KR20140065573A - 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 상용 전력을 전력 계통을 통하여 공급하는 상용 전력 공급부, 상기 상용 전력을 이용하여 구동하는 부하, 상기 부하에 공급되는 전원의 이상 발생을 감지하여 이상 발생 시 UPS 장치 기반의 배터리 전원을 부하에 공급하여 무정전 상황을 지원하며, 사전 정의된 시간 경과 여부에 따라 발전기를 구동하여 상기 부하 구동 유지에 필요한 비상 전력을 생산하여 제공하는 비상 전원 공급 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 이의 운용 방법의 구성을 개시한다.

Description

무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법{Control Operating System And Method for Energy Development Source}
본 발명은 무정전 비상 전원 공급에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내연기관에 기초한 비상 발전 시스템을 배터리와 전력변환기를 조합하여 대용량 무정전 전원 기능 지원을 수행할 수 있는 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
건물의 정전에 대비한 비상 발전 시스템의 경우 디젤 발전기를 이용하고 있는 경우가 많다. 디젤 발전기를 이용한 비상 발전 시스템의 경우 발전기에 의해 전력이 공급되는 과정에서 지연이 발생하기 때문에 건물 정전이 발생하는 경우 일정 시간 간격의 정전 상태는 필연적으로 발생한다. 그렇다고 디젤 발전기를 평시에 계속하여 발전할 수도 없기 때문에 기존의 비상 발전 시스템은 이러한 정전 구간을 감수해 왔다. 한편 최근에는 전력의 지속적 공급에 의존하는 시스템들이 많이 사용되면서 정전 구간이 늘어날수록 그 피해가 기하급수적으로 늘어나는 시스템들이 많다. 이에 따라 디젤 발전기를 이용하는 비상 발전 시스템의 정전 구간 감소를 위한 다양한 제안이 제시되고 있지만, 발전기의 근본적인 속성 상 필연적인 정전 구간 발생은 제거할 수 없는 상황이며, 이를 방지한다고 정상 상황에서 발전기를 구동할 수는 없는 일이다.
또한 정전이 발생하면 발전기를 구동하여 예비 전력을 생산하고 이를 공급하게 되는데, 최근에 발생하는 정전의 경우 전력 공사의 노력과 장비의 점진적인 발달로 정전 복구 시간이 빨라지고 있다. 즉 최근 정전이 발생하는 상황은 수초 정도로 짧은 경우가 많다. 이에 따라 정전이 발생하여 발전기를 구동하더라도 적절한 전력을 생산할 시기쯤에는 정전 상황이 복구되어 실제 생산한 전력이 무의미해지는 경우가 많다. 이러한 상황은 단순히 전력 생산이 비효율성뿐만 아니라 발전기의 구동에 따른 에너지 낭비, 발전기의 수명 단축 및 환경 오염 등의 추가적인 문제를 일으키고 있기 때문에 개선되어야 될 필요가 있다.
따라서 상술한 점을 감안한 본 발명의 목적은 정전 시 비상 전원 용량을 발전기를 통해 공급하되 우선적으로 전자식 UPS 기반 전원 공급을 수행하여 정전 구간을 최소화하거나 제거할 수 있는 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 목적은 잦은 정전으로 인한 불필요한 발전기 구동을 효율적으로 제어할 수 있으며, 장기간 정전에 따른 시스템의 전력 공급을 안정적으로 지원할 수 있는 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상용 전력을 전력 계통을 통하여 공급하는 상용 전력 공급부, 상기 상용 전력을 이용하여 구동하는 부하, 상기 부하에 공급되는 전원의 이상 발생을 감지하여 이상 발생 시 UPS 장치 기반의 배터리 전원을 부하에 공급하여 무정전 상황을 지원하며, 사전 정의된 시간 경과 여부에 따라 발전기를 구동하여 상기 부하 구동 유지에 필요한 비상 전력을 생산하여 제공하는 비상 전원 공급 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템의 구성을 개시한다.
여기서 상기 비상 전원 공급 시스템은 상기 상용 전력 공급부 및 상기 부하 사이에 배치되어 상기 전력 계통에 이상 발생 시 상기 부하와 상기 상용 전력 공급부 사이를 차단하는 차단기, 상기 상용 전력 공급부와 상기 차단기 사이에 배치되는 제1 전압/전류 센서, 상기 차단기와 상기 부하 사이에 배치되는 제2 전압/전류 센서, 상기 배터리 전원 공급을 위한 UPS 장치, 상기 발전기를 포함하여 상기 비상 전력 발전 및 공급을 수행하는 발전 장치, 상기 제1 전압/전류 센서 및 제2 전압/전류 센서의 센싱 값을 기반으로 상기 UPS 장치의 전원 공급을 제어하고, 사전 정의된 시간 경과 여부에 따라 상기 발전 장치 구동을 제어하는 계통 감시 및 제어부, 상기 배터리 전원 및 상기 발전기 전원을 상기 부하 구동에 필요한 전원으로 변환하는 전력 변환부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 계통 감시 및 제어부는 상기 제1 전압/전류 센서의 센싱 값은 정상이되 상기 제2 전압/전류 센서의 센싱 값이 비정상인 경우 시스템 내부 이상 발생으로 판단하고, 사용자 매뉴얼에 따른 제어 알림을 수행할 수 있다.
한편 상기 UPS 장치는 상기 사전 정의된 경과 시간 및 상기 발전기의 정상 발전에 소요되는 시간 동안 상기 부하 구동을 위해 필요한 용량의 전원을 저장할 수 있는 배터리를 포함한다.
또한 상기 계통 감시 및 제어부는 상기 발전기가 정상 방전하여 상기 부하 구동을 위한 비상 전력 공급 지원이 가능한 경우 상기 UPS 장치의 배터리 전원 공급을 중지하도록 제어할 수 있다.
본 발명은 또한, 상용 전력이 공급되는 전력 계통을 센싱한 센싱 값이 정전 사태 및 과전원 공급 상태 중 적어도 하나에 해당하는 비정상 값이 수신되는 과정, 상기 전력 계통을 차단함과 아울러 기 저장된 배터리 전원을 부하에 공급하는 과정, 상기 배터리 전원 공급 중 사전 정의된 시간 경과 시까지 정상 상태의 상용 전력 공급 복구가 수행되지 않는 경우 발전기를 구동하고 상기 발전기에서 구동된 전원을 상기 부하에 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 방법의 구성을 개시한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법은 전자소자에 기초한 UPS 기반 전원 공급을 수행하는 만큼 정전 범위가 극히 짧거나 거의 없도록 함으로써, 정전에 따른 시스템 피해를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템 및 방법은 발전기 시스템 구동에 따른 정전 보상 용량을 지원할 수 있기 때문에 대용량의 전원 공급이 필요한 건물이나 시스템에도 상대적으로 저렴하게 적용이 가능하다.
추가로 본 발명은 일정 시간 이내의 짧은 정전 구간에서는 불필요한 발전기 구동을 수행하지 않도록 함으로써 발전기 수명을 개선하고 환경오염을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 비상 전원 공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 비상 전원 공급 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비상 전원 공급 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 비상 전원 공급 방법을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
이하에서 설명하는 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템은 내연기관에 기초한 비상 발전 시스템의 출력을 정류화하여 UPS의 출력단과 함께 결합하여 전력 변환기에서 원하는 출력을 발생하게 된다. 이러한 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템은 초기의 정전에 대한 전원 공급을 UPS의 축전지에 저장된 에너지로 전력을 공급하도록 지원하며, 이후 필요에 따라 내연기관에 기초한 발전기의 출력을 전력변환기를 거쳐 부하에 공급하도록 지원한다. 이와 같은 구조의 본 발명은 발전기의 출력을 전력변환기에 연결하여 운용함으로써 부하와 관련된 전원 공급 효율 개선을 위한 다양한 제어가 가능하도록 지원한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 비상 전원 공급 시스템(10)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템(10)은 상용 전력 공급부(20), 부하(30) 및 비상 전원 공급 장치(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템(10)은 상용 전력 공급부(20)에서 공급되는 상용 전력을 전력 계통에 연결된 부하(30)에 공급한다. 이 과정에서 비상 전원 공급 장치(100)는 전력 계통과 부하(30) 사이에 병렬로 연결되어 상용 전력 공급부(20)의 전력 공급에 이상이 발생하는 경우 기 저장된 비상 전력을 부하(30)에 공급하는 한편 새로운 전력을 발전시켜 이를 부하(30)에 공급하도록 지원할 수 있다. 특히 본 발명의 비상 전원 공급 장치(100)는 UPS 장치(120)를 이용하여 정전 사태가 발생하더라도 끊김 없는 전력 공급을 지원할 수 있으며, 부하(30)에 필요한 용량의 전원을 발전 장치(130)를 이용하여 생성하여 공급함으로써 UPS 장치(120)의 크기를 상대적으로 적게 구현될 수 있도록 지원할 수 있다.
상용 전력 공급부(20)는 전력소 예컨대 수력, 화력, 원자력 등 다양한 발전 시설 등에서 생산되어 제공되는 상용 전력을 배전 받아 공급하는 장치이다. 이러한 상용 전력 공급부(20)는 발전소에서 생산된 일정 주파수 값을 가지는 일정 전압을 가지는 전력이 될 수 있다. 상용 전력 공급부(20)에서 공급되는 상용 전력은 전력 계통을 통하여 부하(30)에 전달된다.
부하(30)는 상용 전력 공급부(20)에서 공급된 상용 전력을 소비하는 주체이다. 이러한 부하(30)는 다양한 구성물이 될 수 있다. 예컨대 상용 전력 공급부(20)의 전력이 공급되는 주체가 건물인 경우 부하(30)는 해당 건물에 배치되어 전력을 소비하는 다양한 사무 기기, 보일러 장치, 등기구, 열기구, 에어컨디션 장치 등이 될 수 있다. 또한 부하(30)는 상용 전력이 공급되는 주체가 공장 시설인 경우 해당 공장에 배치되어 전력을 소비하는 다양한 구성물 예컨대, 공장 기기에 포함되는 컨베이어 밸트, 모터, 압축기, 분사기 등이 될 수 있다. 이러한 부하(30)는 발전기(131) 구동에 의한 비상 전력 공급이 필요한 대용량 부하가 될 수 있다.
비상 전원 공급 장치(100)는 상용 전력 공급부(20)에 이상이 발생한 경우 저장된 전력 및 발전된 전력을 부하(30)에 공급하는 구성이다. 이때 비상 전원 공급 장치(100)는 상용 전력 공급부(20)의 전력 공급에 이상이 발생하였는지 또는 시스템 내부에서 문제가 발생했는지 여부를 확인하고, 그에 따라 서로 다른 업무 수행을 수행할 수 있다. 즉 비상 전원 공급 장치(100)는 정전 사태 발생에 따라 비상 전력을 공급하는 과정에서 시스템 내부에 이상이 발생한 경우 비상 전력 공급을 중지하고 사전 정의된 매뉴얼에 따라 이상 발생 알람을 지원할 수 있다. 이때 비상 전원 공급 장치(100)는 시스템 내부 사고 발생에 따른 이력을 기록하고 설정에 따라 사전 정의된 일정 장치에 해당 사고 발생 이력을 전송하도록 지원할 수 있다. 한편 비상 전원 공급 장치(100)는 시스템 외부에서 이상이 발생한 경우 즉 상용 전력 공급부(20)에 해당하는 변압기 등에서 정상적으로 전압 배전이 수행되지 않는 경우에는 비상 전력을 부하(30)에 제공하도록 지원한다. 이를 위하여 비상 전원 공급 장치(100)는 차단기(110), 제1 전압/전류 센서(111), 제2 전압/전류 센서(112), 계통 감시 및 제어부(160), 전력 변환부(170), 발전 장치(130) 및 UPS 장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
차단기(110)는 상용 전력 공급부(20)와 부하(30) 사이의 전력 계통에 위치하여 계통 감시 및 제어부(160) 제어에 따라 상용 전력 공급부(20)와 부하(30) 간의 연결을 차단하는 구성이다. 이러한 차단기(110)는 상용 전력 공급부(20)로부터 과전류나 과전압이 공급되는 경우 자동으로 전력 계통을 차단하여 상용 전력 공급부(20)측에서 제공된 전원에 의하여 비상 전원 공급 장치(100) 및 부하(30)가 손상되지 않도록 지원할 수 있다. 차단기(110)가 동작하여 상용 전력 공급부(20)와 부하(30) 사이의 전력 계통이 차단되면 비상 전원 공급 장치(100)는 정전 사태 발생과 동일한 방식으로 비상 전력 공급을 지원할 수 있다.
제1 전압/전류 센서(111)는 상용 전력 공급부(20)와 차단기(110) 사이의 전압 및 전류를 센싱하고, 센싱 결과를 계통 감시 및 제어부(160)에 제공하는 구성이다. 즉 제1 전압/전류 센서(111)는 상용 전력 공급부(20)로부터 공급되는 전력의 이상 발생을 감시하는 역할을 수행한다. 특히 제1 전압/전류 센서(111)는 상용 전력 공급부(20)로부터 사전 정의된 일정 크기의 전압 및 전류의 전원이 공급되는 경우에는 별다른 센서 신호 전달을 수행하지 않을 수 있으며, 사전 정의된 일정 크기의 전압 및 전류보다 작은 크기의 전압 및 전류의 전원이 공급되는 이를 계통 감시 및 제어부(160)에 전달할 수 있다. 또한 제1 전압/전류 센서(111)는 상용 전력 공급부(20)로부터 일정 크기의 전압 및 전류의 크기보다 큰 과전압 및 과전류 형태의 전력이 공급되면 이를 계통 감시 및 제어부(160)에 전달할 수 있다.
제2 전압/전류 센서(112)는 차단기(110)와 부하(30) 사이에 배치되어 비상 전원 공급 장치(100) 내부 시스템 에러 발생을 검사하는 구성이다. 이러한 제2 전압/전류 센서(112)는 부하(30)에 전달되는 전압/전류 신호를 센싱하여 계통 감시 및 제어부(160)에 제공할 수 있다.
계통 감시 및 제어부(160)는 제1 전압/전류 센서(111)와 제2 전압/전류 센서(112)로부터 공급되는 센싱 값들을 기준으로 상용 전력 공급부(20)에 이상이 발생하였는지 또는 시스템 내부에서 이상이 발생하였는지를 확인한다. 특히 계통 감시 및 제어부(160)는 제1 전압/전류 센서(111)로부터 일정 크기 이하의 전원을 감지한 신호 예컨대 정전에 해당하는 비정상 센싱 값을 수신하면 현재 정전 사태 발생으로 파악하고 그에 대응한 비상 전력을 부하(30)에 공급하도록 제어할 수 있다. 이때 계통 감시 및 제어부(160)는 차단기(110)를 구동하여 전력 계통을 차단하도록 지원할 수 있다. 또한 계통 감시 및 제어부(160)는 제1 전압/전류 센서(111)로부터 일정 크기 이상의 전류 및 전압에 해당하는 과전압 및 과전류에 해당하는 전원 공급에 해당하는 비정상 센싱 값을 수신하면 차단기(110)를 동작하도록 제어하고, 비상 전력을 부하(30)에 공급하도록 제어할 수 있다. 이후 계통 감시 및 제어부(160)는 제1 전압/전류 센서(111)에서 정상적인 크기의 전압 및 전류에 해당하는 전원 공급이 이루어지는지를 모니터링하고, 해당 전원 공급이 수행되면 정전 복구 또는 과전류/과전압 공급 복구로 결정하고 비상 전력 공급을 중지하도록 제어할 수 있다. 비상 전력 공급을 중지한 후 계통 감시 및 제어부(160)는 상용 전력 공급부(20)에서 공급되는 상용 전력을 이용하여 UPS 장치(120)의 배터리 충전을 지원할 수 있다.
계통 감시 및 제어부(160)의 비상 전력 공급에 대하여 보다 상세히 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이 비상 전력을 부하(30)에 공급해야 될 상황이 발생하면, 계통 감시 및 제어부(160)는 우선적으로 UPS 장치(120)에 배터리(121) 전원을 부하(30)에 공급하도록 지시할 수 있다. 이때 계통 감시 및 제어부(160)는 전력 변환부(170)를 제어하여 배터리(121)에서 공급되는 직류 전원을 상용 전력에 해당하는 교류 전원을 변환하도록 제어할 수 있다. 그리고 전력 변환부(170)에서 변환된 전원은 부하(30)에 공급될 수 있다.
한편 계통 감시 및 제어부(160)는 배터리(121) 전원을 부하(30)에 공급하면서 타이머를 구동하여 사전 정의된 일정 시간 동안 정전 사태 또는 과전원 상태가 지속되는지 확인한다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 타이머가 만료되는 동안 정전 사태 또는 과전원 공급 상태가 지속되는 경우 발전 장치(130)를 제어하여 전력을 생산하도록 제어할 수 있다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 발전 장치(130)에서 생산된 전력을 전력 변환부(170)를 거쳐 부하(30)에 공급하도록 제어할 수 있다. 이 과정에서 계통 감시 및 제어부(160)는 발전기(131)가 정상 구동되기 이전까지 UPS 장치(120)의 배터리(121) 전원 공급이 유지되도록 지원할 수 있다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 발전기(131) 구동이 사전 정의된 일정 크기의 전력 생산까지 도달한 경우 UPS 장치(120)에서의 전원 공급을 중지하도록 제어하고 발전기(131)에서 생산된 전력만을 부하(30)에 공급하도록 지원할 수 있다.
계통 감시 및 제어부(160)는 UPS 장치(120)를 통하여 전원을 부하(30)에 공급하는 과정에서 타이머가 만료되기 이전에 정전 사태 또는 과전원 공급 상태가 복구되는 경우 별도의 발전 장치(130) 구동을 수행하지 않고 상용 전력 공급부(20)에서 제공된 상용 전력을 부하(30)에 제공할 수 있다. 이때 계통 감시 및 제어부(160)는 상용 전력 공급부(20)에서 제공되는 상용 전력을 이용하여 UPS 장치(120)의 배터리(121) 충전을 지원할 수 있다.
전력 변환부(170)는 앞서 설명한 바와 같이 UPS 장치(120)에서 제공된 배터리(121)의 직류 전원을 상용 전력에 대응하는 교류 전원으로 변환하는 구성이다. 그리고 전력 변환부(170)는 변환된 교류 전원을 부하(30)에 공급하도록 지원할 수 있다. 한편 전력 변환부(170)는 발전기(131)에서 생산된 전원을 정류한 직류 전원을 정류부(135)로부터 전달받아 상용 전력에 해당하는 교류 전원으로 변환하는 역할을 수행한다. 이 과정에서 전력 변환부(170)는 발전기(131)에서 생산되어 제공된 전원과 UPS 장치(120)에서 제공된 전원을 조절하여 부하(30) 구동에 필요한 전원으로 변환하고 이를 부하(30)에 제공할 수 있다. 실질적으로 UPS 장치(120)에서 공급되는 배터리(121) 전원의 크기가 조절 가능하도록 마련되는 경우 적용될 수 있으며, 이 경우 계통 감시 및 제어부(160)가 발전기(131)의 발전량을 고려하여 UPS 장치(120)에 포함된 배터리(121)의 출력을 조절함으로 전력 변환부(170)는 발전기(131)에서 발전된 전원 및 UPS 장치(120)엣 공급된 전원을 각각 교류 전원으로 변환하고 이를 부하(30)에 공급하는 역할만 수행할 수도 있다.
발전 장치(130)는 계통 감시 및 제어부(160) 제어에 따라 발전하여 비상 전력을 생산하는 구성이다. 이러한 발전 장치(130)는 내연 기관을 기초로 하는 발전기(131), 정류부(135), 최대 효율 제어부(133)의 구성을 포함할 수 있다. 발전기(131)는 계통 감시 및 제어부(160) 제어에 따라 발전하여 생산된 전력을 정류부(135)에 제공한다. 이때 발전기(131)는 최대 효율 제어부(133) 제어에 따라 최대 효율에 따른 비상 전력 생산을 지원할 수 있다. 한편 발전기(131)의 생산 가능 전력 용량은 부하(30)에 적용될 수 있는 전체 전력 용량에 해당하거나, 발전기 안정성 등을 고려하여 전체 부하(30)에 필요한 전력 용량에 비하여 일정 비율 이상 큰 발전이 가능한 기기로 구성될 수 있다. 발전기(131)는 내연 기관을 기초로 구성될 수 있으며 이에 따라 화석연료를 이용하여 발전을 수행하고 이를 정류부(135)에 제공할 수 있다. 정류부(135)는 발전기(131)에서 생산된 전력을 일정 전원으로 정류하고, 정류된 전원을 전력 변환부(170)에 제공하는 구성이다. 정류부(135)는 발전기(131)에서 생산 가능한 전력 용량의 크기에 따라 그에 대응하는 능력을 가지는 소자들로 구성될 수 있다. 최대 효율 제어부(133)는 부하(30) 구동을 위해 필요한 전력 생산을 위해 발전기(131) 구동의 효율을 제어하는 구성이다. 이러한 최대 효율 제어부(133)는 동일한 출력을 발생시킴에 있어서 최선의 속도와 토크로 운전할 수 있도록 발전기(131)의 운전 제어를 수행한다.
UPS 장치(120)는 전원을 축전하여 저장하고, 계통 감시 및 제어부(160) 제어에 따라 저장된 전원을 전력 변환부(170)에 제공하는 구성이다. 이러한 UPS 장치(120)는 배터리(121), 충방전 제어부(123) 및 배터리 감시부(125)의 구성을 포함할 수 있다. 배터리(121)는 비상 전력으로 이용하기 위한 전원을 저장하는 구성으로서 부하(30) 구동을 위하여 일정 크기의 전력량을 일시적으로 제공할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어 배터리(121) 용량은 정전 사태 등의 발생에 따라 차단기(110)가 작동하는 경우 부하(30) 구동에 필요한 전력량을 사전 정의된 일정 시간동안 공급할 수 있는 정도의 용량을 가지도록 설계될 수 있다. 특히 배터리(121) 용량은 발전기(131)를 구동할지를 결정하기 위해 설정된 시간 및 발전기(131) 구동 후 해당 발전기(131)가 정상적인 전력 출력을 수행하는데 소요되는 시간 동안 부하(30) 구동을 위해 필요한 전력을 공급할 수 있을 정도의 용량을 가지도록 설계될 수 있다. 예컨대 차단기(110) 동작 후 10초 경과 시 발전기(131)를 구동하도록 설계되었으며 해당 발전기(131)가 정상 구동을 위하여 7초가 소요되는 경우 배터리(121) 용량은 여분의 시간을 고려하여 17초 이상 동안 부하(30) 구동에 필요한 전력 공급이 가능하도록 설계될 수 있다. 배터리 감시부(125)는 배터리(121)의 충전 및 방전 상태를 계산하고, 설정 시간 및 배터리(121) 잔여량 정보를 계통 감시 및 제어부(160)에 제공한다. 그리고 충방전 제어부(123)는 계통 감시 및 제어부(160) 제어에 따라 배터리(121) 에너지 충전을 지원하고 계통 감시 및 제어부(160)의 명령에 기초하여 배터리(121)의 방전 제어를 지원한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 비상 전원 공급 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 방법은 먼저, S101 단계에서 계통 감시 및 제어부(160)가 전원 공급 감시를 수행한다. 즉 계통 감시 및 제어부(160)는 제1 전압/전류 센서(111) 및 제2 전압/전류 센서(112)로부터 센싱되는 센싱 값을 수신한다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 S103 단계에서 수신된 센싱 값을 바탕으로 비상 전원 공급 장치(100)에 이상이 발생하였는지를 확인한다. 즉 센싱 값이 이전 센싱된 값과 동일한 경우 정상 상태로 판단할 수 있으며, 계통 감시 및 제어부(160)는 전원 공급 이상이 발생하지 않은 경우 S101 단계 이전으로 분기하여 이하 과정을 재수행하도록 지원할 수 있다.
한편 S103 단계에서 전원 공급에 이상이 발생한 경우 즉 센싱 값에 변화가 발생한 경우 계통 감시 및 제어부(160)는 S105 단계로 분기하여 시스템 외부 이상 발생인지 여부를 확인한다. 이 과정을 수행하기 이전에 계통 감시 및 제어부(160)는 차단기(110)를 동작하여 상용 전력 공급부(20)와 부하(30) 간의 차단을 수행하도록 지원한다. 한편 시스템 외부 이상 발생이 아닌 경우 즉 제1 전압/전류 센서(111)의 신호 변화는 없으나 제2 전압/전류 센서(112)의 신호 변화가 발생하는 시스템 내부 이상 발생인 경우 S107 단계로 분기하여 사용자 매뉴얼에 따른 제어가 수행되도록 알림을 수행할 수 있다. 예컨대 계통 감시 및 제어부(160)는 경고등 동작이나 경고 안내 메시지 출력 등을 통하여 시스템 내부 이상 발생을 알람할 수 있다.
S105 단계에서 시스템 외부 이상이 발생한 경우 즉 제1 전압/전류 센서(111)의 신호 변화가 발생한 경우 계통 감시 및 제어부(160)는 S109 단계에서 UPS 장치(120) 기반 전력 공급을 수행하도록 지원할 수 있다. 즉 배터리(121)에 저장된 전원을 전력 변환부(170)를 통하여 부하(30)에 제공하도록 지원할 수 있다. 그러면 배터리(121)의 직류 전원이 전력 변환부(170)를 통하여 부하(30) 이용을 위한 교류 전원으로 변경되고, 변경된 교류 전원이 부하(30)에 공급될 수 있다.
배터리(121) 전원을 부하(30)에 공급하면서 계통 감시 및 제어부(160)는 S111 단계에서 설정 시간 경과 동안 정전 사태에 대한 복구가 이루어지지 않았는지를 확인할 수 있다. 이 단계에서 계통 감시 및 제어부(160)는 설정 시간 경과 동안 정전 미복구 상황이면 즉 제1 전압/전류 센서(111)의 센싱 값이 기 설정된 크기의 전원 크기로 복구되지 않는 경우 S113 단계로 분기하여 발전기(131) 구동을 요청할 수 있다. 그러면 발전 장치(130)는 계통 감시 및 제어부(160)로부터 발전 요청을 수신하고, 수신된 발전 요청에 따른 발전기(131)를 구동하도록 제어할 수 있다. 발전기(131) 구동에 따라 생산된 비상 전력을 정류부(135)를 거쳐 정류되고, 정류된 전원은 다시 전력 변환부(170)에 공급되어 부하(30) 구동을 위해 필요한 교류 전원으로 제공될 수 있다. 특히 계통 감시 및 제어부(160)는 S115 단계에서 UPS 장치(120) 및 발전 장치(130) 기반의 구동 전원을 공급하도록 지원할 수 있다.
이후 계통 감시 및 제어부(160)는 S117 단계에서 정전 사태 복구 여부를 제1 전압/전류 센서(111)의 센싱 값을 이용하여 확인하고, 정전 상태 복구 이전 상태인 경우 S113 단계로 이전으로 분기하여 이하 과정을 재수행하도록 지원할 수 있다.
한편 S117 단계에서 정전 사태가 복구에 따른 센싱 값이 검출되는 경우 즉 상용 전력 공급부(20)로부터 정상적인 전력이 공급되는 경우 계통 감시 및 제어부(160)는 상용 전력 공급부(20)의 전력을 부하(30)에 공급하도록 지원할 수 있다. 이를 위하여 계통 감시 및 제어부(160)는 차단기(110)를 조작하여 전력 계통이 연결되도록 지원한다.
이와 함께 계통 감시 및 제어부(160)는 상용 전력 공급부(20) 전원이 정상적으로 공급되면 발전기(131) 구동 중지 및 UPS 장치(120)에서의 전원 공급 중지를 지원할 수 있다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 상용 전력 공급부(20)에서 공급되는 전원을 위하여 S119 단계에서 UPS 장치(120) 충전을 수행하도록 지원한다. 이후 계통 감시 및 제어부(160)는 S101 단계 이전으로 리턴하고 이후 과정을 재수행하도록 지원할 수 있다.
한편, 상술한 설명에서는 UPS 장치(120)와 발전 장치(130)가 동시 전력 공급을 수행하는 것을 설명하였지만, UPS 장치(120) 상태에 따라 발전 장치(130)의 전력 공급을 독립적으로 수행하도록 지원할 수 있으며, 또한 발전 장치(130)가 정상 전력 생산이 가능하도록 시간이 경과된 경우 UPS 장치(120) 전원 공급은 중지하고 발전 장치(130)에서 생산된 전력 공급만을 수행하도록 지원할 수 있다. 이를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 방법은 먼저 도 2에서 설명한 S113 단계에서 발전기(131)를 구동하면 계통 감시 및 제어부(160)는 S201 단계에서 UPS 장치(120) 및 구동된 발전기(131)의 전원을 부하(30)에 공급하도록 지원한다.
이후 계통 감시 및 제어부(160)는 UPS 모니터링을 S203 단계에서 수행한다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 S205 단계에서 UPS 이상 발생이 있는지 여부를 확인한다. 이 단계에서 UPS 이상 발생이 없는 경우 도 1의 S117 단계로 분기하여 정전 복구 여부를 확인하고 그에 따른 동작을 수행하도록 지원할 수 있다.
한편, S205 단계에서 UPS 이상 발생이 있는 경우 계통 감시 및 제어부(160)는 S207 단계로 분기하여 이상 알림 및 발전기(131) 독립 구동을 수행하는 한편, 독립 구동된 발전기(131)를 이용하여 전원 공급을 수행하도록 제어할 수 있다. 이를 위하여 발전기(131)에서 생산되는 전력을 부하(30) 구동을 위해 필요한 전력량까지 높이도록 지원할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전원 공급 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 계통 감시 및 제어부(160)는 도 1의 S113 단계에서 발전기(131) 구동을 수행하도록 제어하는 한편, S301 단계로 분기하여 발전기(131)의 발전량이 기 설정된 설정 값 이상인지를 확인한다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 S301 단계에서 발전기(131) 발전량이 기 설정된 설정 값 이상이하인 경우 S115 단계로 분기하여 UPS 장치(120)와 발전 장치(130)에서 제공되는 전원을 부하(30)에 공급하도록 지원한다.
한편 계통 감시 및 제어부(160)는 S301 단계에서 발전기 발전량이 설정 값 이상인 경우 S303 단계로 분기하여 UPS 운용을 중단하고, 발전기 독립 구동을 수행하도록 지원한다. 그리고 계통 감시 및 제어부(160)는 독립 구동된 발전기(131)에서 발생하는 전원을 부하(30)에 독립적으로 공급하도록 지원할 수 있다. 이에 따라 비상 전원 공급 장치(100)는 발전기(131)에서 발전된 전원만을 이용하여 부하(30) 운용을 지원할 수 있다. 이후 계통 감시 및 제어부(160)는 S117 단계로 분기하여 정전 복구 여부에 따른 동작 제어를 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 무정전 비상 전원 공급 시스템(10) 및 방법은 정전 사태 또는 과전원 공급 사태가 발생하는 경우 전력 계통 차단과 함께 UPS 장치(120)의 배터리(121) 전원을 우선적으로 부하(30)에 공급하여 무정전 상황을 유지하도록 지원한다. 그리고 본 발명은 사태 유지에 따라 발전기(131)를 구동하여 전력 공급을 지원함으로써 부족한 UPS 장치(120)의 전력 공급 능력을 보충하여 장기간 정전 사태 등을 대처할 수 있도록 지원할 수 있다. 또한 이러한 본 발명은 수초 단위로 발생하는 정전 보상을 위하여 무분별한 발전기(131) 구동을 억제하고 필요한 시기에만 발전기(131)를 구동할 수 있도록 지원함으로써 발전기(131)의 수명을 개선하고 적절한 연료 이용을 통하여 환경 오염을 최소화하도록 지원할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
10 : 무정전 비상 전원 공급 시스템
20 : 상용 전력 공급부 30 : 부하
100 : 비상 전원 공급 장치 110 : 차단기
111 : 제1 전압/전류 센서 112 : 제2 전압/전류 센서
120 : UPS 장치 121 : 배터리
123 : 충방전 제어부 125 : 배터리 감시부
130 : 발전 장치 131 : 발전기
133 : 최대 효율 제어부 135 : 정류부
160 : 계통 감시 및 제어부 170 : 전력 변환부

Claims (6)

  1. 상용 전력을 전력 계통을 통하여 공급하는 상용 전력 공급부;
    상기 상용 전력을 이용하여 구동하는 부하;
    상기 부하에 공급되는 전원의 이상 발생을 감지하여 이상 발생 시 UPS 장치 기반의 배터리 전원을 부하에 공급하여 무정전 상황을 지원하며, 사전 정의된 시간 경과 여부에 따라 발전기를 구동하여 상기 부하 구동 유지에 필요한 비상 전력을 생산하여 제공하는 비상 전원 공급 시스템;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비상 전원 공급 시스템은
    상기 상용 전력 공급부 및 상기 부하 사이에 배치되어 상기 전력 계통에 이상 발생 시 상기 부하와 상기 상용 전력 공급부 사이를 차단하는 차단기;
    상기 상용 전력 공급부와 상기 차단기 사이에 배치되는 제1 전압/전류 센서;
    상기 차단기와 상기 부하 사이에 배치되는 제2 전압/전류 센서;
    상기 배터리 전원 공급을 위한 UPS 장치;
    상기 발전기를 포함하여 상기 비상 전력 발전 및 공급을 수행하는 발전 장치;
    상기 제1 전압/전류 센서 및 제2 전압/전류 센서의 센싱 값을 기반으로 상기 UPS 장치의 전원 공급을 제어하고, 사전 정의된 시간 경과 여부에 따라 상기 발전 장치 구동을 제어하는 계통 감시 및 제어부;
    상기 배터리 전원 및 상기 발전기 전원을 상기 부하 구동에 필요한 전원으로 변환하는 전력 변환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계통 감시 및 제어부는
    상기 제1 전압/전류 센서의 센싱 값은 정상이되 상기 제2 전압/전류 센서의 센싱 값이 비정상인 경우 시스템 내부 이상 발생으로 판단하고, 사용자 매뉴얼에 따른 제어 알림을 수행하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 UPS 장치는
    상기 사전 정의된 경과 시간 및 상기 발전기의 정상 발전에 소요되는 시간 동안 상기 부하 구동을 위해 필요한 용량의 전원을 저장할 수 있는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 계통 감시 및 제어부는
    상기 발전기가 정상 방전하여 상기 부하 구동을 위한 비상 전력 공급 지원이 가능한 경우 상기 UPS 장치의 배터리 전원 공급을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 시스템.
  6. 상용 전력이 공급되는 전력 계통을 센싱한 센싱 값이 정전 사태 및 과전원 공급 상태 중 적어도 하나에 해당하는 비정상 값이 수신되는 과정;
    상기 전력 계통을 차단함과 아울러 기 저장된 배터리 전원을 부하에 공급하는 과정;
    상기 배터리 전원 공급 중 사전 정의된 시간 경과 시까지 정상 상태의 상용 전력 공급 복구가 수행되지 않는 경우 발전기를 구동하고 상기 발전기에서 구동된 전원을 상기 부하에 공급하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 비상 전원 공급 방법.
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