KR20080032839A - Multifunctional on-line uninterruptible power supply by common dc power - Google Patents

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Abstract

A multifunctional on-line uninterruptible power supply by common DC power is provided to have high efficiency, high power factor, and low cost by realizing various functions through a common DC power storage. A bidirectional rectifying unit(200) converts AC input power into DC power. A photovoltaic generation unit(100) is connected to a rear end of the bidirectional rectifying unit to convert photovoltaic generation power generated through photovoltaic generation into common DC power. A battery charging and discharging unit is connected to a rear end of the photovoltaic generation unit to drop the common DC voltage to voltage for charging a battery(B+) or boost the voltage of the battery to be used in AC output voltage. A DC power storing unit(300) is connected to a rear end of the battery charging and discharging unit to store the DC power. An inverter unit(30) is connected to a rear end of the DC power storing unit to convert the common DC power to AC output power and supply the AC output power to a load.

Description

공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치{Multifunctional on-line uninterruptible power supply by common dc power} Multifunctional on-line uninterruptible power supply by common dc power}

도 1은 본 발명에 따른 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치의 구성도이다. 1 is a block diagram of a multi-function online uninterruptible power supply using a common direct current power according to the present invention.

도 2는 본 발명에서 태양광(PV; photovoltaic) 발전 및 배터리 충방전의 전류 흐름도로서, 2 is a current flow chart of photovoltaic (PV) power generation and battery charge and discharge in the present invention,

도 2a는 정전시 부하전력이 PV 발전보다 적은 경우,Figure 2a, when the load power during power failure is less than PV generation,

도 2b는 정전시 부하전력이 PV 발전보다 큰 경우,Figure 2b is when the load power during power failure is greater than PV generation,

도 2c는 정전시 PV 발전이 불가능한 경우,2C is a case in which PV generation is not possible during a power failure;

도 2d는 계통연결시 부하전력이 PV 발전보다 적은 경우,2d is a case where the load power is less than the PV generation in grid connection,

도 2e는 계통연결시 부하전력이 PV 발전보다 큰 경우,Figure 2e is a case when the load power is greater than the PV generation in grid connection,

도 2f는 계통연결시 PV 발전이 불가능한 경우를 나타낸다.2f shows a case in which PV generation is impossible at grid connection.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치의 다양한 실시예의 구성도이다. 3A to 3C are configuration diagrams of various embodiments of the multi-functional online uninterruptible power supply by the common DC power according to the present invention.

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

10 : 교류 입력부 20 : 정류부10: AC input unit 20: rectifying unit

30 :인버터부 40 : 교류 출력부30: inverter part 40: AC output part

100 : 태양광(PV) 발전부 200 : 배터리 충방전부100: PV power generation unit 200: battery charge and discharge unit

300 : 공통 직류전력부300: common DC power unit

본 발명은 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 교류입력과 교류출력의 상태에 따라 단상-단상, 삼상-단상 그리고 삼상-삼상 무정전전원장치의 구현이 가능하도록 직류전력 저장 콘덴서(공통 직류전력 저장부)를 중심으로 정류기, 태양광 발전기, 배터리 충방전기 및 인버터를 포함함으로써 고효율, 고역률 및 저가격을 달성할 수 있는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-functional online uninterruptible power supply using a common DC power, and more specifically, to enable the implementation of single-phase, single-phase, three-phase and single-phase uninterruptible power supplies according to the state of the AC input and the AC output. Multifunctional online uninterruptible power supply by common DC power that can achieve high efficiency, high power factor and low price by including rectifier, solar generator, battery charger and inverter centering on DC power storage capacitor (common DC power storage) It is about.

일반적으로 통신시스템, 의료시스템 등 중요 시스템에서는 온라인(on-line) 무정전전원장치(UPS; Uninterruptible Power Supply)가 많이 사용되고 있다. 온라인 무정전전원장치에서는 점차 강화되고 있는 입력전원의 환경 규제에 따라 고역률과 국가적인 차원에서의 고효율이 요구되고 있다.In general, on-line uninterruptible power supplies (UPS) are widely used in important systems such as communication systems and medical systems. On-line uninterruptible power supplies are required to have high power factor and high efficiency at national level according to environmental regulations of input power which is gradually strengthened.

또한 시장 상황에 따라 시스템의 소형화, 경량화 및 저가격화가 요구되고 있다. 이와 달리 최근 고유가 시대 에너지 수급 불안 해소를 위한 대체에너지 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 환경오염을 방지하기 위한 친환경적 에너지로 PV(photovoltaic: 태양광) 발전 시스템의 개발이 활발히 진행되고 있다. In addition, according to the market situation, it is required to make the system smaller, lighter and cheaper. On the other hand, in recent years, development of alternative energy for solving the energy supply-demand instability in the high oil price era has been actively conducted. In particular, development of PV (photovoltaic) power generation system is being actively conducted as an environmentally friendly energy to prevent environmental pollution.

종래의 태양광 발전 시스템을 무정전전원장치에 이용할 경우, 태양광 발전전 력을 계통으로 연계한 후 이를 다시 직류전력으로 변환하고 인버터를 통하여 교류전력을 부하에 공급해야 한다. 이와 같은 경우, 여러 번의 전력변환에 따른 시스템의 효율감소를 일으키고 시스템의 가격을 증가시킨다. In case of using a conventional solar power system for an uninterruptible power supply, it is necessary to connect the photovoltaic power to the grid, convert it back to DC power, and supply AC power to the load through an inverter. In this case, the system efficiency decreases due to multiple power conversions and the system price increases.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교류입력과 교류출력의 상태에 따라 단상-단상, 삼상-단상 그리고 삼상-삼상 무정전전원장치의 구현이 가능하도록 직류전력 저장 콘덴서(공통 직류전력 저장부)를 중심으로 정류부, 태양광 발전부, 배터리 충방전부 및 인버터부를 포함함으로써 고효율, 고역률 및 저가격을 달성할 수 있는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치를 제공하는 데 있다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is a DC power storage capacitor (common DC power storage) to enable the implementation of single-phase, single-phase, three-phase and three-phase uninterruptible power supply according to the state of the AC input and AC output By providing a rectifier, a photovoltaic power generation unit, a battery charging and discharging unit, and an inverter unit, the multifunctional online uninterruptible power supply unit using a common DC power that can achieve high efficiency, high power factor and low cost.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 온라인(on-line) 무정전전원장치에 있어서, 교류입력 전력을 직류전력으로 변환하는 양방향 정류부; 상기 정류부 후단에 연결되며, 직류전력 저장부로서 직류전력 저장 콘덴서를 중심으로 태양광(PV; photovoltaic) 발전전력을 공통 직류전력으로 변환하는 태양광 발전부; 상기 태양광 발전부 후단에 연결되며, 배터리를 충방전하도록 하는 배터리 충방전부; 상기 배터리 충방전부 후단에 연결되며, 직류전력을 교류출력 전력으로 변환하여 부하전력을 공급하는 인버터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치가 제공된다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides an on-line uninterruptible power supply, comprising: a bidirectional rectifying unit converting AC input power into DC power; A solar power generation unit connected to a rear end of the rectifying unit and converting photovoltaic (PV) power generation into a common direct current power around a DC power storage capacitor as a DC power storage unit; A battery charge / discharge unit connected to a rear end of the solar power generation unit and configured to charge and discharge a battery; Connected to the rear end of the battery charging and discharging unit, there is provided a multi-function on-line uninterruptible power supply unit by a common direct current power, characterized in that it comprises an inverter unit for supplying load power by converting DC power into AC output power.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 공통 직류전력에 의한 복합 기능형 온라인 무정전전원장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the multi-function on-line uninterruptible power supply by a common direct current power according to the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명에 따른 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에서 PV(photovoltaic: 태양광) 발전 및 배터리 충방전의 전류 흐름도로서, 도 2a는 정전시 부하전력이 PV 발전보다 적은 경우, 도 2b는 정전시 부하전력이 PV 발전보다 큰 경우, 도 2c는 정전시 PV 발전이 불가능한 경우, 도 2d는 계통연결시 부하전력이 PV 발전보다 적은 경우, 도 2e는 계통연결시 부하전력이 PV 발전보다 큰 경우, 도 2f는 계통연결시 PV 발전이 불가능한 경우를 나타낸다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치의 다양한 실시예의 구성도이다.1 is a block diagram of a multi-function online uninterruptible power supply using a common direct current power according to the present invention, Figure 2 is a current flow diagram of photovoltaic (PV) power generation and battery charging and discharging in the present invention, Figure 2a When the load power is less than the PV generation, Figure 2b is when the load power is greater than the PV generation when power failure, Figure 2c is not possible when PV generation during power failure, Figure 2d is when the load power is less than PV generation when grid connection, FIG. 2E shows a case where load power is greater than PV generation in grid connection, and FIG. 2F shows a case in which PV generation in grid connection is impossible. 3A to 3C are configuration diagrams of various embodiments of the multi-functional online uninterruptible power supply by the common DC power according to the present invention.

본 발명은 공통 직류전력 저장장치를 매개로 하여 복합기능을 구현할 수 있는 새로운 고효율, 고역률 및 저가격의 온라인 무정전전원장치에 관한 것이다. 본 발명에서의 무정전전원장치는 직류전력 저장부로서 직류전력 콘덴서(C d ; 도 1 참조)를 중심으로 정류부, 태양광 발전부, 배터리 충방전부 및 인버터부를 포함하여 이루어지며, 교류입력과 교류출력의 상태에 따라 단상-단상, 삼상-단상, 그리고 삼상 -삼상 무정전전원장치의 구현이 가능하다. The present invention relates to a new high efficiency, high power factor and low cost online uninterruptible power supply that can implement a complex function through a common DC power storage device. The uninterruptible power supply device according to the present invention includes a rectifier, a photovoltaic power generation unit, a battery charging and discharging unit, and an inverter unit with a DC power capacitor ( C d ; see FIG. 1) as a DC power storage unit, and an AC input and an AC output. Depending on the state of the single-phase, three-phase, and three-phase three-phase uninterruptible power supply can be implemented.

도 1은 본 발명의 온라인 무정전전원장치의 구성도로서, 공통 직류전력 저장부(300)로서 콘덴서(C d )를 중심으로 교류입력 전력을 공통 직류전력으로 변환하는 양방향 정류부(20), 태양광 발전으로부터 생성되는 전력을 공통 직류전력으로 변환하는 태양광 발전부(100), 공통 직류전압을 배터리(B+)에 충전하기 적당한 전압으로 감압하거나 낮은 배터리 전압을 교류출력 전압, 즉 계통전압에 사용할 수 있는 공통 직류전압으로 승압하는 배터리 충방전부(200), 그리고 부하에 교류출력 전력을 제공하기 위해 공통 직류전력을 교류출력 전력으로 변환하는 인버터부(30)를 포함하여 이루어진다. 도 1에서 부재번호 10은 온라인 무정전전원장치에 교류입력 전력을 제공하기 위한 교류 입력부를 지시하고, 부재번호 40은 온라인 무정전전원장치에 연결된 부하에 교류전력을 제공하기 위한 교류 출력부를 지시한다. 1 is a block diagram of an online uninterruptible power supply of the present invention, a bidirectional rectifier 20 converting AC input power into a common DC power around a capacitor C d as a common DC power storage unit 300, and photovoltaic power. The photovoltaic unit 100 converts the power generated from the power generation into a common DC power, and the common DC voltage can be reduced to a voltage suitable for charging the battery B + or a low battery voltage can be used for the AC output voltage, that is, the grid voltage. The battery charging and discharging unit 200 stepped up to a common DC voltage, and the inverter unit 30 for converting the common DC power to AC output power to provide an AC output power to the load. In FIG. 1, reference numeral 10 designates an AC input unit for providing AC input power to an online uninterruptible power supply, and reference numeral 40 designates an AC output unit for providing AC power to a load connected to the online uninterruptible power supply.

정류부(20)는 단상 또는 삼상의 계통전압에 따라 도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이 1개의 레그(leg) 내지 3개의 레그로 구성될 수 있으며 각 레그는 2개의 스위치로 이루어진 하프-브릿지(half-bridge)로 구현되어 교류입력 전력을 공통 직류전력으로 변환한다. 마찬가지로 인버터부(30)도 단상 또는 삼상의 부하에 따라 1개의 레그(도 3a,b) 또는 3개의 레그(도 3c)로 구성될 수 있으며 각 레그는 2개의 스위치로 이루어진 하프-브릿지로 구현되어 공통 직류전력을 교류출력 전력으로 변환한다. 정류부(20) 및 인버터부(30)를 각각 하프-브릿지 정류기 및 하프-브릿지 인버터로 구현함으로써 종래의 풀-브릿지(full-bridge) 정류기 및 풀-브릿지 인버 터보다 스위치 갯수를 줄일 수 있으며 또한 입출력에 절연을 위한 변압기를 사용하지 않고 구현할 수 있다. The rectifier 20 may be composed of one leg to three legs, as shown in FIGS. 3A to 3C according to a single-phase or three-phase grid voltage, and each leg is a half-bridge consisting of two switches ( half-bridge) to convert AC input power into common DC power. Similarly, the inverter unit 30 may be composed of one leg (FIG. 3A, 3B) or three legs (FIG. 3C) according to a single-phase or three-phase load, and each leg is implemented as a half-bridge consisting of two switches. Convert common DC power into AC output power. By implementing the rectifier 20 and the inverter unit 30 as a half-bridge rectifier and a half-bridge inverter, respectively, the number of switches can be reduced compared to conventional full-bridge rectifiers and full-bridge inverters. Can be implemented without the use of a transformer for isolation.

태양광 발전부(100)의 DC-DC 컨버터(110)는 부스트 컨버터(boost converter) 혹은 스텝-업 컨버터(step-up converter)로 동작하여, 불규칙한 태양전지(120) 전압을 교류출력 전압으로 변환될 수 있는 직류전압으로 승압한다. The DC-DC converter 110 of the solar power generation unit 100 operates as a boost converter or a step-up converter to convert an irregular solar cell 120 voltage into an AC output voltage. Step up to DC voltage as much as possible.

배터리 충방전부(200)의 DC-DC 컨버터(210)는 배터리(B+)를 충전할 경우에는 벅 컨버터(buck converter) 혹은 스텝-다운 컨버터(step-down converter)로 동작하여 공통 직류전압을 배터리(B+)로 충전하기에 적당한 전압으로 낮춘다. 반면, 방전 시에는 부스트 컨버터로 동작하여 낮은 배터리 전압을 계통전압에 사용할 수 있는 공통 직류전압으로 승압하게 된다. When the DC-DC converter 210 of the battery charge / discharge unit 200 charges the battery B +, the DC-DC converter 210 operates as a buck converter or a step-down converter to convert a common DC voltage into the battery. B +) to a voltage suitable for charging. On the other hand, during discharge, the boost converter acts as a boost converter to boost the low battery voltage to a common DC voltage that can be used for the grid voltage.

따라서 본 발명의 온라인 무정전전원장치는 입력단과 출력단의 변압기를 제거할 수 있는 장점을 갖는다. 정전시 교류출력 전압으로 변환될 수 있는 공통 직류전압은 태양광 발전부(100) 또는 배터리 충방전부(200)를 통하여 얻거나 태양광 발전부(100)와 배터리 충방전부(200)를 동시에 사용하여 얻을 수 있기 때문에 배터리를 단독으로 쓰는 경우보다 안정적인 전원을 확보할 수 있으며, 태양광 발전부(100)의 잉여전력 발생시 배터리 충방전부(200)를 통하여 배터리의 충전이 가능하므로 정전시 시스템의 동작시간을 연장시킬 수 있다. 또한, 계통과 연결되어 있을 때에는 태양광 발전부(100)로부터 배터리(B+)의 충전 및 부하전력을 공급할 뿐만 아니라 잉여 전력 발생시 계통으로 전달할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 본 발명의 무정전전원장치는 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 시스템 의 저가격화를 이룰 수 있고, 입력 및 출력변압기의 제거, 그리고 태양광 발전기를 통해 계통전력, 배터리전력 및 부하전력을 직접 공급함으로써 시스템의 효율 향상을 꾀할 수 있다. Therefore, the on-line uninterruptible power supply of the present invention has the advantage of removing the transformer of the input terminal and the output terminal. The common DC voltage that can be converted into an AC output voltage in case of power failure is obtained through the solar power generation unit 100 or the battery charging / discharging unit 200, or simultaneously using the solar power generation unit 100 and the battery charging / discharging unit 200. Since it is possible to obtain a more stable power than the case of using the battery alone, the battery can be charged through the battery charging and discharging unit 200 when the surplus power of the photovoltaic power generation unit 100, the operation time of the system during power failure Can be extended. In addition, when connected to the grid there is an advantage that can not only supply the charging and load power of the battery (B +) from the solar power generation unit 100, but also transfer to the system when surplus power is generated. As described above, the uninterruptible power supply of the present invention not only improves the reliability of the system, but can also reduce the cost of the system, and eliminates the input and output transformers and removes the grid power, battery power, and load power through the solar generator. By supplying directly, the efficiency of the system can be improved.

일반적으로 시스템의 고장 혹은 과부하 시에는 싸리스터(thyristor)를 사용하여 입력전압을 출력전압으로 연결해 주는 바이패스(bypass) 회로가 추가적으로 필요하지만, 도면의 간략화를 위해 도 1의 무정전전원장치의 구성도에는 이러한 바이패스 회로를 생략하였다. In general, a bypass circuit for connecting an input voltage to an output voltage using a thyristor is required in case of system failure or overload, but the schematic diagram of the uninterruptible power supply of FIG. This bypass circuit is omitted.

본 발명에서 정전 및 계통연결시 무정전전원장치의 태양광 발전부(100) 및 배터리 충방전부(200)의 전류 흐름은 도 2에 도시한 바와 같다. In the present invention, the current flow of the photovoltaic power generation unit 100 and the battery charging and discharging unit 200 of the uninterruptible power supply device during power failure and grid connection is shown in FIG. 2.

도 2a는 정전시 부하전력이 태양광 발전보다 적은 경우로, 태양광 발전부(100)의 DC-DC 컨버터(110)는 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(120)로부터 나오는 전압을 공통 직류전압(V d )으로 상승시켜 부하전력을 공급하고 태양광 발전의 잉여전력은 배터리 충방전부(200)의 DC-DC 컨버터(210)가 벅 컨버터로 동작하여 배터리(B+)를 충전시킨다. 하프-브릿지로 구현된 인버터부(30)는 공통 직류전력을 교류출력으로 변환한다. 2A illustrates a case in which load power during power failure is less than that of photovoltaic power generation, the DC-DC converter 110 of the photovoltaic power generation unit 100 operates as a boost converter to convert a voltage from the solar cell 120 into a common direct current voltage ( The load power is increased to V d ), and the surplus power of photovoltaic power is charged by the DC-DC converter 210 of the battery charge / discharge unit 200 to operate as a buck converter to charge the battery B +. The inverter unit 30 implemented as a half-bridge converts common DC power into AC output.

도 2b는 정전시 부하전력이 태양광 발전보다 큰 경우로, 태양광 발전부(100)의 DC-DC 컨버터(110)는 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(120)의 전압을 직류전압(V d )으로 승압시키는 동시에 배터리 충방전부(200)의 DC-DC 컨버터(210)도 부스트 컨버터로 동작하여 배터리(B+)의 전압을 직류전압(V d )으로 승압하여 인버터부(30)를 통하여 교류 출력부(40)에 전력을 공급한다. 2b is a case where the load power at the time of power failure is greater than photovoltaic power generation, the DC-DC converter 110 of the photovoltaic power generation unit 100 operates as a boost converter to convert the voltage of the solar cell 120 to DC voltage ( V d). At the same time, the DC-DC converter 210 of the battery charge / discharge unit 200 also operates as a boost converter to boost the voltage of the battery B + to a DC voltage V d to output AC through the inverter unit 30. The unit 40 supplies power.

도 2c는 정전시 태양광 발전이 불가능한 경우로, 충방전부(200)의 DC-DC 컨버터(210)는 부스트 컨버터로 동작하여 배터리(B+)의 전압을 공통 직류전압(V d )으로 상승시키며 인버터부(30)의 동작은 도 2a와 동일하다. 2c illustrates a case in which solar power generation is impossible during a power failure, the DC-DC converter 210 of the charge / discharge unit 200 operates as a boost converter to increase the voltage of the battery B + to a common DC voltage V d . The operation of the unit 30 is the same as in FIG. 2A.

도 2d는 계통연결시 부하전력이 태양광 발전보다 적은 경우로, 태양광 발전부(100)의 DC-DC 컨버터(110)는 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(120)의 전압을 공통 직류전압(V d )으로 상승시켜 인버터부(30)를 통하여 부하전력을 공급하며 태양광 발전전력의 잉여전력은 충방전부(200)의 DC-DC 컨버터를 통하여 배터리(B+)를 충전시키거나 정류부(20)를 통하여 계통으로 전력을 공급한다. 여기서 정류부(20)는 도 2a의 인버터부(30)와 마찬가지로 하프-브릿지 인버터로 동작하여 공통 직류전력을 교류입력 전력으로 변환한다. 2d is a case where the load power is less than the photovoltaic power generation in the grid connection, the DC-DC converter 110 of the photovoltaic unit 100 operates as a boost converter to convert the voltage of the solar cell 120 to a common direct current voltage ( V d ) to supply load power through the inverter unit 30, and surplus power of the solar power is used to charge the battery B + through the DC-DC converter of the charge / discharge unit 200 or to the rectifier 20. Power is supplied to the system via. Here, the rectifier 20 operates as a half-bridge inverter like the inverter unit 30 of FIG. 2A to convert common DC power into AC input power.

도 2e는 계통연결시 부하전력이 태양광 발전보다 큰 경우로, 정류부(20)는 하프-브릿지 컨버터로 구성되어 교류입력 전압을 직류전압(V d )으로 변환할 뿐만 아니라 태양광 발전부(100)의 DC-DC 컨버터(110)는 부스트 컨버터로 동작하여 태양전지(120)의 전압을 직류전압(V d )로 상승시킨다. 이때, 공통 직류전력은 배터리 충방전부(200)가 벅 컨버터로 동작하여 배터리(B+)를 충전시키고 하프-브릿지 인버터를 통하여 부하에 교류출력 전력을 공급한다. FIG. 2E illustrates a case in which load power is larger than photovoltaic power generation during grid connection, and the rectifier 20 is configured as a half-bridge converter to convert an AC input voltage into a DC voltage V d as well as the photovoltaic power generation unit 100. ), The DC-DC converter 110 operates as a boost converter to increase the voltage of the solar cell 120 to the DC voltage V d . At this time, the common DC power is the battery charge and discharge unit 200 operates as a buck converter to charge the battery (B +) and supply the AC output power to the load through the half-bridge inverter.

도 2f는 계통연결시 태양광 발전이 불가능한 경우로, 교류입력 전력은 하브-브릿지 정류부(20)를 통하여 공통 직류전력으로 변환되어 배터리 충방전부(200)를 통하여 배터리(B+)를 충전하고 인버터부(30)를 통하여 부하에 교류출력 전력을 제공한다. 2f is a case in which photovoltaic power generation is not possible at the time of grid connection, the AC input power is converted into common DC power through the herb-bridge rectifying unit 20 to charge the battery B + through the battery charging / discharging unit 200 and the inverter unit. Provide the AC output power to the load through 30.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 온라인 무정전전원장치의 다양한 실시 예들을 나타낸다. 3A to 3C illustrate various embodiments of an online uninterruptible power supply according to the present invention.

도 3a는 정류부(20)가 단상 하프-브릿지 컨버터이고 인버터부(30)는 단상 하프-브릿지 인버터로 구성된 경우이다. 태양광 발전부(100)는 하나의 스위치와 하나의 다이오드로 이루어진 발전 레그(110), 인덕터(Lp) 그리고 태양전지(120)로 이루어져 있으며 태양전지(120)로부터 나오는 전압을 공통 직류전압(Vd)으로 상승시켜 부하전력을 공급하고 태양광 발전의 잉여전력은 배터리(B+)를 충전하거나 교류입력 전력을 공급한다. 발전 레그(110)의 스위치는 주어진 스위칭 주파수(switching frequency)에서 펄스폭변조(PWM: pulse-width modulation) 방식을 통해 제어되며, 다이오드는 인덕터(Lp)에 저장된 에너지를 공통 직류전력 저장부(300)인 직류 콘덴서(Cd)에 공급할 때 도통된다. 배터리 충방전부(200)는 2개의 스위치로 이루어진 충방전 레그(210), 인덕터(Lb) 그리고 배터리(B+)로 이루어져 있으며 벅 컨버터로 동작하여 배터리(B+)를 충전시키거나 부스트 컨버터로 동작하여 배터리(B+)를 방전시킨다. 3A illustrates a case in which the rectifying unit 20 is a single phase half-bridge converter and the inverter unit 30 is configured as a single phase half-bridge inverter. The solar power generation unit 100 includes a power generation leg 110, an inductor L p , and a solar cell 120 including one switch and one diode, and the voltage from the solar cell 120 is converted into a common DC voltage ( It is increased to V d ) to supply load power, and surplus power of photovoltaic power supply charges the battery (B +) or supplies AC input power. The switch of the power generation leg 110 is controlled through a pulse-width modulation (PWM) method at a given switching frequency, and the diode stores energy stored in the inductor L p in a common DC power storage unit ( It is conducted when supplied to the DC capacitor C d which is 300). The battery charge / discharge unit 200 includes a charge / discharge leg 210 consisting of two switches, an inductor L b , and a battery B +, and operate as a buck converter to charge the battery B + or operate as a boost converter. The battery B + is discharged.

도 3b는 정류부(20)가 삼상 하프-브릿지 컨버터이고, 인버터부(30)는 단상 하프-브릿지 인버터로 구성된 경우이며, 태양광 발전부(100)와 배터리 충방전 부(200)의 동작은 도 3a의 경우와 동일하다. 3B illustrates a case in which the rectifying unit 20 is a three-phase half-bridge converter, and the inverter unit 30 includes a single-phase half-bridge inverter, and the operation of the solar power generator 100 and the battery charge / discharge unit 200 is illustrated in FIG. Same as the case of 3a.

도 3c는 정류부(20)가 삼상 하프-브릿지 컨버터이고, 인버터부(30)는 삼상 하프-브릿지 인버터로 구성된 경우이며, 태양광 발전부(100)와 배터리 충방전부(200)의 동작은 도 3a의 경우와 동일하다. 3C illustrates a case in which the rectifier 20 is a three-phase half-bridge converter, and the inverter unit 30 includes a three-phase half-bridge inverter, and the operation of the solar power generator 100 and the battery charge / discharge unit 200 is illustrated in FIG. 3A. Same as the case.

본 발명에 적용되는 태양광 발전부는 다수의 태양광 발전기 혹은 대체에너지용 DC 발전을 추가적으로 공통 직류전력 저장부에 병렬로 연결할 수 있음은 물론이다. Photovoltaic unit applied to the present invention can be connected in parallel to a plurality of photovoltaic generator or alternative generation DC power generation additional common DC power storage in parallel.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치는, 교류입력과 교류출력의 상태에 따라 단상-단상, 삼상-단상 그리고 삼상-삼상 무정전전원장치의 구현이 가능하도록 직류전력 저장 콘덴서(공통 직류전력 저장부)를 중심으로 정류기, 태양광 발전기, 배터리 충방전기 및 인버터를 포함함으로써 고효율, 고역률 및 저가격을 달성할 수 있는 이점을 제공한다. As described above, the multi-functional online uninterruptible power supply by the common DC power according to the present invention, the single-phase, three-phase, single-phase and three-phase three-phase uninterruptible power supply can be implemented according to the state of the AC input and AC output. By including rectifier, solar generator, battery charger and inverter around DC power storage capacitor (common DC power storage), it provides the advantage of achieving high efficiency, high power factor and low price.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that modifications or variations may be made. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.

Claims (6)

온라인(on-line) 무정전전원장치에 있어서, In an on-line uninterruptible power supply, 교류입력 전력을 직류전력으로 변환하는 양방향 정류부;A bidirectional rectifying unit converting AC input power into DC power; 상기 정류부 후단에 연결되며, 태양광(PV; photovoltaic) 발전으로 생성되는 태양광 발전전력을 공통 직류전력으로 변환하는 태양광 발전부;A solar power generation unit connected to a rear end of the rectifying unit and converting photovoltaic power generated by photovoltaic power generation into a common DC power; 상기 태양광 발전부 후단에 연결되며, 상기 공통 직류전압을 배터리에 충전하기 위한 전압으로 낮추거나 상기 배터리의 전압을 교류출력 전압에 사용할 수 있도록 승압하는 배터리 충방전부;A battery charge / discharge unit connected to a rear end of the solar power generation unit and configured to lower the common DC voltage to a voltage for charging the battery or to boost the voltage of the battery to use an AC output voltage; 상기 충방전부 후단에 연결되며, 상기 직류전력을 저장하기 위한 직류전력 저장부; A DC power storage unit connected to a rear end of the charge / discharge unit and configured to store the DC power; 상기 직류전력 저장부 후단에 연결되며, 부하에 교류출력 전력을 제공하기 위해 공통 직류전력을 교류출력 전력으로 변환하는 인버터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치. And a inverter unit connected to a rear end of the DC power storage unit and converting common DC power into AC output power to provide AC output power to a load. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정류부는 적어도 1개 이상의 레그(leg)로 구성되며, 상기 레그는 2개의 스위치로 이루어진 하프-브릿지(half-bridge)로 구성된 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치. The rectifier is composed of at least one leg (leg), the leg is a multi-function on-line uninterruptible power supply by common DC power, characterized in that consisting of a half-bridge (half-bridge) consisting of two switches. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인버터부는 적어도 1개 이상의 레그(leg)로 구성되며, 상기 레그는 2개의 스위치로 이루어진 하프-브릿지(half-bridge)로 구성된 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치. The inverter unit comprises at least one leg (leg), the leg is a multi-function on-line uninterruptible power supply by a common direct current power, characterized in that consisting of a half-bridge (half-bridge) consisting of two switches. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 태양광 발전부는 태양전지 및 DC-DC 컨버터를 포함하고, The solar power generation unit includes a solar cell and a DC-DC converter, 상기 DC-DC 컨버터는 부스트 컨버터(boost converter) 혹은 스텝-업 컨버터(step-up converter)로 동작하여 불규칙한 상기 태양전지의 전압을 계통전압에 사용할 수 있는 직류전압으로 승압하는 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치. The DC-DC converter operates as a boost converter or a step-up converter to boost the irregular voltage of the solar cell to a DC voltage that can be used for grid voltage. Multi-function online uninterruptible power supply by electric power. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배터리 충방전부는 배터리 및 DC-DC 컨버터를 포함하고, The battery charge and discharge unit includes a battery and a DC-DC converter, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 배터리를 충전할 경우에는 벅 컨버터(buck converter) 혹은 스텝-다운 컨버터(step-down converter)로 동작하여 상기 공통 직류전압을 상기 배터리로 충전하기에 적당한 전압으로 낮추고, 방전 시에는 부스트 컨버터로 동작하여 상기 배터리의 낮은 전압을 계통전압에 사용할 수 있는 공통 직류전압으로 승압하도록 된 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치. When the DC-DC converter charges the battery, the DC-DC converter operates as a buck converter or step-down converter to lower the common DC voltage to a voltage suitable for charging with the battery, and discharges the battery. The multi-function on-line uninterruptible power supply by common DC power, characterized in that to operate as a boost converter to boost the low voltage of the battery to a common DC voltage that can be used for grid voltage. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 5, 정전시 교류출력 전압으로 변환되는 상기 공통 직류전압은 상기 태양광 발전부 또는 배터리 충방전부를 통하여 얻거나 상기 태양광 발전부와 배터리 충방전부를 동시에 사용하여 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 공통 직류전력에 의한 복합기능형 온라인 무정전전원장치. The common DC voltage converted into an AC output voltage at the time of power failure is obtained through the solar power generation unit or the battery charge / discharge unit, or the common DC power source characterized in that the solar power generation unit and the battery charge / discharge unit can be obtained simultaneously. Multifunctional online uninterruptible power supply by
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