발생한다. 일단 그리드 상의 전력 결함이 사라지고 그리드 전압 VN이 정상 레벨로 돌아가면, 전력 발생기 전압 VGen 및 부하 전압 VL은 그리드 전압 VN에 동기화된다. 동기화 유닛(284)은 전력 발생기 출력 VGen, 부하 전압 VL, 및 그리드 전압 VN를 수신한다. 동기화 유닛은 전력 발생기 및/또는 VSC를 조정하도록 전류 및/또는 전압 제어기들(230, 232)에 제어 신호들을 제공하기 위하여 검출 및 모드 선택 유닛(1080)에 신호를 보내고, 그리하여 부하 전압 VL은 그리드 전압 VN에 동기화된다. 일단 부하 전압 이 그리드 전압 에 동기화되면, 검출 및 모드 선택 유닛은 그리드를 부하에 커플링시키는 그리스 스위치(262)를 다시 폐쇄한다. 기준값 발전기(248)와 결합된 검출 및 모드 선택 유닛(1080)은 VSC(240) 및/또는 연료 주입(280)을 램프 다운시키고, 그리하여 발전기 여기 제어기(282)를 통해 전력 발생기(1031)를 램프 다운시킨다. 부하 공유는 전력 발생기(1031) 및/또는 VSC(240)으로부터 그리드(224)로 전원 공급을 전이하고, 이 경우 그리드는 부하(222)를 인수하며 발전기 스위치(286)는 개방된다. 그 다음 시스템(220)은 전술한 바와 같이 대기 모드 또는 충전 모드로 돌아간다.
도 14A-E는 시간 t = 50ms에서 그리드(224) 상의 새그를 보상하기 위해 활성화되고 있는 VSC(240) 및 저장 유닛(1000)을 구비한 시스템(220)의 일 실시예의 동작에 대한 그래픽적 표현을 도시한다. 도 14A는 t = 50ms에서 전압 새그를 가진 삼상 그리드 전압 Van-Vcn의 그래픽적 표현을 보여준다. 도 14B는 전압 새그동안 삼상 부하 전압 Val-Vcl의 그래픽적 표현을 보여준다. 부하 전압의 새그는 VSC(240) 및 저장 유닛(1000)을 통해 대략 6 ms 내에서 보상된다. 도 14C는 새그에 빠르게 응답하는 시스템(220)을 나타내는 그리드 전압 Vabsn 및 부하 전압 Vabsl의 크기에 대한 그래픽적 표현을 도시한다. 도 14D는 삼상 부하 전류 Ila-Ilc의 그래픽적 표현을 도시하고, 도 14E는 VSC(240) 및 저장 공급(1000)에 의해 부하(222)로 공급되는 삼상 보상 전류의 그래픽적 표현을 도시한다.
도 15A-E는 UPS 모드로부터 전력 발생기 모드로 이동하는 시스템(240)의 그래픽적 표현을 도시하고, 이 경우 전력 발생기는 t = 100ms에서 새그 조건 동안 부하(222)를 인수한다. 도 15A는 부하에 공급된 전압이 VSC(240)로부터 전력 발생기로 전이할 때 부하 전압 Val-Vcl을 그래픽으로 도시한다. 도 15B는 전력 발생기가 부하(222)를 인수하여 부하(222)에 전력을 공급할 때 그리드 전압 Vabsn 및 부하 전압 Vabsl의 크기를 그래픽으로 도시한다. 도 15C는 전력 발생기가 인수할 때 삼상 부하 전류 Ila-Ilc를 그래픽으로 도시한다. 도 15D는 부하 공유가 VSC(240)를 램프 다운시킬 때 삼상 VSC 전류 Ila-Ilc를 그래픽으로 도시하고, 도 15E는 부하 공유가 안정적인 상태로 부하를 유지하기 위하여 부하에 공급되는 전력 발생기 전류를 램프 업할 때 삼상 발전기 전류 IaG-IcG를 그래픽으로 도시한다. 도 15A에서 도시된 바와 같이, 부하 전압은 대략 85%로 감소되고, 발전기 여기 제어기(282)는 부하 전압을 상승시키는데 대략 150ms 걸린다. 일 실시예에서, VSC(240)의 STATCOM 기능은 이러한 전압 감소를 완화시키기 위하여 활성화된다. (보여주기 위한 목적으로, STATCOM 기능은 도 15A-E의 발생 동안 활성화되지 않았다.)
본 발명의 특정 실시예들에 대한 이전 설명들은 예시 및 기술의 목적으로 제공되었다. 그것들은 본 발명을 개시된 정확한 형태를 총망라하거나 제한하고자 의도된 것이 아니고, 자명하게 많은 수정예 및 변형예들이 전술한 개념의 견지에서 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리 및 실제적인 응용을 가장 잘 설명하기 위하여 선택 기술되어, 다른 당업자들이 본 발명 및 고려된 특정 사용에 적합한 것으로 다양한 변형예를 가진 여러 실시예들을 가장 잘 사용할 수 있게 한다. 최적 모드가 기술되었기 때문에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해지는 것이 의도된다.

Claims (55)

  1. 전력 저장 서브시스템; 및
    상기 전력 저장 서브시스템과 결합되고, 적어도 정적 보상기(STATCOM) 동작 모드와 무정전 전원 공급기(UPS) 동작 모드를 포함하는 다수의 동작 모드들을 제공하도록 구성되며, 동시에 하나 이상 모드로의 동작을 포함하는 각각의 상기 모드들 사이의 전이(transition)들을 제어하도록 구성되는, 제어 시스템
    을 포함하는 전원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 정적 보상기(STATCOM) 동작 모드는 종래의 정적 보상기(STATCOM) 없이 구현되며, 상기 무정전 전원 공급기(UPS) 동작 모드는 종래의 무정전 전원 공급기(UPS) 없이 구현되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전원 시스템은 전력 발생기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 전력 발생기에 추가로 결합되어 발전기 모드를 제공하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 전력 발생기에 추가로 결합되고 적어도 dc-접속된 발전기 모드와 ac-접속된 발전기 모드를 포함하는 다수의 발전기 접속 모드들을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 일체형 폐루프 제어 시스템인 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 시스템은,
    상기 전력 저장 서브시스템과 상기 전력 발생기에 결합되는 전류 제어 시스템; 및
    적어도 상기 전력 저장 서브시스템과 결합되는 전압 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전류 제어 시스템은 펄스 패턴 발생 유닛과 결합되는 전압 소스 변환기(VSC) 전류 제어기를 포함하고,
    상기 펄스 패턴 발생 유닛은 상기 에너지 저장 시스템과 결합되어 상기 에너지 저장 시스템에 제어 신호들을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전압 제어 시스템은 상기 펄스 패턴 발생 유닛과 결합된 VSC 전압 제어기를 포함하고,
    상기 펄스 패턴 발생 유닛은 상기 에너지 저장 시스템과 결합되어 상기 에너지 저장 시스템에 제어 신호들을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 유닛과 결합된 VSC를 포함하고, 상기 에너지 저장 유닛은 전기 에너지를 저장하도록 구성되며, 상기 VSC는 상기 에너지 저장 유닛으로부터 에너지를 인출하고 상기 에너지 저장 유닛으로 전기 에너지를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 전류 제어 시스템 및 상기 전압 제어 시스템과 결합된 검출 및 모드 선택 유닛을 더 포함하고, 상기 장치의 동작 모드를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전원 시스템은 상기 검출 및 모드 선택 유닛과 결합된 고체 차단기(solid state breaker: SSB)를 더 포함하고,
    상기 검출 및 모드 선택 유닛은 상기 SSB를 개방 및 폐쇄시키는 신호를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 시스템은 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 시스템은 플라이휠(flywheel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 시스템은 SMES를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 시스템은 전기화학 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 시스템은 압축 공기 에너지 저장 시스템(CAES)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 시스템은 상기 전력 저장 서브시스템의 동작을 제어하기 위해 구성되는 적어도 하나의 저장 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 저장 제어 모듈은 제 2 전력 저장 서브시스템의 동작을 제어하기 위해 구성되는 제 2 저장 제어 모듈과 호환가능한 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 저장 제어 모듈은 소프트웨어 구성(configuration), 하드웨어 구성, 및 소프트웨어와 하드웨어 구성의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  20. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 전력 발생기의 동작을 제어하기 위해 구성되는 적어도 하나의 전력 발생기 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전력 발생기 제어 모듈은 제 2 전력 발생기의 동작을 제어하기 위해 구성되는 제 2 전력 발생기 제어 모듈과 호환가능한 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  22. 전력을 제공하기 위한 장치로서,
    정적 보상기(STATCOM);
    무정전 전원 공급기(UPS); 및
    상기 STATCOM과 상기 UPS에 결합되는 다중모드 제어 시스템 - 상기 다중모드 제어 시스템은 상기 STATCOM과 상기 UPS를 상호동작시키도록 상기 STATCOM 및 상기 UPS를 각각 제어하여 상기 전기적 그리드상의 장애 또는 운전정지 동안, 이전 및/또는 이후 무효 전력(정적 보상) 및/또는 임의로 조합된 실재 전력을 동시에 제공하도록 구성됨 -
    을 포함하는 전력 공급 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전력 공급 장치는 발전기를 더 포함하고, 상기 다중모드 제어 시스템은 상기 발전기에 추가로 결합되며, 상기 제어 시스템은 실재 및 무효 전력을 제공하기 위해 상기 STATCOM 및 상기 UPS와 상기 발전기를 상호동작시키도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제어 시스템은,
    상기 STATCOM, 상기 UPS, 및 상기 발전기와 결합되어 상기 STATCOM, 상기 UPS, 및 상기 발전기를 위한 제어를 제공하도록 구성되는 전류 제어 시스템; 및
    적어도 상기 UPS와 결합되어 상기 UPS를 위한 제어를 제공하도록 구성되는 전압 제어 시스템을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 제어 시스템은,
    상기 STATCOM 및 상기 UPS와 결합되어 상기 STATCOM과 상기 UPS를 위한 제어를 제공하도록 구성되는 전류 제어 시스템; 및
    적어도 상기 UPS와 결합되어 상기 UPS를 위한 제어를 제공하도록 구성되는 전압 제어 시스템을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 전류 제어 시스템과 상기 전압 제어 시스템에 결합되어 상기 전류 제어 시스템과 상기 전압 제어 시스템을 활성화 및 비활성화시키는 신호를 상기 전류 제어 시스템과 상기 전압 제어 시스템에 제공하도록 구성되는 검출 및 모드 선택 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 STATCOM은 에너지 저장 유닛과 결합된 적어도 전압 소스 변환기(VSC)를 포함하고, 상기 VSC는 적어도 정적 보상(무효 전력 주입/흡수)을 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 UPS는 적어도 에너지 저장 유닛을 포함하고, 전력 조절기를 포함하지 않으며, 상기 UPS는 상기 STATCOM을 통해 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 에너지 저장 유닛은 배터리, 플라이휠, SMES, 전기화학 커패시터, 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  30. 적어도 하나의 부하(load)에 결합되어 상기 적어도 하나의 부하에 교류 전력을 제공하도록 구성가능한 교류 전원 시스템으로서,
    다수의 동작 모드들을 상호동작시키도록 구성되는 다중모드 제어 시스템 - 상기 다중모드 제어 시스템은 전류 제어 시스템 및 전압 제어 시스템을 포함함 -
    을 포함하는 교류 전원 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 다중모드 제어 시스템은 적어도 대기 모드와 에너지 저장 방전 모드를 포함하는 다중 모드들의 동작을 제공하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류 전원 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 다중모드 제어 시스템은 에너지 저장 충전 모드를 제공하도록 추가로 구성되며, 상기 충전 모드는 적어도 하나의 다른 다중모드들의 동작 중에 동작가능한 것을 특징으로 하는 교류 전원 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 다중모드 제어 시스템은 교류 전원 모드를 제공하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류 전원 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 전류 제어 시스템은 적어도 교류 전원 모드의 동작 및 대기 모드의 동작을 제어하도록 구성되며,
    상기 전압 제어 시스템은 상기 교류 전원 모드가 동작하지 않는 동안 적어도 에너지 저장 방전 모드의 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교류 전원 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 전류 제어는 상기 교류 전원 모드 동작 중에 적어도 에너지 저장 방전 모드를 위한 제어를 제공하는 것을 특징으로 하는 교류 전원 시스템.
  36. 교류 전력을 부하에 공급하기 위한 방법으로서,
    정적 보상(STATCOM) 모드와 무정전 전원 공급기(UPS) 모드를 포함하는 다수의 동작 모드들 중 적어도 하나를 통해 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 다수의 모드들을 상호동작시키고 상기 다수의 동작 모드들간에 전이시키는 제어 시스템에서 상기 다수의 모드들을 제어하는 단계
    를 포함하는 교류 전력 공급 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 다수의 동작 모드들 중 적어도 2개를 동시에 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 공급 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 동작시키는 단계는 상기 STATCOM 모드와 전력 발생기(gen set) 모드를 동시에 동작시키는 단계를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 공급 방법.
  39. 제 36 항에 있어서, 상기 전력을 공급하는 단계는 전력 발생기(gen set) 모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 공급 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 다수의 동작 모드들 중 적어도 2개를 동시에 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 공급 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 동시에 동작시키는 단계는,
    상기 전력 발생(gen set) 모드를 램핑-업(ramping-up)하는 단계; 및
    상기 전력 발생 모드가 램핑-업될 때 상기 UPS 모드를 동시에 램핑-다운(ramping-down)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 공급 방법.
  42. 제 40 항에 있어서, 상기 동시에 동작시키는 단계는 상기 전력 발생 모드와 상기 UPS 모드를 동시에 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 공급 방법.
  43. 부하에 전력을 공급하는 방법으로서,
    부하에 전력을 공급하기 위한 장치를 동작시키는 단계 - 상기 장치를 동작시키는 단계는 대기 모드로 동작시키는 단계, 및 무정전 전원 공급기(UPS) 모드로 동작시키는 단계를 포함함 -; 및
    실질적인 무정전 전력을 부하에 제공하도록 상호동작시키기 위해 상기 대기 모드와 상기 UPS 모드를 제어하는 단계
    를 포함하는 전력 공급 방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 장치를 동작시키는 단계는 발전기 모드로 동작시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제어하는 단계는 상기 실질적인 무정전 전력을 상기 부하에 제공하도록 상기 대기 모드와 상기 UPS 모드를 상호동작시키기 위해 상기 발전기 모드를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  45. 제 43 항에 있어서, 상기 대기 모드로 동작시키는 단계는,
    상기 부하에 전력을 공급하는 그리드를 모니터링하는 단계; 및
    정적 보상(무효 전력 주입/흡수)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 대기 모드로 동작시키는 단계는 상기 부하에 전력을 공급하는 그리드를 모니터링하는 단계를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는, 상기 그리드에서 결함이 검출되면 상기 부하와 상기 그리드의 접속을 해제하고 상기 부하에 전력을 공급하는 상기 UPS를 기동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  47. 제 44 항에 있어서, 상기 발전기 모드로 동작시키는 단계는 상기 부하를 모니터링하는 단계를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는 상기 부하에서 결함이 검출되면 상기 부하에 대한 상기 발전기의 접속을 ac에서 dc 접속으로 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  48. 제 46 항에 있어서, 상기 전력 공급 방법은 상기 UPS 모드 중에 정적 보상을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  49. 제 46 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는,
    상기 발전기 모드를 기동시키고 상기 발전기 모드를 통해 공급되는 전력을 램핑-업하는 단계; 및
    상기 발전기 모드를 통해 공급되는 전력이 램핑-업될 때 상기 UPS 모드를 통해 공급되는 전력을 램핑-다운하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는,
    상기 발전기 모드로 동작 중에 상기 그리드를 계속 모니터링하는 단계;
    상기 그리드상의 결함이 더 이상 검출되지 않으면 상기 발전기 모드를 통해 공급되는 전력을 동기화시키는 단계;
    상기 그리드를 상기 부하에 연결시키는 단계; 및
    상기 전력이 상기 발전기 모드를 통해 상기 부하에 더 이상 공급되지 않도록 상기 발전기 모드를 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  51. 제 46 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는,
    상기 UPS 모드로 동작 중에 상기 그리드를 계속 모니터링하는 단계;
    상기 그리드상의 결함이 더 이상 검출되지 않으면 상기 UPS 모드를 통해 공급되는 전력을 동기화시키는 단계;
    상기 그리드를 상기 부하에 연결시키는 단계; 및
    상기 전력이 상기 UPS 모드를 통해 상기 부하에 더 이상 공급되지 않도록 상기 UPS 모드를 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  52. 제 44 항에 있어서, 상기 전력 공급 방법은 상기 대기 모드, 상기 UPS 모드 및 상기 발전기 모드로 동작 중에 정적 보상을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  53. 제 44 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 대기 모드와 상기 발전기 모드로 동작 중에 에너지 저장 시스템을 충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  54. 프로세서와 상기 프로세서에 결합된 메모리를 갖는 컴퓨터 시스템과 연계하여 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 및 이에 내장된 컴퓨터 프로그램 메커니즘을 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램 메커니즘은 교류 전력(전압 및/또는 전류)을 부하에 공급하도록 전력 시스템을 유도하는 프로그램 모듈을 포함하고,
    상기 프로그램 모듈은,
    정적 보상(STATCOM) 모드와 무정전 전원 공급기(UPS) 모드를 포함하는 다수의 동작 모드들 중 적어도 하나를 통해 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 다수의 모드들을 상호동작시키고 상기 다수의 동작 모드들간의 전이를 제공하는 제어 시스템에서 상기 다수의 모드들을 제어하는 단계를 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  55. 프로세서와 상기 프로세서에 결합된 메모리를 갖는 컴퓨터 시스템과 연계하여 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 및 이에 내장된 컴퓨터 프로그램 메커니즘을 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램 메커니즘은 교류 전력(전압 및/또는 전류)을 부하에 공급하도록 전력 시스템을 유도하는 프로그램 모듈을 포함하고,
    상기 프로그램 모듈은,
    대기 모드의 동작과 무정전 전원 공급기(UPS) 모드로의 동작을 포함하여 부하에 전력을 공급하기 위한 장치를 동작시키는 단계; 및
    실질적으로 부하에 무정전 전력을 제공하도록 상호동작시키기 위해 상기 대기 모드와 상기 UPS 모드를 제어하는 단계를 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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