KR20170142238A - 정전을 대비하기 위한 전원 시스템 - Google Patents

정전을 대비하기 위한 전원 시스템 Download PDF

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KR20170142238A
KR20170142238A KR1020160075224A KR20160075224A KR20170142238A KR 20170142238 A KR20170142238 A KR 20170142238A KR 1020160075224 A KR1020160075224 A KR 1020160075224A KR 20160075224 A KR20160075224 A KR 20160075224A KR 20170142238 A KR20170142238 A KR 20170142238A
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고병철
김규태
서성기
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템은 제1 전원 및 제1 부하 사이에 연결되고, 제1 전원으로부터의 제1 전력을 대체하는 제2 전력을 출력하기 위한 무정전 전원 장치, 무정전 전원 장치 및 제1 부하 사이에 구비되는 제1 스위치; 및 제1 스위치와 제1 부하 사이의 노드, 및 제2 부하 사이에 구비되는 제2 스위치를 포함하되, 제1 부하 및 제2 부하 각각은 제1 전력 및 제2 전력 중 적어도 하나를 제공받고, 무정전 전원 장치는 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 연결 또는 연결 해제를 제어한다.

Description

정전을 대비하기 위한 전원 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM TO PREPARE FOR BLACKOUT}
본 발명은 전원 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)를 포함하는 전원 시스템에 관한 것이다.
상용 전원의 이상이 발생하면 신속하게 대체 전력을 부하로 공급하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 예로서, 상용 전원의 이상이 발생하면, 전원 시스템은 비상 발전기를 구동할 수 있다. 하지만, 비상 발전기가 구동된 후 부하로 전력이 공급되기까지 1분 이상 소요될 수 있다. 이로 인해, 부하에는 순간적으로 전력 공급이 중단될 수 있다. 또한, 상용 전원이 회복되면, 전원 시스템은 비상 발전기의 구동을 정지한 후 상용 전원으로부터 상용 전력을 수신해야 한다. 이로 인해, 복전시, 부하에 한번 더 정전이 발생할 수 있다. 전원 시스템은 비상 발전기를 대신하여 무정전 전원 장치를 포함할 수 있다.
상용 전원에 이상이 발생하면, 무정전 전원 장치는 상용 전력을 대체 전력으로 절체할 수 있다. 무정전 전원 장치는 배터리로부터 제공받은 직류 전력을 교류의 대체 전력으로 변환할 수 있다. 하지만, 배터리가 생산할 수 있는 전력은 비상 발전기에서 생산되는 전력보다 작다. 이로 인해, 상용 전원에 장시간 이상이 발생하는 경우, 무정전 전원 장치는 부하로 안정적인 대체 전력 공급을 수행하기 어려울 수 있다.
본 발명은 상용 전원의 이상이 발생되면, 무정전 전원 장치를 이용하여 대체 전력을 부하로 안정적으로 공급하기 위한 전원 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템은 무정전 전원 장치, 제1 스위치, 및 제2 스위치를 포함한다.
몇몇 실시 예로서, 무정전 전원 장치는 제1 전원 및 제1 부하 사이에 연결되고, 제1 전원으로부터의 제1 전력을 대체하는 제2 전력을 출력하고, 제1 스위치는 무정전 전원 장치 및 제1 부하 사이에 구비되고, 제2 스위치는 제1 스위치와 제1 부하 사이의 노드, 및 제2 부하 사이에 구비되고, 제1 부하 및 제2 부하 각각은 제1 전력 및 제2 전력 중 적어도 하나를 제공받고, 무정전 전원 장치는 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 연결 또는 연결 해제를 제어한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템은 무정전 전원 장치, 제1 스위치, 제2 스위치, 및 제어기를 포함한다.
몇몇 실시 예로서, 무정전 전원 장치는 제1 전원 및 제1 부하 사이에 연결되고, 제1 전원으로부터의 제1 전력을 대체하는 제2 전력을 출력하고, 제1 스위치는 무정전 전원 장치와 연결되는 일단 및 제1 부하와 연결되는 타단을 갖고, 제2 스위치는 제1 스위치의 타단과 연결되는 일단 및 제2 부하와 연결되는 타단을 갖고, 제어기는 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 연결 또는 연결 해제를 제어하는 제어 신호들을 생성하고, 제1 부하 및 제2 부하 각각은 제1 전력 및 제2 전력 중 적어도 하나를 제공받는다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 무정전 전원 장치를 이용함으로써, 정전에 빠르게 대응하고, 부하에 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 전원 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템을 보여주기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 무정전 전원 장치를 보여주기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템을 보여주기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상용 전력의 공급을 보여주기 위한 블록도이다.
도 5는 무정전 전원 장치에 의한 대체 전력 공급을 보여주기 위한 블록도이다.
도 6은 무정전 전원 장치의 대체 전력 공급을 보여주기 위한 블록도이다.
도 7은 상용 전력 및 대체 전력에 의한 에러(Error) 발행을 보여주기 위한 블록도이다.
도 8은 상용 전력의 위상 및 대체 전력의 위상을 보여주기 위한 그래프이다.
도 9는 무정전 전원 장치의 동기화를 보여주기 위한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 동기화된 대체 전력 및 상용 전력의 공급을 보여주기 위한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템의 대체 전력 공급 방법을 보여주기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템의 상용 전원 복원 방법을 보여주기 위한 순서도이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템을 보여주기 위한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전원 시스템(1000)은 상용 전원(10), 배터리(100), 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)(200), 제1 스위치(300), 제2 스위치(400), 변압기들(510, 520, 및 530), 및 부하(load)들(610, 620, 및 630)을 포함할 수 있다.
상용 전원(10)은 공장의 외부에 구비된 발전소 또는 공장 내부에 구비된 발전기로부터 생성되는 전력원(power source)일 수 있다. 상용 전원(10)은 무정전 전원 장치(200) 및 부하들(610, 620, 및 630)로 상용 전력을 공급할 수 있다.
배터리(100)는 무정전 전원 장치(200)와 연결될 수 있다. 상용 전원(10)에 이상이 발생하는 경우, 배터리(100)는 무정전 전원 장치(200)를 통해 부하들(610, 620, 및 630)의 일부 또는 전체로 대체 전력을 공급할 수 있다. 예로서, 상용 전원(10)에 이상이 발생하면, 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하거나, 상용 전력의 공급이 중단될 수 있다.
예로서, 배터리(100)는 레독스 플로우 배터리(Redox Flow Battery)로 구현될 수 있다. 레독스 플로우 배터리는 바나듐(Vanadium), 징크(Zinc), 또는 브롬(Bromine)을 전해질로 이용하는 이차 전지이다. 이에 한정되지 않고, 레독스 플로우 배터리는 산화 및 환원되기 쉬운 활물질 용액을 전해질로 이용할 수 있다. 레독스 플로우 배터리는 바나듐의 산화 및 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전을 수행할 수 있다. 레독스 플로우 배터리는 바나듐 용액을 저장하기 위한 탱크 및 탱크로부터 바나듐 용액을 제공받아서 산화 및 환원 반응을 수행하는 스택(stack)을 포함할 수 있다. 레독스 플로우 배터리는 탱크에 저장된 바나듐 용액을 순환하여 사용할 수 있다. 이와 같은 이유로, 레독스 플로우 배터리는 반영구적으로 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템(1000)은 부하들(610, 620, 및 630)로 전력을 안정적으로 제공할 수 있다.
무정전 전원 장치(200)는 상용 전원(10) 및 제1 스위치(300) 사이에 구비될 수 있다. 그리고, 무정전 전원 장치(200)는 배터리(100)와 연결될 수 있다. 무정전 전원 장치(200)는 상용 전원(10)의 이상 상태를 대비하기 위한 장치일 수 있다.
예로서, 순간 정전, 정전, 전압 변동, 주파수 변동, 및 전압의 파형의 변동에 의해 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하거나, 상용 전력의 공급이 중단될 수 있다. 예로서, 무정전 전원 장치(200)는 상용 전원(10)의 이상 상태를 감지할 수 있다. 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소되거나 또는 상용 전력의 공급이 중단되면, 무정전 전원 장치(200)는 배터리(100)로부터 제공받은 대체 전력을 부하들(610, 620, 및 630)로 제공할 수 있다. 예로서, 무정전 전원 장치(200)는 오프라인(off-line) 무정전 전원 장치(200)일 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.
무정전 전원 장치(200)는 제1 스위치(300) 및 제2 스위치(400)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들(CTRL1, 및 CTRL2)을 생성할 수 있다. 예로서, 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하거나 상용 전력의 공급이 중단되면, 무정전 전원 장치(200)는 제1 스위치(300)를 연결하고, 제2 스위치(400)의 연결을 해제할 수 있다. 무정전 전원 장치(200)의 제1 스위치(300) 및 제2 스위치(400)의 동작들을 제어하는 방법은 도 4 및 도 6을 참조하여 자세히 설명된다.
제1 스위치(300)는 무정전 전원 장치(200) 및 제1 변압기(510) 사이에 구비될 수 있다. 제1 스위치(300)는 무정전 전원 장치(200)로부터 제1 제어 신호(CTRL1)를 제공받을 수 있다. 제1 스위치(300)는 제1 제어 신호(CTRL1)에 응답하여 연결 또는 연결 해제될 수 있다.
제2 스위치(400)는 무정전 전원 장치(200)와 제2 및 제3 부하들(620, 및 630) 사이에 구비될 수 있다. 제2 스위치(400)는 무정전 전원 장치(200)로부터 제2 제어 신호(CTRL2)를 제공받을 수 있다. 제2 스위치(400)는 제2 제어 신호(CTRL2)에 응답하여 연결 또는 연결 해제될 수 있다.
변압기들(510, 520, 및 530)은 각각 부하들(610, 620, 및 630)과 연결될 수 있다. 변압기들(510, 520, 및 530) 각각은 상용 전력 또는 무정전 전원 장치(200)로부터 제공되는 대체 전력의 전압을 변압할 수 있다. 예로서, 변압기들(510, 520, 및 530)로 제공되는 전력의 전압은 고압 또는 특고압일 수 있다. 변압기들(510, 520, 및 530)은 제공받은 전력의 전압을 저압으로 강압하여 부하들(610, 620, 및 630)로 각각 제공할 수 있다.
부하들(610, 620, 및 630)은 각각 변압기들(510, 520, 및 530)과 연결될 수 있다. 부하들(610, 620, 및 630)은 변압기들(510, 520, 및 530)로부터 전력을 제공받을 수 있다. 예로서, 제1 부하(610)는 전력을 안정적으로 공급받아야 하는 장치들(예로서, 소방 설비, 및 안전 설비)을 포함할 수 있다. 제2 부하(620)는 공장의 생산을 수행하는 설비들(예로서, 제조 설비)을 포함할 수 있다. 예로서, 제2 부하(620)는 제1 부하(610)보다 낮은 중요도를 갖는 설비들을 포함할 수 있다. 그리고 제3 부하(630)는 제2 부하들(620)보다 상대적으로 낮은 중요도를 갖는 설비들(예로서, 컴퓨터, 및 냉방 장치)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(200)는 상용 전원(10)의 전력 공급이 불안정할 때, 우선적으로 제1 부하(610)에 대체 전력을 공급할 수 있다. 이는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 무정전 전원 장치(200)는 부하들(610, 620, 및 630) 중 하나 이상으로 대체 전력을 공급할 수 있다.
도 2는 도 1의 무정전 전원 장치를 보여주기 위한 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 무정전 전원 장치(200)는 절체 스위치(210), 인버터(inverter)(220), 및 제어기(230)를 포함할 수 있다.
절체 스위치(210)는 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier, SCR)를 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 절체 스위치(210)는 반도체 스위치, 또는 릴레이(relay)를 포함할 수 있다. 절체 스위치(210)는 상용 전원(10) 및 제1 부하(610)를 연결 또는 연결 해제 하기 위한 제1 연결부(211), 및 인버터(220) 및 제1 부하(610)를 연결 또는 연결 해제 하기 위한 제2 연결부(212)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 연결부(211) 및 제2 연결부는 하나의 스위치로 구현될 수 있다.
절체 스위치(210)는 상용 전력 및 대체 전력을 정전 없이 절체하기 위한 스위치이다. 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, 절체 스위치(210)는 상용 전력의 공급을 차단하고, 대체 전력을 제1 부하(610)로 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상용 전력의 전압이 전기 설비의 동작 최저 전압으로 감소하면, 절체 스위치(210)는 상용 전력의 공급을 차단할 수 있다. 상용 전력의 공급이 차단되면, 배터리(100)를 통해 생성된 대체 전력이 제1 부하(610)로 인가될 수 있다.
인버터(220)는 절체 스위치(210) 및 제어기(230) 사이에 연결될 수 있다. 예로서, 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, 인버터(220)는 제어기(230)로부터 제어 신호(CTRL_I)를 수신할 수 있다. 인버터(220)는 제어 신호(CTRL_I)에 의해 구동될 수 있고, 배터리(100)로부터 직류 전력을 공급받아서 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(220)는 교류 전력을 절체 스위치(210)로 제공할 수 있다. 여기서, 교류 전력은 대체 전력과 같은 의미일 수 있다.
제어기(230)는 무정전 전원 장치(200)의 동작 및 스위치들(300, 및 400)의 동작을 제어할 수 있다. 예로서, 제어기(230)는 상용 전력을 감지하고, 제어 신호들(CTRL1, CTRL2, 및 CTRL_I)을 생성할 수 있다. 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, 제어기(230)는 인버터(220)를 구동하기 위한 제어 신호(CTRL_I)를 생성할 수 있다. 예로서, 기준 전압은 정상 전압의 80%에 대응할 수 있다. 그리고, 제어기(230)는 스위치들(300, 및 400)의 연결 또는 연결 해제를 제어하기 위한 제어 신호들(CTRL1, 및 CTRL2)을 생성할 수 있다. 제어기(230)의 스위치들(300, 및 400)을 제어하는 방법은 도 4 및 도 6을 참조하여 자세히 설명된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템을 보여주기 위한 블록도이다. 도 3의 도시된 상용 전원(10), 배터리(100), 스위치들(300, 및 400), 변압기들(510, 520, 및 530) 및 부하들(610, 620, 및 630)은 각각 도 1에 도시된 상용 전원(10), 배터리(100), 스위치들(300, 및 400), 변압기들(510, 520, 및 530) 및 부하들(610, 620, 및 630)과 유사 또는 동일할 수 있다.
전원 시스템(2000)의 제어기(700)는 무정전 전원 장치(200a) 외부에 구비될 수 있다. 여기서, 제어기(700)는 도 1에서 전원 시스템(1000)의 무정전 전원 장치(200) 내에 포함된 제어기(230)와 유사 또는 동일하다.
제어기(700)는 상용 전력을 감지할 수 있다. 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, 제어기(700)는 무정전 전원 장치(200a), 및 스위치들(300, 및 400)을 제어하기 위한 제어 신호들(CTRL_I, CTRL1, 및 CTRL2)을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상용 전력의 공급을 보여주기 위한 블록도이다. 도 1, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 상용 전원(10)은 부하들(610, 620, 및 630) 및 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))로 상용 전력(P1)을 제공할 수 있다. 예로서, 상용 전력(P1)의 공급은 실선으로 표시된다. 상용 전력(P1)이 정상적으로 공급되는 경우, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))에 의해 제1 스위치(300)는 연결 해제되고, 제2 스위치(400)는 연결된다.
제1 스위치(300)는 연결 해제됨으로써, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a)) 및 부하들(610, 620, 및 630) 사이의 연결이 차단될 수 있다. 그리고, 제2 스위치(400)는 연결됨으로써, 상용 전력은 부하들(610, 620, 및 630)로 공급될 수 있다.
도 5는 무정전 전원 장치에 의한 대체 전력 공급을 보여주기 위한 블록도이다. 도 1, 도 3, 및 도 5를 참조하면, 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 상용 전력의 공급을 차단할 수 있다. 그리고, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 배터리(100)로부터 제공되는 대체 전력(P2)을 제1 부하(610)로 제공할 수 있다. 예로서, 대체 전력(P2)의 흐름은 일점 쇄선으로 표시된다. 이때, 무정전 전원 장치(200)의 동작은 도 6을 참조하여 자세히 설명된다.
무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제1 부하(610)로 대체 전력(P2)을 공급하기 위해, 스위치들(300, 및 400)로 제어 신호들(CTRL1, 및 CTRL2)을 제공할 수 있다. 예로서, 무정전 전원 장치(200) (또는 제어기(700))는 제1 제어 신호(CTRL1)를 이용하여 제1 스위치(300)를 연결할 수 있다. 제1 스위치(300)가 연결되면, 대체 전력(P2)은 부하들(610, 620, 및 630)로 공급될 수 있다. 하지만, 배터리(100)를 이용하여 생성되는 대체 전력(P2)의 크기는 상용 전력의 크기보다 작다. 이로 인해, 부하들(610, 620, 및 630) 전체로 대체 전력(P2)을 공급하는 것은 전원 시스템(1000)(또는 전원 시스템(2000))에 부담을 줄 수 있다.
따라서, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 중요한 설비들을 포함하는 제1 부하(610)로 대체 전력(P2)을 제공하고, 나머지 부하들(620, 및 630)로는 대체 전력(P2)을 제공하지 않을 수 있다. 이를 위해, 무정전 전원 장치(200) (또는 제어기(700))는 제2 제어 신호(CTRL2)를 이용하여 제2 스위치(400)를 연결 해제할 수 있다.
도 6은 무정전 전원 장치의 대체 전력 공급을 보여주기 위한 블록도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, 절체 스위치(210)는 상용 전력의 공급을 차단하고, 대체 전력(P2)을 제1 부하(610)로 제공할 수 있다. 대체 전력(P2)을 제1 부하(610)로 제공하기 위해, 절체 스위치(210)의 제1 연결부(211)는 연결 해제되고, 제2 연결부(212)는 연결될 수 있다.
인버터(220)는 제어기(230)로부터 수신된 제어 신호(CTRL_I)에 응답하여, 배터리(100)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 이때, 교류 전력은 대체 전력(P2)으로 사용될 수 있다. 인버터(220)는 절체 스위치(210)를 통해 대체 전력(P2)을 제1 부하(610)로 제공할 수 있다. 이때, 대체 전력(P2)의 흐름은 일점 쇄선으로 표시된다.
제어기(230)는 감지 결과에 따라, 제어 신호들(CTRL_I, CTRL1, 및 CTRL2)을 생성할 수 있다. 대체 전력(P2)을 생성하기 위해, 제어기(230)는 인버터(220)로 제어 신호(CTRL_I)를 제공할 수 있다. 제어기(230)는 제1 스위치(300)를 연결하기 위해, 제1 스위치(300)로 제1 제어 신호(CTRL1)를 제공할 수 있다. 그리고, 제어기(230)는 제2 스위치를 연결 해제하기 위해, 제2 스위치(400)로 제2 제어 신호(CTRL2)를 제공할 수 있다.
도 7은 상용 전력 및 대체 전력에 의한 에러(Error) 발행을 보여주기 위한 블록도이다. 도 7을 참조하면, 상용 전원(10)은 회복될 수 있다. 예로서, 상용 전원(10)의 회복은 상용 전력이 기준 전압을 초과하여 공급되는 것을 의미할 수 있다. 도 1, 도 3, 및 도 7을 참조하면, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 무정전으로 전력을 제1 부하 (610)으로 공급하기 위해서, 상용 전력(P1) 및 대체 전력(P2)을 동시에 부하들(610, 620, 및 630)로 공급할 수 있다. 예로서, 상용 전력(P1) 및 대체 전력(P2)은 제1 시간 동안 부하들(610, 620, 및 630)로 제공될 수 있다.
따라서, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제1 스위치(300)의 연결을 유지하고, 제2 스위치(400)를 연결하기 위한 제2 제어 신호(CTRL2)를 생성할 수 있다. 하지만, 상용 전력(P1) 및 대체 전력(P2)은 모두 교류 전력이므로, 상용 전력(P1) 및 대체 전력(P2)을 동시에 공급하면, 에러가 발생할 수 있다. 상용 전력(P1) 및 대체 전력(P2)이 동시에 공급되기 위해서는 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 전기적인 특징을 일치시켜야 한다.
이때, 전기적인 특징은 전력의 크기, 전력의 위상, 및 전압의 주파수일 수 있다. 만약 상용 전력(P1) 및 대체 전력(P2)의 전기적인 특징이 일치하지 않는다면, 무효 순환 전류, 무효 횡류, 또는 단락과 같은 에러가 발생할 수 있다. 이러한 에러를 방지하기 위해, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 대체 전력(P2) 및 상용 전력(P1) 사이의 전기적인 특징을 일치시킨 후, 상용 전력(P1)을 부하들(610, 620, 및 630)로 공급할 수 있다. 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))의 상용 전력을 재 공급하는 방법은 도 8 내지 도 10을 참조하여 자세히 설명된다.
도 8은 상용 전력의 위상 및 대체 전력의 위상을 보여주기 위한 그래프이다. 그래프의 가로축은 위상각을 나타내고, 세로축은 전압의 크기를 나타낼 수 있다. 상용 전력의 위상 및 대체 전력의 위상은 각각 사인파 형태일 수 있다.
예로서, 대체 전력의 위상은 상용 전력의 위상보다 120° 지연될 수 있다. 서로 다른 위상을 갖는 대체 전력 및 상용 전력이 동시에 인가되는 경우, 부하단(610, 620, 및 630)에 에러가 발생할 수 있다. 이와 같은 이유로, 무정전 전원 장치(200)는 대체 전력의 위상을 상용 전력의 위상과 동기화(synchronization)할 수 있다. 무정전 전원 장치(200)의 동기화에 대해서는 도 9를 참조하여 자세히 설명된다.
도 9는 무정전 전원 장치의 동기화를 보여주기 위한 블록도이다. 상용 전력(P1)이 기준 전압을 초과하여 제공되면, 절체 스위치(210)의 제1 연결부(211)는 연결될 수 있다. 그리고, 무정전 전원 장치(200)의 제어기(230)는 상용 전력을 감지할 수 있다. 예로서, 제어기(230)는 상용 전력의 위상을 감지하고, 대체 전력의 위상을 제어할 수 있다. 제어기(230)는 상용 전력의 위상의 정보를 포함하는 제어 신호(CTRL_I)를 인버터(220)로 제공할 수 있다.
인버터(220)는 제어 신호(CTRL_I)에 응답하여 배터리(100)로부터 수신한 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 예로서, 인버터(220)는 상용 전력(P1)의 위상과 동일한 전압 위상을 갖는 대체 전력(P3)을 생성할 수 있다. 따라서, 상용 전력(P1)과 동일한 전기적인 특징을 갖는 대체 전력(P3)이 생성될 수 있다. 절체 스위치(210)의 제2 연결부(212)는 제1 부하로(610)로 대체 전력(P3)을 제공하기 위해, 연결 상태를 유지할 수 있다. 예로서, 상용 전력(P1)의 위상과 동일한 전압 위상을 갖는 대체 전력(P3)의 흐름은 점선으로 표시된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 동기화된 대체 전력 및 상용 전력의 공급을 보여주기 위한 블록도이다. 도 1, 도 3, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상용 전원(10)이 다시 정상적으로 공급되는 경우, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 상용 전력(P1)을 감지할 수 있다. 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 상용 전력(P1)의 위상 및 대체 전력(P3)의 위상을 동기화하고 제2 스위치(400)를 연결할 수 있다. 이로 인해 상용 전력(P1)의 전기적인 특징 및 대체 전력(P3)의 전기적인 특징은 일치할 수 있다. 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제2 스위치(400)를 연결하기 위해 제2 제어 신호(CTRL2)를 제2 스위치(400)로 인가할 수 있다. 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 제1 부하(610)의 정전을 방지하기 위해 대체 전력(P3) 및 상용 전력(P3)을 제1 시간 동안 동시에 공급할 수 있다.
제1 시간에 이어지는 제2 시간 동안, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제1 스위치(300)를 연결 해제할 수 있다. 제1 스위치(300)가 연결 해제되면, 상용 전력은 도 4에 도시된 바와 같이 부하들(610, 620, 및 630)로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 무정전 전원 장치(200)는 제1 시간 동안 대체 전력의 공급을 유지하면서, 상용 전력을 부하들(610, 620, 및 630)로 제공할 수 있다. 이로 인해 전원 시스템(1000)은 제1 부하(610)에 무정전으로 전원을 공급할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템의 대체 전력 공급 방법을 보여주기 위한 순서도이다. 도 1, 도 3, 도 5, 도 6 및 도 11을 참조하면, S110 단계에서, 무정전 전원 장치(200)는 상용 전원(10)으로부터 상용 전력을 수신할 수 있다.
S120 단계에서, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 상용 전력의 전압이 기준 전압 이하인지 판단할 수 있다. 예로서, 무정전 전원 장치(200)의 제어기(230)(또는 제어기(700))는 상용 전력을 감지할 수 있다. 상용 전력의 전압이 기준 전압보다 크면, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 상용 전력을 계속 수신할 수 있다.
상용 전력의 전압이 기준 전압 이하로 감소하면, S130 단계에서, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 상용 전력을 차단할 수 있다. 예로서, 절체 스위치(210)에 의해 상용 전력은 차단될 수 있다.
S140 단계에서, 무정전 전원 장치(200)의 제어기(230)(또는 제어기(700))에 의해 인버터(220)가 구동될 수 있다. 예로서, 제어기(230)(또는 제어기(700))의 제어 신호(CRTL_I)에 의해 인버터(220)가 활성화 되면, 인버터(220)는 배터리(100)로부터 제공받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 교류 전력은 대체 전력일 수 있다.
S150 단계에서, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제1 스위치(300)를 연결하고, 제2 스위치(400)를 연결 해제할 수 있다. 예로서, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제1 제어 신호(CTRL1)을 이용하여 제1 스위치(300)를 연결하고, 제2 제어 신호(CRTL2)를 이용하여 제2 스위치(400)를 연결 해제할 수 있다.
S160 단계에서, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))는 대체 전력을 제1 부하(610)로 제공할 수 있다. 이때, 제1 부하(610)에는 안전, 및 소방 설비들을 포함하는 것으로 가정된다.
본 발명의 실시 예에 따라, 부하들(610, 620, 및 630)에 공급되는 상용 전력에 이상이 발생하였을 때, 무정전 전원 장치(200)(또는 무정전 전원 장치(200a))를 포함하는 전원 시스템(1000)(또는 전원 시스템(2000))은 주요 부하(예로서, 제1 부하(610))에 무정전으로 대체 전력을 공급할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 시스템의 상용 전원 복원 방법을 보여주기 위한 순서도이다. 도 1, 도 3, 도 8 내지 도 10 및 도 12를 참조하면, S210 단계에서, 무정전 전원 장치(200)는 상용 전원(10)의 회복을 감지할 수 있다. 예로서, 상용 전원(10)의 회복은 상용 전력의 전압이 기준 전압을 초과하는 것을 의미할 수 있다.
S220 단계에서, 무정전 전원 장치(200)는 상용 전력의 위상 및 및 대체 전력의 위상을 동기화할 수 있다. 예로서, 상용 전원(10)이 정상으로 회복되면, 무정전 전원 장치(200) (또는 제어기(700))는 상용 전력을 부하들(610, 620, 및 630)로 공급하기 전에, 상용 전력의 위상 및 및 대체 전력의 위상을 동기화할 수 있다.
S230 단계에서, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제2 스위치(400)를 연결하고, 제1 스위치(300)를 연결 해제한다. 예로서, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제2 제어 신호(CRTL2)를 이용하여 제2 스위치(400)를 연결한다. 이로 인해, 위상이 동기화된 상용 전력 및 대체 전력은 부하들(610, 620, 및 630)로 제공될 수 있다. 그리고, 무정전 전원 장치(200)(또는 제어기(700))는 제1 제어 신호(CTRL1)를 이용하여 제1 스위치(300)를 연결 해제 할 수 있다. 이로 인해, 대체 전력의 공급은 중단되고, 상용 전력은 부하들(610, 620, 및 630)로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 전원 시스템(1000)(또는 전원 시스템(2000))은 동기화된 대체 전력 및 상용 전력을 동시에 부하들(610, 620, 및 630)로 공급한 뒤, 대체 전력의 공급을 차단할 수 있다. 이로 인해, 전원 시스템(1000)(또는 전원 시스템(2000))은 무정전으로 부하들(610, 620, 및 630)로 상용 전력을 공급할 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
1000: 전원 시스템
10: 상용 전원
100: 배터리
200, 200a: 무정전 전원 장치
300: 제1 스위치
400: 제2 스위치
510, 520, 530: 변압기
610, 620, 630: 부하
700: 제어기

Claims (10)

  1. 제1 전원 및 제1 부하 사이에 연결되고, 상기 제1 전원으로부터의 제1 전력을 대체하는 제2 전력을 출력하기 위한 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply, UPS);
    상기 무정전 전원 장치 및 상기 제1 부하 사이에 구비되는 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치와 상기 제1 부하 사이의 노드, 및 제2 부하 사이에 구비되는 제2 스위치를 포함하되,
    상기 제1 부하 및 상기 제2 부하 각각은 상기 제1 전력 및 상기 제2 전력 중 적어도 하나를 제공받고,
    상기 무정전 전원 장치는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 각각의 연결 또는 연결 해제를 제어하는 전원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부하 및 상기 제2 부하 각각으로 제공되는 상기 제1 전력의 전압 또는 상기 제2 전력의 전압을 강압하기 위한 변압기들을 더 포함하는 전원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치로 직류 전력을 출력하기 위한 배터리를 더 포함하되,
    상기 무정전 전원 장치는:
    상기 직류 전력을 상기 제2 전력으로 변환하기 위한 인버터; 및
    상기 제1 전력의 전압이 기준 전압 이하이면, 적어도 상기 제1 부하가 상기 제1 전력을 제공받지 않고 상기 제2 전력을 제공받도록 상기 제2 전력을 출력하기 위한 절체 스위치를 포함하는 전원 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리는 레독스 플로우 배터리(redox flow battery)인 전원 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치는:
    상기 제1 전력의 상기 전압이 상기 기준 전압 이하이면, 상기 제1 스위치를 연결하기 위한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 스위치를 연결 해제하기 위한 제2 제어 신호를 생성하기 위한 제어기를 더 포함하는 전원 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전력의 상기 전압이 상기 기준 전압을 초과하면, 상기 무정전 전원 장치는 상기 제1 전력을 상기 제1 부하로 제공하는 전원 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치는:
    상기 제1 전력의 상기 전압이 상기 기준 전압을 초과하면, 상기 제1 전력의 위상 및 상기 제2 전력의 위상을 동기화하기 위한 제어기를 더 포함하는 전원 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전력의 상기 전압이 상기 기준 전압을 초과하면, 상기 제어기는 상기 제2 스위치를 연결하기 위한 제2 제어 신호를 생성하고, 제1 시간 동안 상기 동기화된 위상을 갖는 상기 제1 전력 및 상기 제2 전력을 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 제공하는 전원 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 시간 후, 상기 제1 스위치를 연결 해제하기 위한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 시간에 이어지는 제2 시간 동안 상기 제1 전력을 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 제공하는 전원 시스템.
  10. 제1 전원 및 제1 부하 사이에 연결되고, 상기 제1 전원으로부터의 제1 전력을 대체하는 제2 전력을 출력하기 위한 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply, UPS);
    상기 무정전 전원 장치와 연결되는 일단 및 상기 제1 부하와 연결되는 타단을 갖는 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치의 상기 타단과 연결되는 일단 및 제2 부하와 연결되는 타단을 갖는 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 각각의 연결 또는 연결 해제를 제어하는 제어 신호들을 생성하기 위한 제어기를 포함하되,
    상기 제1 부하 및 상기 제2 부하 각각은 상기 제1 전력 및 상기 제2 전력 중 적어도 하나를 제공받는 전원 시스템.
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