KR20070001031A - 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치 - Google Patents

태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20070001031A
KR20070001031A KR1020060118437A KR20060118437A KR20070001031A KR 20070001031 A KR20070001031 A KR 20070001031A KR 1020060118437 A KR1020060118437 A KR 1020060118437A KR 20060118437 A KR20060118437 A KR 20060118437A KR 20070001031 A KR20070001031 A KR 20070001031A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
leg
voltage
power
battery
load
Prior art date
Application number
KR1020060118437A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100844401B1 (ko
Inventor
금만희
김대현
김태완
김현수
우종호
김종복
최운성
Original Assignee
(주) 다쓰테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 다쓰테크 filed Critical (주) 다쓰테크
Priority to KR1020060118437A priority Critical patent/KR100844401B1/ko
Publication of KR20070001031A publication Critical patent/KR20070001031A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100844401B1 publication Critical patent/KR100844401B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/906—Solar cell systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)

Abstract

본 발명은 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치에 관한 것으로, 태양광 발전장치를 계통연계하고, 입력 및 출력변압기를 제거하고, 발전 및 충방전 leg을 구비함으로써 변압기를 통한 전력손실 및 도통손실을 방지하도록 함으로써 고효율 전력의 제공이 가능하도록 한 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명을 적용하면, 태양전지 및 배터리가 함께 구비되어져 있으며, 변압기를 생략하고 승압 및 강압이 가능하도록 한 장치이므로, 변압기에서 발생되는 도통손실을 감소시킬 수 있으며, 태양광 발전과 배터리를 연계하여 보다 안정적인 전력의 공급이 가능하다는 장점이 있다.

Description

태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치{UNINTERRUPTED POWER SUPPLY APPARATUS WITH A SOLAR GENERATING APPARATUS}
도 1은 종래의 실시예에 따른 정류기-인버터형 무정전 전원투입장치를 나타내는 회로도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 나타내는 회로도,
도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 이용한 정전시 동작상태를 나타내는 전류흐름도,
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 이용한 계통 연결시 태양광 발전 및 배터리 충전상태를 나타내는 전류흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
4:교류입력, 12:직류전력저장콘덴서,
18:교류출력, 20:부하,
32:정류기leg, 34:태양전지,
36:발전leg, 38:배터리,
40:충방전leg, 42:공통leg,
44:인버터leg.
본 발명은 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 태양광 발전장치를 계통연계하고, 입력 및 출력변압기를 제거하고, 발전 및 충방전 leg을 구비함으로써 변압기를 통한 전력손실 및 도통손실을 방지하도록 함으로써 고효율 전력의 제공이 가능하도록 한 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 일반적으로 통신시스템, 의료시스템 등 중요 시스템에서는 전원 투입이 정지된 경우, 즉 정전된 경우 유저에게 엄청난 부가가치의 손실을 발생시키며, 의료시스템을 이용한 수술도중 정전이 발생되면 환자의 생명에 심각한 위협을 초래하게 되므로 이러한 주요 시스템에는 무정전 시스템이 구축되어져 있다.
이러한 무정전 시스템에는 일반적으로 on-line 무정전전원장치가 많이 사용되고 있는 바, 상기 On-line 무정전전원장치에서는 점차 강화되고 있는 입력전원의 환경 규제에 따라 고역률과 국가적인 차원에서의 고효율이 요구되고 있다. 또한 시장 상황에 따라 시스템의 크기 및 무게 감소와 저가격화가 요구되고 있다.
이와 달리 최근 고유가 시대 에너지 수급 불안 해소를 위한 대체에너지 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 환경오염을 방지하기 위한 친환경적 에너지로 태양광발전 시스템의 개발이 활발히 진행되고 있다.
종래의 방식으로 태양광발전 시스템을 무정전전원장치에 이용할 경우, 태양광발전전력을 계통으로 연계한 후 이를 다시 직류전력으로 변환한 후 인버터를 통하여 교류전력을 부하에 공급해야 한다. 이와 같은 경우, 여러 번의 전력변환에 따른 시스템의 효율 감소를 야기하고 시스템의 가격을 증가시키게 된다.
도 1은 종래의 실시예에 따른 정류기-인버터형 무정전 전원투입장치를 나타내는 회로도이다.
이를 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 단상 고역률 무정전전원장치(2)의 회로는 2개의 leg (T 1 과 D 1 는 하나의 leg이며 T 2 와 D 2 는 또 다른 하나의 leg이다)으로 이루어진 4개의 스위치 T 1 , D 1 , T 2 , D 2 로 구성된 풀-브릿지 (full-bridge) 정류기(8)와; 2개의 leg로 이루어진 4개의 스위치 T 3 , D 3 , T 4 , D 4 로 구성된 풀-브릿지 인버터(14)로 구성되며, 배터리(10)는 직류 콘덴서(12:C d )와 병렬로 연결된다.
상기 정류기(8)는 역률보상 및 충전기능을 수행하며 인버터(14)는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 정류기(8)는 스위치 T 1 , D 1 , T 2 , D 2 의 스위칭제어에 의해 교류전력을 직류전력으로 변환시키며, 그 정류기(8)에 병렬로 연결된 상기 직류 콘덴서(12:C d )에 직류전력이 충전되며, 그 충전전력이 다시 병렬로 접속된 상기 배터리(10)에 충전되게 되게 구성된다.
또한, 상기 인버터(14)는 스위치 T 3 , D 3 , T 4 , D 4 의 스위칭제어에 의해 상기 배터리(10)에 충전된 직류전력을 교류전력으로 변환하여, 출력변압기(16)를 통해 승압하여 교류출력(18)으로 제공하여 부하(20)에 교류전력을 제공하게 된다.
이러한 정류기(8) 및 인버터(14)는 기설정된 스위칭 주파수(switching frequency)에 의해 펄스폭변조(PWM: pulse-width modulation) 방식으로 제어되는 바, 이러한 스위치제어는 일반적인 제어부의 기능이므로 이는 생략한다.
일반적으로 배터리(10)는 유지 보수, 가격 등의 문제로 많은 배터리를 직렬로 연결하여 계통전압의 최대치까지 올려 사용하지 않는다. 따라서 입력단과 출력단에는 입력전압과 배터리 전압 사이의 전압 균형을 맞추기 위하여 입력단의 변압기(6)가 필요하며, 또한 배터리 전압으로부터 인버터 교류출력 전압을 내기 위하여 출력단의 변압기(16)가 필수적이다. 이와 같이 입력단의 변압기는 높은 입력 교류전압을 낮은 입력 교류전압으로 낮추며 여기에 연결된 정류기(8)는 전류제어를 통해 고역률을 유지하면서 배터리(10)를 충전시킨다. 인버터(14)는 낮은 직류전압을 교류전압으로 만들고, 출력단의 변압기(16)를 통해 필요한 교류전압을 만든다.
이러한 형태의 무정전전원장치는 변압기(6)(16)에서의 전력손실과, 낮은 직류전압으로 인한 도통손실의 증가로 인하여 시스템의 효율이 저하된다. 일반적으로 시스템의 고장 혹은 과부하 시에는 싸이리스터(thyristor)를 사용하여 입력전압을 출력전압으로 연결해 주는 바이패스(bypass) 회로가 추가적으로 필요하다. 제 1도의 무정전전원장치 회로에서는 이러한 바이패스 회로를 생략한 상태이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 태양광 발전장치를 계통연계하고, 입력 및 출력변압기를 제거하고, 발전 및 충방전 leg을 구비함으로써 변압기를 통한 전력손실 및 도통손실을 방지하도록 함으로써 고효율 전력의 제공이 가능하도록 한 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 교류입력(4)단과, 부하(20)와 연결된 교류출력(18)단의 사이에, 정류기 leg(32) 및 태양전지(34), 발전leg(36), 배터리(38), 충방전leg(40), 직류전력 저장콘덴서(12) 및, 공통 leg(42), 인버터 leg(44)이 순차적으로 병렬 접속되며, 상기 정류기 leg(32)은 교류입력전압을 직류전압으로 정류하고, 상기 발전leg(36)은 태양전지로부터 발생되는 불규칙한 전압을 승압하고, 상기 충방전leg(40)은 상기 발전 leg(36)을 통해 인입된 전압을 강압하여 배터리(38)에 충전하거나, 배터리(38)의 전압을 승압하여 부하단으로 출력시키며, 상기 직류전력 저장콘덴서(12)는 상기 충방전leg(40)으로부터 출력된 전압을 저장하고, 상기 공통 leg(42)는 스위칭되어 상기 인버터 leg(44)과 정류기 leg(32)을 독립적으로 제어하며, 상기 인버터 leg(44)은 교류 출력을 부하에 공급하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 발전 leg(36)은 정전시 부스트 컨버터로 동작하여, 태양전 지(34)의 전압을 승압시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 충방전leg(40)은 정전이면서, 부하전력이 태양광 전력보다 작은 경우, 벅 컨버터로 동작하여 배터리(38)에 전압을 강압시켜 충전하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 충방전leg(40)은 정전이면서, 부하전력이 태양광 전력보다 작은 경우 또는 태양광 발전이 불가능한 경우에, 부스트 컨버터로 동작하여 배터리(38)의 전압을 승압시켜 부하로 제공하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 발전 leg(36)은 계통연결(교류전압입력)시, 부하전력이 태양광 발전보다 작거나 큰 것에 무관하게, 부스트 컨버터로 동작하여, 태양전지(34)의 전압을 승압시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 충방전leg(40)은 계통연결(교류전압입력)시, 부하전력이 태양광 발전보다 작거나 크거나, 태양광 발전이 불가능한 것에 무관하게, 벅 컨버터로 동작하여, 배터리(38)로 전압을 강압시켜 충전하게 스위칭되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치가 제공된다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 나타내는 회로도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치(30)는 직류전력 저장 콘덴서(12: C d )를 중심으로 태양전지(34)로부터 직류전력을 제공하는 태양광발전부(36: 발전 leg이라 함), 배터리를 충방전하는 충방전부(40: 충방전 leg이라 함), 교류입력전압을 직류전압으로 정류하는 정류부(32: 정류기 leg이라 함), 교류출력을 부하에 공급하는 인버터부(44: 인버터 leg이라 함.)로 크게 구성되어져 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치(30)는 교류입력(4)단과, 부하(20)와 연결된 교류출력(18)단의 사이에, 정류기 leg(32) 및 태양전지(34), 발전leg(36), 배터리(38), 충방전leg(40), 직류전력 저장콘덴서(12) 및, 공통 leg(42), 인버터 leg(44)이 순차적으로 병렬 접속되어 제어부(미도시)의 스위칭신호에 따라 각 구성에 포함된 스위치가 제어됨으로써 안정적인 무정전 전원투입장치를 구성한다.
상기 정류부(32)와 인버터부(44)는 공통 leg(42)를 공유한다. 직류전압은 계통전압에 사용할 수 있는 비교적 높은 전압으로, 태양광발전으로부터 나오는 불규칙한 전압을 발전 leg(36)를 통하여 승압하거나, 낮은 배터리 전압을 충방전 leg(40)를 사용하여 승압하여 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 제안된 회로에서는 종래의 무정전장치에 사용되었던 입력단과 출력단의 변압기를 제거할 수 있다.
상기 공통 leg(42)는 저주파수인 입력전원과 동일한 주파수로 스위칭을 하고, 정류기 leg(32)와 인버터 leg(44)를 고주파의 스위칭 주파수로 스위칭을 하면 고정주파수의 가변 교류전원을 얻게 된다.
상기 공통 leg(42)에 포함된 스위치(T3, D3)들은 입력전원의 주파수로 스위칭을 하면, 정류기 leg(32)와 인버터 leg(44)의 스위치들은 단극성 (unipolar) PWM 방식으로 스위칭하게 되며, 정류기 leg(32)와 인버터 leg(44)의 스위치(T1,D1,T4,D4)들은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 즉 정류기 leg(32)는 입력전류를 제어하기 위한 방향으로 스위칭하며 인버터 leg(44)는 출력전압을 제어하기 위한 방향으로 스위칭하게 된다.
상기 발전 leg(36)는 부스트 컨버터(boost convert 혹은 step-up converter)로 동작하여, 불규칙한 태양전지(34) 전압을 계통전압에 사용할 수 있는 직류전압으로 승압한다. 상기 발전 leg(36)의 다이오드 D, 스위치 S, 인덕터 L p 가 조합되어 부스트 컨버터(boost convert 혹은 step-up converter)로 동작된다.
이때, 부스트 컨버터(boost convert 혹은 step-up converter)는 승압형 컨버터라고도 일컬으며, 스위치 S가 ON된 동안에는 입력전원이 상기 인덕터 L p 의 양단에 연결되어 전류의 충전이 이루어지며, 스위치 S가 ON되면 충전된 전류가 부하 측 즉, 상기 충방전 leg(40)측으로 전달된다.
상기 충방전 leg(40)는 배터리(38)를 충전할 경우에는 벅 컨버터(buck converter 혹은 step-down converter)로 동작하여 정류 회로를 거친 높은 직류전압을 배터리(38)로 충전하기에 적당한 전압으로 낮춘다. 방전 시에는 반대로 부스트 컨버터로 동작하여 낮은 배터리 전압을 계통전압에 사용할 수 있는 직류전압으로 승압하게 된다.
즉, 상기 충방전 leg(40)는 충전시 및 방전시에 각각 벅 컨버터(buck converter 혹은 step-down converter) 및 부스트 컨버터(boost convert 혹은 step-up converter)로 동작하여 전압을 강압 또는 승압한다.
상기 벅 컨버터(buck converter 혹은 step-down converter)는 강압형 컨버터라고도 하며, 일정한 주기로 스위칭되는 스위칭소자를 사용하여 스위치가 ON되는 동안 입력전원이 회로에 연결되고, OFF된 동안에는 회로가 끊어진다. 따라서, 주기적으로 펄스모양의 전압을 평활하여 직류 전압을 출력하여 배터리를 충전시킨다.
상기 충방전 leg(40)는 벅 컨버터의 기능으로 배터리(38)를 충전시키며, 부스트 컨버터의 기능으로 배터리(38)의 충전전압을 부하단으로 승압시켜 전달한다.
본 발명은 정전시 계통전압으로 사용할 수 있는 직류전압을 태양전지(34) 또는 배터리(38) 단독으로 얻거나 태양전지(34)와 배터리(38)를 동시에 사용하여 얻을 수 있기 때문에 배터리(38)를 단독으로 쓰는 경우보다 안정적인 전원을 확보할 수 있다.
또한, 태양광발전전력의 잉여전력 발생시 배터리(38)의 충전이 가능하여 정전시 시스템의 동작시간을 연장시킬 수 있다. 또한, 계통과 연결되어 있을 때에는 태양광발전전력으로 배터리의 충전 및 부하전력을 공급할 뿐만 아니라 잉여 전력 발생시 계통으로 전달할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 제안된 회로는 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 저가격화를 가져올 수 있으며, 입력 및 출력변압기의 제거, 도통손실의 감소, 그리고 태양광발전전력으로 계통전력, 배터리전력 및 부하전력을 직접 공급함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 이용한 정전시 동작상태를 나타내는 전류흐름도이다.
이를 참조하면, 도 3a, 3b, 3c는 정전이 발생될 경우, 본 발명의 전류 흐름도를 나타낸 것으로, 도 3a는 정전시의 전류흐름을 나타낸 것이므로, 교류입력(4)이 이루어지지 않고, 부하전력이 태양광발전보다 적은 경우로, 발전 leg(36)의 다이오드 D, 스위치 S, 인덕터 L p 가 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(34)로부터 나오는 전압을 직류전압 V d 로 상승시켜 부하전력을 공급하고 태양광발전전력의 잉여전력은 배터리(38)에 공급된다.
도면에서, 전류가 도통되는 라인은 굵은 실선으로, 도통되지 않는 라인은 얇은 실선으로 도시하도록 한다.
발전 leg(36)의 스위치 S는 일정한 펄스폭변조를 통해 제어되며, 다이오드 D는 인덕터 L p 에 저장된 에너지를 직류 콘덴서 C d 에 공급할 때 도통된다. 충방전 leg(40)는 인덕터 L b 와 배터리와 연결되어 벅 컨버터로 동작하여 배터리를 충전시킨다.
즉, 태양광 발전이 부하전력보다 큰 경우이므로, 태양광 발전으로 발생된 전력은 부하전력을 공급하고도 잉여전력이 잔존하게 되므로, 상기 충방전 leg(40)는 스위치(T2)만 도통되고, 스위치(D2)는 도통되지 않아 배터리(38)를 충전하기만 하고, 부하전력을 공급하지 않는다.
공통 leg(42)의 스위치(T 3 , D 3 )는 인버터 leg(44)의 스위치(T 4 , D 4 )와 결합하여 풀-브릿지 구조의 인버터로 동작하며 공통 leg(42)는 출력전압의 주파수로 스위칭하게 되는데, 출력전압이 양의 값일 경우, 공통 leg(42)의 하위 스위치 D 3 는 도통되고 공통 leg(42)의 상위 스위치 T 3 는 소거된다. 인버터 leg(44)의 상위 스위치 T 4 가 도통되면 부하에 직류전압 V d 가 인가되고 전류 i o 가 부하 측으로 흐르게 되며 인버터 leg의 하위 스위치 D 4 가 도통되면 부하에 영전압이 인가되고 출력전류는 스위치 D 3 와 D 4 를 통하여 흐르게 된다.
반대로 출력전압이 음의 값일 경우, 공통 leg(42)의 상위 스위치 T 3 는 도통되고 공통 leg(42)의 하위 스위치 D 3 는 소거된다. 인버터 leg(44)의 상위 스위치 T 4 가 도통되면 부하에 영전압이 인가되고 출력전류는 스위치 T 3 와 T 4 를 통하여 흐르게 된다. 인버터 leg(44)의 하위 스위치 D 4 가 도통되면 부하에 직류전압 -V d 가 인가되어 전류 i o 가 음의 값을 가지게 된다.
도 3b는 부하전력이 태양광발전보다 큰 경우로, 발전 leg(36)의 다이오드 D, 스위치 S, 인덕터 L p 가 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(34)의 전압을 직류전압 V d 로 승압시키는 동시에 충방전 leg(40)의 상위 스위치 T 2 에 병렬로 연결되어 있는 다이오드, 하위 스위치 D 2 , 인덕터 L b 가 부스트 컨버터로 동작하여 배터리의 전압을 직류전압 V d 로 승압한다. 인버터의 동작은 도 3a의 동작과 동일하다.
즉, 태양광 발전이 부하전력보다 작은 경우이므로, 태양광 발전으로 발생된 전력은 부하전력을 공급하고도 부족전력이 생기게 되며, 상기 충방전 leg(40)는 스위치(T2)는 도통되지 않으며, 스위치(D2)는 도통되어 배터리(38)의 충전전력을 부하전력으로 공급하기만 하고, 배터리(38)를 충전하지는 않는다.
도 3c는 태양광발전이 불가능한 경우로, 정전시이면서 태양광 발전이 불가능하므로 정류기 leg(32)과 발전 leg(36)은 도통되지 않는다. 그 상태에서, 충방전 leg(40)의 상위 스위치 T 2 에 병렬로 연결되어 있는 다이오드, 하위 스위치 D 2 , 인덕터 L b 가 부스트 컨버터로 동작하여 배터리(38)의 전압을, 부하에서 필요한 직류전압 V d 로 상승시키며 인버터의 동작은 도 3a의 동작과 동일하다.
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치를 이용한 계통 연결시 태양광 발전 및 배터리 충전상태를 나타내는 전류흐름도이다.
이를 참조하면, 도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 장치가 계통에 연결된 경우를 나타낸 전류 흐름도로서, 도 4a는 부하전력이 태양광발전보다 적은 경우로, 발전 leg(36)의 다이오드 D, 스위치 S, 인덕터 L p 가 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지 의 전압을 직류전압 V d 로 상승시켜 부하전력을 공급하고 태양광발전전력의 잉여전력은 배터리(38) 및 계통으로 공급된다.
여기서 정류기 leg(32)의 스위치(T 1 , D 1 )는 공통 leg(42)의 스위치(T 3 , D 3 )와 결합하여 풀-브릿지 인버터로 동작하여 직류전압을 교류입력전압으로 변환한다. 이와 유사하게, 인버터 leg(44)의 스위치(T 4 , D 4 )도 공통 leg(42)의 스위치(T 3 , D 3 )와 결합하여 풀-브릿지 인버터로 동작하여 직류전압을 교류출력전압으로 변환한다.
이들 정류기 leg(32)의 스위치(T 1 , D 1 )와 인버터 leg(44)의 스위치(T 4 , D 4 )의 동작 원리는 정전시 인버터 동작과 동일하다. 충방전 leg(40)는 인덕터 L b 와 배터리와 연결되어 벅 컨버터로 동작하여 배터리를 충전시킨다. 즉, 충방전 leg(40)의 상위 스위치 T 2 는 일정한 펄스폭변조를 통해 제어되며, 하위 스위치 D 2 는 항상 소거되고 여기에 연결된 바디 다이오드(body diode)는 인덕터 L b 의 전류를 순환시킬 때 도통된다.
도 4b는 부하전력이 태양광발전보다 큰 경우로, 정류기 leg(32)와 공통 leg(42)가 결합하여 풀-브릿지 컨버터를 이루어 교류입력전압을 높은 직류전압 V d 로 변환할 뿐만 아니라 발전 leg(36)의 다이오드 D, 스위치 S, 인덕터 L p 가 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(34)의 전압을 직류전압 V d 로 상승시켜 배터리 충전 및 부하전력을 공급한다. 공통 leg(42)는 입력전압의 주파수로 스위칭하게 되는데, 입력 전압이양의 값일 경우, 공통 leg(42)의 하위 스위치 D 3 는 도통되고 공통 leg(42)의 상위 스위치 T 3 는 소거된다.
반대로 입력전압이음의 값일 경우, 공통 leg(42)의 상위 스위치 T 3 는 도통되고 공통 leg의 하위 스위치 D 3 는 소거된다. 입력전압이 양의 값일 경우, 정류기 leg(32)의 하위 스위치 D 1 이 도통되고 정류기 leg(32)의 상위 스위치 T 1 이 소거되면, 인덕터의 전류 i s 가 양의 방향으로 증가하고 자기에너지는 인덕터 L s 에 저장된다. 정류기 leg(32)의 상위 스위치 T 1 이 도통되고 하위 스위치 D 1 이 소거되면 인덕터 L s 에 저장된 자기에너지는 직류 측으로 전달된다.
즉, 태양광 발전이 부하전력보다 크거나, 작은 경우라도, 도 4a 및 4b는 정전시가 아니고 계통연결시이므로, 상기 충방전 leg(40)는 스위치(T2)만 도통되고, 스위치(D2)는 도통되지 않아 배터리(38)를 충전하기만 하고, 부하전력을 공급하지 않는다.
입력전압이 음의 값을 가질 때도 같은 원리로 동작을 한다. 충방전 leg(40) 및 인버터 leg(44)의 동작은 도 4a의 경우와 동일하다. 도 4c는 태양광발전이 불가능한 경우로, 정류기 leg(32), 충방전 leg(40) 및 인버터 leg(44)의 동작은 도 4a와 동일하며, 발전 leg(36)은 도통되지 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입 장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치는 태양전지 및 배터리가 함께 구비되어져 있으며, 변압기를 생략하고 승압 및 강압이 가능하도록 한 장치이므로, 변압기에서 발생되는 도통손실을 감소시킬 수 있으며, 태양광 발전과 배터리를 연계하여 보다 안정적인 전력의 공급이 가능하다는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 교류입력(4)단과, 부하(20)와 연결된 교류출력(18)단의 사이에, 정류기 leg(32) 및 태양전지(34), 발전leg(36), 배터리(38), 충방전leg(40), 직류전력 저장콘덴서(12) 및, 공통 leg(42), 인버터 leg(44)이 순차적으로 병렬 접속되며,
    상기 정류기 leg(32)은 교류입력전압을 직류전압으로 정류하고, 상기 발전leg(36)은 태양전지로부터 발생되는 불규칙한 전압을 승압하고, 상기 충방전leg(40)은 상기 발전 leg(36)을 통해 인입된 전압을 강압하여 배터리(38)에 충전하거나, 배터리(38)의 전압을 승압하여 부하단으로 출력시키며, 상기 직류전력 저장콘덴서(12)는 상기 충방전leg(40)으로부터 출력된 전압을 저장하고, 상기 공통 leg(42)는 스위칭되어 상기 인버터 leg(44)과 정류기 leg(32)을 독립적으로 제어하며, 상기 인버터 leg(44)은 교류 출력을 부하에 공급하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발전 leg(36)은 정전시 부스트 컨버터로 동작하여, 태양전지(34)의 전압을 승압시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 충방전leg(40)은 정전이면서, 부하전력이 태양광 전력보다 작은 경우, 벅 컨버터로 동작하여 배터리(38)에 전압을 강압시켜 충전하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 충방전leg(40)은 정전이면서, 부하전력이 태양광 전력보다 작은 경우 또는 태양광 발전이 불가능한 경우에, 부스트 컨버터로 동작하여 배터리(38)의 전압을 승압시켜 부하로 제공하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발전 leg(36)은 계통연결(교류전압입력)시, 부하전력이 태양광 발전보다 작거나 큰 것에 무관하게, 부스트 컨버터로 동작하여, 태양전지(34)의 전압을 승압시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 충방전leg(40)은 계통연결(교류전압입력)시, 부하전력이 태양광 발전보다 작거나 크거나, 태양광 발전이 불가능한 것에 무관하게, 벅 컨버터로 동작하여, 배터리(38)로 전압을 강압시켜 충전하게 스위칭되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치.
KR1020060118437A 2006-11-28 2006-11-28 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치 KR100844401B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060118437A KR100844401B1 (ko) 2006-11-28 2006-11-28 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060118437A KR100844401B1 (ko) 2006-11-28 2006-11-28 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070001031A true KR20070001031A (ko) 2007-01-03
KR100844401B1 KR100844401B1 (ko) 2008-07-07

Family

ID=37868687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060118437A KR100844401B1 (ko) 2006-11-28 2006-11-28 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100844401B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100867650B1 (ko) * 2008-01-11 2008-11-10 김배영 발전 설비 동기 장치 응용 피크 제어 및 전력 감시 수배전반, 및 제어 발전 전력 공급 방법
DE102008059293A1 (de) * 2008-11-27 2010-06-02 Manßhardt, Hans Solar-Stromversorgung
CN106532536A (zh) * 2016-11-02 2017-03-22 上海金友金弘智能电气股份有限公司 集约型智能光伏预装式变电站
CN108683346A (zh) * 2018-07-25 2018-10-19 汉能移动能源控股集团有限公司 一种变流器及太阳能发电系统
CN113629852A (zh) * 2021-08-20 2021-11-09 江苏亿万物联科技有限公司 光伏电能与厂用电互补用作制氢设备动力电源的方法
KR102623576B1 (ko) * 2023-07-11 2024-01-10 이노크리시스템 주식회사 무정전전원공급시스템 및 이를 이용하는 전력공급방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101207595B1 (ko) 2012-08-24 2012-12-03 이민수 열융착 포장기의 냉각 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3216969B2 (ja) * 1995-06-07 2001-10-09 日本電信電話株式会社 無停電形太陽光発電システム
JP3936092B2 (ja) 1999-01-22 2007-06-27 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 交流無停電電源システム
KR200234406Y1 (ko) * 2001-03-29 2001-10-10 주식회사 하이테크 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템
KR100475830B1 (ko) * 2002-12-20 2005-03-10 한국수자원공사 무인 관측국의 자동 전원 공급장치

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100867650B1 (ko) * 2008-01-11 2008-11-10 김배영 발전 설비 동기 장치 응용 피크 제어 및 전력 감시 수배전반, 및 제어 발전 전력 공급 방법
DE102008059293A1 (de) * 2008-11-27 2010-06-02 Manßhardt, Hans Solar-Stromversorgung
CN106532536A (zh) * 2016-11-02 2017-03-22 上海金友金弘智能电气股份有限公司 集约型智能光伏预装式变电站
CN108683346A (zh) * 2018-07-25 2018-10-19 汉能移动能源控股集团有限公司 一种变流器及太阳能发电系统
CN113629852A (zh) * 2021-08-20 2021-11-09 江苏亿万物联科技有限公司 光伏电能与厂用电互补用作制氢设备动力电源的方法
KR102623576B1 (ko) * 2023-07-11 2024-01-10 이노크리시스템 주식회사 무정전전원공급시스템 및 이를 이용하는 전력공급방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100844401B1 (ko) 2008-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2012302148B2 (en) Twin boost converter with integrated charger for ups
KR101116428B1 (ko) 에너지 저장 시스템
TWI221695B (en) Uninterruptible power system
US7663342B2 (en) Apparatus, system, and method for controlling multiple power supplies
KR100844401B1 (ko) 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치
CN103828186A (zh) 用于在线ups系统的单一电池电力拓扑
JP2011200096A (ja) 蓄電システム
JP2009142013A (ja) 電力供給システム
CN103762693A (zh) 一种用于钒电池充放电的电路结构及其控制方法
KR101394712B1 (ko) 배터리 수명 연장을 위한 단상 ｂｅｓｓ 전력 변환 장치 및 그 전원공급방법
Mozaffari et al. A single-phase inverter/rectifier topology with suppressed double-frequency ripple
JP2008131736A (ja) 分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置
JP2008054477A (ja) 電力変換装置
JPH06266458A (ja) バッテリ併用型太陽光発電設備
Chen et al. Development of an autonomous distributed maximum power point tracking PV system
KR101764651B1 (ko) 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법
CN107342603B (zh) 用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路
CN110061559B (zh) 离线式不间断电源及其控制方法
KR20080032839A (ko) 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치
KR101643705B1 (ko) 무정전 전원장치의 제어 장치 및 방법
JP4370965B2 (ja) 電力変換装置
JP6722295B2 (ja) 電力変換システム、電力供給システムおよび電力変換装置
KR101256376B1 (ko) 상이한 충방전 경로를 이용한 에너지 저장 장치 및 그 에너지 저장 시스템
US20210028694A1 (en) Power converter and method for operating a power converter
JP2003067065A (ja) バッテリ内蔵型電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130613

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140625

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160616

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170519

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180425

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190722

Year of fee payment: 12