KR20200082459A - Uninterruptible power supply system and control circuit - Google Patents

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Abstract

The present invention provides an uninterruptible power supply and a control circuit. The uninterruptible power supply supplies uninterruptible power to a motor single load. The uninterruptible power supply comprises: a charger which converts power supplied through an input terminal into direct current (DC) power and supplies the converted power to a DC link; a battery connected to the DC link to charge the DC power and discharge the DC power; and an inverter generating alternating current (AC) power from the DC power of the DC link to supply the AC power to a motor; and a reactive power compensation circuit connected to an output terminal of the inverter. The reactive power compensation circuit is configured to supply capacitance to the output terminal of the inverter during a preset time in the event of start of the motor in order to compensate inductance of the motor occurring in the event of the start of the motor.

Description

전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급하는 무정전 전원 장치 및 제어 회로{Uninterruptible power supply system and control circuit}Uninterruptible power supply system and control circuit that supplies uninterruptible power to a single motor load

본 발명은 무정전 전원 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 원자력발전소에 사용하고 있는 전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급하는 전원 장치 및 이에 사용되는 제어 회로에 관한 것이다.The present invention relates to an uninterruptible power supply device, and more particularly, to a power supply device for supplying uninterruptible power to a single load of an electric motor used in a nuclear power plant and a control circuit used therein.

원자력발전소에서는 중요한 부하에 대해서는 상용 전원으로부터 교류 전력을 직접 공급하지 않고, 무정전 전력을 공급하고 있다. 충전기를 통해 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리에 충전함과 동시에, 인버터를 이용하여 배터리에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환함으로써, 원자력발전소 내 중요 부하에 안정적인 교류 전력을 공급하도록 구성된다.Nuclear power plants do not supply AC power directly from commercial power sources, but supply uninterruptible power to critical loads. It is configured to convert commercial AC power into DC power through a charger and charge the battery, and convert DC power stored in the battery into AC power using an inverter, thereby providing stable AC power to critical loads in a nuclear power plant.

한편, 원자력발전소에는 냉각재 상실 사고 시 냉각재 외부 누출 방지를 위한 격리밸브 구동용 전동기, 열전달 및 냉각을 위해 사용되는 펌프에 사용되는 대형 전동기, 제어실과 기기실의 온도, 습도 및 청정도를 유지하는 기능을 수행하는 공기조화계통의 댐퍼에 사용되는 전동기, 및 원자로에서 제어봉 구동을 제어하기 위해 사용되는 스텝모터 등 다양한 종류의 전동기가 사용된다. 또한, 원자력발전소에서 원자로냉각재펌프(RCP, Reactor Coolant Pump), 복수펌프, 기동펌프, 해수펌프(순환수 펌프), 안전주입펌프 등의 펌프들이 사용된다. 원자로냉각재 펌프는 1차 냉각재를 순환시키는 펌프로서, 원자로용기로부터 증기발생기를 통과한 1차 냉각재를 원자로용기로 되돌아오게 하는 중요한 기능을 수행한다. 이와 같이 원자력발전소에서 사용되는 전동기들 중 적어도 일부는 원자력발전소의 안전 유지에 매우 중요하기 때문에, 하나의 무정전 전원 장치가 하나의 전동기에 무정전 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 즉, 원자력발전소에서는 전동기 단독부하에 무정전 전력이 공급될 수 있다.On the other hand, the nuclear power plant performs the function of maintaining the temperature, humidity and cleanliness of the control motor and the equipment room, the large electric motor used for the pump used for heat transfer and cooling, the electric motor for driving the isolation valve to prevent external leakage of the coolant in the event of a loss of coolant. Various types of electric motors are used, such as electric motors used for dampers of air conditioning systems and step motors used to control driving of control rods in nuclear reactors. Also, in nuclear power plants, pumps such as a reactor coolant pump (RCP), a plurality of pumps, a starting pump, a sea water pump (circulating water pump), and a safety injection pump are used. The reactor coolant pump is a pump that circulates the primary coolant and performs an important function of returning the primary coolant that has passed through the steam generator from the reactor vessel to the reactor vessel. Since at least some of the motors used in the nuclear power plant are very important for maintaining the safety of the nuclear power plant, one uninterruptible power supply device may be configured to supply uninterruptible power to one motor. That is, in a nuclear power plant, uninterruptible power can be supplied to a single motor load.

이러한 원자력발전소의 특성에 따라 전동기 단독부하를 위한 무정전 전원 장치에 전동기 기동 시 전동기의 인덕턴스로 인한 무효전력을 공급할 수 있는 큰 용량의 인버터가 사용되고 있다. 또한, 인버터에 직류 전력을 공급하는 충전기(Charger)와 배터리(Battery)의 용량도 역시 정격용량에 비해 크게 선정되고 있다. 그 결과, 전동기 단독부하를 위한 무정전 전원 장치의 용량이 전동기의 정격 용량의 수 배에 이르는 비효율이 발생하고 있다.According to the characteristics of the nuclear power plant, an inverter having a large capacity capable of supplying reactive power due to the inductance of the motor when the motor is started is being used to the uninterruptible power supply for the single load of the motor. In addition, the capacity of the charger and the battery that supplies DC power to the inverter is also largely selected compared to the rated capacity. As a result, inefficiency occurs in which the capacity of the uninterruptible power supply for single load of the motor is several times the rated capacity of the motor.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 원자력발전소에서 사용하고 있는 전동기 단독부하를 위한 무정전 전원 장치의 용량이 전동기의 기동 전류로 인해 전동기 정격 용량보다 훨씬 크게 사용되는 비효율을 개선할 수 있는 무정전 전원 장치 및 이의 제어 회로를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is an uninterruptible power supply capable of improving the inefficiency in which the capacity of the uninterruptible power supply for single load of an electric motor used in a nuclear power plant is significantly greater than the rated capacity of the motor due to the starting current of the motor and its It is to provide a control circuit.

본 발명의 일 측면에 따른 무정전 전원 장치는 전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급한다. 상기 무정전 전원 장치는 입력단을 통해 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 링크에 공급하는 충전기, 상기 DC 링크에 연결되어 상기 직류 전력을 충전하고 상기 직류 전력을 방전하는 배터리, 상기 DC 링크의 상기 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하여 상기 전동기에 공급하는 인버터, 및 상기 인버터의 출력단에 연결되는 무효전력 보상회로를 포함한다. 상기 무효전력 보상회로는 상기 전동기의 기동 시에 발생하는 상기 전동기의 인덕턴스를 보상하기 위하여, 상기 전동기의 기동 시에 미리 설정된 시간 동안 커패시턴스를 상기 인버터의 출력단에 제공하도록 구성된다.The uninterruptible power supply according to an aspect of the present invention supplies uninterruptible power to a single load of an electric motor. The uninterruptible power supply device is a charger that converts power supplied through an input terminal into DC power and supplies it to a DC link, a battery connected to the DC link to charge the DC power and discharge the DC power, and the DC to the DC link It includes an inverter that generates AC power from power and supplies it to the motor, and a reactive power compensation circuit connected to the output terminal of the inverter. The reactive power compensation circuit is configured to provide a capacitance to an output terminal of the inverter for a predetermined time when starting the electric motor, in order to compensate the inductance of the electric motor generated when the electric motor starts.

일 예에 따르면, 상기 무정전 전원 장치는 상기 인버터의 출력단에 연결되고 상기 커패시턴스를 갖는 커패시터, 상기 인버터의 출력단과 상기 커패시터 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 전동기의 기동 시점으로부터 미리 설정된 시간 동안 상기 제1 스위치가 단락되도록 상기 제1 스위치를 제어하는 제어 회로, 및 상기 제어 회로를 구동하기 위한 제어 전압을 생성하여 상기 제어 회로에 연결되는 제1 배선과 제2 배선 사이에 출력하는 제어 전압 생성부를 더 포함할 수 있다.According to one example, the uninterruptible power supply is connected to the output terminal of the inverter and the capacitor having the capacitance, a first switch connected between the output terminal of the inverter and the capacitor, the motor for a predetermined time from the start time of the motor A control circuit for controlling the first switch so that one switch is short-circuited, and a control voltage generator for generating a control voltage for driving the control circuit and outputting it between the first wire and the second wire connected to the control circuit It can contain.

다른 예에 따르면, 상기 제어 회로는 상기 제1 배선과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 전동기를 기동하기 위한 전동기 기동 신호에 응답하여 단락되는 제2 스위치, 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 연결되고 평상 시 단락되는 제3 스위치, 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되고, 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 제1 스위치가 단락되도록 상기 제1 스위치를 제어하는 제1 스위치 제어 소자, 및 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 연결되고, 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 미리 설정된 시간 후에 상기 제3 스위치가 개방되도록 상기 제3 스위치를 제어하는 제3 스위치 지연 제어 소자를 포함할 수 있다.According to another example, the control circuit is connected between the first wiring and the first node, and a second switch shorted in response to an electric motor starting signal for starting the electric motor, between the first node and the second wiring The first switch is connected to the third switch, which is normally short-circuited, connected in series with the third switch between the first node and the second wiring, and the first switch is shorted when the control voltage is applied to both ends. A first switch control element for controlling a switch, and the third switch is connected between the first node and the second wiring, and opens the third switch after the preset time when the control voltage is applied to both ends. And a third switch delay control element to control.

또 다른 예에 따르면, 상기 무정전 전원 장치는 상기 제1 스위치와 상기 제1 스위치 제어 소자를 포함하는 전자접촉기(Magnetic Contactor), 및 상기 제3 스위치와 상기 제3 스위치 지연 제어 소자를 포함하는 시지연 계전기(Time Delay Relay)를 더 포함할 수 있다.According to another example, the uninterruptible power supply device includes a magnetic contactor including the first switch and the first switch control element, and a delay delay including the third switch and the third switch delay control element It may further include a relay (Time Delay Relay).

또 다른 예에 따르면, 상기 제어 전압 생성부는 상기 인버터에서 생성되는 상기 교류 전력으로부터 상기 제어 전압을 생성하는 변압기일 수 있다.According to another example, the control voltage generator may be a transformer that generates the control voltage from the AC power generated by the inverter.

또 다른 예에 따르면, 상기 인버터의 출력단과 상기 전동기 사이의 차단기를 더 포함할 수 있다.According to another example, a breaker between the output terminal of the inverter and the electric motor may be further included.

본 발명의 일 측면에 따른 제어 회로는 전동기 단독부하에 교류 전력을 공급하는 인버터의 출력단에 연결된다. 상기 제어 회로는 상기 인버터의 출력단에 연결되는 커패시터, 상기 인버터의 출력단과 상기 커패시터 사이에 연결되고, 평상 시 개방되는 제1 스위치, 평상 시 개방되고, 상기 전동기의 구동 시에 단락되는 제2 스위치, 평상 시 단락되는 제3 스위치, 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치가 모두 단락 상태일 때 상기 제1 스위치를 단락하는 제1 스위치 제어 소자, 및 상기 제2 스위치가 단락되면, 미리 설정된 지연 시간 후에 상기 제3 스위치를 개방하는 제3 스위치 지연 제어 소자를 포함한다.The control circuit according to an aspect of the present invention is connected to an output terminal of an inverter that supplies AC power to a single motor load. The control circuit includes a capacitor connected to the output terminal of the inverter, a first switch connected between the output terminal of the inverter and the capacitor, and normally opened, and a second switch that is normally opened and shorted when the motor is driven, A third switch normally shorted, a first switch control element shorting the first switch when both the second switch and the third switch are shorted, and when the second switch is shorted, after a preset delay time And a third switch delay control element opening the third switch.

일 예에 따르면, 상기 제어 소자는 제어 전압의 전위차를 갖는 제1 배선과 제2 배선을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 스위치는 상기 제1 배선과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 전동기를 기동하기 위한 전동기 기동 신호에 응답하여 단락될 수 있다. 상기 제3 스위치와 상기 제1 스위치 제어 소자는 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 스위치 제어 소자는 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 제1 스위치를 단락할 수 있다. 상기 제3 스위치 제어 소자는 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 연결되고, 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 미리 설정된 지연 시간 후에 상기 제3 스위치를 개방할 수 있다.According to an example, the control element may further include a first wiring and a second wiring having a potential difference of the control voltage. The second switch is connected between the first wire and the first node, and may be shorted in response to a motor start signal for starting the motor. The third switch and the first switch control element may be connected in series between the first node and the second wiring. The first switch control element may short-circuit the first switch when the control voltage is applied to both ends. The third switch control element is connected between the first node and the second wiring, and when the control voltage is applied to both ends, the third switch may be opened after the preset delay time.

본 발명의 무정전 전원 장치는 원자력발전소의 전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급하기 위한 것으로서, 전동기 기동 시에 발생하는 인덕턴스를 커패시턴스로 보상함으로써, 무정전 전원 장치의 용량은 전동기가 기동할 때 발생하는 무효전력을 고려하지 않고 전동기가 정상적으로 동작할 때 필요한 정격 용량을 기준으로 선정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 무정전 전원 장치를 구성하는 인버터 용량을 종래에 비해 50% 이하로 감소시킬 수 있다. 인버터 용량이 감소됨에 따라, 충전기 용량 및 배터리 용량도 역시 감소될 수 있다. 따라서, 전력 공급 효율이 개선될 수 있으며, 비용이 감소할 수 있다.The uninterruptible power supply of the present invention is for supplying uninterruptible power to a single load of an electric motor of a nuclear power plant. By compensating the inductance generated when the motor starts, the capacitance of the uninterruptible power supply is a reactive power generated when the motor starts. It can be selected based on the rated capacity required when the motor operates normally without considering. According to the present invention, the inverter capacity constituting the uninterruptible power supply of the present invention can be reduced to 50% or less compared to the prior art. As the inverter capacity is reduced, the charger capacity and battery capacity can also be reduced. Therefore, the power supply efficiency can be improved, and the cost can be reduced.

도 1는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 무효전력 보상회로의 일부를 예시적으로 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 무효전력 보상회로의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a schematic block diagram of an uninterruptible power supply according to an embodiment.
2 is an exemplary block diagram of an uninterruptible power supply according to an embodiment.
3 exemplarily shows a part of the reactive power compensation circuit of the uninterruptible power supply according to an embodiment.
4 is a flow chart for explaining the operation of the reactive power compensation circuit of the uninterruptible power supply according to an embodiment.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments presented below, but can be implemented in various different forms, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. do. The embodiments presented below are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “comprises” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described herein, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.

도 1는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.1 is a schematic block diagram of an uninterruptible power supply according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 무정전 전원 장치(100)는 교류 전원(20)과 전동기(10) 사이에 연결되어, 무정전 교류 전력을 전동기(10)에 공급한다. 무정전 전원 장치(100)는 충전기(110), 배터리(120), 인버터(130), 및 무효전력 보상회로(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the uninterruptible power supply 100 is connected between the AC power supply 20 and the electric motor 10 to supply uninterruptible AC power to the electric motor 10. The uninterruptible power supply 100 includes a charger 110, a battery 120, an inverter 130, and a reactive power compensation circuit 140.

교류 전원은 계통 및 발전 시스템 중 적어도 하나를 포함한다. 계통은 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함할 수 있다. 계통이 정상 상태인 경우, 무정전 전원 장치(100)는 계통으로부터 전력을 공급받고 전동기(10)에 무정전 교류 전력을 공급할 수 있다. 계통으로부터 수신된 전력은 배터리(120)를 충전하는데 사용될 수 있다. 계통이 비정상 상태인 경우, 무정전 전원 장치(100)는 배터리(120)에 저장된 배터리 전력을 이용하여 무정전 교류 전력을 생성할 수 있다.The AC power source includes at least one of a grid and a power generation system. The system may include power plants, substations, transmission lines, and the like. When the system is in a normal state, the uninterruptible power supply 100 may receive power from the system and supply uninterruptible AC power to the electric motor 10. The power received from the system can be used to charge the battery 120. When the system is in an abnormal state, the uninterruptible power supply device 100 may generate uninterruptible AC power using battery power stored in the battery 120.

발전 시스템은 에너지원으로부터 전력을 생산하는 시스템으로서, 발전 전력을 무정전 전원 장치(100)에 공급할 수 있다. 발전 시스템은 예컨대 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 및 조력 발전 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 태양열이나 지열과 같은 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 모든 발전 시스템들이 교류 전원(20)에 포함될 수 있다.The power generation system is a system that generates power from an energy source, and can supply power to the uninterruptible power supply 100. The power generation system may include at least one of a solar power system, a wind power generation system, and a tidal power generation system, for example. For example, all power generation systems that generate electric power using renewable energy such as solar heat or geothermal heat may be included in the AC power source 20.

전동기(10)는 무정전 전원 장치(100)로부터 무정전 전력을 공급받는 단독부하로서, 원자력발전소의 중요 시스템에 포함될 수 있다. 예컨대, 전동기(10)는 원자력발전소의 냉각재 상실 사고 시 냉각재 외부 유출 방지를 위한 격리밸브를 구동하는 기능을 수행할 수 있다.The electric motor 10 is a single load that receives uninterruptible power from the uninterruptible power supply 100 and may be included in an important system of a nuclear power plant. For example, the electric motor 10 may perform a function of driving an isolation valve for preventing external leakage of coolant in the event of a loss of coolant in a nuclear power plant.

충전기(110)는 교류 전원(20)으로부터 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 링크(도 2의 102)에 공급할 수 있다. 배터리(120)는 DC 링크(102)에 연결되어 충전기(110)로부터 공급되는 직류 전력을 충전하고 인버터(130)에 직류 전력을 방전할 수 있다. 인버터(130)는 DC 링크(102)의 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하여 전동기(10)에 공급할 수 있다.The charger 110 may convert power supplied from the AC power source 20 into DC power and supply it to the DC link (102 of FIG. 2). The battery 120 is connected to the DC link 102 to charge DC power supplied from the charger 110 and discharge DC power to the inverter 130. The inverter 130 may generate AC power from DC power of the DC link 102 and supply it to the electric motor 10.

무효전력 보상회로(140)는 인버터(130)의 출력단에 연결될 수 있다. 무효전력 보상회로(140)는 전동기(10)의 기동 시에 발생하는 전동기(10)의 인덕턴스를 보상하기 위하여, 전동기(10)의 기동 시에 미리 설정된 시간(Td) 동안 커패시턴스를 인버터(130)의 출력단에 제공하도록 구성될 수 있다.The reactive power compensation circuit 140 may be connected to the output terminal of the inverter 130. The reactive power compensation circuit 140 inverts the capacitance for a predetermined time Td at the time of starting the electric motor 10 to compensate for the inductance of the electric motor 10 generated when the electric motor 10 starts. It can be configured to provide to the output of the.

무정전 전원 장치(100)는 인버터(130)의 출력단에 연결되는 차단기(150)를 더 포함할 수 있다. 차단기(150)는 인버터(130)의 출력단과 전동기(10) 사이에 연결되어, 인버터(130)에서 생성된 교류 전력이 전동기(10)에 공급되는 것을 차단할 수 있다.The uninterruptible power supply 100 may further include a circuit breaker 150 connected to the output terminal of the inverter 130. The circuit breaker 150 may be connected between the output terminal of the inverter 130 and the electric motor 10 to block the AC power generated by the inverter 130 from being supplied to the electric motor 10.

도 2 및 도 3을 참조로 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치를 더욱 자세히 설명한다.An uninterruptible power supply according to an embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 예시적인 블록도를 도시한다.2 is an exemplary block diagram of an uninterruptible power supply according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 무정전 전원 장치(100)는 충전기(110), 배터리(120), 인버터(130), 무효전력 보상회로(140), 및 차단기(150)를 포함할 수 있다.2, the uninterruptible power supply 100 may include a charger 110, a battery 120, an inverter 130, a reactive power compensation circuit 140, and a breaker 150.

충전기(110)는 입력단(101)을 통해 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 링크(102)에 공급할 수 있다. 충전기(110)는 입력단을 통해 공급되는 전력을 직류 링크 전압으로 변환하여 DC 링크(102)에 전달할 수 있다. 직류 링크 전압은 DC 링크(102)와 접지 사이의 전압을 의미할 수 있다. 직류 링크 전압은 예컨대 DC 125V일 수 있다.The charger 110 may convert power supplied through the input terminal 101 into DC power and supply it to the DC link 102. The charger 110 may convert power supplied through the input terminal to a DC link voltage and transmit it to the DC link 102. The DC link voltage may mean a voltage between the DC link 102 and ground. The DC link voltage may be, for example, DC 125V.

입력단(101)을 통해 공급되는 전력은 계통으로부터 공급되는 상용 교류 전력, 발전 시스템으로부터 공급되는 발전 교류 전력 및 발전 직류 전력 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 충전기(110)는 입력단(101)을 통해 공급되는 전력의 종류에 따라 컨버터 회로, 정류 회로 등과 같은 전력 변환 회로를 포함할 수 있다. The power supplied through the input terminal 101 may include at least one of commercial AC power supplied from a system, generated AC power supplied from a power generation system, and generated DC power. The charger 110 may include a power conversion circuit such as a converter circuit and a rectification circuit according to the type of power supplied through the input terminal 101.

입력단(101)을 통해 공급되는 전력이 교류 전력인 경우, 충전기(110)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위한 정류 회로를 포함할 수 있다. 입력단(101)을 통해 공급되는 전력이 직류 전력인 경우, 예컨대, 태양광 발전 시스템이 연결되는 경우, 충전기(110)는 직류 전력을 다른 직류 전력으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 태양광 발전 시스템이 연결되는 경우, 충전기(110)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 태양광 발전 시스템으로부터 최대의 전력을 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다.When the power supplied through the input terminal 101 is AC power, the charger 110 may include a rectifying circuit for converting AC power into DC power. When the power supplied through the input terminal 101 is DC power, for example, when a solar power system is connected, the charger 110 may include a DC-DC converter circuit for converting DC power to other DC power. have. For example, when the solar power system is connected, the charger 110 performs maximum power point tracking control to obtain maximum power from the solar power system according to changes in solar radiation, temperature, etc. It may include an MPPT converter.

입력단(101)을 통해 공급되는 전력의 순시 전압 강하, 전동기(10)의 부하 변동, 배터리(120)의 충전 상태 변동 등의 이유로 인하여 DC 링크(102)의 직류 링크 전압 크기가 불안정해질 수 있다. 직류 링크 전압은 충전기(110) 및 인버터(130)의 정상 동작을 위해 안정화될 필요가 있다. 도 2에 도시되지는 않았지만, 직류 링크 전압을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 DC 링크(102)와 접지 사이에 대용량 커패시터가 연결될 수 있다.The magnitude of the DC link voltage of the DC link 102 may become unstable due to reasons such as an instantaneous voltage drop of power supplied through the input terminal 101, a load variation of the electric motor 10, or a change in a charging state of the battery 120. The DC link voltage needs to be stabilized for normal operation of the charger 110 and the inverter 130. Although not shown in FIG. 2, a large-capacity capacitor may be connected between the DC link 102 and ground to maintain the DC link voltage substantially constant.

배터리(120)는 DC 링크(102)에 연결되어, 충전기(110)로부터 전력을 공급받아 저장하고, 저장하고 있는 전력을 인버터(130)를 통해 전동기(10)에 공급할 수 있다. 배터리(120)는 전력을 저장하는 배터리 셀들과 배터리 셀들의 충전 및 방전을 제어하고 배터리 셀들을 보호하는 배터리 관리부를 포함할 수 있다. 배터리(120)는 배터리 팩으로 지칭될 수도 있다.The battery 120 is connected to the DC link 102, receives power from the charger 110, stores it, and supplies the stored power to the electric motor 10 through the inverter 130. The battery 120 may include battery cells that store electric power and a battery manager that controls charging and discharging of the battery cells and protects the battery cells. The battery 120 may also be referred to as a battery pack.

배터리(120)는 전동기(10)가 정상적으로 동작할 때 소비되는 정격 용량을 기준으로 산정되는 용량을 가질 수 있다. 배터리(120)는 산정된 용량을 갖는 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 배터리 셀들은 직류 링크 전압에 대응하여 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀들은 납축전지, 리튬계 이차전지, 니켈-카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지 등으로 이루어질 수 있다.The battery 120 may have a capacity calculated based on the rated capacity consumed when the electric motor 10 is normally operated. The battery 120 may include a plurality of battery cells having a calculated capacity, and the plurality of battery cells may be connected in series, parallel, or series and parallel in response to the DC link voltage. The battery cells may be formed of a lead acid battery, a lithium-based secondary battery, a nickel-cadmium secondary battery, or a nickel-hydrogen secondary battery.

배터리 관리부는 배터리(120)의 충전 및 방전을 제어하고, 배터리(120)에 발생할 수 있는 위험을 감지하여 배터리(120)를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 배터리(120)는 충전 제어 스위치, 방전 제어 스위치 및 퓨즈 등의 보호 회로를 포함할 수 있으며, 보호 회로는 배터리 관리부에 의해 제어될 수 있다.The battery manager may control charging and discharging of the battery 120 and detect a danger that may occur in the battery 120 to protect the battery 120. The battery 120 may include a protection circuit such as a charge control switch, a discharge control switch, and a fuse, and the protection circuit may be controlled by the battery manager.

도 2에 도시되지 않았지만, DC 링크(102)와 배터리(120) 사이에 컨버터가 연결될 수 있다. 컨버터는 방전 모드에서 배터리(120)에 저장된 전력을 직류 링크 전압으로 변환하여 인버터(130)로 출력하고, 충전 모드에서 직류 링크 전압을 배터리(120)를 충전하기 위한 전압 레벨로 변환하여 배터리(120)로 출력하는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.Although not shown in FIG. 2, a converter may be connected between the DC link 102 and the battery 120. The converter converts the power stored in the battery 120 into a DC link voltage in the discharge mode, outputs it to the inverter 130, and converts the DC link voltage into a voltage level for charging the battery 120 in the charging mode to convert the battery 120 ) May include a bidirectional DC-DC converter output.

인버터(130)는 DC 링크(102)에 연결되어, DC 링크(102)의 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하여 전동기(10)에 공급할 수 있다. 인버터(130)는 DC 링크(102)의 직류 링크 전압을 전동기(10)에 적합한 교류 전압으로 변환하여 전동기(10)에 출력할 수 있다. 인버터(130)는 전동기(10)의 규격에 따라 예컨대 AC 480V를 출력할 수 있다.The inverter 130 may be connected to the DC link 102 to generate AC power from DC power of the DC link 102 and supply it to the electric motor 10. The inverter 130 may convert the DC link voltage of the DC link 102 to an AC voltage suitable for the motor 10 and output the converted DC voltage to the motor 10. The inverter 130 may output, for example, AC 480V according to the specification of the electric motor 10.

인버터(130)는 전동기(10)로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 인버터(130)는 무효전력의 발생을 억제 또는 제한하기 위하여 무효전력 보상회로(140)와 결합될 수 있다. 또한, 인버터(130)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena) 보호 또는 감소 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.The inverter 130 may include a filter for removing harmonics from the AC voltage output to the electric motor 10. The inverter 130 may be combined with the reactive power compensation circuit 140 to suppress or limit the generation of reactive power. In addition, the inverter 130 may perform functions such as limiting voltage fluctuation range, improving power factor, removing DC components, protecting or reducing transient phenomena, and the like.

차단기(150)는 인버터(130)의 출력단과 전동기(10) 사이에 연결된다. 차단기(150)는 무정전 전원 장치(10)와 전동기(10) 중 어느 하나에서 불량이 발생하였을 때 무정전 전원 장치(10)와 전동기(10)을 서로 분리할 수 있다. 일반적으로 차단기(150)는 단락 상태일 수 있다. 차단기(150)는 관리자가 직접 제어하거나, 위험을 감지하는 별도의 제어 장치의 제어에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 차단기(150)는 예컨대 고전압, 과전류 또는 고온을 스스로 감지하여 개방될 수도 있다.The circuit breaker 150 is connected between the output terminal of the inverter 130 and the electric motor 10. The breaker 150 may separate the uninterruptible power supply 10 and the electric motor 10 from each other when a failure occurs in one of the uninterruptible power supply 10 and the electric motor 10. Generally, the circuit breaker 150 may be in a short circuit state. The breaker 150 may be controlled directly by an administrator or automatically by a control of a separate control device that detects danger. The circuit breaker 150 may be opened by sensing for example high voltage, overcurrent, or high temperature by itself.

전동기(10)는 무정전 전원 장치(100)로부터 무정전 전력을 공급받는 단독부하일 수 있다. 예컨대, 전동기(10)는 원자력발전소의 냉각재 상실 사고 시 냉각재 외부 유출 방지를 위한 격리밸브를 구동하는 기능을 수행할 수 있다.The electric motor 10 may be a single load that receives uninterruptible power from the uninterruptible power supply 100. For example, the electric motor 10 may perform a function of driving an isolation valve for preventing external leakage of coolant in the event of a loss of coolant in a nuclear power plant.

차단기(150)와 전동기(10) 사이에 전동기 구동 스위치(11)가 연결될 수 있으며, 전동기 구동 스위치(11)는 전동기 기동 신호에 응답하여 단락되고 전동기 정지 신호에 응답하여 개방될 수 있다.An electric motor drive switch 11 may be connected between the breaker 150 and the electric motor 10, and the electric motor drive switch 11 may be shorted in response to the motor start signal and opened in response to the motor stop signal.

전동기 기동 신호에 응답하여 전동기 구동 스위치(11)가 단락되면 전동기(10)는 구동하기 시작할 수 있다. 전동기(10)가 기동할 때 대략 1초 이하의 짧은 순간에 큰 인덕턴스로 인하여 지상무효전력이 발생할 수 있다.When the motor drive switch 11 is shorted in response to the motor start signal, the motor 10 may start to drive. When the electric motor 10 starts, ground reactive power may be generated due to large inductance in a short moment of approximately 1 second or less.

종래에는 전동기(10)의 기동 시에 짧은 시간에 발생하는 지상무효전력을 공급할 수 있도록 큰 용량의 인버터(130)를 사용하거나, 별도의 인버터를 추가로 사용하여 전동기(10)에 공급되는 전력의 위상각을 변화시키는 방법이 사용된다.Conventionally, an inverter 130 having a large capacity is used to supply ground reactive power generated in a short time when the electric motor 10 is started, or an additional inverter is additionally used to reduce the power supplied to the electric motor 10. A method of changing the phase angle is used.

본 발명에 따르면, 무효전력 보상회로(140)는 전동기(10)의 기동 시에 발생하는 지상무효전력을 보상하기 위하여, 전동기(10)의 기동 시에 미리 설정된 시간(Td) 동안 커패시턴스를 인버터(130)의 출력단에 제공하도록 구성될 수 있다. 무효전력 보상회로(140)는 전동기(10)의 기동 시에 미리 설정된 시간(Td) 동안 진상무효전력을 공급함으로써, 전공기(10)의 기동 시에 발생하는 지상무효전력을 보상할 수 있다. 그에 따라, 인버터(130)의 용량은 전동기(10)의 기동 시에 발생하는 무효전력을 기준으로 하는 것이 아니라 전동기(10)가 정상적으로 동작할 때의 정격 전력을 기준으로 선정될 수 있기 때문에, 인버터(130)의 용량은 종래에 비해 감소될 수 있다. 그에 따라, 충전기(110) 및 배터리(120)의 용량도 역시 감소될 수 있다.According to the present invention, the reactive power compensation circuit 140 inverts the capacitance for a predetermined time (Td) at the start of the electric motor 10 to compensate for the ground reactive power generated when the electric motor 10 starts. 130). The reactive power compensation circuit 140 may compensate for ground reactive power generated when the electric motor 10 starts by supplying a true reactive power for a predetermined time Td when the electric motor 10 starts. Accordingly, the capacity of the inverter 130 can be selected based on the rated power when the electric motor 10 normally operates, rather than based on reactive power generated when the electric motor 10 starts. The capacity of 130 may be reduced compared to the prior art. Accordingly, the capacity of the charger 110 and the battery 120 may also be reduced.

구체적으로 무효전력 보상회로(140)는 커패시터(141), 제1 스위치(142), MC 제어 회로(143), 및 제어 전압 생성부(144)를 포함할 수 있다.Specifically, the reactive power compensation circuit 140 may include a capacitor 141, a first switch 142, an MC control circuit 143, and a control voltage generator 144.

제1 스위치(142)는 인버터(130)의 출력단에 연결되고, MC 제어 회로(143)에 의해 개폐가 제어된다. 제1 스위치(142)는 전자접촉기(magnetic contactor)의 a 접점(평상 시 개방 접점)으로 구성될 수 있으며, MC 제어 회로(143)는 제1 스위치(142)를 구성하는 전자접촉기의 코일을 포함할 수 있다.The first switch 142 is connected to the output terminal of the inverter 130, and opening and closing is controlled by the MC control circuit 143. The first switch 142 may be configured as a contact (normally open contact) of a magnetic contactor, and the MC control circuit 143 includes a coil of the magnetic contactor constituting the first switch 142 can do.

커패시터(141)는 제1 스위치(142)를 통해 인버터(130)의 출력단에 연결되고, 전동기(10)의 기동 시에 미리 설정된 시간(Td) 동안 제1 스위치(142)를 통해 인버터(130)의 출력단에 공급되는 커패시턴스를 가질 수 있다.The capacitor 141 is connected to the output terminal of the inverter 130 through the first switch 142, and the inverter 130 through the first switch 142 for a predetermined time Td at the start of the electric motor 10 It may have a capacitance supplied to the output terminal of the.

MC 제어 회로(143)는 전동기(10)의 기동 시점으로부터 미리 설정된 시간(Td) 동안 제1 스위치(142)가 단락되도록 제1 스위치(142)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 스위치(142)는 MC 제어 회로(143)에 의해 전동기(10)의 기동 시점으로부터 미리 설정된 시간(Td) 동안만 단락되며, 그에 따라 커패시터(141)는 인버터(130)의 출력단에 연결될 수 있다. 커패시터(141)는 전동기(10)의 기동 시에 발생하는 지상무효전력을 보상할 수 있는 진상무효전력을 유도할 수 있다. MC 제어 회로(143)는 제어 회로로 지칭될 수 있다.The MC control circuit 143 may be configured to control the first switch 142 such that the first switch 142 is short-circuited for a predetermined time Td from the starting time of the electric motor 10. The first switch 142 is shorted only for a predetermined time Td from the start time of the electric motor 10 by the MC control circuit 143, so that the capacitor 141 can be connected to the output terminal of the inverter 130 have. The capacitor 141 may induce a true reactive power capable of compensating the ground reactive power generated when the electric motor 10 is started. The MC control circuit 143 may be referred to as a control circuit.

커패시터(141)의 용량은 전동기(10)의 기동 시에 필요한 무효전력에서 인버터(130)가 공급할 수 있는 무효전력을 제외한 용량으로 선정될 수 있다.The capacity of the capacitor 141 may be selected as a capacity excluding reactive power that can be supplied by the inverter 130 from reactive power required when the electric motor 10 is started.

제1 스위치(142)가 단락되는 미리 설정된 시간(Td)은 전동기(10)의 기동 시간에 따라 설정될 수 있다. 전동기(10)의 용량 및 특성에 따라 기동 시에 발생시키는 지상무효전력의 크기 및 기간이 상이할 수 있다. 미리 설정된 시간(Td)은 전동기(10)의 용량 및 특성을 기초로 지상무효전력을 보상해야 할 시간으로 설정될 수 있다. 미리 설정된 시간(Td)은 1초 이하의 시간일 수 있다.The preset time Td when the first switch 142 is short-circuited may be set according to the starting time of the electric motor 10. Depending on the capacity and characteristics of the electric motor 10, the size and duration of ground reactive power generated at start-up may be different. The preset time Td may be set as a time for compensating the ground reactive power based on the capacity and characteristics of the electric motor 10. The preset time Td may be a time of 1 second or less.

제1 스위치(142)는 미리 설정된 시간(Td) 후에는 개방되어, 커패시터(141)는 인버터(130)의 출력단으로부터 분리된다. 인버터(130)가 미리 설정된 시간(Td) 후에 정상적으로 동작할 때는 커패시터(141)가 인버터(130)로부터 분리되므로, 커패시터(141)가 과전압이나 과전류를 발생시키는 등의 부정적인 영향을 주지 않을 수 있다.The first switch 142 is opened after a preset time Td, so that the capacitor 141 is separated from the output terminal of the inverter 130. When the inverter 130 normally operates after a preset time Td, the capacitor 141 is separated from the inverter 130, so that the capacitor 141 may not have a negative effect such as generating overvoltage or overcurrent.

MC 제어 회로(143)는 제어 전압이 인가되는 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2) 사이에 연결될 수 있다. 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2)의 전위차는 제어 전압과 동일하다. 제어 전압은 예컨대 AC 220V, AC 110V 또는 DC 125V일 수 있다. 제어 전압은 전술한 전압 외에 다른 전압일 수도 있다.The MC control circuit 143 may be connected between the first wiring W1 and the second wiring W2 to which the control voltage is applied. The potential difference between the first wiring W1 and the second wiring W2 is the same as the control voltage. The control voltage may be, for example, AC 220V, AC 110V or DC 125V. The control voltage may be a voltage other than the voltage described above.

제어 전압 생성부(144)는 제어 회로를 구동하기 위한 제어 전압을 생성하여 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2) 사이에 출력할 수 있다. 제어 전압이 AC 220V 또는 AC 110V인 경우, 제어 전압 생성부(144)는 인버터(130)의 출력단에 연결되는 변압기일 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어 전압 생성부(144)는 DC 링크(102)의 직류 링크 전압으로부터 제어 전압을 생성하는 소용량 인버터일 수 있다.The control voltage generator 144 may generate a control voltage for driving the control circuit and output it between the first wiring W1 and the second wiring W2. When the control voltage is AC 220V or AC 110V, the control voltage generator 144 may be a transformer connected to the output terminal of the inverter 130. According to another example, the control voltage generator 144 may be a small capacity inverter that generates a control voltage from the DC link voltage of the DC link 102.

다른 예에 따라서 제어 전압이 DC 125V인 경우, 제어 전압 생성부(144)는 배터리(120) 양단의 DC 링크(102)와 접지를 각각 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2)에 연결하는 배선을 포함할 수 있다. 제어 전압이 예컨대 DC 24V와 같이 다른 크기의 직류 전압인 경우, 제어 전압 생성부(1440는 DC 링크(102)의 직류 링크 전압으로부터 제어 전압을 생성하는 DC-DC 컨버터일 수 있다.According to another example, when the control voltage is DC 125V, the control voltage generator 144 connects the DC link 102 and the ground across the battery 120 to the first wiring W1 and the second wiring W2, respectively. It may include wiring. When the control voltage is a DC voltage having a different size, for example, DC 24V, the control voltage generator 1440 may be a DC-DC converter that generates a control voltage from the DC link voltage of the DC link 102.

아래에서는 도 3을 참조하여 MC 제어 회로(143)의 일 예에 대하여 더욱 자세히 설명한다.Hereinafter, an example of the MC control circuit 143 will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 3은 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 무효전력 보상회로의 일부를 예시적으로 도시한다.3 exemplarily shows a part of the reactive power compensation circuit of the uninterruptible power supply according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 무효전력 보상회로(140)는 커패시터(141), 제1 스위치(142),및 MC 제어 회로(143)를 포함한다. 무효전력 보상회로(140)는 인버터(130)의 출력단에 연결되는 제어 회로로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 3, the reactive power compensation circuit 140 includes a capacitor 141, a first switch 142, and an MC control circuit 143. The reactive power compensation circuit 140 may be referred to as a control circuit connected to the output terminal of the inverter 130.

MC 제어 회로(143)에는 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2)을 통해 제어 전압(Vc)이 공급될 수 있다. 도 3에는 제어 전압(Vc)을 공급하는 제어 전압 생성부(도 2의 144)이 도시되지 않지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 무효전력 보상회로(140)는 제어 전압 생성부(144)를 포함할 수 있다.The control voltage Vc may be supplied to the MC control circuit 143 through the first wiring W1 and the second wiring W2. Although the control voltage generator (144 in FIG. 2) for supplying the control voltage Vc is not shown in FIG. 3, as shown in FIG. 2, the reactive power compensation circuit 140 uses the control voltage generator 144. It can contain.

도 3에 도시된 바와 같이, 커패시터(141)와 제1 스위치(142)는 제3 배선(W3)과 제4 배선(W4) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 제3 배선(W3)은 인덕터(도 2의 130)의 출력단에 연결될 수 있으며, 제4 배선(W4)은 도 2에 도시된 바와 같이 접지에 연결될 수 있다.As illustrated in FIG. 3, the capacitor 141 and the first switch 142 may be connected in series between the third wire W3 and the fourth wire W4. The third wiring W3 may be connected to the output terminal of the inductor (130 of FIG. 2 ), and the fourth wiring W4 may be connected to ground as illustrated in FIG. 2.

MC 제어 회로(143)는 제2 스위치(145), 제3 스위치(146), 제1 스위치 제어 소자(147) 및 제3 스위치 지연 제어 소자(148)를 포함할 수 있다.The MC control circuit 143 may include a second switch 145, a third switch 146, a first switch control element 147 and a third switch delay control element 148.

제2 스위치(145)는 제1 배선(W1)과 제1 노드(Na) 사이에 연결되고, 전동기(10)를 기동하기 위한 전동기 기동 신호에 응답하여 단락될 수 있다. 제2 스위치(145)는 a 접점(평상 시 개방 접점)으로 구성될 수 있으며, 전동기(10)의 구동 시에 단락될 수 있다. 제2 스위치(145)는 전동기 구동 스위치(도 2의 11)와 동일하게 개방 및 단락될 수 있다. 즉, 제2 스위치(145)는 전동기 기동 신호에 응답하여 단락되고 전동기 정지 신호에 응답하여 개방될 수 있다.The second switch 145 is connected between the first wiring W1 and the first node Na, and may be shorted in response to an electric motor starting signal for starting the electric motor 10. The second switch 145 may be configured as a contact (normally open contact), and may be shorted when the motor 10 is driven. The second switch 145 may be opened and shorted in the same way as the motor drive switch (11 in FIG. 2). That is, the second switch 145 may be shorted in response to the motor start signal and open in response to the motor stop signal.

제3 스위치(146)는 제1 노드(Na)와 제2 배선(W2) 사이에 연결될 수 있다. 제3 스위치(146)는 b 접점(평상 시 단락 접점)으로 구성될 수 있다. 제3 스위치(146)는 제3 스위치 지연 제어 소자(148)에 의해 지연하여 개방될 수 있다.The third switch 146 may be connected between the first node Na and the second wiring W2. The third switch 146 may be configured as a b contact (normally shorted contact). The third switch 146 may be opened by being delayed by the third switch delay control element 148.

제1 스위치 제어 소자(147)는 제1 노드(Na)와 제2 배선(W2) 사이에 제3 스위치(146)와 직렬로 연결될 수 있다. 제1 스위치 제어 소자(147)는 양단에 제어 전압(Vc)이 인가되면, 제1 스위치(142)가 단락되도록 제1 스위치(142)를 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 스위치(142)가 단락되면, 커패시터(141)가 인버터(130)의 출력단에 연결되어 지상무효전력을 보상할 수 있다. 제1 스위치(142)와 제1 스위치 제어 소자(147)는 전자접촉기(magnetic contactor)를 구성할 수 있다. 제1 스위치(142)는 전자접촉기의 a 접점으로 구성되고, 제1 스위치 제어 소자(147)는 전자접촉기의 코일로 구성될 수 있다.The first switch control element 147 may be connected in series with the third switch 146 between the first node Na and the second wiring W2. When the control voltage Vc is applied to both ends of the first switch control element 147, the first switch 142 may control the first switch 142 such that the first switch 142 is short-circuited. As described above, when the first switch 142 is short-circuited, the capacitor 141 is connected to the output terminal of the inverter 130 to compensate for ground reactive power. The first switch 142 and the first switch control element 147 may constitute a magnetic contactor. The first switch 142 may be configured as a contact of the magnetic contactor, and the first switch control element 147 may be configured as a coil of the electromagnetic contactor.

제2 스위치(145)와 제3 스위치(146) 및 제1 스위치 제어 소자(147)는 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2) 사이에 직렬로 연결되므로, 제1 스위치 제어 소자(147)는 제2 스위치(145)와 제3 스위치(146)가 모두 단락 상태일 때 제1 스위치(142)를 단락시킬 수 있다.Since the second switch 145 and the third switch 146 and the first switch control element 147 are connected in series between the first wire W1 and the second wire W2, the first switch control element 147 ) May short-circuit the first switch 142 when both the second switch 145 and the third switch 146 are short-circuited.

제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 제1 노드(Na)와 제2 배선(W2) 사이에 연결될 수 있다. 제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 양단에 제어 전압(Vc)이 인가되면, 미리 설정된 시간(Td) 후에 제3 스위치(146)가 개방되도록 제3 스위치(146)를 제어할 수 있다.The third switch delay control element 148 may be connected between the first node Na and the second wiring W2. When the control voltage Vc is applied to both ends of the third switch delay control element 148, the third switch 146 may be controlled to open after the preset time Td.

제3 스위치(146)와 제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 시지연 계전기(Time Delay Relay)를 구성할 수 있다. 제3 스위치(146)는 시지연 계전기의 a 접점으로 구성되고, 제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 시지연 계전기의 코일로 구성될 수 있다. 시지연 계전기는 미리 설정된 지연 시간(Td)을 설정할 수 있는 타이머를 포함할 수 있다. 시지연 계전기는 타이머가 통전을 시작하고 미리 설정된 지연 시간(Td) 후에 동작하고, 타이머에 통전이 멈추면 바로 복귀할 수 있다.The third switch 146 and the third switch delay control element 148 may constitute a time delay relay. The third switch 146 may be configured as a contact of the delayed relay, and the third switch delay control element 148 may be configured as a coil of the delayed relay. The time delay relay may include a timer capable of setting a preset delay time Td. The time delay relay is operated after the timer starts energizing and after a preset delay time (Td), and can immediately return when the timer stops energizing.

제2 스위치(145)와 제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 제1 배선(W1)과 제2 배선(W2) 사이에 직렬로 연결되므로, 제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 제2 스위치(145)가 단락되면 미리 설정된 지연 시간(Td) 후에 제3 스위치(146)를 개방하고, 제2 스위치(145)가 개방되면 제3 스위치(146)를 단락시킬 수 있다.Since the second switch 145 and the third switch delay control element 148 are connected in series between the first wire W1 and the second wire W2, the third switch delay control element 148 is the second switch When 145 is shorted, the third switch 146 may be opened after a preset delay time Td, and when the second switch 145 is opened, the third switch 146 may be shorted.

도 4는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 무효전력 보상회로의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flow chart for explaining the operation of the reactive power compensation circuit of the uninterruptible power supply according to an embodiment.

도 4에서는 도 3의 기호와 일치하도록, 제1 스위치(142)는 MC로 표시하고, 제1 스위치 제어 소자(147)는 MC 코일로 표시한다. 제3 스위치(146)는 TC로 표시하고, 제3 스위치 지연 제어 소자(148)는 TC 코일로 표시한다. 제2 스위치(145)는 AC로 표시하고, 커패시터(141)는 CAP으로 표시한다.In FIG. 4, the first switch 142 is indicated by MC, and the first switch control element 147 is indicated by MC coil to match the symbol of FIG. 3. The third switch 146 is indicated by TC, and the third switch delay control element 148 is indicated by the TC coil. The second switch 145 is indicated by AC, and the capacitor 141 is indicated by CAP.

도 4를 참조하면, 전동기(10)를 기동시키기 위한 전동기 기동 신호가 출력될 수 있다(S10). 전동기 기동 신호는 원자력발전소의 관리자에 의해 수동으로 출력되거나, 원자력발전소의 통합 제어 시스템이 자신의 제어 알고리즘에 따라 출력한 신호일 수 있다.Referring to FIG. 4, an electric motor start signal for starting the electric motor 10 may be output (S10 ). The motor start signal may be manually output by the manager of the nuclear power plant, or may be a signal output by the integrated control system of the nuclear power plant according to its control algorithm.

제2 스위치(145, AC)는 전동기 기동 신호에 응답하여 단락된다(S20). 제2 스위치(145, AC)가 단락됨에 따라 제3 스위치 지연 제어 소자(148, TC 코일)이 여자되고, 제3 스위치(146, TC)는 평상 시 단락 접점으로서 단락 상태이므로 제1 스위치 제어 소자(147, MC 코일)이 여자된다(S30).The second switches 145 and AC are shorted in response to the motor starting signal (S20). As the second switches 145 and AC are short-circuited, the third switch delay control element 148 and TC coil are excited, and the third switches 146 and TC are normally short-circuited as short-circuit contacts, so the first switch control element (147, MC coil) is excited (S30).

제1 스위치 제어 소자(147, MC 코일)이 여자됨에 따라, 제1 스위치(142, MC)는 단락되고(S40), 커패시터(141, CAP)는 인버터(130)의 출력단에 연결된다(S50).As the first switch control elements 147 and MC coils are excited, the first switches 142 and MC are short-circuited (S40), and the capacitors 141 and CAP are connected to the output terminal of the inverter 130 (S50). .

전동기 기동 신호에 의해 전동기(130)가 기동을 시작하자마자 커패시터(141, CAP)가 인버터(130)의 출력단에 연결됨으로써, 전동기(130)의 기동 시에 발생하는 지상무효전력은 보상될 수 있다.As soon as the motor 130 starts to start by the motor start signal, the capacitors 141 and CAP are connected to the output terminal of the inverter 130, so that the ground reactive power generated when the motor 130 starts can be compensated.

제3 스위치 지연 제어 소자(148, TC 코일)에 의해 미리 설정된 지연 시간(Td) 후에 제3 스위치(146, TC)가 개방된다(S60). 그에 따라, 제1 스위치 제어 소자(147, MC 코일)이 소자되고(S70), 제1 스위치(142, MC)는 개방된다(S80). 제1 스위치(142, MC)의 개방에 의해 커패시터(141, CAP)는 인버터(130)의 출력단에서 분리된다(S90).After the preset delay time Td by the third switch delay control element 148 (TC coil), the third switches 146 and TC are opened (S60). Accordingly, the first switch control element 147 (MC coil) is elementd (S70), and the first switches 142, MC are opened (S80). The capacitors 141 and CAP are separated from the output terminal of the inverter 130 by opening the first switches 142 and MC (S90).

이후, 전동기(10)는 정상적으로 구동한다(S100). 전동기(10)가 정상적으로 구동하기 전에, 커패시터(141, CAP)가 인버터(130)의 출력단으로부터 분리되므로, 커패시터(141, CAP)은 인버터(130) 및 전동기(10)의 정상적인 동작을 방해하지 않는다. 즉, 커패시터(141, CAP)는 인버터(130)에 진상무효전력을 발생시키지 않을 수 있다.Thereafter, the electric motor 10 is driven normally (S100). Before the electric motor 10 is normally driven, since the capacitors 141 and CAP are separated from the output terminal of the inverter 130, the capacitors 141 and CAP do not interfere with the normal operation of the inverter 130 and the electric motor 10. . That is, the capacitors 141 and CAP may not generate true reactive power to the inverter 130.

따라서, 인버터(130)는 전동기(10)가 정상적으로 동작할 때 필요로 하는 정격 전력을 기준으로 설계될 수 있으므로, 인버터(130)의 용량은 종래에 비해 크게 감소될 수 있다. 예컨대, 전동기(10)의 기동 시에 발생하는 지상무효전력으로 인하여 전동기(10)의 기동 시에는 정상적으로 동작할 때 필요한 전류에 비해 수 배(대략 6배 정도) 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면 대략 1/6로 용량을 줄일 수 있다.Therefore, since the inverter 130 can be designed based on the rated power required when the electric motor 10 normally operates, the capacity of the inverter 130 can be significantly reduced compared to the conventional one. For example, due to the ground reactive power generated when the motor 10 is started, a current several times (about 6 times) larger than the current required for normal operation when the motor 10 is started to flow. Therefore, according to the present invention, the capacity can be reduced to approximately 1/6.

또한, 인버터(130)의 용량을 감소시킬 수 있으므로, 이와 연결되는 충전기(110) 및 축전지(120)의 용량도 역시 감소시킬 수 있다. 따라서, 구매비용을 절감할 수 있으며, 물리적인 공간도 확보할 수 있다.In addition, since the capacity of the inverter 130 can be reduced, the capacity of the charger 110 and the storage battery 120 connected thereto may also be reduced. Therefore, it is possible to reduce the purchase cost and secure physical space.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described by specific matters such as specific components and limited examples and drawings, but it is provided to help a more comprehensive understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, Those skilled in the art to which the invention pertains may seek various modifications and changes from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and should not be determined, and the scope of the spirit of the present invention as well as the claims to be described later, as well as all ranges that are equivalent to or equivalently changed from the claims Would belong to

10: 전동기
11: 전동기 구동 스위치
20: 교류 전원
100: 무정전 전원 장치
110: 충전기
120: 배터리
130: 인버터
140: 무효전력 보상 회로
141: 커패시터(CAP)
142: 제1 스위치(MC)
143: MC 제어 회로
144: 제어 전압 생성부
145: 제2 스위치(AC)
146: 제3 스위치(TC)
147: 제1 스위치 제어 소자(MC 코일)
148: 제3 스위치 지연 제어 소자(TC 코일)
150: 차단기10: electric motor
11: Motor drive switch
20: AC power
100: uninterruptible power supply
110: charger
120: battery
130: inverter
140: reactive power compensation circuit
141: capacitor (CAP)
142: first switch (MC)
143: MC control circuit
144: control voltage generator
145: second switch (AC)
146: third switch (TC)
147: first switch control element (MC coil)
148: third switch delay control element (TC coil)
150: breaker

Claims (8)

전동기 단독부하에 무정전 전력을 공급하는 무정전 전원 장치로서,
입력단을 통해 공급되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 링크에 공급하는 충전기;
상기 DC 링크에 연결되어 상기 직류 전력을 충전하고 상기 직류 전력을 방전하는 배터리;
상기 DC 링크의 상기 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하여 상기 전동기에 공급하는 인버터; 및
상기 인버터의 출력단에 연결되는 무효전력 보상회로를 포함하고,
상기 무효전력 보상회로는 상기 전동기의 기동 시에 발생하는 상기 전동기의 인덕턴스를 보상하기 위하여, 상기 전동기의 기동 시에 미리 설정된 시간 동안 커패시턴스를 상기 인버터의 출력단에 제공하도록 구성되는 무정전 전원 장치.An uninterruptible power supply that supplies uninterruptible power to a single motor load.
A charger that converts power supplied through an input terminal into DC power and supplies it to a DC link;
A battery connected to the DC link to charge the DC power and discharge the DC power;
An inverter that generates AC power from the DC power of the DC link and supplies it to the electric motor; And
It includes a reactive power compensation circuit connected to the output terminal of the inverter,
The reactive power compensation circuit is an uninterruptible power supply device configured to provide a capacitance to an output terminal of the inverter for a predetermined time when starting the electric motor, in order to compensate for the inductance of the electric motor generated when the electric motor starts. 제1항에 있어서,
상기 인버터의 출력단에 연결되고 상기 커패시턴스를 갖는 커패시터;
상기 인버터의 출력단과 상기 커패시터 사이에 연결되는 제1 스위치;
상기 전동기의 기동 시점으로부터 미리 설정된 시간 동안 상기 제1 스위치가 단락되도록 상기 제1 스위치를 제어하는 제어 회로; 및
상기 제어 회로를 구동하기 위한 제어 전압을 생성하여 상기 제어 회로에 연결되는 제1 배선과 제2 배선 사이에 출력하는 제어 전압 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.According to claim 1,
A capacitor connected to the output terminal of the inverter and having the capacitance;
A first switch connected between the output terminal of the inverter and the capacitor;
A control circuit for controlling the first switch such that the first switch is shorted for a predetermined time from the starting time of the electric motor; And
And a control voltage generator which generates a control voltage for driving the control circuit and outputs it between a first wire and a second wire connected to the control circuit. 제2항에 있어서,
상기 제어 회로는,
상기 제1 배선과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 전동기를 기동하기 위한 전동기 기동 신호에 응답하여 단락되는 제2 스위치;
상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 연결되고 평상 시 단락되는 제3 스위치;
상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되고, 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 제1 스위치가 단락되도록 상기 제1 스위치를 제어하는 제1 스위치 제어 소자; 및
상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 연결되고, 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 미리 설정된 시간 후에 상기 제3 스위치가 개방되도록 상기 제3 스위치를 제어하는 제3 스위치 지연 제어 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.According to claim 2,
The control circuit,
A second switch connected between the first wiring and the first node and shorted in response to an electric motor starting signal for starting the electric motor;
A third switch connected between the first node and the second wire and normally shorted;
A first switch control element connected in series with the third switch between the first node and the second wiring, and controlling the first switch so that the first switch is shorted when the control voltage is applied to both ends; And
And a third switch delay control element connected between the first node and the second wiring, and controlling the third switch to open the third switch after the preset time when the control voltage is applied to both ends. Uninterruptible power supply, characterized in that. 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치와 상기 제1 스위치 제어 소자를 포함하는 전자접촉기(Magnetic Contactor); 및
상기 제3 스위치와 상기 제3 스위치 지연 제어 소자를 포함하는 시지연 계전기(Time Delay Relay)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.According to claim 3,
A magnetic contactor including the first switch and the first switch control element; And
An uninterruptible power supply device further comprising a time delay relay including the third switch and the third switch delay control element. 제2항에 있어서,
상기 제어 전압 생성부는 상기 인버터에서 생성되는 상기 교류 전력으로부터 상기 제어 전압을 생성하는 변압기인 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.According to claim 2,
The uninterruptible power supply device, wherein the control voltage generator is a transformer that generates the control voltage from the AC power generated by the inverter. 제1항에 있어서,
상기 인버터의 출력단과 상기 전동기 사이의 차단기를 더 포함하는 무정전 전원 장치.According to claim 1,
An uninterruptible power supply further comprising a circuit breaker between the output terminal of the inverter and the electric motor. 전동기 단독부하에 교류 전력을 공급하는 인버터의 출력단에 연결되는 제어 회로로서,
상기 인버터의 출력단에 연결되는 커패시터;
상기 인버터의 출력단과 상기 커패시터 사이에 연결되고, 평상 시 개방되는 제1 스위치;
평상 시 개방되고, 상기 전동기의 구동 시에 단락되는 제2 스위치;
평상 시 단락되는 제3 스위치;
상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치가 모두 단락 상태일 때 상기 제1 스위치를 단락하는 제1 스위치 제어 소자; 및
상기 제2 스위치가 단락되면, 미리 설정된 지연 시간 후에 상기 제3 스위치를 개방하는 제3 스위치 지연 제어 소자를 포함하는 제어 회로.As a control circuit connected to the output terminal of the inverter that supplies AC power to the single load of the motor,
A capacitor connected to the output terminal of the inverter;
A first switch connected between the output terminal of the inverter and the capacitor and normally opened;
A second switch that is normally open and shorted when the motor is driven;
A third switch that is normally short-circuited;
A first switch control element short-circuiting the first switch when both the second switch and the third switch are in a short-circuit state; And
And a third switch delay control element that opens the third switch after a preset delay time when the second switch is short-circuited. 제7항에 있어서,
제어 전압의 전위차를 갖는 제1 배선과 제2 배선을 더 포함하고,
상기 제2 스위치는 상기 제1 배선과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 전동기를 기동하기 위한 전동기 기동 신호에 응답하여 단락되고,
상기 제3 스위치와 상기 제1 스위치 제어 소자는 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 직렬로 연결되고,
상기 제1 스위치 제어 소자는 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 제1 스위치를 단락하고,
상기 제3 스위치 제어 소자는 상기 제1 노드와 상기 제2 배선 사이에 연결되고, 양단에 상기 제어 전압이 인가되면 상기 미리 설정된 지연 시간 후에 상기 제3 스위치를 개방하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
The method of claim 7,
Further comprising a first wiring and a second wiring having a potential difference of the control voltage,
The second switch is connected between the first wire and the first node, and is shorted in response to a motor start signal for starting the motor,
The third switch and the first switch control element are connected in series between the first node and the second wiring,
The first switch control element shorts the first switch when the control voltage is applied to both ends,
The third switch control element is connected between the first node and the second wiring, and when the control voltage is applied to both ends, the control circuit characterized in that the third switch is opened after the preset delay time.
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