KR20130124772A

KR20130124772A - 전력변환 시스템 및 전력변환 방법과, 그 시스템을 제어하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130124772A
Application number: KR20120048161A
Authority: KR
Inventors: 송유진; 채수용
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-15
Also published as: US9293945B2; US20130293012A1; KR101390641B1

Abstract

본 발명은 전력변환 시스템 및 그 방법에 관한 기술이다. 더욱 상세하게는 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 전력변환 모듈을 사용하여 변환 처리하는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 다양한 유형의 공급 전력을 모두 처리할 수 있는 전력변환모듈을 복수 개 사용하여 공급되는 전력의 유형에 대응하여 전력변환처리를 하고, 어느 하나의 전력변환모듈에 문제가 있을 경우, 다른 전력변환모듈을 사용하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 발전기와 전력변환모듈을 선택적으로 연결할 수 있는 중간 연결부를 적용하고 있다. 이를 통해, 전력에 대한 처리 경로를 유연하게 할 수 있고, 일부 전력변환모듈에서 고장이 발생하더라도 다른 경로를 통해 계속해서 전력변환 처리를 할 수 있게 되어, 시스템의 안정성을 강화할 수 있게 된다.

Description

전력변환 시스템 및 전력변환 방법과, 그 시스템을 제어하는 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONVERTING ELECTRIC POWER, AND APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SYSTEM}

본 발명은 전력변환 시스템 및 그 방법에 관한 기술이다. 더욱 상세하게는 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 전력변환 모듈을 사용하여 변환 처리하는 기술에 관한 것이다.

발전기 등을 통해 공급되는 전력과 로드에서 사용할 수 있는 전력의 형태가 다른 경우가 많다. 예를 들어, 대부분의 국가에서 사용되고 있는 전력망은 AC를 기반으로 하고 있다. 이에 비해, 대부분의 가전제품은 DC를 기반으로 하고 있다. 이렇게 공급되는 전력과 사용되는 전력의 형태가 다른 경우 그 사이에서 전력을 변환하는 장치가 필요하게 된다. 이와 관련된 기술분야로서 전력전자분야가 있으며, 전력전자분야에 대한 연구를 통해 그동안 전력변환기술이 상당 부분 진전되어 왔다.

하지만 대부분의 기술은 단일 공급 전력에 대한 단일 출력에 관한 기술이었다. 통상적으로 공급되는 전력은 상용 전력망이거나 특수하게 제작된 하나의 발전기인 경우가 대부분이었기 때문에 복수의 발전기 혹은 복수의 전력 공급원에 대해 고려할 필요가 없었기 때문이다.

그러나 최근에 신재생 에너지에 대한 요구가 증가하면서, 다양한 전력 공급원이 생겨나고 있다. 예를 들어, 연료전지, 태양전지, 디젤발전기, 차량의 제너레이터, 리튬 배터리 등이 최근에 급격하게 사용이 증가되고 있는 전력 공급원들이다. 이러한 발전기들을 단독 전력 공급원으로서 사용할 수도 있으나, 대부분의 경우는 그 공급 용량이 작고, 또한 환경적인 요인에 따라 출력이 변동되는 불안정한 형태를 띄고 있는 경우가 많아 다른 전력 공급원과 병행하여 사용할 필요가 있다.

이러한 배경에 따라 다양한 유형을 나타내는 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 로드로 안정적으로 공급하고자 한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 다양한 유형의 공급 전력을 모두 처리할 수 있는 전력변환모듈을 복수 개 사용하여 공급되는 전력의 유형에 대응하여 전력변환처리를 하고, 어느 하나의 전력변환모듈에 문제가 있을 경우, 다른 전력변환모듈을 사용하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 발전기와 전력변환모듈을 선택적으로 연결할 수 있는 중간 연결부를 적용한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면은, 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 변환처리하여 로드로 공급하는 전력변환시스템에 있어서, 상기 복수의 발전기로부터 공급되는 전력의 유형에 대응하여 전력 변환 처리를 수행하는 복수의 전력변환모듈을 포함하는 전력변환부; 상기 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 상기 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시키는 입력 연결부; 상기 전력변환부를 통해 변환된 전력을 상기 로드로 전달하는 출력부를 포함하는 전력변환시스템을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은, 전력변환시스템이 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 스위칭 방식의 전력변환모듈을 통해 변환 처리하여 로드로 공급하는 전력변환 방법에 있어서, 상기 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 상기 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시키는 입력 연결 단계; 상기 복수의 전력변환모듈 각각에 대해 상기 입력 연결 단계를 통해 연결된 발전기로부터 공급되는 전력에 따라 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하고, 상기 결정된 제어 방식에 따라 상기 스위칭 소자를 온오프 제어하여 상기 공급되는 전력을 변환처리하는 단계; 상기 변환처리된 전력을 상기 로드로 전달하는 단계를 포함하는 전력변환 방법을 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 스위칭 방식의 전력변환모듈을 통해 변환 처리하여 로드로 공급하는 전력변환시스템을 제어하는 장치에 있어서, 상기 복수의 전력변환모듈 각각의 고장 정보를 획득하는 상태 모니터링부; 상기 고장 정보를 통해 상기 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈이 고장난 것으로 판단된 경우, 상기 전력변환 제1모듈에 연결된 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈로 전달되도록 상기 복수의 발전기와 상기 복수의 전력변환모듈 사이에 설치된 상기 전력변환시스템의 입력 연결부를 제어하는 입력 연결 제어부; 상기 입력 연결 제어부를 통해 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력이 상기 전력변환 제2모듈로 전달되는 경우, 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하고, 상기 판단된 유형에 따라 상기 전력변환 제2모듈의 스위칭 소자의 제어 방식이 결정되도록 제어하는 전력변환모듈 제어부를 포함하는 전력변환시스템을 제어하는 장치를 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 장치가 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 스위칭 방식의 전력변환모듈을 통해 변환 처리하여 로드로 공급하는 전력변환시스템을 제어하는 방법에 있어서, 상기 복수의 전력변환모듈 각각의 고장 정보를 획득하는 단계; 상기 고장 정보를 통해 상기 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈이 고장난 것으로 판단된 경우, 상기 전력변환 제1모듈에 연결된 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈로 전달되도록 상기 복수의 발전기와 상기 복수의 전력변환모듈 사이에 설치된 상기 전력변환시스템의 입력 연결부를 제어하는 입력 연결 제어 단계; 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하는 단계; 상기 입력 연결 제어 단계를 통해 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력이 상기 전력변환 제2모듈로 전달되는 경우, 상기 제1발전기 공급 전력으로 판단된 유형에 따라 상기 전력변환 제2모듈의 스위칭 소자의 제어 방식이 변경되도록 제어하는 단계를 포함하는 전력변환시스템을 제어하는 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공급되는 전력의 유형에 대응하여 전력변환 처리를 수행할 수 있는 전력변환모듈들을 사용함으로써 신재생 발전기 등 다양한 유형의 발전기에 대해 전력변환 처리가 가능하고, 또한 전력변환모듈 사이에 입력 연결부를 적용하여 공급되는 전력에 대한 처리 경로를 유연하게 할 수 있다. 이러한 유연한 경로 처리를 통해 일부 전력변환모듈에서 고장이 발생하더라도 다른 경로를 통해 계속해서 전력변환 처리를 할 수 있게 되어, 시스템의 안정성을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템의 내부 블록도이다.
도 2는 전력변환모듈의 기능 블록에 대한 예시 블록도이다.
도 3은 전력변환 제1모듈의 파워 스테이지에 대한 일 예시 회로도이다.
도 4는 입력 연결부의 구성에 대한 예시 구성도이다.
도 5는 전력변환 제3모듈이 고장난 경우 공급되는 전력의 경로가 변경되는 과정을 설명하기 위한 예시 연결도이다.
도 6은 출력부의 기능 블록에 대한 예시 블록도이다.
도 7은 출력 연결부의 구성에 대한 예시 구성도이다.
도 8은 2차 전력변환모듈에 대한 일 예시 회로도이다.
도 9는 두 개의 전력변환시스템의 에너지 버스가 연결되는 것을 설명하기 위한 예시 연결도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 장치가 전력시스템과 연결되는 관계를 나타내는 신호 연결도이다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 장치의 내부 블록도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 방법의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)의 내부 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)은 입력 연결부(110), 전력변환부(119), 출력부(130) 등을 포함할 수 있다. 전력변환시스템(110)과 다른 장치들과의 연결 관계를 살펴 보면, 입력 연결부(110)은 전력 공급원으로 복수의 발전기와 연결되며, 후처리단으로 전력변환부(119)와 연결된다. 또한 출력부(130)는 전력변환부(119)와 연결되어 변환처리되는 전력을 전달받고, 이를 연결된 복수의 로드로 다시 전달하게 된다. 전력변환부(119)는 다시 전력변환 제1모듈(120), 전력변환 제2모듈(122), 전력변환 제3모듈 (124), 전력변환 제n모듈(126, n은 2이상의 자연수) 등 복수의 전력변환모듈을 포함하고 있을 수 있다.

먼저, 전력변환시스템(100)을 구성하고 있는 구성들의 기능에 대해 살펴보면, 입력 연결부(110)는 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 전력변환모듈들 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시킨다. 그리고, 전력변환부(119)에 포함된 전력변환모듈은 복수의 발전기로부터 공급되는 전력의 유형에 대응하여 전력변환처리를 수행한다. 마지막으로 출력부(130)는 전력변환부(119)를 통해 변환된 전력을 로드로 전달하게 된다.

전술한 기능들을 수행하는 전력변환시스템(100)의 각 구성들에 대한 실시예와, 이러한 실시예에 따라 얻게 되는 효과에 대해서 아래에서 상세히 설명한다. 하지만, 이러한 설명은 본 발명을 보다 더 쉽게 실시할 수 있게 하기 위한 것으므로 본 발명을 아래에서 설명하는 실시예로 한정하여 해석하여서는 안 된다.

전력변환부(119)에 포함된 전력변환모듈에 대해 설명하기 위해 도 2를 참조한다. 도 2는 전력변환모듈의 기능 블록에 대한 예시 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전력변환모듈들은 각각 모듈 제어부, 게이팅 콘트롤러, 파워 스테이지를 가지고 있다. 여기에서 각각의 전력변환모듈이 가지고 있는 기능 블록들은 서로 공통되는 기능들을 수행할 수 있다. 서로 공통되는 기능들을 수행하기 위해 각각의 전력변환모듈을 구성하고 있는 내부 블록들은 서로 동일한 설계 변수들을 가지고 만들어진 장치일 수도 있고, 또는 동일한 설계 변수들을 가지지는 않지만 서로 공통되는 기능들을 수행할 수 있도록 표준화되어 있는 구성 혹은 기능들을 가지고 있을 수 있다. 이렇게 각각의 전력변환모듈이 가지고 있는 기능 블록들이 서로 공통되는 기능들을 수행할 수 있게 됨으로써 각각의 전력변환모듈 또한 서로 공통되는 기능들을 수행할 수 있게 되고, 이러한 효과로 서로가 각각 수행하는 기능들을 서로 교환하는 것도 가능하게 된다. 예를 들어, 전력변환 제1모듈(120)이 DC-DC 전력변환 기능을 수행하고 있고, 전력변환 제2모듈(122)이 AC-DC 전력변환 기능을 수행하고 있을 때, 서로 기능을 교환하여 전력변환 제1모듈(120)이 AC-DC 전력변환 기능을 수행하고, 전력변환 제2모듈(122)이 DC-DC 전력변환 기능을 수행하게 할 수 있다.

각 전력변환모듈의 내부 블록에 대해 설명하기 위해 전력변환 제1모듈(120)의 내부 블록에 대해 설명한다. 도 2를 참조하면, 전력변환 제1모듈(120)은 모듈 제어부(210), 게이팅 콘트롤러(220, Gating Controller), 파워 스테이지(230, Power Stage)를 포함하고 있다. 파워 스테이지(230)는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 전력전자 회로부이다. 전력을 변환하는 방법은 리니어 레귤레이터(Linear Regulator)와 같이 트랜지스터나 지너 다이오드와 같은 소자들의 특성을 이용하여 입력되는 전력을 일정 전압 혹은 전류로 만들어 로드로 공급하는 방법과 이와 대별되는 것으로 전력전자(Power Electronics)회로를 이용하여 입력되는 전력의 흐름을 챠핑(chopping)하고 그 흐름을 변경하는 방식으로 일정 전압 혹은 전류를 만들어 로드로 공급하는 방법으로 크게 구분될 수 있다. 전력변환모듈의 일 예시 구성으로서 제시하는 파워 스테이지(230)는 후자의 방법으로 스위칭 소자를 온오프(ON/OFF) 제어하여 흐르는 전력을 가공함으로써 로드에서 필요한 전력을 만들어내는 방법에 사용되는 전력전자 회로부이다. 특히 여기에서 파워 스테이지(230)는 스위칭 소자와 인덕터, 저항, 캐패시터와 같은 수동 소자들로 이루어진 전력처리단을 의미한다.

전력변환 제1모듈(120)의 다른 구성으로서 게이팅 콘트롤러(220)는 파워 스테이지(230)를 구성하는 복수의 스위칭 소자에 대한 온오프를 제어한다. 전력전자 회로에 사용되는 스위칭 소자들은 특정 신호의 입력을 받아 온오프할 수 있는데, 스위칭 소자로서 FET(FIELD EFFECT TRANSISTOR), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 그 대표적인 예이다. 파워 스테이지(230)를 구성하는 복수의 스위칭 소자들은 이러한 소자 중에 한 종류로서 특정 신호의 입력을 받아 온오프하게 되는데, 게이팅 콘트롤러(220)가 이러한 온오프 신호를 만들어 스위칭 소자로 보내게 된다. 게이팅 콘트롤러(220)는 단순히 스위칭 소자로 온오프 신호를 송신하는 것 뿐만 아니라 다른 장치들로부터 온오프 신호에 대응되는 제어 신호를 받을 수 있다. 예를 들어, 네트워크로 연결된 제어부로부터 송신되는 통신 신호에 포함된 스위칭 소자에 대한 온오프 명령에 따라 온오프 신호를 생성하여 스위칭 소자를 제어하는 것이다. 이러한 경우, 실질적으로 게이팅 콘트롤러(220)는 네트워크로 연결되어 있는 제어부와 하드웨어 장치로서의 파워 스테이지(230)를 연결시켜 주는 신호 컨버팅 기능을 수행한다고 이해할 수 있다. 전력변환 제1모듈(120)은 제어부로서 모듈 제어부(210)를 포함하고 있는데, 여기서 게이팅 콘트롤러(220)는 모듈 제어부(210)와 파워 스테이지(230) 사이에 위치하면서 모듈 제어부(210)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 온오프 신호를 생성하여 파워 스테이지(230)에 있는 스위칭 소자를 온오프하게 된다. 게이팅 콘트롤러(220)와 모듈 제어부(210)는 통신 네트워크로 연결되는 것이 시스템을 유연하게 만들 수 있으나, 이러한 연결로 제한되는 것은 아니며, 전기 통신 신호를 통해 모듈 제어부(210)의 제어 정보를 게이팅 콘트롤러(220)로 전달할 수 있으면 된다.

전력변환 제1모듈(120)을 구성하는 또 다른 구성으로서 모듈 제어부(210)는 공급되는 전력의 유형에 따라 파워 스테이지(230)에 있는 복수의 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하고, 이렇게 결정된 제어 방식에 따라 게이팅 콘트롤러(220)로 온오프 명령 신호를 송신하여 파워 스테이지에 대한 제어를 수행한다.

모듈 제어부(210)는 공급되는 전력의 유형에 따라 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하는 일 예로서 스위칭 소자에 대한 스위칭 시퀀스를 다양하게 변경하는 예를 제시하고 있다. 스위칭 시퀀스란 시간의 경과에 따라 특정 스위칭 소자를 온 또는 오프하는 일련의 과정을 의미하게 되는데, 전력전자 회로를 이용하여 전력을 변환하는 장치는 스위칭 소자들을 어떠한 스위칭 시퀀스에 따라 제어하는가에 따라 전력변환의 결과가 달라지게 된다.

도 3을 참조하여, 전력변환 제1모듈(120)이 공급되는 전력의 유형에 따라 스위칭 시퀀스를 다르게 제어하여 전력변환 처리를 수행하는 과정에 대해 설명한다. 도 3은 전력변환 제1모듈(120)의 파워 스테이지(230)에 대한 일 예시 회로도이다.

도 3을 참조하면, 파워 스테이지(230)는 6개의 스위칭 소자를 포함하고 있다. 6개의 스위칭 소자가 이러한 배치로 연결되어 있는 것이 전형적인 3상 인버터의 회로 구성이다. 기본적으로 파워 스테이지(230)에 있는 6개의 스위칭 소자에 대한 제어를 통해 3상 AC-AC 전력변환, 3상 AC-DC 전력변환(AC 정류 포함) 중 어느 하나의 기능을 수행할 수 있다. 이러한 3상 인버터로 구동되는 경우, 모듈 제어부(210)는 각각의 제어 방식(AC-AC 전력변환, AC-DC 전력변환 등)에 따라 6개의 스위칭 소자(310, 320, 330, 340, 350, 360)에 대한 스위칭 시퀀스를 결정하고, 결정된 스위칭 시퀀스에 따라 게이팅 콘트롤러(220)로 주기적 혹은 비주기적으로 온오프 명령을 송신하여 전력변환 제1모듈을 제어하게 된다. 출력부(130)에서 전달받는 전력의 유형이 DC로 결정되어 있는 경우(예를 들어, 출력부(130) 내에 에너지 버퍼로서 DC 버스를 두고 있는 경우)에 모듈 제어부(210)는 공급되는 전력의 유형을 파악하여 공급되는 전력이 3상 AC이면, 3상 AC-DC 전력변환에 해당하는 제어 방식으로 전력변환 제1모듈(120)을 제어하게 된다.

모듈 제어부(210)가 공급되는 전력의 유형에 따라 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하는 다른 예로서 파워 스테이지(230)에 포함되어 있는 복수의 스위칭 소자 중 항시 온되어 있거나 항시 오프되어 있는 스위칭 소자를 결정하여 파워 스테이지(230)에 포함되어 있는 회로의 토폴로지(topology)를 결정하고, 이렇게 결정된 회로 토폴로지에 따라 게이팅 콘트롤러(220)로 온오프 명령 신호를 송신하여 파워 스테이지(230)를 제어하는 예를 제시한다.

도 3을 다시 참조하면, 스위칭 소자 중 오른편 끝에 위치한 두 개의 스위칭 소자(330, 360)를 모두 항시 오프하고, 입력 단자로서 입력단자 a와 입력 단자 b를 통해서만 전력을 공급받게 되면, 단상 풀브리지 회로를 구성하게 된다. 이러한 단상 풀브리지 회로를 이용하고 항시 오프로 설정되지 않는 스위칭 소자들에 대해 그 스위칭 시퀀스를 다르게 결정하여 모듈 제어부(210)는 단상 DC-DC 전력변환, 단상 DC-AC 전력변환, 단상 AC-AC 전력변환, 단상 AC-DC 전력변환 등의 제어를 수행할 수 있게 된다. 모듈 제어부(210)는 공급되는 전력의 유형이 단상인지 3상인지 파악하여 단상이면 전술한 바와 같이 오른편 끝에 위치한 두 개의 스위칭 소자(330, 360)를 모두 항시 오프하여 풀 브리지 회로를 구성하여 파워 스테이지를 제어하고, 3상이면 항시 오프되는 스위칭 소자 없이 6개의 스위칭 소자를 모두 활용하여 파워 스테이지를 제어할 수 있다. 이렇게 결정되는 것을 모듈 제어부(210)가 공급되는 전력에 따라 파워 스테이지의 회로 토폴로지를 다르게 결정한다고 이해할 수 있을 것이다. 모듈 제어부(210)는 또한 회로의 토폴로지를 결정하는 것과 더불어 스위칭 시퀀스를 다르게 결정하는 것을 결합하여 공급되는 전력의 유형에 따른 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정할 수 있는데, 공급되는 전력이 단상 DC인 경우, 전술한 바와 같이 풀 브리지 회로를 구성하고 이 회로에 대해 DC-DC 전력변환 또는 DC-AC 전력변환 중 해당되는 제어 방식에 따라 다시 스위칭 시퀀스를 결정하여 파워 스테이지(230)를 제어하게 된다. 물론, 모듈 제어부(210)는 출력부(130)로 변환해서 전달해야하는 전력의 유형을 미리 알 수 있기 때문에 DC-DC 전력변환 또는 DC-AC 전력변환 중 하나의 제어 방식을 결정할 수 있다.

상기에서는 전력변환 제1모듈(120)에 대해 설명하였으나, 이러한 설명은 전력변환 제2모듈(122), 전력변환 제3모듈(124), 전력변환 제n모듈(126)에 모두 적용될 수 있는 것이다.

상기에서는 전력변환부(119)의 구성과 실시예에 대해 설명하였다. 이러한 구성을 통해 어떠한 효과를 얻을 수 있는지 좀더 살펴본다.

도 1에 도시된 제1발전기는 디젤발전기이고, 제2발전기는 태양 전지 발전기이고, 제3발전기는 대형 트럭에 있는 차량용 제너레이터라고 가정해 보자. 야전에서 많은 전력을 사용해야하는 군대에서 이러한 형태의 발전기 조합을 이용할 수 있으며, 또한 고립되어 있는 산악 지역, 섬 지역, 도시 외곽 지역 등에서도 이러한 형태의 발전기 조합을 이용할 수 있다. 여기서는 군대에서 이러한 조합의 전력원을 사용한다고 가정해 보자.

본 발명에 대한 부가적인 설명으로 군대는 이러한 전력원을 야전에서 사용해야하기 때문에 이러한 전력원으로부터 필요한 형태의 전력을 추출하기 위해 이동 가능한 전력변환시스템을 사용해야할 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템을 이동 가능하도록 특정 구조(예를 들어, 콘테이너 박스 등)로 패키징하여 대형 트럭 등에 탑재하여 사용할 수 있을 것이다. 군대가 아니더라도 산악 지역, 공사 지역 등에 임시로 전력이 필요한 곳에 전력을 공급하기 위해 이렇게 패키징되어 이동 가능한 전력변환시스템을 사용할 수도 있을 것이다.

다시 전력변환부(119)에 대한 효과와 관련하여 설명하면, 전술한 제1발전기, 제2발전기, 제3발전기는 생산하는 전력의 유형이 각각 3상 AC, 단상 DC, 단상 DC가 될 수 있다. 이러한 서로 다른 유형의 공급 전력에 대해 각각 그 특성에 맞는 전력변환모듈을 제작하여 사용할 수도 있으나, 군대 등의 사용예에서 설명한 바와 같이 가변적인 상황에서 사용되는 특성상 전력원으로서의 발전기도 변경될 가능성이 높다. 예를 들어, 일조량이 작거나 없는 지역에서는 태양 전지 발전기를 사용할 수 없으므로, 제2발전기의 경우, 연료전지 발전기, 배터리 또는 다른 디젤발전기 등으로 교체될 수도 있다. 때에 따라서는 인접 지역에 풍력발전기가 설치되어 있어, 제3발전기로서 AC 전력을 생산하는 풍력발전기를 사용해야할 경우도 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서 설명된 전력변환부(119)의 구성과 같이 전력변환모듈이 공급되는 전력의 유형에 따라 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 다르게 결정하여 다양한 공급 전력을 변환 처리할 수 있게 됨으로 본 발명에 의한 전력변환시스템(100)은 다양한 발전기 조합을 구성하여 전력을 공급받을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 이러한 전력변환모듈의 다기능적 특성은 입력 연결부(110)의 특성과 결합하여 전력변환시스템(100)의 셀프 힐링 기능을 가능하게 하거나 전력변환시스템(100)의 리던던시(redundancy)를 증가시키는 효과를 만들어 낸다. 이에 대해 좀더 살펴 본다.

복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈(120)이 고장난 경우, 상기 입력 연결부(110)는 전력변환 제1모듈(120)에 연결된 제1발전기를 복수의 전력변환모듈 중 복수의 발전기와 연결되지 않은 전력변환 제2모듈(122)로 변경하여 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 제1발전기는 전력변환 제1모듈(120)과 연결되어 있고, 제2발전기는 전력변환 제2모듈(122)와 연결되어 있으며, 제3발전기는 전력변환 제3모듈(124)과 연결되어 있다고 가정해 보자. 이때, 전력변환 제1모듈(120)이 고장난 경우, 만약 제2발전기의 가동이 중단되어 전력변환 제2모듈(122)과의 연결이 끊어져 있었다면, 입력 연결부(110)는 전술한 바와 같이 제1발전기를 전력변환 제2모듈(122)로 변경하여 연결시킬 수 있을 것이다. 이렇게 함으로써 공급 전력의 중단없이(연결을 변경하는 과정에서 짧은 순간의 중단이 있을 수 있으나, 이러한 것은 출력단에 배터리 혹은 캐패시터 등의 에너지 버퍼를 사용함으로써 극복 가능하다) 연속적으로 필요한 전력을 로드로 공급할 수 있게 된다. 전력변환 제2모듈(122)이 제2발전기 뿐만 아니라 제1발전기에서 생산하는 전력에 대해서도 변환 처리를 수행할 수 있기 때문에 가능한 실시예이다. 전술한 연결 변경의 과정에서 제2발전기와 전력변환 제2모듈(122)의 연결이 유지되고 있더라도 발전량 등에 있어서 제1발전기의 발전량이 우월하다면 제2발전기와 전력변환 제2모듈(122)의 연결을 끊고, 전력변환 제2모듈(122)을 제1발전기로 연결할 수 있을 것이다. 이 과정에서 전력변환 제2모듈의 제어 방식을 제2발전기의 공급 전력에 따른 제어 방식에서 제1발전기의 공급 전력에 따른 제어 방식으로 변경하는 과정이 포함되게 된다.

다른 고장 케이스로, 제1발전기가 전력변환 제1모듈(120)과 전력변환 제2모듈(122) 두 모듈을 모두 이용하여 전력을 공급하고 있을 때, 전력변환 제1모듈(120)에서 고장이 발생하였다면, 제1발전기는 전력변환 제2모듈(122) 하나만 이용하여 공급되는 전력에 대해 변환 처리를 수행할 수 있을 것이다. 이렇게 고장을 대비하여 입력 연결부(110)에서 하나의 발전기에 여러 개의 전력변환모듈을 연결해 놓을 수 있기 때문에 전력변환시스템(100)의 리던던시가 증가하는 효과가 있다.

전력변환시스템(100)에서 셀프 힐링을 하는 실시예에 대해 좀더 살펴 보면, 각각의 전력변환모듈은 자신의 센서 혹은 고장 탐지 기능을 통해 고장 여부를 판단할 수 있다. 또는 각각의 전력변환모듈은 서로 다른 전력변환모듈의 상태를 모니터링하여 상대방 모듈에 대한 고장 여부를 탐지할 수 있다. 예를 들어, 각각의 전력변환모듈이 서로 네트워크로 연결되어 있을 경우, 통신 ACK 신호에 대해 일정 기간 동안 반응이 없다면 해당 전력변환모듈은 고장이라고 판단할 수 있을 것이다. 이와 같은 과정 등을 통해 특정 전력변환모듈이 고장인지 여부를 감지할 수 있고, 고장이 감지되면, 감지한 전력변환모듈이 입력 연결부(110)와 통신하여 해당 전력변환모듈로 연결되어 있는 전력 공급 경로를 변경 처리함으로써 고장의 문제를 임시적으로 해결할 수 있게 된다. 이러한 과정을 전력변환시스템(100)의 셀프 힐링 과정으로 이해할 수 있을 것이다.

도 4를 참조하여, 셀프 힐링에 대해 보충 설명하면, 도 4는 입력 연결부의 구성에 대한 예시 구성도이다. 도 4를 참조하면, 입력 연결부(110)는 제어 가능한 스위칭 소자를 통해 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시키고 있는데, 이때, 전술한 제어 가능한 스위칭 소자를 제어하는 입력 스위치 콘트롤러(410)가 전력변환모듈들과 통신할 수 있고, 이러한 통신을 통해 각각의 전력변환모듈에서의 고장 여부를 파악하고 전술한 바와 같이 고장의 문제를 임시적으로 해결하도록 고장난 전력변환모듈로 연결된 경로를 다른 경로로 돌릴 수 있게 된다.

전력변환시스템(100)에서 셀프 힐링이 일어나는 과정을 도 5를 이용하여 부연 설명한다. 도 5는 전력변환 제3모듈이 고장난 경우 공급되는 전력의 경로가 변경되는 과정을 설명하기 위한 예시 연결도이다.

도 5 (a)를 참조하면, 제1발전기에 전력변환 제1모듈(120)과 전력변환 제2모듈(122)이 연결되어 있다. 이는 시스템의 안정을 위한 것으로 발전량이 많고, 중요한 전력원인 제1발전기로부터 안정적으로 전력을 공급받기 위해 두 개의 전력변환모듈을 동시에 제1발전기에 연결하여 사용하고 있는 것이다. 제2발전기는 전력변환 제3모듈(124)에 연결되어 있고, 제3발전기는 전력변환 제n모듈(126)에 연결되어 있다. 이 때, 전력변환 제3모듈에서 고장이 발생하였고, 이를 전력변환 제3모듈(124)이 이를 감지하여 경로를 전력변환 제2모듈(122)로 변경할 것을 입력 연결부(110)로 요청하게 된다. 이에 따라 경로가 변경된 후의 연결도가 도 5 (b)이다. 도 5 (b)를 참조하면, 제1발전기의 안정적 이용을 위해 부가적으로 연결된 전력변환 제2모듈(122)의 연결이 제1발전기에서 제2발전기로 교체되었다. 이러한 과정에서 전력변환 제2모듈(122)의 제어 방식도 공급되는 전력의 유형에 따라 변경된다.

전력변환시스템(100)에서 셀프힐링과 같은 기능을 실현하는 것은 전력변환시스템(100)을 구성하는 각각의 블록들(입력연결부(110), 전력변환부(119), 출력부(130) 등)을 관장하는 중앙 제어 장치(예를 들어, 후술하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치(1100))에 의해 제어될 수 있으나, 각각의 전력변환모듈이 하나의 중앙 제어 장치처럼 전체 시스템을 제어할 수도 있다. 이를 모바일 에이전트(Mobile Agent)라고 부르기도 하는데, 각각의 전력변환모듈 중에 어느 하나의 전력변환모듈이 전체 전력변환시스템(100)을 제어하는 역할을 하고, 다른 전력변환모듈들은 이의 제어를 받게 된다. 또는 전력변환모듈 전체가 하나의 제어기처럼 작동하는 분산 컴퓨팅과 같이 작동될 수도 있다. 이렇게 전력변환모듈이 모바일 에이전트와 같이 작동하면서 전력변환시스템(100)을 제어하는 경우, 어느 하나의 전력변환모듈이 고장나는 경우에도 다른 하나의 전력변환모듈로 전력변환시스템(100)을 제어할 수 있게 되어 시스템의 안정성이 높아진다. 하나의 중앙 제어 장치로 전력변환시스템(100)을 제어하다가 중앙 제어 장치가 고장나서 전체 시스템이 작동되지 못하는 문제가 발생하지 않는다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에서의 출력부(130)의 구성 예시에 대해 좀더 설명한다.

출력부(130)는 단순히 케이블링일 수 있다. 다시 말해, 복수의 전력변환모듈 각각이 하나의 로드로만 연결되는 경우, 출력부는 단순히 케이블 연결 혹은 연결 단자일 수 있다. 출력부(130)의 다른 구성으로는 출력부(130)가 입력 연결부(110)와 같은 형태로 되어 있어 복수의 전력변환모듈에서 변환처리되는 전력을 선택적으로 로드에 공급하게 되는 것이다. 고장난 모듈을 제거하고 다른 전력변환모듈을 통해 전력을 우회적으로 공급하기 위해서는 앞서 언급한 것처럼 출력부(130)가 단순히 케이블링으로 되어 있으면 안 되고 이와 같이 선택적으로 연결할 수 있는 구성을 가지고 있어야한다.

출력부(130)의 또 다른 구성으로는 에너지 버스를 통해 복수의 전력변환모듈에서 변환처리되는 전력을 로드로 공급하는 것이다. 버스란 일정의 공유 통로라고 해석할 수 있는데, 에너지 버스로서 배터리 혹은 슈퍼 캐패시터 등을 사용하여 DC 버스를 구성할 수 있다. DC 버스를 구성하지 않더라도, 출력부를 단일 AC 전압으로 유지하게 되면, AC 버스가 되어 로드는 마치 하나의 AC 전원에서 전력을 공급받는 것과 같은 효과를 볼 수 있다. 출력부(130)를 에너지 버스로 구성하는 경우에는 입력 연결부(110)와 같은 구성을 별도로 추가할 필요없이 입력 연결부(110)에서 경로 변경을 함으로써 고장난 전력변환모듈을 회피할 수 있게 된다.

출력부(130)의 또 다른 구성에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 출력부의 기능 블록에 대한 예시 블록도이다.

도 6을 참조하면, 출력부(130)는 에너지 버스(610), 복수의 2차전력변환모듈(620, 622, 624, 626), 출력 연결부(630)를 포함할 수 있다. 에너지 버스(610)는 DC 버스, AC 버스를 모두 포괄하는 개념이나 본 발명의 통상적인 실시예에서는 DC 버스를 사용하는 것이 적합하다. AC 버스는 주로 상용 전력망과 같이 광범위한 전력망에 적용될 수 있는 것으로서 작은 용량의 전력변환시스템에서는 에너지 버퍼로서 기능할 수 있는 배터리, 슈퍼 캐패시터 등을 이용한 DC 버스를 사용하는 것이 적합하다.

출력 연결부(630)는 복수의 2차전력변환모듈 각각으로부터 전달되는 전력을 하나 이상의 로드로 연결시킨다. 도 7은 출력 연결부의 구성에 대한 예시 구성도이다. 도 7을 참조하면, 출력 연결부(630)는 입력 선택부(110)와 같이 2차전력변환모듈 혹은 전력변환시스템(110)에 구비된 다른 장치와 통신하여 전력이 전달되는 경로를 변경할 수 있는 제어 가능한 스위칭 소자와 출력 스위치 콘트롤러(710) 등을 포함할 수 있다.

복수의 2차전력변환모듈에 대해 좀더 살펴본다. 2차전력변환모듈은 모듈 제어부, 게이팅 콘트롤러, 파워 스테이지를 포함할 수 있다. 2차전력변환모듈의 각각의 기능 블록은 전술한 전력변환부(119)의 전력변환모듈에 있는 각각의 기능 블록과 같은 기능들을 수행함으로, 2차전력변환모듈에서 복수의 스위칭 소자를 포함하는 파워 스테이지는 전력변환 제1모듈의 파워 스테이지(230), 상기 복수의 스위칭 소자에 대한 온오프를 제어하는 게이팅 콘트롤러는 전력변환 제1모듈의 게이팅 콘트롤러(220), 로드로 공급하는 전력의 유형에 따라 상기 복수의 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하고, 이렇게 결정된 제어 방식에 따라 상기 게이팅 콘트롤러로 온오프 명령 신호를 송신하여 상기 파워 스테이지를 제어하는 모듈 제어부는 전력변환 제1모듈의 모듈 제어부(210)를 각각 참조하면 된다. 여기서는 복수의 2차전력변환모듈에 대해 도 8의 실시예를 중심으로 부가 설명한다. 도 8은 2차 전력변환모듈에 대한 일 예시 회로도이다.

도 8을 참조하면, 2차 전력변환모듈 제1모듈(620)은 6개의 스위칭 소자를 포함하는 파워 스테이지를 포함하고 있다. 또한, 도 8에 도시되지 않았지만, 6개의 스위칭 소자에 대한 온오프를 제어하는 게이팅 콘트롤러 및 로드의 유형에 따라 DC-DC 전력변환 및 DC-AC 전력변환 중 하나의 방식으로 상기 6개의 스위칭 소자에 대한 스위칭 시퀀스를 결정하고, 이렇게 결정된 스위칭 시퀀스에 따라 상기 게이팅 콘트롤러로 온오프 명령 신호를 송신하여 상기 파워 스테이지를 제어하는 모듈 제어부를 포함할 수 있다. 도 8은 6개의 스위칭 소자가 두 개씩 레그(leg)를 이루고 있는 것이 전형적인 3상 인버터의 회로 구성이다. 이러한 3상 인버터 회로에서의 스위칭 소자에 대한 스위칭 시퀀스를 조절하여 DC-DC 전력변환 및 DC-AC 전력변환 중 하나의 방식으로 전력을 변환할 수 있다.

2차전력변환모듈은 전술한 구성 이외에도 복수의 전력변환모듈(120, 122, 124, 126)과 같이 일부 스위칭 소자를 항시 온 또는 오프시켜 회로의 토폴로지를 변경함으로써 로드의 유형에 따른 전력변환처리를 수행할 수 있다. 2차전력변환모듈이 이렇게 로드의 유형에 맞게 전력변환처리를 함으로써 앞단에 설치된 복수의 전력변환모듈과 더불어 전력변환시스템(100)의 고장 대응 능력을 포함하는 스마트한 기능 구현이 가능하게 된다.

2차전력변환모듈을 전력변환부(119)에 포함된 전력변환모듈과 분리하여 설명하였으나, 2차전력변환모듈은 먼저 설명한 전력변환모듈과 동일한 구성일 수 있다. 전력변환부(119)에 포함된 전력변환모듈은 전력변환처리에 있어서 양방향성을 가지기 때문에 입출력을 바꾸어서 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, AC-DC 전력변환으로 제어되고 있는 전력변환모듈이 DC-AC 전력변환을 위해 사용될 수 있다. 이러한 이유로 전력변환시스템(100)은 전력변환부(119)에 포함된 전력변환모듈과 2차전력변환모듈을 갖은 구성을 갖는 것으로 적용할 수 있다.

2차전력변환모듈은 전술한 바와 같이 출력연결부(630)와 연결되어 각각의 2차전력변환모듈에서 발생하는 고장에 대해 유연하게 대응할 수 있다. 또한, 2차전력변환모듈은 전력변환부(119)에서 설명한 전력변환모듈과 동일한 기능들을 수행할 수 있기 때문에 전력변환부(119)에 포함된 전력변환모듈에 대한 특징으로 설명한 셀프힐링 기능이 2차전력변환모듈에도 적용될 수 있다. 이에 대한 작동 원리는 도 5를 참조하여 설명한 부분을 참조하면 된다. 내용의 중복을 피하기 위해 이에 대한 설명은 생략한다. 다만, 이해를 돕기 위해 2차전력변환모듈 중 어느 하나의 모듈이 고장난 경우의 시퀀스에 대해 부연 설명하면, 복수의 2차전력변환모듈 중 2차전력변환 제1모듈(620)이 고장난 경우, 상기 출력 연결부(630)는 2차전력변환 제1모듈(620)에 연결된 제1로드를 복수의 2차전력변환모듈 중 로드와 연결되지 않은 2차전력변환 제2모듈(622)로 변경하여 연결시킨다. 2차전력변환 제2모듈(622)이 제2로드와 연결되어 있는 경우, 2차전력변환 제2모듈(622)의 연결을 끊고 2차전력변환 제1모듈(620)로 연결된 제1로드를 연결시키되, 2차전력변환 제2모듈(622)의 모듈 제어부는 제1로드로 공급하는 전력의 유형에 따라 2차전력변환 제2모듈(622)의 제어 방식을 변경할 수도 있다.

도 9는 두 개의 전력변환시스템의 에너지 버스가 연결되는 것을 설명하기 위한 예시 연결도이다. 도 9를 참조하면, 전력변환시스템(100)은 에너지 버스(610)에 연결되는 버스 연결부(910)를 더 포함할 수 있는데, 버스 연결부(910)는 전력변환시스템(100)의 에너지 버스(610)와 다른 전력변환시스템의 에너지 버스를 상호 연결시켜 주는 기능을 한다. 에너지 버스(610)가 DC 버스이고 다른 전력변환시스템의 에너지 버스도 또한 DC 버스로서 두 에너지 버스의 전압이 동일할 경우 버스 연결부(910)는 단순 단자 혹은 케이블로서 충분하다. 하지만, 전압이 상이한 경우에는 버스의 연결을 위한 변환 작업이 필요할 수 있다. 버스 연결부(910)를 통해 두 전력변환시스템의 에너지 버스를 연결시킬 수 있음으로써 보다 대용량의 전력처리가 가능하고, 특정 부분의 고장에 대해서도 안정적으로 작동할 수 있는 환경을 제공하게 된다.

이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)에 대하여 설명하였으며, 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)이 전력변환하는 방법에 대하여 설명한다. 후술하게 될 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 방법은, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)에 의해 모두 수행될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 방법의 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 전력변환시스템(100)은 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시킨다(S1000, 입력 연결 단계). 다음으로, 전력변환시스템(100)은 복수의 전력변환모듈 각각에 대해 입력 연결 단계를 통해 연결된 발전기로부터 공급되는 전력에 따라 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하고, 이렇게 결정된 제어 방식에 따라 스위칭 소자를 온오프 제어하여 공급되는 전력을 변환처리한다(S1002). 마지막으로 이렇게 변환처리된 전력을 로드로 전달하게 된다(S1004).

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환 방법이 도 10에서와 같은 절차로 수행되는 것으로 설명되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 본질적인 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서, 구현 방식에 따라 각 단계의 수행 절차가 바뀌거나 둘 이상의 단계가 통합되거나 하나의 단계가 둘 이상의 단계로 분리되어 수행될 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)과 전력변환시스템(100)이 전력변환하는 방법에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 장치에 대해 설명한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 장치가 전력시스템과 연결되는 관계를 나타내는 신호 연결도이다. 도 11에 도시된 입력 연결부(110), 전력변환 제1모듈(120), 전력변환 제2모듈(122), 전력변환 제3모듈(124), 전력변환 제n모듈(126), 출력부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환시스템(100)에 대한 설명을 참조하면 된다.

도 11을 참조하면, 장치(1100)는 전력변환시스템(100)을 구성하고 있고 네트워크를 통해 정보를 교환할 수 있는 모든 블록들과 연결되어 있다. 장치(1100)는 실질적으로 전력변환시스템(100)을 중앙에서 모니터링하고 제어하는 최상위 제어 장치로 이해할 수 있다. 장치(1100)는 또한 단말(1110)과 연결되어 사용자가 장치에서 생성하는 정보들을 조회할 수 있고, 또한 단말(1110)을 통해 장치(1100)로 제어 명령을 송신할 수도 있다.

도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 장치의 내부 블록도이다.

도 12를 참조하면, 장치(1100)는 입력 연결 제어부(1210), 출력 연결 제어부(1220), 상태 모니터링부(1230), 전력변환모듈 제어부(1240), 정보 입출력부(1250) 등을 포함할 수 있다.

상태 모니터링부(1230)는 전력변환시스템(100)을 구성하는 복수의 전력변환모듈 각각의 고장 정보를 획득한다. 상태 모니터링부(1230)는 복수의 전력변환모듈 각각에 센서를 설치하여 고장 정보를 획득할 수도 있고, 복수의 전력변환모듈이 스스로 파악한 고장 정보를 네트워크를 통해 전달받을 수도 있다. 또한 전력변환시스템(100)을 관리하는 관리자가 단말(1110)을 통해 입력하는 고장 정보를 통해 특정 전력변환모듈의 고장 정보를 획득할 수도 있다.

입력 연결 제어부(1210)는 이렇게 획득된 고장 정보를 통해 전력변환시스템(100)의 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈(120)이 고장난 것으로 판단된 경우, 전력변환 제1모듈(120)에 연결된 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈(122)로 전달되도록 복수의 발전기와 복수의 전력변환모듈 사이에 설치된 전력변환시스템(100)의 입력 연결부(110)를 제어한다. 일 예로서 입력 연결부(110)의 입력 스위치 콘트롤러(410)에 대한 제어를 통해 고장난 전력변환 제1모듈(120)로으 경로를 전력변환 제2모듈(122)로 변경시킬 수 있다.

전력변환모듈 제어부(1240)는 입력 연결 제어부(1210)를 통해 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈로 전달되는 경우, 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하고, 이렇게 판단된 유형에 따라 전력변환 제2모듈(122)의 스위칭 소자의 제어 방식이 결정되도록 제어한다.

전력변환모듈 제어부(1240)는 단말(1110)로부터 입력되는 발전기 공급 전력 유형 정보에 따라 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단할 수도 있다. 하지만, 이러한 방법 이외에도 제1발전기와 직접 통신하여 제1발전기의 정보를 획득하고, 획득된 정보에서 공급되는 전력의 유형을 판단할 수도 있다. 또는, 공급되는 전력의 전압 형태 등을 센싱하여 그 유형을 판단할 수도 있을 것이다.

이상에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치(1100)에 대하여 설명하였으며, 이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치(1100)이 전력변환시스템(100)을 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 후술하게 될 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템(100) 제어 방법은, 도 12에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치(1100)에 의해 모두 수행될 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템을 제어하는 방법의 흐름도이다.

도 13을 참조하면, 장치(1100)는 전력변환시스템(100)의 복수의 전력변환모듈 각각의 고장 정보를 획득한다(S1300). 장치(1100)는 이렇게 획득된 고장 정보를 통해 전력변환시스템(100)의 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈(120)이 고장난 것으로 판단된 경우, 전력변환 제1모듈(120)에 연결된 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈(122)로 전달되도록 복수의 발전기와 복수의 전력변환모듈 사이에 설치된 전력변환시스템(100)의 입력 연결부(110)를 제어한다(S1302, 입력 연결 제어 단계). 그리고, 장치(1100)는 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하고(S1304), 입력 연결 제어 단계를 통해 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈(122)로 전달되는 경우, 제1발전기 공급 전력으로 판단된 유형에 따라 전력변환 제2모듈(122)의 스위칭 소자의 제어 방식이 변경되도록 제어한다(S1306).

이상에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환시스템(100)을 제어하는 방법이 도 13에서와 같은 절차로 수행되는 것으로 설명되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 본질적인 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서, 구현 방식에 따라 각 단계의 수행 절차가 바뀌거나 둘 이상의 단계가 통합되거나 하나의 단계가 둘 이상의 단계로 분리되어 수행될 수도 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 변환처리하여 로드로 공급하는 전력변환시스템에 있어서,
상기 복수의 발전기로부터 공급되는 전력의 유형에 대응하여 전력 변환 처리를 수행하는 복수의 전력변환모듈을 포함하는 전력변환부;
상기 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 상기 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시키는 입력 연결부;
상기 전력변환부를 통해 변환된 전력을 상기 로드로 전달하는 출력부를 포함하는 전력변환시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력변환모듈은,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 파워 스테이지(Power Stage),
상기 복수의 스위칭 소자에 대한 온오프(ON/OFF)를 제어하는 게이팅 콘트롤러(Gating Controller) 및
공급되는 전력의 유형에 따라 상기 복수의 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하고, 상기 결정된 제어 방식에 따라 상기 게이팅 콘트롤러로 온오프 명령 신호를 송신하여 상기 파워 스테이지를 제어하는 모듈 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제2항에 있어서,
상기 모듈 제어부는,
공급되는 전력의 유형에 따라 상기 복수의 스위칭 소자 중 항시 온되어 있거나 항시 오프되어 있는 스위칭 소자를 결정하여 상기 파워 스테이지에 포함되어 있는 회로의 토폴로지(topology)를 결정하고, 상기 결정된 회로 토폴로지에 따라 상기 게이팅 콘트롤러로 온오프 명령 신호를 송신하여 상기 파워 스테이지를 제어하는 모듈 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈이 고장난 경우, 상기 입력 연결부는 상기 전력변환 제1모듈에 연결된 제1발전기를 상기 복수의 전력변환모듈 중 상기 복수의 발전기와 연결되지 않은 전력변환 제2모듈로 변경하여 연결시키는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제2항에 있어서,
상기 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈이 고장난 경우, 상기 입력 연결부는 상기 복수의 전력변환모듈 중 제2발전기와 연결된 전력변환 제2모듈의 연결을 끊고 상기 전력변환 제1모듈로 연결된 제1발전기를 연결시키되, 상기 전력변환 제2모듈의 모듈 제어부는 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형에 따라 상기 전력변환 제2모듈의 제어 방식을 변경하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제1항에 있어서,
상기 출력부는,
상기 복수의 전력변환모듈과 연결되며 상기 복수의 전력변환모듈에서 처리된 전력을 상기 로드로 전달하는 에너지 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제6항에 있어서,
상기 전력변환시스템에 포함된 상기 에너지 버스와 다른 전력변환시스템의 에너지 버스를 연결할 수 있는 버스 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제6항에 있어서,
상기 에너지 버스는 DC 버스이며,
상기 전력변환모듈에서,
상기 파워 스테이지는 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 모듈 제어부는 공급되는 전력의 유형에 따라 AC-DC 전력변환, DC-DC 전력변환 및 AC 정류 중 하나의 제어 방식에 따라 상기 파워 스테이지를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제6항에 있어서,
상기 출력부는,
상기 에너지 버스를 통해 전달받은 전력을 2차적으로 변환처리하는 복수의 2차전력변환모듈과 상기 복수의 2차 전력변환모듈 각각으로부터 전달되는 전력을 하나 이상의 로드로 연결시키는 출력 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제9항에 있어서,
상기 복수의 2차전력변환모듈 중 2차전력변환 제1모듈이 고장난 경우, 상기 출력 연결부는 상기 2차전력변환 제1모듈에 연결된 제1로드를 상기 복수의 2차전력변환모듈 중 상기 하나 이상의 로드와 연결되지 않은 2차전력변환 제2모듈로 변경하여 연결시키는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제9항에 있어서,
상기 2차전력변환모듈은,
복수의 스위칭 소자를 포함하는 파워 스테이지,
상기 복수의 스위칭 소자에 대한 온오프(ON/OFF)를 제어하는 게이팅 콘트롤러 및
상기 2차전력변환모듈에 연결되는 로드의 유형에 따라 DC-DC 및 DC-AC 전력변환 중 하나의 방식으로 상기 복수의 스위칭 소자에 대한 스위칭 시퀀스를 결정하고, 상기 결정된 스위칭 시퀀스에 따라 상기 게이팅 콘트롤러로 온오프 명령 신호를 송신하여 상기 파워 스테이지를 제어하는 모듈 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제11항에 있어서,
상기 복수의 2차전력변환모듈 중 2차전력변환 제1모듈이 고장난 경우, 상기 출력 연결부는 상기 복수의 2차전력변환모듈 중 제2로드와 연결된 2차전력변환 제2모듈의 연결을 끊고 상기 2차전력변환 제1모듈로 연결된 제1로드를 연결시키되, 상기 2차전력변환 제2모듈의 모듈 제어부는 상기 제1로드로 공급하는 전력의 유형에 따라 상기 2차전력변환 제2모듈의 제어 방식을 변경하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
제1항에 있어서,
상기 입력 연결부는, 제어 가능한 스위칭 소자를 통해 상기 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 상기 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템.
전력변환시스템이 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 스위칭 방식의 전력변환모듈을 통해 변환 처리하여 로드로 공급하는 전력변환 방법에 있어서,
상기 복수의 발전기 각각으로부터 공급되는 전력을 상기 복수의 전력변환모듈 중 하나 이상의 전력변환모듈로 선택적으로 연결시키는 입력 연결 단계;
상기 복수의 전력변환모듈 각각에 대해 상기 입력 연결 단계를 통해 연결된 발전기로부터 공급되는 전력에 따라 스위칭 소자에 대한 제어 방식을 결정하고, 상기 결정된 제어 방식에 따라 상기 스위칭 소자를 온오프 제어하여 상기 공급되는 전력을 변환처리하는 단계;
상기 변환처리된 전력을 상기 로드로 전달하는 단계를 포함하는 전력변환 방법.
복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 스위칭 방식의 전력변환모듈을 통해 변환 처리하여 로드로 공급하는 전력변환시스템을 제어하는 장치에 있어서,
상기 복수의 전력변환모듈 각각의 고장 정보를 획득하는 상태 모니터링부;
상기 고장 정보를 통해 상기 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈이 고장난 것으로 판단된 경우, 상기 전력변환 제1모듈에 연결된 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈로 전달되도록 상기 복수의 발전기와 상기 복수의 전력변환모듈 사이에 설치된 상기 전력변환시스템의 입력 연결부를 제어하는 입력 연결 제어부;
상기 입력 연결 제어부를 통해 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력이 상기 전력변환 제2모듈로 전달되는 경우, 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하고, 상기 판단된 유형에 따라 상기 전력변환 제2모듈의 스위칭 소자의 제어 방식이 결정되도록 제어하는 전력변환모듈 제어부를 포함하는 전력변환시스템을 제어하는 장치.
제15항에 있어서,
상기 전력변환모듈 제어부는 단말로부터 입력되는 발전기 공급 전력 유형 정보에 따라 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하는 것을 특징으로 하는 전력변환시스템을 제어하는 장치.
장치가 복수의 발전기로부터 공급되는 전력을 복수의 스위칭 방식의 전력변환모듈을 통해 변환 처리하여 로드로 공급하는 전력변환시스템을 제어하는 방법에 있어서,
상기 복수의 전력변환모듈 각각의 고장 정보를 획득하는 단계;
상기 고장 정보를 통해 상기 복수의 전력변환모듈 중 전력변환 제1모듈이 고장난 것으로 판단된 경우, 상기 전력변환 제1모듈에 연결된 제1발전기로부터 공급되는 전력이 전력변환 제2모듈로 전달되도록 상기 복수의 발전기와 상기 복수의 전력변환모듈 사이에 설치된 상기 전력변환시스템의 입력 연결부를 제어하는 입력 연결 제어 단계;
상기 제1발전기로부터 공급되는 전력의 유형을 판단하는 단계;
상기 입력 연결 제어 단계를 통해 상기 제1발전기로부터 공급되는 전력이 상기 전력변환 제2모듈로 전달되는 경우, 상기 제1발전기 공급 전력으로 판단된 유형에 따라 상기 전력변환 제2모듈의 스위칭 소자의 제어 방식이 변경되도록 제어하는 단계를 포함하는 전력변환시스템을 제어하는 방법.