KR20200107385A - 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조 및 그 제어 방법 - Google Patents

발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법은, 상용 전원에 장애가 발생되면 발전기를 가동하는 단계와, 자동 절환 스위치를 발전기 측으로 절환하는 단계와, 발전기의 상태를 센싱하는 단계와, 발전기의 전원을 바이패스를 통해 부하에 바이패싱 시키는 단계를 포함하며, 발전기의 전원을 바이패싱 시키는 단계는 발전기의 상태를 센싱하는 단계에서 발전기의 상태가 안정적인 것으로 센싱된 경우에만 수행되는 것을 특징으로 한다.

Description

발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조 및 그 제어 방법{STRUCTURE OF GENERATOR AND UNINTERRUPTIBLE POWER SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 발전기 및 무정전 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기 상태 및 부하단 출력 상태를 모니터링하여 부하단에 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 하는 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
무정전 전원 공급 장치(UPS : Uninterruptible Power supply System)는 상용 전원에서 일어날 수 있는 전원 장애를 극복하여 좋은 품질의 안정된 교류 전력을 공급하는 장치이다. 무정전 전원 공급 장치는 선로의 정전시나 입력 전원에 이상 사태가 발생하였을 경우 정상적인 전원을 부하측에 공급하는 설비로 최근 컴퓨터 산업설비의 발달로 부하측에서 양질의 전원공급을 요구하고 있어 선로의 완벽한 전원공급과 최상의 전원을 공급할 목적으로 널리 사용되고 있다.
이러한 무정전 전원 공급 장치는 전력전자 소자를 포함하는데, 이는 고조파의 발생원으로써 필연적으로 고조파의 발생을 수반하게 된다. 고조파 전류는 전원으로부터 부하단 말단까지의 임피던스에 의하여 전압 강하를 일으킬 뿐만 아니라 무정전 전원 공급 장치에 연결된 발전기에도 영향을 미치게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 발전기와 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
종래 기술에 따른 발전기(G)와 무정전 전원 공급 장치(2)의 연결 구조에서 상용 전원(P)에 장애가 발생되면, 자동 절환 스위치(ATS : Automatic Transfer Switch)(1)가 발전기(G) 쪽으로 절환된다.
이때, 발전기(G)는 무정전 전원 공급 장치(2)의 컨버터 및 인버터를 통해 부하(L)에 전원을 공급하게 되는데, 고조파를 발생시키는 무정전 전원 공급 장치(2)의 전력 소자들에 의해 이른바 헌팅(Hunting), 즉, 발전기(G)의 출력 파형이 정현파를 유지하지 못하고 출력 파형이 왜곡되는 현상이 발생된다.
구체적으로, 무정전 전원 공급 장치(2)에서 발생된 고조파가 입력단인 발전기(G)로 되돌아가 발전기(G)의 출력 전압을 왜곡시켜 무정전 전원 공급 장치(2)의 효율을 크게 저하시킬 뿐만 아니라 다른 장비에도 심각한 영향을 미치게 된다. 이러한 파형 왜곡은 기기 손상, 각종 계전기 오동작, 정밀 전자 기기의 동작 불량을 가져올 수 있다.
따라서, 상용 전원에 장애가 발생된 경우 출력 파형의 왜곡 없이 부하(L)에 안정적으로 전원을 공급하기 위해서는 발전기(G)의 용량이 무정전 전원 공급 장치(2) 용량의 1.5배 ~ 2배가 되어야 한다.
상술한 조건을 충족하지 못할 경우 기 설치된 발전기(G) 및 무정전 전원 공급 장치(2)를 정상적으로 사용할 수 없게 된다. 또한, 상술한 조건을 충족하도록 기 설치된 발전기(G)나 무정전 전원 공급 장치(2)에 대한 설비 변경이 이루어져야 하는 바 과도한 비용이 발생되고 충분한 공간이 마련되어 있지 않은 경우 설비 변경도 할 수 없게 된다는 문제점도 있었다.
이에, 발전기와 무정전 전원 공급 장치를 안정적으로 운영할 수 있는 새로운 발전기 구동 방법의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 발전기와 무정전 전원 공급 장치 간의 상관 관계에 있어, 발전기가 소정의 조건을 충족하지 않는 경우라도 부하단에 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 하는 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치를 우회하여 부하에 전원을 공급하는 바이패스를 포함하는 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법은, 상용 전원에 장애가 발생되면 상기 발전기를 가동하는 단계, 자동 절환 스위치를 상기 발전기 측으로 절환하는 단계, 상기 발전기의 상태를 센싱하는 단계, 및 상기 발전기의 전원을 상기 바이패스를 통해 상기 부하에 바이패싱 시키는 단계를 포함하며, 상기 발전기의 전원을 바이패싱 시키는 단계는 상기 발전기의 상태를 센싱하는 단계에서 상기 발전기의 상태가 안정적인 것으로 센싱된 경우에만 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법은, 상기 발전기의 전원이 바이패싱되는 동안 상기 부하에 인가된 출력 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법은, 상기 출력 상태를 모니터링하는 단계에서 상기 출력 상태에 이상이 감지된 경우, 상기 바이패싱을 끊고 상기 무정전 전원 공급 장치로부터 상기 부하에 전원이 공급되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 바이패싱을 끊고 상기 무정전 전원 공급 장치로부터 상기 부하에 전원이 공급되도록 하는 단계는 상기 무정전 전원 공급 장치와 상기 부하를 연결하는 제1 스위치를 턴-온하는 단계와 상기 바이패스에 포함된 제2 스위치를 턴-오프 하는 단계를 포함하고, 상기 발전기의 전원을 바이패싱 시키는 단계는 상기 무정전 전원 공급 장치와 상기 부하를 연결하는 제1 스위치를 턴-오프하는 단계와 상기 바이패스에 포함된 제2 스위치를 턴-온 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법은, 상용 전원에 장애가 발생되면 상기 발전기를 가동하는 단계; 자동 절환 스위치를 상기 발전기 측으로 절환하는 단계; 무정전 전원 공급 장치를 우회하여 상기 발전기의 전원을 부하에 공급하는 바이패싱 단계; 및 상기 상용 전원 및 상기 발전기를 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 바이패싱 단계는 상기 상용 전원의 장애가 해소되지 않은 채로 상기 발전기의 상태가 정상인 것으로 모니터링 되는 경우에만 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조는, 상용 전원 또는 발전기 중 하나의 전원이 부하에 공급되도록 절환되는 자동 절환 스위치, 상기 상용 전원으로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전하고, 상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 상기 부하에 공급하는 무정전 전원 공급 장치, 상기 무정전 전원 공급 장치를 우회하여 상기 부하와 연결되는 바이패스, 상기 무정전 전원 공급 장치와 상기 부하를 연결하는 제1 스위치, 및 상기 바이패스에 포함된 제2 스위치, 상기 상용 전원의 상태 및 상기 발전기의 상태를 모니터링하는 전원 상태 모니터링부, 및 상기 부하에 인가되는 출력 상태를 모니터링하는 출력 상태 모니터링부를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 전원 상태 모니터링부는 상기 상용 전원 및 상기 자동 절환 스위치 사이 단에서 상기 상용 전원의 상태를 모니터링하고, 상기 발전기 및 상기 자동 절환 스위치 사이 단에서 상기 발전기의 상태를 모니터링할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 출력 상태 모니터링부는 상기 제2 스위치가 턴-온된 상태에서만 상기 부하에 인가되는 출력 상태를 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 출력 상태 모니터링부는 상기 무정전 전원 공급 장치의 인버터, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 부하에 인가되는 출력 상태가 비정상적인 것으로 모니터링된 경우, 상기 출력 상태 모니터링부는 상기 인버터를 대기 상태에서 활성화 상태로 전환시키고, 상기 제1 스위치는 턴-온시키며, 상기 제2 스위치를 턴-오프시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 제어 구조에 따르면, 무정전 전원 공급 장치의 전력 소자에 의한 고조파의 영향을 배제할 수 있어, 발전기의 용량이 무정전 전원 공급 장치의 용량을 1.5~2배 초과하지 않더라도 부하단에 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 제어 구조에 따르면, 발전기를 통해 정상적으로 부하에 전원이 공급되는 동안에는 무정전 전원 공급 장치에 부하가 인가되지 않도록 하여 무정전 전원 공급 장치의 배터리 수명 연장 및 배터리 에너지의 효율적 활용을 도모하고, 발전기의 모니터링을 통해 발전기의 이상이 감지된 경우에는 무정전 전원 공급 장치로부터 부하단에 전원이 공급되도록 절환함으로써 보다 안정적인 전원 공급을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 발전기와 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 부하단이 상용 전원으로부터 전원을 공급받을 때 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상용 전원에 장애가 발생되어 자동 절환 스위치가 발전기 쪽으로 절환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 절환 스위치가 발전기 쪽으로 절환된 후 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되기 전의 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 절환 스위치를 상용 전원 측으로 절환하기 전에 스위치를 전환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 절환 스위치가 상용 전원 측으로 절환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 발전기의 전원이 부하로 바이패싱되는 동안 발전기 전원에 이상이 생긴 경우의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 부하단이 상용 전원으로부터 전원을 공급받을 때 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 정상적인 상태에서 자동 절환 스위치 (ATS : Automatic Transfer Switch)(110)는 상용 전원(P)측으로 절환되어 부하(L)가 상용 전원(P)으로부터 전력을 공급받을 수 있도록 한다. 상용 전원(P)은 외부로부터 공급되는 전원을 의미한다.
또한, 자동 절환 스위치(110)가 상용 전원(P) 측으로 절환되어 있는 동안에는, 무정전 전원 공급 장치(120)의 충전 모드도 활성화되어 비상시 부하(L)에 안정적으로 전원을 공급하기 위해 배터리(123)가 충전되도록 한다.
자동 절환 스위치(110)가 상용 전원(P) 측으로 절환되어 있는 동안에는, 무정전 전원 공급 장치(120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)는 턴-온 되어 부하(L)에 정상적으로 전원이 공급되도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조는 무정전 전원 공급 장치(120)를 우회하는 바이패스(170)를 포함한다. 바이패스(170)를 통해 부하(L)와 자동 절환 스위치(110)를 연결하는 제2 스위치(140)는 상용 전원(P)에서 전원이 공급되는 동안 턴-오프 상태를 유지한다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조는 상용 전원(P) 및 발전기(G)의 전원 상태를 모니터링하는 전원 상태 모니터링부(150)와, 부하단에 인가되는 전원의 상태를 모니터링하는 출력 상태 모니터링부(160)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서의 전원 상태 모니터링부(150) 및 출력 상태 모니터링부(160)는 각각 별개의 구성으로 도시하였으나, 이와 달리 전원 상태 모니터링부(150) 및 출력 상태 모니터링부(160)는 실질적으로 하나의 컴포넌트로 구성되어 있을 수도 있다.
또한, 본 실시예에서의 전원 상태 모니터링부(150) 및 출력 상태 모니터링부(160)는 무정전 전원 공급 장치(120)와 별개의 컴포넌트로 도시되었으나, 이와 달리 전원 상태 모니터링부(150) 및 출력 상태 모니터링부(160) 중 적어도 하나가 무정전 전원 공급 장치(120) 내의 컴포넌트로 이루어 질 수도 있다.
나아가, 전원 상태 모니터링부(150)는 도시된 것과 달리 상용 전원(P)과 발전기(G)의 전원 상태를 각각 모니터링하는 별개의 컴포넌트들로 구성될 수도 있다.
전원 상태 모니터링부(150) 및 출력 상태 모니터링부(160)의 모니터링 결과에 따른 본 발명의 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법에 대하여는, 도 3 내지 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상용 전원(120)에 장애가 발생한 경우 부하(170)에 전원이 공급되는 과정을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상용 전원에 장애가 발생되어 자동 절환 스위치가 발전기 쪽으로 절환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상용 전원(P)에 장애가 발생된 경우란 정전이 발생되어 전원 공급이 차단되거나, 전원이 공급되더라도 노이즈가 포함되어 졍현파가 아닌 전원이 공급되는 경우를 의미한다.
이 경우, 부하(L)에 안정적인 전원 공급을 위해 발전기(G)가 가동되고 자동 절환 스위치(110)가 발전기(G) 쪽으로 절환된다.
또한, 상용 전원(P)으로부터 전원이 차단된 상태이므로 무정전 전원 공급 장치(120)의 충전 모드도 턴-오프된다.
발전기(G)가 가동되고 자동 절환 스위치(110)가 발전기(G) 쪽으로 절환되어 발전기(G)가 안정적으로 부하(L)에 전원을 공급하기 전에는 배터리(123)에 저장된 전기 에너지가 부하(L)에 공급된다. 구체적으로, 배터리(123)에 저장된 전기 에너지가 인버터(122)를 거쳐 부하(L)에 공급된다.
따라서, 부하(L)는 상용 전원(P)에 장애가 생긴 후 발전기를 통해 안정적으로 전원을 공급받기 전이라도, 무정전 전원 공급 장치(120)를 통해 안정적으로 전원을 공급받을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 절환 스위치가 발전기 쪽으로 절환된 후 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되기 전의 과정을 설명하기 위한 도면이다.
발전기(G)가 구동되면, 전원 상태 모니터링부(150)는 제1 스위치(130)가 턴-오프되고 제2 스위치(140)가 턴-온되어 발전기(G)의 전원이 바이패스(170)를 통해 부하(L)로 공급되기에 앞서서, 발전기의 전원 상태를 센싱하여 발전기 전원 상태의 안정성을 확인한다. 발전기의 전원 상태는 예를 들면, 발전기로부터 출력되는 전압의 주파수 및 크기를 센싱하여 확인할 수 있다.
전원 상태 모니터링부(150)를 통해 센싱된 발전기 전원 상태가 안정적인 것으로 판단되면, 도 5를 참조하여 후술할 것처럼 발전기(G)에서 생산된 전기 에너지는 바이패스(170)를 통해 부하(L)에 공급되게 된다.
이와 달리 전원 상태 모니터링부(150)를 통해 센싱된 발전기 전원 상태가 안정적이지 않은 것으로 판단되면, 발전기의 전원 상태가 안정화되기 전까지는 무정전 전원 공급 장치(120)의 배터리(123)에 저장된 전기 에너지가 부하(L)에 공급된다.
즉, 본 발명에서는 바이패싱을 통해 발전기(G)의 전기 에너지를 부하(L)로 공급하기에 앞서서 발전기 전원 상태의 안정성을 확인함에 따라, 바이패싱을 통해 무정전 전원 공급 장치(120)의 전력 소자에 의한 고조파의 영향을 배제함과 동시에 안정적이지 않은 발전기(G)의 전기 에너지가 부하(L)에 바이패싱되지 않도록 하여 보다 안정적으로 부하단에 전원이 공급될 수 있게 된다는 효과를 달성할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 자동 절환 스위치(110)가 발전기(G) 쪽으로 절환된 이후에 전원 상태 모니터링부(150)가 발전기의 전원 상태를 센싱하는 것으로 설명되었으나, 이와 달리 발전기(G)가 구동된 후, 자동 절환 스위치(110)가 발전기(G) 쪽으로 절환되기 이전에 전원 상태 모니터링부(150)가 발전기의 전원 상태를 센싱할 수도 있다.
나아가, 본 실시예에서의 전원 상태 모니터링부(150)는 발전기(G)와 자동 절환 스위치(110)의 사이 단에서 발전기의 전원 상태를 센싱하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 발전기(G)가 구동되고 자동 절환 스위치(110)가 발전기(G) 쪽으로 절환된 이후 발전기의 전원 상태가 센싱되는 경우로 한정하면, 도 4에 도시된 것과 달리 전원 상태 모니터링부(150)는 바이패스(170) 상의 제2 스위치(140) 앞 단에서 발전기의 전원 상태를 센싱할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
전원 상태 모니터링부(150)를 통해 센싱된 발전기 전원 상태가 안정적인 것으로 판단되면, 발전기(G)에서 생산된 전기 에너지는 바이패스(170)를 통해 부하(L)에 공급되게 된다. 구체적으로, 무정전 전원 공급 장치(120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)가 턴-오프되고 제2 스위치(140)가 턴-온 된다.
자동 절환 스위치(110)는 발전기(G) 쪽으로 절환되어 있는 상태이므로, 발전기(G)에서 생산된 전기 에너지는 자동 절환 스위치(110)와 바이패스(170)를 통해 부하(L)로 공급된다.
즉, 무정전 전원 공급 장치(120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)가 턴-오프되어 바이패스(170)를 통해 발전기(G)가 부하(L)와 연결되므로 무정전 전원 공급 장치(120)의 전력 소자를 통하지 않고 부하(L)에 전원을 공급하게 된다.
따라서, 발전기(G)가 무정전 전원 공급 장치(120)의 전력 소자에 의한 고조파의 영향을 받지 않으며, 전원 상태 모니터링부(150)를 통해 센싱된 발전기 전원 상태가 안정적인 것으로 판단된 상태이므로, 발전기(G)의 전원이 부하(L)에 안정적으로 공급되게 된다.
이하에서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 상용 전원(P)에 발생된 장애가 해소되어 발전기(G)에서 상용 전원(P)으로 전원 공급원이 변화되는 과정을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 절환 스위치를 상용 전원 측으로 절환하기 전에 스위치를 전환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상용 전원(P)에 발생된 장애가 해소되면, 상용 전원(P)이 부하(L)에 전원을 공급하도록 하기 위해 일련의 절차가 수행된다. 발전기(G)는 한시적으로 부하(L)에 전원을 공급하기 위한 수단이므로, 상용 전원(P)에 발생된 장애가 해소되면 상용 전원(P)이 부하(L)에 전원을 공급하도록 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상용 전원(P)에 장애가 해소되면 바이패스(170)를 통해 부하(L)와 발전기(G)를 연결하는 제2 스위치(140)가 턴-오프되고, 무정전 전원 공급 장치(120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)가 턴-온 된다.
자동 절환 스위치(110)가 상용 전원(P) 측으로 절환되기 전에 제1 스위치(130)가 턴-온 되는 이유는 자동 절환 스위치(110)가 상용 전원(P) 측으로 절환되는 동안 무정전 전원 공급 장치(120)에 저장된 배터리(123)의 전기 에너지가 부하(L)에 공급되도록 하기 위함이다.
제1 스위치(130)가 턴-온 되면 무정전 전원 공급 장치(120)의 배터리(123)에 저장된 전기 에너지가 인버터(122)를 거쳐 부하(L)에 공급된다. 이때, 무정전 전원 공급 장치(120)의 충전 모드는 오프된 상태이므로 발전기(G)에서 무정전 전원 공급 장치(120)로 전원이 공급되지는 않는다.
따라서, 발전기(G)가 무정전 전원 공급 장치(120)의 전력 소자 영향을 받아 출력 파형이 왜곡되는 현상을 미연에 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 절환 스위치가 상용 전원 측으로 절환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상용 전원(P)에 발생된 장애가 해소되면 자동 절환 스위치(110)가 상용 전원(P) 측으로 절환된다. 또한, 비상시 부하(L)에 전원을 공급하던 발전기(G)의 구동도 중단된다.
상용 전원(P)에서 전원이 공급될 때 무정전 전원 공급 장치(120)의 충전 모드도 턴-온 되는 바, 상용 전원(P)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 배터리(123)를 충전시킬 수도 있게 된다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참조하여 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되는 동안 발전기 전원에 이상이 생긴 경우의 제어 과정을 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 발전기(G)에서 생산된 전기 에너지는 바이패스(170)를 통해 부하(L)에 공급되고 있다. 발전기(G)에서 생산된 전기 에너지는 바이패스(170)를 통해 부하(L)에 공급되는 구체적인 과정은 도 3 내지 도 5를 통해 상술하였으므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
출력 상태 모니터링부(160)는, 부하(L)에 공급되고 있는 출력 전원 상태를 모니터링하여 부하(L)에 공급되는 출력 전원 상태의 안정성을 확인한다. 상기 출력 전원 상태는 예를 들면, 부하단의 전압의 주파수 및 크기를 센싱하여 확인할 수 있다.
한편, 본 실시예에서의 출력 상태 모니터링부(160)는 부하단에서 전원 상태를 센싱하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 즉 도 8에 도시된 것과 달리, 출력 상태 모니터링부(160)는 바이패스(170) 상에서 바이패싱되는 동안의 출력 전원 상태를 센싱할 수도 있다.
출력 상태 모니터링부(160)를 통해 모니터링된 출력 전원 상태가 안정적인 것으로 판단되는 동안에는, 도 8에 도시된 것처럼 발전기(G)에서 생산된 전기 에너지가 바이패스(170)를 통해 부하(L)에 공급되게 된다.
도시된 것처럼, 발전기의 전원이 바이패싱되어 부하에 공급되는 동안에 무정전 전원 공급 장치(120)의 인버터(122)는 바이패싱이 끊기는 상황에서 곧바로 동작할 수 있도록 대기 상태에 있을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 발전기의 전원이 부하로 바이패싱되는 동안 발전기 전원에 이상이 생긴 경우의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 출력 상태 모니터링부(160)를 통해 센싱된 출력 전원 상태가 안정적이지 않은 것으로 판단되면, 대기 상태에 있던 무정전 전원 공급 장치(120)의 인버터(122)가 곧장 턴-온 되고, 바이패스(170)를 통해 부하(L)와 발전기(G)를 연결하는 제2 스위치(140)가 턴-오프되며, 무정전 전원 공급 장치(120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)가 턴-온 된다.
이에 따라, 발전기(G)의 전기 에너지를 대신하여 무정전 전원 공급 장치(120)의 배터리(123)에 저장된 전기 에너지가 인버터(122)를 거쳐 부하(L)에 공급되게 되므로, 안정적이지 않은 발전기(G)의 전기 에너지가 부하(L)에 바이패싱 되는 것을 막을 수 있게 된다.
한편, 상술한 도 2 내지 도 9에서는 바이패싱을 제어하기 위한 제1 스위치(130) 및 제2 스위치(140)가 별도의 구성인 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 바이패싱의 제어는 하나의 스위치로 구현될 수도 있음은 물론이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는, 도 2 내지 도 9에 도시된 상용 전원(P), 발전기(G), 부하(L), 자동 절환 스위치(ATS, 110), 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120), 제1 및 제2 스위치들(130, 140), 전원 상태 모니터링부(150), 출력 상태 모니터링부(160) 및 바이패스(170)를 상호 참조하여 설명하도록 한다.
상용 전원(P)에서 입력되는 전원을 모니터링 하여, 상용 전원(P)에 장애가 발생되었다고 판단된 경우(S110) 발전기(G)를 가동한다(S120). 발전기(G)가 가동되면 자동 절환 스위치(ATS, 110)가 발전기(G) 측으로 절환된다. 상기 상용 전원(P)에서 입력되는 전원의 모니터링은 전원 상태 모니터링부(150)에 의해 수행될 수 있다.
자동 절환 스위치(110)가 발전기(G) 측으로 절환된 이후, 발전기 전원 상태의 정상 여부를 판단한다(S140). 상기 발전기 전원 상태의 정상 여부의 판단은 전원 상태 모니터링부(150)에 의해 수행될 수 있다.
발전기 전원 상태가 정상적이지 않다고 판단되는 경우에는, 상용 전원(P)의 장애 해소 여부를 판단하여(S150), 상용 전원(P)의 장애가 해소된 경우라면 발전기(G)를 정지하고(S220) 자동 절환 스위치(110)를 상용 전원(P) 측으로 절환(S230)할 수 있다. 발전기(G)에서 입력되는 전원이 정상적이지 않고 상용 전원(P)의 장애가 여전히 해소되지 않은 경우라면, 발전기(G)를 바이패싱 시키지 않은 채 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120)를 통해 부하단으로 전원을 공급하며 주기적으로 발전기 전원 상태의 정상 여부를 판단할 수 있다(S140).
발전기 전원 상태가 정상인 것으로 판단되는 경우에는, 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120)를 우회하는 바이패스(170)에 포함된 제2 스위치(140)가 턴-온되고(S160), 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)는 턴-오프된다. 만약 부하(L)를 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120) 또는 바이패스(170)와 연결하는 스위치가 하나로 구현된 경우라면, 그 스위치는 바이패스(170)측으로 절환된다.
즉, 본 발명에서는 발전기(G)의 전원을 부하(L)로 바이패싱하기 전에, 발전기(G)의 전원 상태 및 상용 전원(P)의 장애 상태를 모니터링하여(M1) 바이패싱 여부를 결정함으로써, 안정적이지 않은 발전기(G)의 전기 에너지가 부하(L)에 바이패싱 되는 것을 막을 수 있게 된다.
바이패스(170)에 포함된 제2 스위치(140)가 턴-온된 이후, 발전기(G)의 장애 발생 여부를 판단한다(S170).
발전기(G)의 장애가 감지된 경우, 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)는 턴-온되고, 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120)를 우회하는 바이패스(170)에 포함된 제2 스위치(140)가 턴-오프된다(S190).
발전기(G)의 장애가 감지되지 않은 경우, 상용 전원(P)의 장애 해소 여부를 판단하여(S180), 상용 전원(P)의 장애가 해소된 경우라면 무정전 전원 공급 장치(UPS, 120)와 부하(L)를 연결하는 제1 스위치(130)를 턴온하고(S210), 발전기(G)를 정지한 후(S220) 자동 절환 스위치(ATS, 110)를 상용 전원(P) 측으로 절환(S230)할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 발전기(G)의 전원이 부하(L)로 바이패싱되는 동안에도, 발전기(G)의 장애 발생 여부 및 상용 전원(P)의 장애 해소 여부를 모니터링하여(M2) 바이패싱의 유지 여부를 실시간으로 결정함으로써, 안정적이지 않은 발전기(G)의 전기 에너지가 부하(L)에 바이패싱 되는 것을 막을 수 있게 된다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power supply System)를 우회하여 부하에 전원을 공급하는 바이패스를 포함하는 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법에 있어서,
    상용 전원에 장애가 발생되면 상기 발전기를 가동하는 단계;
    자동 절환 스위치(ATS: Automatic Transfer Switch)를 상기 발전기 측으로 절환하는 단계;
    상기 발전기의 상태를 센싱하는 단계; 및
    상기 발전기의 전원을 상기 바이패스를 통해 상기 부하에 바이패싱 시키는 단계를 포함하며,
    상기 발전기의 전원을 바이패싱 시키는 단계는 상기 발전기의 상태를 센싱하는 단계에서 상기 발전기의 상태가 안정적인 것으로 센싱된 경우에만 수행되는 것을 특징으로 하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발전기의 전원이 바이패싱되는 동안 상기 부하에 인가된 출력 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 출력 상태를 모니터링하는 단계에서 상기 출력 상태에 이상이 감지된 경우, 상기 바이패싱을 끊고 상기 무정전 전원 공급 장치로부터 상기 부하에 전원이 공급되도록 하는 단계를 더 포함하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 바이패싱을 끊고 상기 무정전 전원 공급 장치로부터 상기 부하에 전원이 공급되도록 하는 단계는, 상기 무정전 전원 공급 장치와 상기 부하를 연결하는 제1 스위치를 턴-온하는 단계와 상기 바이패스에 포함된 제2 스위치를 턴-오프 하는 단계를 포함하고,
    상기 발전기의 전원을 바이패싱 시키는 단계는, 상기 무정전 전원 공급 장치와 상기 부하를 연결하는 제1 스위치를 턴-오프하는 단계와 상기 바이패스에 포함된 제2 스위치를 턴-온 하는 단계를 포함하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법.
  5. 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법에 있어서,
    상용 전원에 장애가 발생되면 상기 발전기를 가동하는 단계;
    자동 절환 스위치를 상기 발전기 측으로 절환하는 단계;
    무정전 전원 공급 장치를 우회하여 상기 발전기의 전원을 부하에 공급하는 바이패싱 단계; 및
    상기 상용 전원 및 상기 발전기를 모니터링하는 단계를 포함하고,
    상기 바이패싱 단계는 상기 상용 전원의 장애가 해소되지 않은 채로 상기 발전기의 상태가 정상인 것으로 모니터링 되는 경우에만 유지되는 것을 특징으로 하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치 연결 구조의 제어 방법.
  6. 상용 전원 또는 발전기 중 하나의 전원이 부하에 공급되도록 절환되는 자동 절환 스위치;
    상기 상용 전원으로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전하고, 상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 상기 부하에 공급하는 무정전 전원 공급 장치;
    상기 무정전 전원 공급 장치를 우회하여 상기 부하와 연결되는 바이패스;
    상기 무정전 전원 공급 장치와 상기 부하를 연결하는 제1 스위치;
    상기 바이패스에 포함된 제2 스위치;
    상기 상용 전원의 상태 및 상기 발전기의 상태를 모니터링하는 전원 상태 모니터링부; 및
    상기 부하에 인가되는 출력 상태를 모니터링하는 출력 상태 모니터링부를 포함하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전원 상태 모니터링부는 상기 상용 전원 및 상기 자동 절환 스위치 사이 단에서 상기 상용 전원의 상태를 모니터링하고, 상기 발전기 및 상기 자동 절환 스위치 사이 단에서 상기 발전기의 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 출력 상태 모니터링부는 상기 제2 스위치가 턴-온된 상태에서만 상기 부하에 인가되는 출력 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 출력 상태 모니터링부는 상기 무정전 전원 공급 장치의 인버터, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 부하에 인가되는 출력 상태가 비정상적인 것으로 모니터링된 경우,
    상기 출력 상태 모니터링부는 상기 인버터를 대기 상태에서 활성화 상태로 전환시키고, 상기 제1 스위치는 턴-온시키며, 상기 제2 스위치를 턴-오프시키는 것을 특징으로 하는, 발전기 및 무정전 전원 공급 장치의 연결 구조.
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