KR20130070952A - 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치 및 방법 - Google Patents

비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 전력 또는 축전지 전력을 다수의 부하로 공급하는 전력 공급 장치에서 전력을 공급하는 방법에 관한 것으로, 외부 전력 또는 소정의 발전기에서 생성된 전력을 부하로 공급하기 위한 처리과정을 수행하는 정류기의 출력 전력 및 상기 정류기에서 처리된 전력의 일부를 저장하는 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하는 단계; 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보를 수집하는 단계; 및 상기 전력 품질 정보, 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보 및 소정 조건에 따라 구분되는 부하별 특성에 따라 상기 다수의 부하별 전력 공급원을 결정하는 단계를 포함하되, 부하군은, 전기 시설 내의 부하의 중요도 및 전력 공급 지속성을 토대로 다수의 등급으로 구분되고, 상기 등급은 전력 공급의 우선순위에 따라 분류된 것을 특징으로 한다.

Description

비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치 및 방법{A METHOD OF POWER SUPPLY USING BACKUP BATTERY AND APPARATUS FOR IT}
본 발명은 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 제공 방법 및 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 부하의 전력 사용 상황 및 외부로부터의 전력 수급 상황을 고려하여 평시에도 대체 전원으로 활용케 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 인터넷 데이터 센터, 클라우드 컴퓨팅 센터, 반도체 공장 등과 같이 중요한 시설에 대용량의 전력을 공급하는 건물은 정전 및 전력 계통 장치의 장애를 대비하여 비상 전원용 축전지를 구비한다.
예컨대, 교류 전력 공급 장치의 경우 상용 외부 교류 전력 공급의 장애를 대비하여 무정전 전원 공급 장치인 무정전전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)를 사용한다. UPS는 외부 전력 공급에 문제가 발생했을 경우 자체 운영하고 있는 축전지를 방전시킴으로써 부하단에 무순단으로 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 종래 교류 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 도면으로, 구체적으로는 UPS를 이용한 교류 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 것이다.
도 1을 참조하면, 교류 전력 공급 장치는 외부 AC 전원(101) 또는 예비 발전기(102)로부터 AC 전력을 공급받아 AC/DC 정류기(103)를 통해 DC 전력으로 전환하고, 축전지를 항시 대기시키기 위해 DC 전력으로 축전지(104)를 충전한다. AC/DC 정류기(103)에서 변환된 DC 전력은 DC/AC 인버터(105)에서 DC 전력으로 변환되어 사용자 전기시설인 부하단(106)으로 공급된다.
도 2는 종래 직류 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 직류 전력 공급 장치는 교류 전력 공급 장치와 마찬가지로 외부 AC 전원(201) 또는 예비 발전기(202)로부터 AC 전력을 공급받아 AC/DC 정류기(203)를 통해 DC 전력으로 변환하고, 변환된 DC 전력으로 축전지(204)를 충전한다. 또한, DC 전력을 전기시설 부하단(205)으로 공급함으로써, 교류 전력 공급 장치와 달리 UPS 를 이용하지 않고 AC/DC 정류기(203) 및 축전지(204)로 전력 공급 장치를 구성한다.
이와 같이, 축전지 또는 UPS는 상용 외부 AC 전력 공급이 차단되었거나 내부 전력 공급 장치에 장애가 발생했을 경우에, 축전지의 내부 용량만큼 부하에 전류를 방전하여 부하단에 전력을 지속적으로 공급하는데 그 목적이 있다.
그러나, 실제 정전이나 전력 공급의 장애가 발생할 가능성이 크지 않고, 고비용의 축전지를 유지 및 관리하는 것은 사용자에게 경제성 및 축전지 활용성 측면에서 효율성이 떨어진다.
또한, 최근에는 발전 전력량을 낭비되는 것 없이 효율적으로 사용하기 위해, 수용가에서의 전력 필요량을 예측하여 발전소 운영 및 전력 공급하는 방안에 대하여 많은 연구가 계속되고 있다. 예컨대, 최대 전력 소비량과 야간의 전력 소비량과는 많은 차이가 발생하여 최대 전력 소비량에 맞추어 발전소를 운영하는 경우에는 야간에는 불필요한 전력이 생산되어 대부분 낭비가 된다. 따라서 스마트 그리드를 활용하여 경제적인 전력 생산은 물론 사용자로 하여금 최대 전력 사용 시간 외에 분산하여 전력을 사용케 하는 등의 노력이 요구된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 비상 전원용으로 구비된 건물 내의 UPS 또는 축전지를 정전 외에 평상시에도 대체 전력 공급원으로 활용케 함으로써 건물의 효율적인 전력 관리 방안을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 건물 내 전력 소비가 최저인 시간에 축전지를 충전케 하고, 건물 내 전력 소비가 최대인 시간 또는 발전소의 전력 소비가 최대인 시간에 축전지를 대체 전력원으로 사용케 함으로써 보다 경제적인 전력 관리가 가능케 하고 축전지의 활용 가치는 높이는 방안을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태 일 실시예에 따른 축전지를 이용하며, 다수의 부하로 전력을 공급하는 전력 공급 장치는, 외부 전력 또는 소정의 발전기에서 생성된 전력을 부하로 공급하기 위한 처리과정을 수행하는 정류기; 상기 정류기에서 처리된 전력의 일부를 저장하는 다수의 축전지로 구성된 전력 저장부; 및 상기 정류기의 출력 전력 및 상기 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하고, 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보를 수집하고, 상기 정류기 및 상기 다수의 축전지에 기초하여 상기 다수의 부하에 대한 전력 공급원을 결정하여 전력 공급 상태를 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 부하는, 전기 시설 내의 부하의 중요도 및 전력 공급 지속성을 토대로 다수의 등급으로 구분되고, 상기 등급은 전력 공급의 우선순위에 따라 분류될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부는, 소정 주기에 따라 상기 정류기의 출력 전력 및 상기 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하는 전력품질 관리 모듈; 소정 주기에 따라 상기 다수의 축전지 및 상기 전력 저장부의 충전, 방전 상태를 관리하는 축전지 관리 모듈; 소정 주기에 따라 상기 다수의 부하에 대한 전력 사용량 및 전력 품질 정보를 측정하는 내부전력 관리 모듈; 및 소정 주기에 따라 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보를 수집하는 외부전력 관리 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 축전지 상태 정보 및 상기 외부 전력 사용량 정보를 더 포함하여 상기 부하별 전력 공급원을 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치는, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 다수의 스위칭부를 이용하여 상기 다수의 부하로 상기 정류기의 전력 및 상기 축전지의 전력이 공급되도록 연결하는 전력 선택부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 다수의 부하별 전력 공급원으로 상기 축전지 전력을 사용하도록 결정하는 경우, 상기 다수의 부하별 전력 공급원으로 가용한 하나 이상의 축전지 중 하위 등급 전력 품질의 축전지를 하위 등급의 부하에 대한 전력 공급원으로 등급에 따라 순차적으로 결정할 수 있다.
더 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 상기 제어부는, 상기 축전지 전력이 공급되는 부하에서의 전력 사용량이 소정 임계치 미만인 경우, 상기 축전지 전력을 중단하고 상기 정류기 전력을 상기 부하에 대한 전력 공급원으로 결정할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태 일 실시예에 따른 외부 전력 또는 축전지 전력을 다수의 부하로 공급하는 전력 공급 장치에서 전력을 공급하는 방법은, 외부 전력 또는 소정의 발전기에서 생성된 전력을 부하로 공급하기 위한 처리과정을 수행하는 정류기의 출력 전력 및 상기 정류기에서 처리된 전력의 일부를 저장하는 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하는 단계; 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보를 수집하는 단계; 및 상기 전력 품질 정보, 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보 및 소정 조건에 따라 구분되는 부하별 특성에 따라 상기 다수의 부하별 전력 공급원을 결정하는 단계를 포함한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 방법은, 상기 다수의 축전지에 대한 충전, 방전 상태를 모니터링하는 단계; 및 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력 공급원 결정 단계는, 상기 축전지 상태 정보 및 상기 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보를 더 포함하여 상기 다수의 부하별 전력 공급원을 결정할 수 있다. 이때, 상기 부하별 전력 사용 정보가 소정 기준치를 초과하거나 또는 상기 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보가 소정 기준치를 초과하는 경우, 상기 정류기 및 상기 다수의 축전지의 전력 품질 정보를 이용하여 상기 부하별 전력 공급원이 되는 축전지를 하나 이상 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력 공급원 결정 단계는, 상기 다수의 부하별 전력 공급원으로 가용한 하나 이상의 축전지 중 하위 등급 전력 품질의 축전지를 하위 등급의 부하에 대한 전력 공급원으로 등급에 따라 순차적으로 결정할 수 있다.
한편, 다수의 부하 중 제1 부하에 대하여 상기 축전지의 제1 축전지를 전력 공급원으로 결정하는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 방법은, 상기 제1 부하에 대하여 상기 제1 축전지의 전력을 공급하는 단계; 및 상기 제1 부하에 대한 상기 제1 축전지의 전력 공급 이후 상기 제1 부하에 대한 상기 정류기의 전력 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 부하의 전력 사용량이 소정의 기준치 또는 최대치 이하인 경우, 상기 외부 전력 공급업체의 전력 사용량이 소정의 기준치 또는 최대치 이하인 경우 및 상기 제1 축전지의 가용 전력량이 부족한 경우 중 적어도 하나를 포함하는 소정 조건에 부합하는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 방법은 상기 제1 부하에 대한 전력 공급원을 상기 제1 축전지에서 상기 정류기로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
만약, 상기 제1 축전지의 가용 전력량이 부족한 경우, 상기 제1 부하가 최우선 등급이면, 본 발명에 따른 전력 공급 방법은 상기 제1 부하에 대하여 상기 제1 축전지의 공급을 차단하고 외부 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 상기 제1 부하가 최우선 등급의 아래 등급이면, 본 발명에 따른 전력 공급 방법은 최우선 등급의 제2 부하에 대하여 전력을 공급하던 제2 축전지를 상기 제1 부하의 전력 공급원으로 변경하고, 상기 제2 부하에는 상기 정류기의 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 비상 전원용 축전지를 평상시에도 이용함으로써 그 활용 가치를 높이고, 특히 전력 소비가 최대인 시간에 사용함으로써 외부 상용 전원의 사용량을 줄일 수 있는 효과를 보인다.
또한, 본 발명에 의하면, 이미 구비된 축전지를 사용하기 때문에 별도의 전력 공급 장치 등을 구비할 필요가 없어 경제성을 높일 수 있고, 향후 전력 공급 시간별 또는 최대 전력 소비 시간 등에 따라 시행되는 차별적인 과금 제도에서는 극대화된 전력 사용량 절감 및 요금 절감 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 UPS를 이용하는 교류 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 직류 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치에서 부하 등급에 따라 공급 전력을 결정하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치에서 부하 등급에 따라 공급 전력을 결정하는 과정의 다른 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 정전 등과 같은 외부 장애 및 시스템 내부 장애시에도 부하에 무순단으로 전력을 공급해주는 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 제공 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 부하의 전력 사용 상황 및 외부로부터의 전력 수급 상황을 고려하여 비상 전원용 축전지에 저장된 전력을 평상시에도 대체 전원으로 활용케 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치의 일 예를 나타내는 도면으로, 직류 전력 공급 장치의 구성을 일 예로 들어 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치(300)는 외부 AC 전원(310), 예비 발전기(320), 외부 AC 전원(310) 또는 예비 발전기(320)로부터 공급되는 AC 전력을 공급받아 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 정류기(330), DC 전력으로 충전되는 축전지(340), 부하단(360)으로 공급하는 전력 형태를 선택하는 전력 선택부(350) 및 전력 공급 시스템의 구성 및 전반적인 전력 관리를 수행하는 제어부(370)를 포함한다.
전력 선택부(350)는 제어부(370)로부터 전송되는 제어신호에 따라 부하단(360)의 각 부하로 공급되는 전력 형태를 제어한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
제어부(370)는 시스템의 구성 및 시스템 동작과 관련된 전반적인 제어동작을 수행한다.
제어부(370)는 전력 선택부(350)에서 부하로의 전력 공급 형태를 제어하는 전력 선택부 관리 모듈(371), AC/DC 정류기(330) 및 축전지(340)의 출력 전력 품질을 측정 및 관리하는 전력품질 관리 모듈(372), 축전지(340)의 충방전 상태를 관리하는 축전지 관리 모듈(373), 부하단(360)의 각 부하에서의 전력 사용량을 모니터링하는 내부전력 관리 모듈(374) 및 전력공급사의 전력 공급량 정보를 제공받아 관리하는 외부전력 관리 모듈(375)을 포함할 수 있다.
전력 선택부 관리 모듈(371)은 제어부(370)의 다른 구성요소들에서 수집되는 각 부하에서의 전력 사용 정보(예, 전력 종류, 전력 품질, 전력 사용량 등), 공급 전력 품질 정보, 내외부 전력 상태 정보 등을 토대로 전력 공급 장치(350)로 제어신호를 전송하여 각 부하로의 전력 공급 상태를 제어한다.
예컨대, 전력 선택부 관리 모듈(371)은 전력 품질 관리 모듈(372)에서 측정한 AC/DC 정류기(330) 및 축전지(340)의 출력 전력 품질 정보를 토대로 각 부하에 공급하게 되는 전력의 우선 순위를 결정할 수 있다. 이를 위해, 부하별 전력 사용 정보(전력 사용량, 사용 전력 품질, 중요도 등)에 따라 다양한 등급이 설정된 부하군에 대한 정보가 기 설정될 수 있다.
특히, 축전지(340)가 다수의 축전지 스트링으로 구성되고 축전지 스트링마다 다른 품질을 나타낼 경우, 축전지 스트링의 출력 전력 품질에 따라 전력 선택부(350)에서 부하로의 전력 공급 형태를 선택하도록 제어신호를 구성할 수 있다.
전력 품질 관리 모듈(372)은 AC/DC 정류기(330) 또는 축전지(340)에서의 출력 전력 품질을 측정하여 측정 결과를 전력 선택부 관리 모듈(371)로 전송한다.
축전지 관리 모듈(373)은 축전지(340)의 충전 상태(출력 전압, 출력 전류, 내부 저항 등)를 관리 및 모니터링한다. 이 경우, 축전지의 충전 상태를 모니터링하기 위해서 별도의 검침 센서를 더 포함할 수 있다.
내부전력 관리 모듈(374)은 전기 시설 내의 각 부하의 단위 시간별 전력 사용량을 하위단의 전력 검침부로부터 수집하여 모니터링 및 관리한다. 또한, 내부전력 관리 모듈(374)은 모니터링 결과, 각 부하의 전력 사용량이 소정 기준치를 초과하거나 또는 기존 사용량을 초과하는 경우, 경고 메시지를 생성하여 시스템 운영자에게 제공할 수 있다.
외부전력 관리 모듈(375)은 외부 통신장비와의 유무선 통신을 통해 전력 공급 장치가 포함된 건물 또는 전기 시설로 전력을 공급하는 전력 공급사의 단위 시간별 전력 사용량 정보를 수신하고 관리한다. 또한, 외부전력 관리 모듈(375)은 전력 공급사의 단위 시간별 전력 사용량이 소정 기준치를 초과하는 경우, 기존의 사용량을 초과하는 경우 또는 전력 공급 업체로부터 전력 사용 제한이 요청되는 경우 경고 메시지를 생성하여 시스템 운영자에게 제공할 수 있다.
도 3에 도시된 전력 공급 시스템은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시된 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전력 선택부(350) 및 제어부(370)의 전력 공급 형태 제어를 위한 모듈 등을 이용하여 교류 전력 공급 시스템에도 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치의 다른 예를 나타내는 도면으로, 도 3에서 상술한 전력 선택부에 대한 상세한 설명을 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, AC/DC 정류기(330)의 출력 전력 중 일부는 바로 부하단(360)으로 공급되고 다른 일부는 축전지(340)로 전달되어 축전지(340)를 구성하는 다수의 축전지 스트링(341, 342, 343)의 충전에 이용된다. AC/DC 정류기(330) 또는 축전지(340)의 출력 전력은 전력 선택부(350)의 입력 전력으로 전송된다.
전력 선택부(350)는 AC/DC 정류기(330)의 출력 전력뿐만 아니라 축전지(340)의 출력 전력이 평상시에도 대체 전원으로 부하에 공급될 수 있도록 AC/DC 정류기(330) 및 축전지(340)의 전력 공급선과 부하단(360)의 각 부하를 연결한다. 이때, 전력 선택부(350)는 전력 선택부 관리 모듈(371)로부터 전송되는 소정의 제어신호에 따라 AC/DC 정류기(330) 및 축전지 스트링(341, 342, 343)의 각 출력 전력이 각 부하로 공급될 수 있도록 전력 선택부(350)로 입력되는 다양한 형태의 전압과 부하단의 연결 구조에 연결/차단의 On/Off 동작을 수행하는 스위칭부(351, 352, 353)를 포함한다. 즉, 각각의 스위칭부(351, 352, 353)는 소정의 제어신호에 따라 부하로 공급되는 전력을 AC/DC 정류기(330)로부터 받을 것인지 또는 어떤 축전지 스트링(341, 342, 343)으로부터 받을 것인지 여부를 결정한다.
이때, 제어부(370)의 전력 품질 관리 모듈(372)은 AC/DC 정류기(330) 및 축전지(340)의 출력 전력의 품질을 측정하여 전력 선택부 관리 모듈(371)로 제공함으로써, 전력 선택부 관리 모듈(371)에서 전력 품질 정보 등을 토대로 각 부하에 공급하게 되는 전력의 우선 순위를 결정할 수 있다. 특히, 다수의 축전지 스트링(341, 342, 343)으로 구성된 축전지(340)의 경우 각 축전지 스트링마다 서로 다른 전력 품질 또는 전력 충전량을 나타낼 수 있으므로, 다양한 레벨의 출력 전력 품질에 따라 부하별 공급 전력을 선택할 수 있다.
부하단(360)의 각 부하는 전기 시설 내의 중요도에 따라 다수의 등급(361, 362, 363)으로 구분될 수 있다. 일 예로, 인터넷 데이터 센터와 같은 경우에는 서버와 통신 장비가 가장 중요한 시설이고 항시 전력 공급이 이루어져야 하므로 최우선 순위의 1등급 부하로 설정할 수 있다. 다른 예로, 에어컨 및 공조기와 같은 경우는 서버와 통신 장비보다는 그 중요도가 떨어지나 그 운영 여부에 따라 서버 및 통신 장비의 운영에 치명적인 영향을 미칠 수 있으므로 다음 순위의 2등급 부하로 설정할 수 있다. 그 외, 핵심 시설이 아닌 경우에는 그보다 낮은 등급의 시설로 순차적으로 등급을 설정할 수 있다. 이러한 부하의 중요도 및 전력 공급 지속 여부에 따른 등급 부여는 시스템 운영자의 전력 관리 정책에 따르거나 또는 운영자가 임의적으로 설정하거나 변경할 수 있다.
예컨대, 각 부하의 등급에 따라 전력 선택부 관리 모듈(371)은 1등급 부하에 우선적으로 AC/DC 정류기(330)의 출력 전력을 공급하여 지속적으로 전력 공급이 이루어지도록 관리하고, 하위 등급의 부하에 대해서는 부하 특성 및 전력 필요량에 따라 AC/DC 정류기(330) 또는 축전지 스트링(340)의 출력 전력이 공급되도록 관리할 수 있다. 이와 같이, 제어부(370)에서 수집한 다양한 정보 및 부하 등급 정보를 토대로 비상 전원용인 축전지 전력을 평상시에도 대체 전력으로 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치에서 부하 등급에 따라 공급 전력을 결정하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
구체적으로는, 부하로 공급하는 전력을 외부 전력에서 축전지로 대체하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 5를 참조하면, 전력 공급 장치는 전기 시설의 각 부하별 전력 사용 상태를 모니터링한다(S501). 예를 들어, 전력 공급 장치의 내부전력 관리 모듈은 소정의 검침 센서 또는 하부 미터기 등으로부터 부하에서의 전력 사용량 정보를 수집할 수 있다.
1차적으로, 각 부하별 전력 사용량이 소정 기준치를 초과하거나 또는 기존의 전력 사용량의 초과 여부를 판단하고(S502), 2차적으로 부하군에서 소비되는 전력 사용량을 토대로 외부 전력 공급 업체로부터 공급되는 전력 사용량이 소정 기준치를 초과하거나 또는 기존의 전력 사용량의 초과 여부를 판단한다(S503).
상기 단계 S502 및 S503의 판단결과 외부전원 외 대체 전원이 필요하거나 또는 별도의 대체 전원 사용 요청이 있는 경우, AC/DC 정류기 및 축전지의 출력 전력의 품질을 측정한다(S504).
측정 결과, 축전지가 가용하고, 축전지 용량이 부하가 필요로 하는 전력량 이상인 경우라면(S505), 전력 공급 장치는 전력 선택부를 이용하여 정류기 및 축전지의 출력 전력을 소정 조건에 부합하는 각 부하로 공급하도록 제어한다(S506).
부하로 전력을 공급하는 축전지를 결정하는 방식은 다양한 방법을 이용할 수 있으며, 일 예로 축전지 전력 품질과 부하별 중요 등급을 토대로 부하 전력 공급 축전지를 결정할 수 있다. 먼저 충전 용량이 충분한 가용 축전지 중 최하위 전력 품질의 축전지를 대체 전력원으로 선택하고, 이를 대체 전력원으로 교체하려는 다수의 부하 중 최하위 등급의 부하로 연결할 수 있다. 즉, 중요도가 낮은 등급의 부하부터 대체 전력을 사용하는 방식을 이용할 수 있다.
바람직하게는, 무순단을 전력을 공급하기 위해, 축전지에서 부하로의 대체전력 공급을 위해 전력 선택부에서 축전지와 부하를 연결한 이후에 해당 부하에 대한 정류기로부터의 전력 공급을 차단한다.
이와 같이, 축전지로부터 전력을 공급하는 경우 외부 상용 전력을 절감하게 되는데, 이로 인한 부하군에서의 전력 사용량이 기 설정된 임계치 이하인지 여부를 판단한다(S507). 만약, 축전지를 사용함에도 불구하고 여전히 전력 사용량이 임계치 이상이라면, 단계 S505로 되돌아가 그 다음의 전력 품질을 보이는 축전지를 대체 전력원으로 선택하고, 정류기로부터 전력을 공급받는 부하 중에서 가장 낮은 등급의 부하에 축전지를 연결하는 과정을 반복한다.
판단 결과, 부하군에서의 전력 사용량이 임계치 이하인 경우에는 축전지를 대체 전력으로 전환하여 사용하는 것을 중단할 수 있다(S508).
도 5에 예시된 본 발명에 따른 전력 공급 장치에서 비상 전원용 축전지를 대체 전력으로 사용하는 과정은 부하군에서의 전력 사용량이 소정의 임계치 이하일 때까지 반복수행할 수 있으며, 모든 축전지를 대체 전력원으로 사용할 수 있다.
다음으로, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치에서 부하 등급에 따라 공급 전력을 결정하는 과정의 다른 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
구체적으로는, 부하로 공급되는 축전지 대체전력에서 외부 전력으로 전환하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 6을 참조하면, 전력 공급 장치에서 상기 도 5에서 상술한 과정을 통해 부하로 축전지 전력을 대체전력으로 사용하여 공급한다(S601).
이때, 소정 조건에 부합되면 부하 공급 전력을 외부 전력으로 전환할 수 있다. 제1 조건으로 전기 시설의 전력 사용량이 감소하여 소정의 기준치 또는 최대치 이하로 내려가는 경우(S602), 제2 조건으로 외부 전력 공급업체의 전력 사용량이 기준치 또는 최대치 이하인 경우(S603), 제3 조건으로 축전지의 가용량이 부족한 경우이다(S605).
전기 시설의 각 부하에서의 전력 사용량이 감소하여 소정의 기준치 또는 최대치 이하를 만족하게 되면, 축전지로부터 전력을 공급받는 부하들 중 최우선 등급의 부하에 대하여 공급 전력을 정류기로부터 공급되는 외부전력으로 전환할 수 있다. 또한, 외부 전력 사용량이 소정의 기준치 또는 최대치 이하인 경우에도 마찬가지로 축전지로부터 전력을 공급받는 부하들 중 최우선 등급의 부하에 대하여 공급 전력을 외부전력으로 전환할 수 있다(S604).
전력 공급 장치는 높은 등급부터 시작해서 최하위 등급의 부하 순서대로 전력원을 교체한다. 전력 공급량이 전력 소비량보다 높은 경우, 축전지 저장 전력을 다음의 대체 전력으로 사용하기 위함이다.
부하로 전력을 공급하던 축전지는 해당 부하에 대한 전력원 변경 후 충전 모드에 진입한다(S610).
이와 달리, 부하별 전력 사용량 및 외부 전력 공급업체의 전력 사용량이 기준치 또는 최대치 이상이면서 축전지 가용량이 부족한 경우에도 다시 정류기로부터 전력을 제공받게 된다(S605).
이때, 방전된 제1 축전지로부터 전력을 공급받는 제1 부하가 전체 부하군에서 최우선 등급의 부하인 경우에는 전력 공급의 중단을 방지하기 위해 그 즉시 제1 부하에 대한 전력원을 AC/DC 정류기로 변경한다(S606, S607).
만약, 방전된 제1 축전지로부터 전력을 공급받는 제2 부하가 최우선 등급의 부하가 아닌 낮은 등급의 부하인 경우에는, 최우선 등급의 제1 부하에 대한 전력원을 제1 부하에 전력을 공급하던 제2 축전지에서 정류기로 변경한다(S608). 그리고, 최우선 등급의 제1 부하로 전력을 공급하던 제2 축전지는 방전된 제1 축전지로부터 전력을 공급받던 제2 부하에 연결되어 전력을 공급한다(S609).
이에 따라, 방전된 제1 축전지는 충전 모드에 진입한다(S610).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 축전지를 이용하며, 다수의 부하로 전력을 공급하는 전력 공급 장치에 있어서,
    외부 전력 또는 소정의 발전기에서 생성된 전력을 부하로 공급하기 위한 처리과정을 수행하는 정류기;
    상기 정류기에서 처리된 전력의 일부를 저장하는 다수의 축전지로 구성된 전력 저장부; 및
    상기 정류기의 출력 전력 및 상기 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하고, 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보를 수집하고, 상기 정류기 및 상기 다수의 축전지에 기초하여 상기 다수의 부하에 대한 전력 공급원을 결정하여 전력 공급 상태를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 다수의 부하는,
    전기 시설 내의 부하의 중요도 및 전력 공급 지속성을 토대로 다수의 등급으로 구분되고, 상기 등급은 전력 공급의 우선순위에 따라 분류된 것을 특징으로 하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    소정 주기에 따라 상기 정류기의 출력 전력 및 상기 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하는 전력품질 관리 모듈;
    소정 주기에 따라 상기 다수의 축전지 및 상기 전력 저장부의 충전, 방전 상태를 관리하는 축전지 관리 모듈;
    소정 주기에 따라 상기 다수의 부하에 대한 전력 사용량 및 전력 품질 정보를 측정하는 내부전력 관리 모듈; 및
    소정 주기에 따라 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보를 수집하는 외부전력 관리 모듈을 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전지 상태 정보 및 상기 외부 전력 사용량 정보를 더 포함하여 상기 부하별 전력 공급원을 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 다수의 스위칭부를 이용하여 상기 다수의 부하로 상기 정류기의 전력 및 상기 축전지의 전력이 공급되도록 연결하는 전력 선택부를 더 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 부하별 전력 공급원으로 상기 축전지 전력을 사용하도록 결정하는 경우, 상기 다수의 부하별 전력 공급원으로 가용한 하나 이상의 축전지 중 하위 등급 전력 품질의 축전지를 하위 등급의 부하에 대한 전력 공급원으로 등급에 따라 순차적으로 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전지 전력이 공급되는 부하에서의 전력 사용량이 소정 임계치 미만인 경우, 상기 축전지 전력을 중단하고 상기 정류기 전력을 상기 부하에 대한 전력 공급원으로 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 장치.
  7. 외부 전력 또는 축전지 전력을 다수의 부하로 공급하는 전력 공급 장치에서 전력을 공급하는 방법에 있어서,
    외부 전력 또는 소정의 발전기에서 생성된 전력을 부하로 공급하기 위한 처리과정을 수행하는 정류기의 출력 전력 및 상기 정류기에서 처리된 전력의 일부를 저장하는 다수의 축전지의 출력 전력의 전력 품질을 측정하는 단계;
    상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보를 수집하는 단계; 및
    상기 전력 품질 정보, 상기 다수의 부하 각각에 대한 전력 사용 정보 및 소정 조건에 따라 구분되는 부하별 특성에 따라 상기 다수의 부하별 전력 공급원을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 다수의 부하는,
    전기 시설 내의 부하의 중요도 및 전력 공급 지속성을 토대로 다수의 등급으로 구분되고, 상기 등급은 전력 공급의 우선순위에 따라 분류된 것을 특징으로 하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 축전지에 대한 충전, 방전 상태를 모니터링하는 단계; 및
    외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보를 수집하는 단계를 더 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 공급원 결정 단계는,
    상기 축전지 상태 정보 및 상기 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보를 더 포함하여 상기 다수의 부하별 전력 공급원을 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전력 공급원 결정 단계는,
    상기 부하별 전력 사용 정보가 소정 기준치를 초과하거나 또는 상기 외부 전력 공급업체의 전력 사용 정보가 소정 기준치를 초과하는 경우,
    상기 정류기 및 상기 다수의 축전지의 전력 품질 정보를 이용하여 상기 부하별 전력 공급원이 되는 축전지를 하나 이상 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  11. 제7항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전력 공급원 결정 단계는,
    상기 다수의 부하별 전력 공급원으로 가용한 하나 이상의 축전지 중 하위 등급 전력 품질의 축전지를 하위 등급의 부하에 대한 전력 공급원으로 등급에 따라 순차적으로 결정하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전력 공급원 결정 단계에서 다수의 부하 중 제1 부하에 대하여 상기 축전지의 제1 축전지를 전력 공급원으로 결정하는 경우,
    상기 제1 부하에 대하여 상기 제1 축전지의 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 제1 부하에 대한 상기 제1 축전지의 전력 공급 이후 상기 제1 부하에 대한 상기 정류기의 전력 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    소정 조건에 부합하는 경우, 상기 제1 부하에 대한 전력 공급원을 상기 제1 축전지에서 상기 정류기로 전환하는 단계를 더 포함하며,
    상기 소정 조건은,
    상기 제1 부하의 전력 사용량이 소정의 기준치 또는 최대치 이하인 경우, 상기 외부 전력 공급업체의 전력 사용량이 소정의 기준치 또는 최대치 이하인 경우 및 상기 제1 축전지의 가용 전력량이 부족한 경우 중 적어도 하나를 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 축전지의 가용 전력량이 부족한 경우,
    상기 제1 부하가 최우선 등급이면, 상기 제1 부하에 대하여 상기 제1 축전지의 공급을 차단하고 외부 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 축전지의 가용 전력량이 부족한 경우,
    상기 제1 부하가 최우선 등급의 아래 등급이면, 최우선 등급의 제2 부하에 대하여 전력을 공급하던 제2 축전지를 상기 제1 부하의 전력 공급원으로 변경하고, 상기 제2 부하에는 상기 정류기의 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는, 비상 전원용 축전지를 활용한 전력 공급 방법.
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