KR20080001239U - System for supply the source of electricity using the direct-current dynamo - Google Patents

System for supply the source of electricity using the direct-current dynamo Download PDF

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홍준희
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Abstract

본 고안은 분산형전원의 직류전원을 직접 직류부하에 공급함에 따라 직류/교류 또는 교류/직류의 변환에 동반되는 손실을 절감하고, 에너지의 유효 이용을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 고 신뢰의 직류전원을 공급받을 수 있는 효과를 얻을 수 있는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템에 관한 것으로, 직류의 공급방식으로 전기 에너지를 공급하는 분산형전원(100)과; 상기 분산형전원(100)의 직류 배선전 일측에 연결되어 있어 입력전압과 출력전압을 승압 혹은 강압하는 직류변압기인 DC/DC 컨디셔너(101)를 더 포함하고 있어, 상기 DC/DC컨디셔너(101)에 의해 변압된 직류전원을 공급받아 직류전원용 기기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템에 관한 것이다. The present invention reduces the losses associated with the conversion of DC / AC or AC / DC by directly supplying the DC power of the distributed power supply to the DC load, and expects the effective use of energy. The present invention relates to a power supply system using a direct current energy source capable of receiving a supply effect, comprising: a distributed power supply (100) for supplying electrical energy by a direct current supply method; The DC / DC conditioner 101, which is connected to one side of the distributed power supply 100 before the DC wiring and boosts or steps down the input voltage and the output voltage, further includes the DC / DC conditioner 101. The present invention relates to a power supply system using a DC energy source, characterized in that for receiving a transformed DC power supply to operate a DC power supply device.

교류, 직류, DC/DC컨디셔너, 전력, 배선, 분산형전원 AC, DC, DC / DC Conditioner, Power, Wiring, Distributed Power

Description

직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템{SYSTEM FOR SUPPLY THE SOURCE OF ELECTRICITY USING THE DIRECT-CURRENT DYNAMO}Power supply system using DC energy source {SYSTEM FOR SUPPLY THE SOURCE OF ELECTRICITY USING THE DIRECT-CURRENT DYNAMO}

도 1은 종래의 교류 배전계통을 도시한 도면,1 is a view showing a conventional AC distribution system,

도 2는 본 고안의 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템의 직류 배전계통을 도시한 도면,2 is a view showing a DC distribution system of a power supply system using a DC energy source of the present invention;

도 3은 본 고안의 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템에 의한 정전 시 자동 자가 발전 전환을 도시한 도면.3 is a view illustrating automatic self-generation switching during power failure by a power supply system using a direct current energy source of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 분산형전원 101 : DC/DC 컨디셔너100: distributed power supply 101: DC / DC conditioner

본 고안은 태양광발전과 연료전지 등의 직류전력을 생산하는 분산형전원을 배전계통으로 하여 직접 직류부하에 전원을 공급시키는 직류 에너지원을 이용한 전 원공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply system using a DC energy source that supplies power directly to a direct current load by using a distributed power supply that produces direct current power such as photovoltaic power generation and fuel cells.

정보기술이 발전하여 널리 보급됨에 따라 그 에너지원인 전력에 대해서도 이전보다 더 높은 품질, 높은 신뢰도, 높은 효율이 요청되기 시작했다.As information technology has been developed and widely used, higher quality, higher reliability, and higher efficiency have started to be demanded for its energy source power.

IT화에 따라 운송수요가 줄어들고 사회 시스템의 최적화와 소프트화에 의해 에너지 소비가 줄어들어 사회의 에너지 수요가 감소할 것을 예측할 수 있으나 한편으로는 IT 시스템 자체의 사용 에너지 증가나 경제성장이나 국민 생활의 질적 향상에 따라 에너지소비가 가속화되는 것도 짐작할 수 있다. It is predicted that the demand for transportation will decrease with the development of IT and the energy demand of society will decrease due to the optimization and softening of the social system. However, the energy demand of the IT system itself will increase, the economic growth or the quality of people's life will be improved. As a result, energy consumption may be accelerated.

이러한 IT 시스템에 있어서 서버 등 IT기기의 입력전력은 모두 교류라고 하더라도 그 내부에서는 AC-DC변환을 하여 CPU는 직류로 작동하고 있다. In such an IT system, even though the input power of an IT device such as a server is all alternating current, the CPU operates by direct current by converting AC-DC inside thereof.

그런데 기기에 직류를 공급하면 전력변환단수가 줄어들게 되어 효율이 높아지고, 시스템 구성이 간소화 되어 신뢰도가 높아진다.However, supplying direct current to equipment reduces the number of power conversion stages, increasing efficiency, and simplifying the system configuration to increase reliability.

이러한 직류를 사용하는 IT 기기는 통신용이나 대규모 데이터 센터용을 중심으로 이루어지고 있다. 특히 xDSL, FWA나 VoIP 관련 기기는 거의 대부분 직류를 사용한다. 또한 중심 라우터에 대해서도 백본용 제품 시장의 리더인 시스코(Cisco)사는 직류를 사용하는 모델을 표준화시켰고, Juniper Network사는 직류 제품을 전면적으로 내세우고 있어서 교류 입력이 옵션 취급을 받고 있다. 서버 부분은 IBM, Sun, HP 등 각사가 하이엔드용을 직류 사용 모델을 발표했다. IT devices that use such direct current are mainly used for communication and large data centers. In particular, xDSL, FWA or VoIP-related devices use almost all direct current. For backbone routers, Cisco, the market leader in backbone products, has standardized the use of direct current models, and Juniper Networks has a full line of direct-current products, making AC inputs an option. In the server part, companies such as IBM, Sun, and HP announced a high-end DC-using model.

직류 출력 전원은 지역 내 계통 시스템으로 연계 운전될 때 교류 출력 전원보다는 제어하기 쉽다는 장점을 지니고 있다.The DC output power has the advantage of being easier to control than the AC output power when connected to the local grid system.

이렇듯 정보화가 이루어짐에 따라 전력소비량이 크게 증가한다고 예측되어 이전보다 효율적인 전력공급방식을 필요로 하게 되었다.As information is made, power consumption is predicted to increase greatly, which requires more efficient power supply than before.

현재 품질 좋고, 신뢰성 높은 전력이 필요한 소비자는 각자 예비전원 시스템이나 UPS를 설치하여 대처하고 있으나 비용이 증가하기도 하고, 신뢰도를 높이는 데도 한계가 있기 때문에 분산형 전원을 설치하여 배전계통을 포함한 전력공급계통 전체의 품질 및 신뢰도를 높이려는 연구가 세계 각국에서 진행되고 있다.Currently, consumers who need high-quality and reliable power are dealing with their own redundant power system or UPS, but the cost increases and there is a limit to increase the reliability, so the distributed power supply system includes distributed power supply system. Research to improve the quality and reliability of the whole is being conducted in various countries around the world.

분산형 전원 시스템은 태양광 발전, 풍력 발전, 폐기물 발전 등 신 재생 에너지 발전 시스템이거나 연료전지, 소형 가스 터빈 등 열과 전기를 함께 공급할 수 있는 고효율 발전 시스템으로 이루어지는데, 전력비용을 절감하고, 신뢰도를 높이고, 환경오염을 줄이며 전력 품질을 다양화 할 수 있다는 장점이 있다.Distributed power system consists of renewable energy generation system such as solar power generation, wind power generation, waste generation, or high efficiency power generation system that can supply heat and electricity together such as fuel cell, small gas turbine, etc. It has the advantage of being able to increase, reduce environmental pollution and diversify power quality.

분산형 전원 시스템에 사용된 태양광 발전이나 연료전지의 출력은 직류이며 또한 중요한 구성 요소인 축전지 등의 에너지 저장 시스템도 직류 출력인 경우가 많다. The output of photovoltaic power generation and fuel cells used in distributed power systems is direct current, and energy storage systems such as accumulators, which are important components, are also direct output.

도 1에서 보는 바와 같이 현재의 분산형 전원 시스템은 분산형전원에 DC/AC 컨버터를 연결하여 직류전력을 교류전력으로 바꾼 후 송전하게 되고, 이러한 교류전력을 입력받기 위해 교류를 직류로 변환하고 직류회로에 축전지 등의 백업전원을 설치해 충전 후 다시 교류로 변환하고, 정보기기 측에서 48V 등의 직류로 변환하여 공급하는 무정전급전의 구성이 쓰이고 있다. As shown in FIG. 1, the current distributed power supply system is connected to a distributed power supply by connecting a DC / AC converter, converts DC power into AC power, and then transmits power. In order to receive such AC power, AC is converted into DC and DC is received. An uninterruptible power supply is used, in which a backup power source such as a battery is installed in a circuit and converted to AC after charging, and then converted to a DC such as 48V and supplied from an information device.

그러나 이러한 구성에서의 전력 손실은 20%정도에 달하고 있어 그 손해가 막대하다 할 것이다. However, the power loss in this configuration is about 20%, and the damage will be enormous.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 분산형전원의 직류전원을 직접 직류부하에 공급함에 따라 직류/교류 또는 교류/직류의 변환에 동반되는 손실을 절감하기 위한 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템을 제공하기 위함이다. Therefore, an object of the present invention for solving the above problems is to use a DC energy source to reduce the losses associated with the conversion of DC / AC or AC / DC by supplying the DC power of the distributed power supply directly to the DC load To provide a power supply system.

앞서 설명한 바와 같은 목적은 직류배전계통에 있어서, 직류의 공급방식으로 전기 에너지를 공급하는 분산형전원(100)과; 상기 분산형전원(100)의 직류 배선전 일측에 연결되어 있어 입력전압과 출력전압을 승압 혹은 강압하는 직류변압기인 DC/DC 컨디셔너(101)를 더 포함하고 있어, 상기 DC/DC컨디셔너(101)에 의해 변압된 직류전원을 공급받아 직류전원용 기기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템에 의해 달성된다.As described above, in the DC distribution system, a distributed type power supply 100 for supplying electrical energy by a DC supply method; The DC / DC conditioner 101, which is connected to one side of the distributed power supply 100 before the DC wiring and boosts or steps down the input voltage and the output voltage, further includes the DC / DC conditioner 101. It is achieved by a power supply system using a direct current energy source, characterized in that by receiving the transformed DC power supply to operate the device for direct current power.

또한 본 발명에 의하면, 상기 직류전원을 공급받는 수용가의 분배방식은 2회선의 상용/예비 수전방식과 루프상 수전방식 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, it is preferable that the distribution method of the customer receiving the DC power supply is any one of a two-line commercial / preliminary power receiving method and a loop phase power receiving method.

또한 본 발명에 의하면, 상기 수용가의 수전방식은 쌍극으로 받아 쌍극 중에서 단극을 사용하는 개별버스방식과; 쌍극을 단극으로 함께 받는 공통버스방식과; 쌍극 중에서 단극만을 받는 단극수전방식 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the customer's power receiving method is an individual bus system using a single pole among the two poles; A common bus system for receiving a bipolar pole together; It is preferable that it is either of the monopole power receiving systems which receive only a single pole among bipolar | pole electrodes.

또한 본 발명에 따르면, 상기 분산형전원을 이용한 직류전원은 무정전 전원시스템으로 전송되어 저장되어 있다가, 정전으로 인해 AC/DC컨버터를 통한 직류전 원의 공급이 차단되었을 경우, 상기 UPS를 통한 직류전원이 댁내의 직류부하에 공급되어 작동되는 것이 바람직하다.Further, according to the present invention, the DC power using the distributed power is stored and transmitted to the uninterruptible power system, when the supply of DC power through the AC / DC converter is cut off due to a power failure, the DC through the UPS It is preferable that the power is supplied to the DC load in the home and operated.

이하 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2에서 보는 바와 같이, 직류 배전계통의 구성은 분산형전원(100)에 DC/DC 컨디셔너(101)를 연결하여 상기 분산형전원(100)으로부터 공급되는 직류전원을 직류부하에 직접 연결하도록 한다.As shown in FIG. 2, the configuration of the DC distribution system connects the DC / DC conditioner 101 to the distributed power supply 100 so as to directly connect the DC power supplied from the distributed power supply 100 to the DC load. .

상기 분산형 전원(100)은 태양광 발전, 풍력 발전, 폐기물 발전 등 신 재생 에너지 발전 시스템이거나 연료전지, 소형 가스 터빈 등 열과 전기를 함께 공급할 수 있는 고효율 발전 시스템이다.The distributed power source 100 is a renewable energy generation system such as solar power generation, wind power generation, waste power generation, or a high efficiency power generation system that can supply heat and electricity, such as a fuel cell and a small gas turbine.

상기 DC/DC컨디셔너(101)는 분산형전원(100)의 일측에 연결되어 있는 직류변압기로써, 분산형전원(100) 중에서도 태양광발전과 연료전지, 대용량 축전설비 등과 같이 직류 출력전압이 600 ~ 800V 정도인 것들과 입력전압이 48 ~ 200V인 인터넷데이터센터 등의 전압이 다른 부하 등은 상기 DC/DC 컨디셔너를 이용해 22,900V의 직류배전선에 접속되도록 한다. The DC / DC conditioner 101 is a DC transformer connected to one side of the distributed power supply 100. Among the distributed power supply 100, the DC output voltage is 600 ~ like solar power generation, fuel cells, and large capacity power storage facilities. Loads having different voltages, such as those of 800V and Internet data centers having an input voltage of 48 to 200V, are connected to a DC distribution line of 22,900V using the DC / DC conditioner.

따라서 승 · 강압비는 10 ~ 1/140 정도로 광범위가 된다. 초퍼는 승 · 강압비가 큰 변환에 어울리지 않기 때문에 인버터/컨버터 구성으로 고주파의 변압기를 사용해 승 · 강압한다. 변압기에 의한 직류계통의 전원과 부하설비와의 절연을 취할 수 있다. Therefore, the step-down ratio is in the range of 10 to 1/140. Since the chopper is not suitable for conversions having a large rise and fall ratio, the inverter uses a high-frequency transformer in an inverter / converter configuration. It is possible to insulate the DC system from the power supply and the load equipment by means of a transformer.

배전용 변전설비의 용량은 60 ~ 90MVA로 가정하고 1회선(단극)당 송전용량을 10MVA로 한다. The capacity of substation equipment for power distribution is assumed to be 60 to 90 MVA, and the transmission capacity per line (single pole) is 10 MVA.

따라서 2회선(쌍극, 중성선공용) 4루프 구성으로 함으로써 80MVA를 송전할 수 있다.Therefore, 80 MVA can be transmitted by setting it as a two-loop (bipolar, neutral wire) 4-loop configuration.

배전전압은 손실절감을 고려하여 교류와 같은 22,900V로 한다. The distribution voltage should be 22,900V, like AC, in consideration of loss reduction.

또 배전선에 축전설비를 접속해 배전선에서 수전할 수 없을 때 중요부하로 송전함으로서 고 신뢰의 전력공급을 할 수 있는 시스템을 얻을 수 있다.In addition, when a power storage facility is connected to the power distribution line and the electric power cannot be received from the power distribution line, the system can transmit power to an important load, thereby providing a system that can supply high reliability power.

또한 수용가의 분배방식으로 2회선의 상용/예비 수전방식과 루프상 수전방식을 취할 수 있다. In addition, the distribution method of the customer can take the two-line commercial / preliminary faucet method and the loop phase faucet method.

상용/예비 수전방식은 상시 상용회선에서 수전하고, 점검 또는 배전선 고장시 예비회선을 이용하여 수전한다. 그러나 계통 고장 시에 상용회선에 접속되어 있는 부하가 한꺼번에 예비회선으로 바뀌기 때문에 큰 부하변동이 발생되는 결점이 있다. 루프상 수전방식은 상시 배전선의 일부를 개방해 루프가 생기지 않도록 한다. 배전선의 고장 시는 고장부분의 양쪽의 차단기를 개방해 고장 난 곳을 분리하고 루프개방용 차단기를 투입하여 급전하기 때문에 고장시 배전선의 부하변동을 억제할 수 있다.The commercial / reserve power receiving system receives power from the commercial line at all times, and receives power from the spare circuit in case of inspection or distribution line failure. However, there is a drawback that large load fluctuations occur because the load connected to the commercial line at the time of system failure is changed to the spare circuit at once. The loop phase power receiving system always opens a part of the distribution line so that a loop does not occur. In case of a breakdown of a distribution line, the breaker on both sides of the breakdown part is opened to isolate the breakdown, and the feeder is fed with a loop opening breaker to suppress the load fluctuation of the distribution line.

직류 쌍극배전에 있어서는 수용가의 수전방식으로서 쌍극으로 받아 쌍극 중에서 단극을 사용하는 개별버스방식, 쌍극을 단극으로 함께 받는 공통버스방식, 쌍극 중에서 단극만을 받는 단극수전방식이 있으나, 하기의 표 1에서의 수전방식의 비교 시 쌍극간의 부하 밸런스와 단극 고장시의 신뢰성을 생각하면 공통버스방식이 적당하다.In DC bipolar power distribution, there are two types of power receiving method of consumer: individual bus method using bipolar among bipolars, common bus system receiving bipolar with monopolar, and monopolar power receiving bipolar among bipolar. When comparing power receivers, the common bus method is appropriate considering the load balance between the two poles and the reliability in case of a single pole failure.

표 1 수전방식의 비교Table 1 Comparison of Power Faucets

Figure 112006084370811-UTM00001
Figure 112006084370811-UTM00001

도 3은 상기 분산형 전원을 통해 댁내의 정전 시 자동 자가 발전으로의 전환을 도식화 한 도면이다.3 is a diagram illustrating a switch to automatic self-generation during a power failure in the home through the distributed power supply.

도면에서 보는 바와 같이, 태양열에너지(분산형전원 :100)를 이용한 직류전원이 UPS(20 : 무정전 전원시스템)로 전송되어 저장되어 있다가, 정전으로 인해 AC/DC컨버터를 통한 직류전원의 공급이 차단되었을 경우, 상기 UPS(20)를 통한 직류전원이 댁내의 직류부하에 공급되어 작동되도록 한다. As shown in the figure, a DC power source using solar energy (distributed power source: 100) is transmitted to and stored in a UPS (Uninterruptible Power System), and supply of DC power through an AC / DC converter due to a power failure When cut off, DC power through the UPS 20 is supplied to the DC load of the home to operate.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안의 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템은 분산형전원의 직류전원을 직접 직류부하에 공급함에 따라 직류/교류 또는 교류/직류의 변환에 동반되는 손실을 절감하고, 에너지의 유효 이용을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 고 신뢰의 직류전원을 공급받을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.As described in detail above, the power supply system using the DC energy source of the present invention directly reduces the loss associated with the conversion of DC / AC or AC / DC by supplying the DC power of the distributed type power directly to the DC load. Not only can it be expected to be used effectively, but it is also possible to obtain a high-reliability DC power supply.

또한 이러한 분산형 전원을 직접 직류부하에 전원공급함으로써 직류부하의 어댑터 숫자의 감소로 간결한 배선이 구현될 수 있으며, 가전제품 부속품 중 하나인 AC/DC컨버터가 없어지게 되므로 가전제품의 크기가 감소하게 된다. In addition, by supplying the distributed power directly to the direct current load, concise wiring can be realized by reducing the number of adapters of the direct current load, and the size of the home appliance is reduced because the AC / DC converter, which is one of the accessories of the home appliance, is eliminated. do.

또한, 세대별 혹은 건물별로 분산형 전원을 직접 공급받게 되므로 정전에 대한 적극적 대응이 가능하며 12V 혹은 48V의 저압 직류의 사용으로 감전에 대한 위험이 감소된다. In addition, since distributed power is directly supplied by generation or building, active response to power failure is possible, and the use of low voltage direct current of 12V or 48V reduces the risk of electric shock.

Claims (4)

직류배전계통에 있어서,In the DC distribution system, 직류의 공급방식으로 전기 에너지를 공급하는 분산형전원(100)과; A distributed type power supply 100 for supplying electrical energy by a direct current supply method; 상기 분산형전원(100)의 직류 배선전 일측에 연결되어 있어 입력전압과 출력전압을 승압 혹은 강압하는 직류변압기인 DC/DC 컨디셔너(101)를 더 포함하고 있어, 상기 DC/DC컨디셔너(101)에 의해 변압된 직류전원을 공급받아 직류전원용 기기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템.The DC / DC conditioner 101, which is connected to one side of the distributed power supply 100 before the DC wiring and boosts or steps down the input voltage and the output voltage, further includes the DC / DC conditioner 101. Power supply system using a DC energy source, characterized in that for receiving the DC power transformed by the operation of the DC power supply device. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 직류전원을 공급받는 수용가의 분배방식은 2회선의 상용/예비 수전방식과 루프상 수전방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템.The distribution method of the customer receiving the DC power is a power supply system using a DC energy source, characterized in that any one of the two-line commercial / preliminary faucet method and loop phase faucet method. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 수용가의 수전방식은 쌍극으로 받아 쌍극 중에서 단극을 사용하는 개별버스방식과;The customer's power receiving method includes a separate bus method using a single pole among the two poles; 쌍극을 단극으로 함께 받는 공통버스방식과;A common bus system for receiving a bipolar pole together; 쌍극 중에서 단극만을 받는 단극수전방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템.Power supply system using a DC energy source, characterized in that any one of the single-pole receiving system receiving only the single pole of the dipole. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분산형전원을 이용한 직류전원은 무정전 전원시스템으로 전송되어 저장되어 있다가, 정전으로 인해 AC/DC컨버터를 통한 직류전원의 공급이 차단되었을 경우, 상기 무정전 전원시스템을 통한 직류전원이 댁내의 직류부하에 공급되어 작동되는 것을 특징으로 하는 직류 에너지원을 이용한 전원공급 시스템.The DC power using the distributed power is stored and transmitted to the uninterruptible power system, and when the supply of DC power through the AC / DC converter is interrupted due to a power failure, the DC power through the uninterruptible power system is stored in the home DC. Power supply system using a direct current energy source, characterized in that supplied to the load to operate.
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KR2020060029917U KR20080001239U (en) 2006-11-17 2006-11-17 System for supply the source of electricity using the direct-current dynamo

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190005549A (en) 2017-07-07 2019-01-16 조장희 Bollard
KR102180880B1 (en) * 2020-03-06 2020-11-20 유림티에스 주식회사 Photovoltaic power generation system in which power converters are distributed
KR102180879B1 (en) * 2020-03-06 2020-11-20 유림티에스 주식회사 Photovoltaic power generation system with power converter connected by energy storage device and photovoltaic panel
KR20230133696A (en) * 2022-03-11 2023-09-19 가천대학교 산학협력단 A energy flow and voltage control method for the distributed DC nanogrid system

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