KR20200104067A - 스마트 전력 스위칭 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20200104067A
KR20200104067A KR1020190022502A KR20190022502A KR20200104067A KR 20200104067 A KR20200104067 A KR 20200104067A KR 1020190022502 A KR1020190022502 A KR 1020190022502A KR 20190022502 A KR20190022502 A KR 20190022502A KR 20200104067 A KR20200104067 A KR 20200104067A
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Abstract

본 발명은 생산된 전력을 수용가 공급 전 단계에서 정전이 발생되지 않는 방식으로 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 자동으로 스위칭 대상을 결정하는 등 가변 스위치를 추가, 활용하여 스마트한 방법으로 3상 전력선 대상을 스위칭 하는 스위칭 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 수용가에서 랜덤하게 발생되는 수용가 부하 불 평형을 해결하기 위해 전력 위상 변환 기술을 활용하여 상기 수용가에 공급되는 A, B, C 3상 전력선을 자동 변경하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다
당 발명은 수용가 전단계 변압기 까지의 기존 전송방식을 유지 하면서 수용가 단계에서의 전력 손실을 최소화하여 에너지 효율을 극대화 하려는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 A상, B상, C상에서 전력을 공급받는 다수 수용가의 사용 전력이 수시로 랜덤 변동하여도 수용가에 공급되는 A상, B상, C상의 전류가 자동으로 균등하게 분배되도록 하여 영상전류 손실을 최소화 하기위한 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

스마트 전력 스위칭 방법 및 시스템{Smart power switching method and system}
본 발명은 생산된 전력을 수용가 공급 전 단계에서 정전이 발생되지 않는 방식으로 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 자동으로 스위칭 대상을 결정하는 등 스마트한 방법으로 3상 전력선 대상을 스위칭 하는 스위칭 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전력선 손실과 역율 손실 등 송배전과정에서 전력 손실을 줄이는 분야와 별개로 수용가 부하 불 평형 손실 전류, 영상전류 손실을 줄이기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근, 원자력, 수력, 화력, 태양광, 풍력 등 다양한 발전 방식을 통해 생산된 전력을 수용가 까지 손실 없이 전달하기 위한 기술들이 첨단 기술과 접목하고자 하는 다양한 기술이 발전되고 있다.
그러나, 현재의 기술들은 생산된 전력을 수용가 전 단계 변압기까지의 손실을 줄이기 위한 기술들에 관한 것들이 대부분이며 수용가 전 단계 변압기에서 수용가로 연결되어 단상 220Vac 또는 110Vac를 수용가에 공급하는 과정의 손실에 관한 문제를 해결하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 당 발명이 3상의 모든 전류를 모니터링 하여 자동 스위칭하는 데 반하여 고압배전선에 설치된 변류기의 잔류회로에 흐르는 영상전류를 검출하여 상 전환 개폐기를 구동하는 방식으로 3상회로의 부하 불평등을 해소하는 방법에 관한 국제 등록 특허 03863123, 선 간 단락전류에 의한 아크를 발생 방지할 수 있는 고압 배전선의 상전환 장치 국제출원특허 07066048 등, 당 발명과는 다른 목적과 방법의 상 전환 3상 회로 불평등 제어 시스템에 관한 기술도 제안되고 있다.
본 발명은 생산된 전력을 수용가 공급 전 단계에서 정전이 발생되지 않는 방식으로 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 자동으로 스위칭 대상을 결정하는 등 가변 스위치를 추가, 활용하여 스마트한 방법으로 3상 전력선 대상을 스위칭 하는 스위칭 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 수용가에서 랜덤하게 발생되는 수용가 부하 불 평형을 해결하기 위해 전력 위상 변환 기술을 활용하여 상기 수용가에 공급되는 A, B, C 3상 전력선을 자동 변경하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다
당 발명은 수용가 전단계 변압기 까지의 기존 전송방식을 유지 하면서 수용가 단계에서의 전력 손실을 최소화하여 에너지 효율을 극대화 하려는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 A상, B상, C상에서 전력을 공급받는 다수 수용가의 사용 전력이 수시로 랜덤 변동하여도 수용가에 공급되는 A상, B상, C상의 전류가 자동으로 균등하게 분배되도록 하여 영상전류 손실을 최소화 하기위한 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 생산된 전력을 수용가 공급 전 단계에서 정전이 발생되지 않는 방식으로 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 자동으로 가변 스위치를 추가, 활용하여 스위칭 대상을 결정하는 등 스마트한 방법으로 3상 전력선 대상을 스위칭 하는 스마트 전력 스위칭 방법 및 시스템에 관한 것으로써,
기존의 수용가 전력공급 전 단계에서
수용가 부하 불 평형 발생 시 각 수용가에 개별 공급되는 전류 또는 전력을 수집하기 위한 센싱부;
수용가 연결 전력선 변압기에서 공급되는 A, B, C상 이외에 별도의 가변 스위치를 활용하여 A, B, C상을 변경하면서 공급할 수 있으며 상기 공급하는 A, B, C상과 가변 스위치의 변이는 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하는 방법으로 변경하면서 공급할 수 있는 위상 변환부;
상기 위상변환부 연결 전력선과 변압기 연결 전력선을 임의로 수용가에 연결 및 절체할 수 있는 스위칭부;를 구비하고
위상 변환부와 스위칭부를 제어하여 수용가에 정전과 배선회로 쇼트가 발생되지 않도록 하면서 A, B, C상을 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 부하 불평용 허용 값을 초과하면 상기 변압기에서 수용가로 공급되는 A, B, C 전력 상을 자동으로 변경가능 하도록 수용가에 공급되는 A, B, C상을 변경하는 제어부;를 포함하는 스마트 전력 스위칭 시스템을 제공한다.
당 발명에 의한, 스위칭 변환 시스템을 통하여 발생되는 계통손실에 의한 전력손실을 줄일 수 있으며 수용가에서 사용하는 전력 부하의 불 평형으로 인해 발생되는 영상전류를 줄임으로써 사용 전 손실되는 부하 불 평형 손실을 최대로 줄일 수 있어 전력사용 효율을 크게 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명은 자동으로 수용가 부하 불 평형을 해소함으로써 현재 부하 불평형 손실 30% 이상 발생 시 작업자가 수작업으로 배전부에서 수용가까지의 전력선을 재배치해야하는 공사를 없애고 이에 따른 전력운영 비용을 크게 낮출 수 있다.
도 1a는 기존의 전력수용가의 전력공급 예시도이다.
도 1b는 기존의 전력수용가의 전력선 연결 예시도이다.
도 1c는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 전력선 연결 예시도이다.
도 1d는 당 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 전력 스위칭 시스템 모듈 구성 도면이다.
도 2a는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 부하 불평형에 의해 발생되는 전력손실을 방지하기 위한 시스템에 대한 블록도이다.
도 2b는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 연결 전력선(225)의 상(A, B, C상)을 상호 변경(스위칭)할 경우 발생될 수 있는 상기 각 수용가의 정전현상과 배전회로 쇼트 방지를 위해 위상변환부의 상변환 과정과 스위칭부의 전력선 연결 및 절체에 대한 예시도이다.
도 2c는 당 발명의 일 실시 예에 따른 위상변환부에서 수용가에 단독으로 공급하고 있는 전력상을 다른 전력 상으로 변환 시 상기 수용가에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 변환할 수 있도록 한 위상 변환부 일예에 대한 블록도이다.
도 3은 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 불평형 부하를 재조정하여 부하 평형을 만드는 과정에 대한 순서도이다.
도 4는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 정전 발생 및 배전회로 쇼트 사고 없이 수용가에 연결된 A상 전력선을 B상 전력선으로 변경하는 일예에 대한 순서도이다
도 5는 당 발명의 일 실시 예에 따른 위상변환부에서 수용가에 단독으로 공급하고 있는 전력상을 다른 전력상으로 변환시 상기 수용가에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 변환하는 일예에 대한 순서도이다
도 6과 도 7은 당 발명의 일 실시예에 따른 전류 불평형 기준 값 및 장애 발생 정보를 저장하는 모듈 구성도이다.
도 6과 7에서 볼 수 있듯이 센싱부를 통해 얻어진 수용가의 변압기정보, 수용가 정보, A,B,C위상정보 전류측정 값 정보 등 다양한 정보들은 iOT 기술과 다양한 네트워크 기술을 통해 저장되고 통신되어 지는 것을 볼 수 있다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
본 발명은 생산된 전력을 수용가 공급 전 단계에서 정전이 발생되지 않는 방식으로 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 자동으로 가변 스위치를 추가, 활용하여 스위칭 대상을 결정하는 등 스마트한 방법으로 3상 전력선 대상을 스위칭 하는 스마트 전력 스위칭 방법 및 시스템에 관한 것으로써,
도 1a는 현 전력수용가의 전력공급 예시도이다.
현 수용가 전력공급 구성은 변압기(115)에서 3상 A, B, C 중 어느 하나의 상과 N상으로 220Vac(또는 110Vac)를 수용가(110-1~110-n)로 공급하는 구조로 되어 있다. 수용가(110-1~110-n)에서 사용하는 전력은 계절별, 시간대별로 크게 변동하고 이는 다수의 수용가에 전력을 공급하는 공급측(변압기, 115))입장에서 보면 수용가 부하 불평형이 랜덤하게 발생되는 것이다. 상기 랜덤하게 발생되는 수용가 부하 불평형은 상기 수용가(110-1~110-n)에 전력을 공급하는 A, B, C상에 흐르는 IA, IB, IC전류의 불평을 발생시키고((IA≠IB≠IC), 상기 IA, IB, IC전류의 불평은 N상(중선선)으로 영상전류 I0(105, 수용가 부하 불평형 손실 전류)를 유도하여 I0 2 X R의 전력손실을 발생시킨다.
도 1b는 현 전력수용가의 전력선 연결 예시도이다.
변압기(115)에서 수용가(110-1~110-n)로 연결되는 기존 전력선은 도 1b처럼 A, B, C 상 중 어느 하나의 상이 고정으로 연결되어 있어, 상기 수용가(110-1~110-n) 중 어느 하나의 수용가에서 수용가 부하 불평형이 발생되어도 상기 부하 불평형이 발생된 수용가에 공급되는 전력의 상 또는 다른 수용가의 전력의 상을 자동으로 변경하는 것이 불가능한 구조로 되어 있다.
도 1c는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 전력선 연결 예시도이다.
변압기(115)와 수용가(110-1~110-n) 사이에 A상, B상, C상의 변압기 연결 전력선(220) 중 어느 하나의 전력선을 수용가 연결 전력선(225)에 임의로 연결할 수 있도록 스위칭부(120)를 구비하여, 하나의 수용가에 A, B, C상 중 필요한 하나를 연결할 수 있도록 구성된다. 상기 스위칭부(120)는 제어부(210)의 명령을 받아 스위칭부(120)에 연결된 A, B, C상, 위상변환부 공급 전력 상 중 필요한 상을 ON/OFF 하는 기능을 수행한다. 또한 상기 스위칭부(120)는 위상변환부와 가변 스위치로 연결되어 상기 수용가의 A, B, C상 변경시 수용가에 발생하는 정전사고를 사전 차단하도록 구성된다.
본 발명에 있어 가변 스위치(215)는 위상변환부(205)를 통해 공급되는 A, B, C상 중 어느 한 상을 수용가(110)로 연결하는 역할을 수행한다.
도 1d는 당 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 전력 스위칭 시스템 모듈 구성 도면이다.
도 1d의 스마트 전력 스위칭 시스템의 모듈 구성은
기존의 수용가 전력공급 전 단계에서 수용가 부하 불 평형 발생 시 각 수용가에 개별 공급되는 전류 또는 전력을 수집하기 위한 센싱부(230);
센싱된 값, 변압기정보, 수용가 정보, A,B,C위상정보 전류측정 값 등을 다양한 네트워크 방식으로 외부 장치 또는 서버와 통신하는 외부통신부(290);
수용가 연결 전력선 변압기에서 공급되는 A, B, C상 이외에 별도의 가변 스위치를 추가, 활용하여 A, B, C상을 변경하면서 공급할 수 있으며 상기 공급하는 A, B, C상과 가변 스위치의 변이는 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하는 방법으로 변경하면서 공급할 수 있는 위상 변환부(205), 상기 위상변환부 연결 전력선과 변압기 연결 전력선을 임의로 수용가에 연결 및 절체할 수 있는 스위칭부(120)를 구비하고
위상 변환부와 스위칭부를 제어하여 수용가에 정전과 배선회로 쇼트가 발생되지 않도록 하면서 A, B, C상을 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 부하 불평용 허용 값을 초과하면 상기 변압기에서 수용가로 공급되는 A, B, C 전력 상을 자동으로 변경가능 하도록 수용가에 공급되는 A, B, C상을 변경하는 제어부(210)를 포함하는 스마트 전력 스위칭 시스템 임을 확인할 수 있다.
도 2a는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 부하 불평형에 의해 발생되는 전력손실을 방지하기 위한 시스템에 대한 블록도이다.
위상변환부(205)는 변압기 연결 전력선 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류 IA, IB, IC, I0를 측정하여 제어부(210)로 전송하며 상기 위상변환부(205)로부터 변압기 연결 전력선 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류 IA, IB, IC, I0값을 전송받은 제어부(210)는 상기 측정 전류 IA, IB, IC, I0값의 불평형 정도가 기 설정된 불평형 허용값을 초가 했는지를 판단하고 상기 측정 전류 IA, IB, IC, I0값이 기 설정된 불평형 허용값 이내이면 상기 각 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225-n)을 현재와 같이 유지한다.
만일 상기 변압기 연결 전력선(220)에서 측정된 전류 IA, IB, IC, I0값이 기 설정된 불평형 허용값을 초가 했을 경우 상기 제어부(210)는 센싱부(230-1~230-n)로부터 각 수용가(110-1~110-n)로 공급되는 개별 전류값을 전송받아 상기 각 수용가(110-1~ 110-n)의 부하 불평형 값을 계산하고 상기 계산된 수용가별(110-1~110-n) 부하 불평형 값을 기준으로 상기 위상변환부(205)와 스위칭부(120-1~120-n)를 순차적으로 제어하여 상기 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225 -n)의 상(A, B, C상)을 상호 변경하도록 하여 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값이 불평형 허용값 이내가 되도록 한다(또는 0이 되게 또는 N상에서 측정된 I0 가 I0 = 0에 근접하게) 여기서 I0는 상변한부에서 N상에 흐르는 영상전류를 직접 측정할 수도 있고 상기 위상변환부에서 IA, IB, IC만 측정하고 I0는
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(IA, IB, IC : Vector)의 계산식으로 구할 수도 있다.
2b는 당 발명의 일 실시 예에 따른 용가 연결 전력선(225)의 변경 전 상을 스위칭할 경우 발생될 수 있는 상기 각 수용가의 정전현상과 배전회로 쇼트 방지를 위해 위상변환부의 상변환 과정과 스위칭부의 전력선 연결 및 절체에 대한 예시도이다.
수용가에 공급되는 변압기 연결 전력선(220)의 상을 변경하기 위해 상기 수용가에 연결된 수용가 연결 전력선(225)을 스위칭부(120)를 통해 변경할 경우 상기 수용가(110)에 정전이 발생되게 되므로 상기 수용가(110)에 정전현상과 배전회로 쇼트를 방지하면서 변압기 연결 전력선 A, B, C상을 임의로 수용가 연결 전력선(225)에 연결 및 절체 하는 것이 요구된다.
이하에서는 위의 문제를 해결하기 위해 상기 수용가(110)에 정전현상과 배전회로 쇼트를 방지하면서 변압기 연결 전력선 A, B, C상을 임의로 수용가 연결 전력선(225)에 연결 및 절체하기 위해서는 하나의 수용가(110)에 정전현상과 배전회로 쇼트를 방지하면서 A상을 B상으로 변경하는 절차 및 방법에 대해서 설명한다. 이러한 절차 및 방법은 상기 모든 수용가(110-1~110-n)들에 대해서 A, B, C상 상호간 변경도 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 자명하다.
Step#1은 변압기 연결 전력선(220)으로부터 수용가(110)에 A상 전력이 공급되고 있는 예시도이다. 상기 수용가(110)에 공급되고 있는 A상 전력을 B상으로 변경하기 위해 제어부(210)는 위상변환부(205)에서 A상을 생성하도록 제어한 후 스위칭부(120)를 제어하여 가변 스위치(215)를 ON 하여 상기 위상변환부(205)로부터 생성된 A상 전력이 상기 수용가(110)에 병입 공급되도록 한다.(Step#2) 상기 위상변환부(205)에서 상기 수용가(110)로 A상 전력공급이 완료되면 상기 제어부(210)는 스위칭부(120)를 제어하여 상기 변압기 연결 전력선(220)으로부터 공급되는 A상을 절체 하여 상기 수용가(110)에 상기 위상변환부(205)에서 생성된 A상만 공급되도록 한다(Step#3). 또한 상기 제어부(210)는 상기 위상변환부(201)를 제어하여 현재 A상 전력을 출력하는 상기 위상변환부(205)의 출력을 B상으로 변환하도록 하며,(Step#4) 상기 위상변환부(205) 출력이 B상으로 변환 완료되었는지를 확인 후 스위칭부(120)를 제어하여 상기 변압기 연결 전력선(220) 중 B상을 상기 수용가(110)로 연결하도록 한다. 이 시점에 상기 수용가(110)는 상기 위상변환부(205)와 상기 변압기 연결 전력선(220)에서 공급하는 B상 전력을 동시에 공급받게 되며, 상기 제어부(210)는 상기 시점에서 상기 스위칭부(120)를 제어하여 가변 스위치(215)를 절체함으로써 상기 위상변환부(205)에서 공급하고 있는 B상 전력을 상기 수용가(110)로부터 분리하고 이후부터는 상기 변압기 연결 전력선(220)에서 공급하는 B상의 전력이 지속적으로 상기 수용가(110)로 공급되도록 한다.
도 2c는 당 발명의 일 실시 예에 따른 위상변환부에서 수용가에 단독으로 공급하고 있는 전력상을 다른 전력 상으로 변환 시 상기 수용가에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 변환할 수 있도록 한 위상 변환부 일예에 대한 블록도이다.
A상 스위치(240), B상 스위치(245), C상 스위치(250)는 ON/OFF 스위칭 속도가 빠르고(수백 us ~ 수 ms) 대전력 ON/OFF가 가능한 전력소자로 구성된다. 상기 전력소자(240, 245, 250)는 제어부(210)에서 상기 전력소자(240, 245, 250)에 대한 OFF명령을 실행하여도 상기 전력소자(240, 245, 250)가 공급하고 있는 전력의 상 전압이 0 Volt가 되는 시점(Zero Crossing)에서 OFF되는 특징을 가지고 있다.
위상변환부(205)에서 수용가(110)에 단독으로 A상을 공급하고 있는 상황에서 상기 수용가(110)에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 상기 A상을 B상(또는 C상)으로 변환하는 절차는 상기 제어부(210)에서 상기 위상변환부(205)의 A상 스위치(240)를 OFF하도록 한 후 상기 A상 스위치(240)를 통해 공급되는 A상 전력의 전압이 0V가 되어 정확히 OFF된 시점에 기 설정된 일정주기(상기 수용가에 정전이 발생되지 않는 범위의 시간, 수 ms이하) 만큼 시간지연 후 B상 스위치(245)를 ON하도록 한다. 상기와 같이 기 설정된 일정주기만큼 시간지연 후 B상 스위치(245)를 ON하는 것은 A상 스위치(240)를 통해 공급되고 있는 A상 전원이 완전히 OFF되기 전에 B상의 전원을 공급하게 되면 상기 A상과 B상의 전원이 겹쳐져 쇼트가 발생되기 때문이며, 또한 상기 시간지연은 상기 수용가 정전 방지를 위해 수 ms 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 예시는 위상변환부(205)가 수용가에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 A상을 B상으로 변환하는 과정에 대한 일예로써 A, B, C 각 상간 변환도 동일 절차로 수행될 수 있다는 것은 자명하다.
도 3은 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 불평형 부하를 재조정하여 부하 평형을 만드는 과정에 대한 순서도이다.
위상변환부(205)는 기 설정된 주기마다 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값을 측정하여 제어부(210)로 전송한다.(305) 제어부(210)는 상기 위상변환부(205)에서 전송된 상기 전류(IA, IB, IC, I0)값이 기 설정된 불평형 허용값을 초가 했는지를 판단하여(310) 상기 전류(IA, IB, IC, I0)값이 기 설정된 불평형 허용값 이내이면(315) 현재 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~2 25-n)을 현재와 같이 유지하도록 하고 다시 상기 위상변환부(205)가 기 설정 주기마다 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)를 측정하여 전송하도록 한다(305) 만일 상기 전류(IA, IB, IC, I0)값이 기 설정된 불평형 허용값을 초과했을 경우(320) 상기 제어부(210)는 각 센싱부(230-1~230-n)로부터 각 수용가(110-1~110-n)로 공급되는 개별 전류값을 전송받아 상기 각 수용가(110-1~110-n)의 부하 불평형 값을 계산한다(325). 또한 상기 제어부(210)는 상기 계산된 상기 각 수용가별(110-1~110-n) 부하 불평형 값을 기준으로 상기 위상변환부(205)와 스위칭부(120-1~120-n)를 순차적으로 제어하여 상기 각 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225 -n)의 상(A, B, C상)을 상호 변경하도록 하여(330) 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220)에서 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값이 불평형 허용값 이내가 되도록 한다(또는 0이 되게 또는 N상에서 측정된 I0 가 I0 = 0에 근접하게) (345)
상기 과정에 있어 변압기 연결 전력선의 A, B, C상(220)에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값의 불평형 해결 과정을 보다 상세히 설명하면,
상기 제어부(210)는 상기 위상변환부(205)와 스위칭부(120-1~120-n)를 순차적으로 제어하여 상기 위상변환부(205)와 스위칭부(120-1~120-n)가 상기 각 수용가(110-1~ 110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225-n)의 상(A, B, C상)을 상호 변경하도록 한 후 상기 위상변환부(210)가 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값을 측정하여 상기 제어부(210)로 전송하도록 한다.(330)
상기 제어부(210)는 상기 수용가 연결 전력선(225-1~225-n)의 상호 상 변경 완료 후 상기 위상변환부(205)가 측정하여 전송한 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220) 전류(IA, IB, IC, I0)값이 기 설정된 불평형 허용값 이내이면(345) 상기 각 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225-n)에 대한 상(A, B, C상) 상호 변경을 완료하고 상기 상환변부(205)가 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220) 전류(IA, IB, IC, I0)를 지속적으로 측정하여 상기 제어부(210)로 전송하도록 하여 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220) 전류(IA, IB, IC, I0)값의 불평형이 기 설정된 불평형 허용값을 초과하는지 지속적으로 모니터링 한다.(305)
만일 상기 각 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225-n) 상(A, B, C상)의 상호 상 변경 완료 후(330) 상기 위상변환부(205)가 측정하여 제어부(210)로 전송한 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220) 전류(IA, IB, IC, I0)값이 기 설정된 불평형 허용값을 초과했으면(340) 상기 제어부(210)는 다시 상기 위상변환부(205)와 스위칭부(120-1~120-n)를 순차적으로 제어하여 상기 각 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225-n)의 상(A, B, C상)을 상호 변경하도록 한 후(330) 상기 위상변환부(205)가 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상(220)에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값을 측정하여 상기 제어부로 전송하도록 하여(330) 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C, N상에 흐르는 전류(IA, IB, IC, I0)값이 기 설정된 불평형 허용값 이내로 수렴하도록 한다.(345)
상기 각 수용가(110-1~110-n)에 연결된 수용가 연결 전력선(225-1~225-n) 상(A, B, C상)의 상호 변경 과정은, 상기 위상변환부(205)가 수용가(110-1~110-n)에 연결될 위상변환부 연결 전력선(235-1~235-n)의 상변환 완료 후 상기 스위칭부(120-1~120-n)가 상기 상변환 완료된 상기 위상변환부 연결 전력선(235-1~235-n)을 수용가(110-1~110-n)로 연결하는 작업이 순차적으로 진행되야 하기 때문에 상기 제어부(210)에서 상기 위상변환부(205)와 스위칭부(120-1~120-n)를 순차적으로 제어 한다. 만일 상기 스위칭부(120-1~120-n)를 먼저 ON하고 상기 위상변환부(205)에서 상변환을 수행하면 배전회로 쇼트가 발생되어 대형 사고로 이어질 수 있다.
도 4는 당 발명의 일 실시 예에 따른 수용가 정전 발생 및 배전회로 쇼트 사고 없이 수용가에 연결된 A상 전력선을 B상 전력선으로 변경하는 일예에 대한 순서도이다
제어부(210)는 위상변환부(205)가 A상을 생성하도록 제어하고, 상기 위상변환부(205)가 A상 생성을 완료하면(405) 상기 제어부(205)는 스위칭부(120-1~120-n)를 제어하여 위상변환부 연결 전력선(235-1~235-n)이 수용가 연결 전력선(225-1~225-n)에 연결되도록하여 도 2b Step#2와 같이 상기 수용가(110-1~110-n)에 변압기 연결 A상 전력선(220)과 상기 위상변환부 연결 A상 전력선(235-1~235-n)에서 공급하는 A상 전력선이 동시에 연결되도록 한다.(410) 상기와 같이 상기 변압기 연결 A상 전력선(220)과 상기 위상변환부(205)에서 공급하는 위상변환부 연결 A상 전력선(235-1~235-n)이 상기 수용가(110-1~110-n)에 동시 연결 완료되면 상기 제어부(210)는 상기 스위칭부(120-1~ 120-n)를 제어하여 상기 수용가(110-1~110-n)에 연결된 변압기 연결 A상 전력선(220)을 절체 한다.(415)
상기 변압기 연결 A상 전력선(220)을 절체한 제어부(210)는 상기 위상변환부(205)가 현재 생성하여 상기 수용가(110-1~110-n)에 공급하고 있는 A상 전력을 B상 전력으로 변경하도록 제어한다.(420) 상기 위상변환부(205)가 현재 생성하고 있는 A상 전력을 B상으로 변경 완료하면(435) 상기 제어부(210)는 상기 스위칭부(120-1~120-n)를 제어하여 변압기 연결 B상 전력선(220)을 상기 수용가(110-1~110-n)로 연결하도록 하여, 도 2b Step#5와 같이 상기 변압기 연결 B상 전력선(220)과 상기 위상변환부 연결 B상 전력선(235-1~235-n)이 동시에 상기 수용가(110-1~110-n)에 연결되도록 한다.(440) 상기 변압기 연결 B상 전력선(220)과 상기 위상변환부 연결 B상 전력선(235-1~235-n)이 동시에 상기 수용가(110-1~110-n)에 연결 완료되면(455) 도 2b Step#6와 같이 상기 제어부(210)는 스위칭부(120-1~120-n)를 제어하여 상기 수용가(110-1~110-n)에 연결된 상기 위상변환부 연결 B상 전력선(235-1~235-n)을 절체 한다.(460)
도 5는 당 발명의 일 실시 예에 따른 위상변환부에서 수용가에 단독으로 공급하고 있는 A상을 B상으로 변환시 상기 수용가에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 상기 A상을 B상으로 변환하는 일예에 대한 순서도이다.
제어부(210)는 위상변환부의 A상 스위치(240)를 OFF 한 후(505) 위상변환부 A상 스위치(240)를 통해 공급되는 A상 전력의 전압을 측정한다.(510) 만일 상기 A상 스위치(240)의 A상 전력의 전압이 0V가 아니면(515) 상기 제어부(210)는 상기 A상 스위치(240)의 A상 전력의 전압을 재측정하며(510), 상기 A상 스위치(240)의 A상 전력의 전압이 0V가 되면(520), 상기 제어부(210)는 상기 A상 스위치(240)의 A상 전력의 전압이 0V가 되는 시점부터 기 설정주기만큼 시간지연을 수행한 후(525) 상기 위상변환부 B상 스위치(245)를 ON하여 상기 수용가에 정전현상과 배전회로 쇼트 없이 B상이 공급되도록 한다.(530)
도 6과 도 7은 당 발명의 일 실시예에 따른 전류 불평형 기준 값 및 장애 발생 정보를 저장하는 모듈 구성도이다.
도 6과 7에서 볼 수 있듯이 센싱부를 통해 얻어진 수용가의 변압기정보, 수용가 정보, A,B,C위상정보 전류측정 값 정보 등 다양한 정보들은 iOT 기술과 다양한 네트워크 기술을 통해 저장되고 통신되어 지는 것을 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. 본 발명은 생산된 전력을 수용가 공급 전 단계에서 정전이 발생되지 않는 방식으로 3상 모두의 전류 모니터링 값을 센싱하고 가변 스위치를 추가, 활용하여 자동으로 스위칭 대상을 결정하는 등 스마트한 방법으로 3상 전력선 대상을 스위칭 하는 스마트 전력 스위칭 방법 및 시스템에 관한 것으로써,

    기존의 수용가 전력공급 전 단계에서
    수용가 부하 불 평형 발생 시 각 수용가에 개별 공급되는 전류 또는 전력을 수집하기 위한 센싱부;
    센싱된 값, 변압기정보, 수용가 정보, A,B,C위상정보 전류측정 값 등을 다양한 네트워크 방식으로 외부 장치 또는 서버와 통신하는 외부통신부;
    수용가 연결 전력선 변압기에서 공급되는 A, B, C상 이외에 별도의 가변 스위치를 추가, 활용하여 A, B, C상을 변경하면서 공급할 수 있으며 상기 공급하는 A, B, C상과 가변 스위치의 변이는 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하는 방법으로 변경하면서 공급할 수 있는 위상 변환부;
    상기 위상변환부 연결 전력선과 변압기 연결 전력선을 임의로 수용가에 연결 및 절체할 수 있는 스위칭부;를 구비하고
    위상 변환부와 스위칭부를 제어하여 수용가에 정전과 배선회로 쇼트가 발생되지 않도록 하면서 A, B, C상을 3상 모두의 전류 모니터링 값을 분석하여 부하 불평용 허용 값을 초과하면 상기 변압기에서 수용가로 공급되는 A, B, C 전력 상을 자동으로 변경가능 하도록 수용가에 공급되는 A, B, C상을 변경하는 제어부;를 포함하는 스마트 전력 스위칭 시스템.
  2. 제 1항에 있어서
    위상변환부는 변압기 연결 전력선의 A, B, C상에 흐르는 전류 IA, IB, IC를 센서로 측정하여 제어부로 전송하며, 제어부의 명령을 전송 받아 현재 생성하여 공급하고 있는 가변 스위치와 위상 변환 방법을 활용, 전력상을 다른 상으로 변환하여 공급하는 기능을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 스위칭 시스템.
  3. 제 1항에 있어서
    제어부는 센싱부에서 전송한 변압기 연결 전력선의 A, B, C상에 흐르는 전류 IA, IB, IC 및 영상전류 I0를 기준으로 수용가에서 발생한 부하 불 평형이 기 설정된 불 평형 허용 값을 초과 했는지를 판단하여 상기 수용가에서 발생한 부하 불 평형이 기 설정된 부하 불평형 허용 값 이내이면 상기 수용가에 연결된 변압기 연결 전력선을 현재와 같이 유지하고, 만일 상기 수용가에서 발생한 부하 불평형이 기 설정된 불 평형 허용 값을 초과했을 경우 상기 제어부는 센싱부로 부터 각 수용가로 공급되는 개별 전류 값을 전송받아 상기 각 수용가의 부하 불 평형 값을 계산하고 상기 위상변환부와 스위칭부를 순차적으로 제어하여 상기 각 수용가별 부하 불평형 값을 기준으로 가변 스위치를 이용하여 상기 각 수용가에 연결된 수용가 연결 전력선의 3 상을 상호 변경하도록 하여 상기 변압기 연결 전력선의 A, B, C상에서 흐르는 전류 값이 기 설정된 불평형 허용값 이내가 되도록 하는 기능을 갖는 스마트 전력 스위칭 시스템.
  4. 제 1항에 있어서
    수용가에 정전이 발생되지 않도록 하면서 부하 불평형이 발생된 수용가에 연결된 변압기 연결 전력선의 상을 상기 부하 불평형을 해소할 수 있는 상기 변압기 연결 전력선의 다른 상으로 변경하기 위해
    제어부는 상기 수용가에 공급되고 있는 변압기 연결 전력선 절체 전 위상변환부가 상기 수용가에 공급하고 있는 변압기 연결 전력선 상과 동일 상을 생성하여 수용가에 병입 공급하도록 한 후 상기 수용가에 연결된 변압기 연결 전력선을 절체 하는 기능을 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 스위칭 시스템.
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