KR102136504B1 - 무정전 전력 공급 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계통 이상 여부를 감지하고 UPS 또는 ESS 및 스위치 장치를 이용하여 전력공급원으로부터 제공되는 전력이 부하에 안정적으로 제공될 수 있도록 하는 무정전 전력 공급 관리 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템은, 신재생또는디젤발전장치를포함하는전력공급원 및 에너지 저장 시스템(ESS)을 포함하는 무정전 전력 공급 시스템(UPS)으로 이루어지는 무정전 전력 공급 관리 시스템에 있어서, 부하는 상기 전력공급원 및 상기 무정전 전력 공급 시스템과 병렬로 연결되고, 상기 전력공급원에서 발전된 전력과 부하 사이의 전기적 연결을 결정하는 제1 스위치; 상기 부하와 계통 사이의 전기적 연결을 결정하는 제2 스위치; 상기 계통의 상태 정보를 측정하는 제1 센서부 및 상기 제1 센서부의 측정값에 따라 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하고 상기 전력공급원과 무정전 전력 공급 시스템의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 운영 관리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 전력공급원으로부터 제공되는 전력에 있어 계통 이상이 있는 경우에도 정전 없이 전력이 안정적으로 부하에 제공될 수 있도록 할 수 있다.

Description

무정전 전력 공급 관리 시스템{MANAGING UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 무정전 전력 공급 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 계통 이상 여부를 감지하고 배터리와 제어장치를 구비하는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 또는 ESS(Energy Storage System)와 스위치 장치를 이용하여 소수력 또는 디젤 발전장치(이하 전력공급원이라 한다)로부터 제공되는 전력이 부하에 안정적으로 제공되도록 하는 무정전 전력 공급 관리 시스템에 관한 것이다.

일반적인 무정전 전원공급장치는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 장치라고도 하며, 계통의 상용 전원 및 발전기 전원의 변동이 있을 때, 부하에 일정한 전압 및 주파수를 부하 기기에 연속적으로 공급하고, 정전시에도 배터리 전원을 이용하여 지정된 시간 동안 전원을 연속적으로 유지 공급하는 시스템적 장치를 의미한다.

이러한 무정전 전원공급장치는 산업이 발전하면서 데이터의 손실이나 정보의 손실 등의 피해를 감소하고자 개발된 것으로서, 컴퓨터를 주로 사용하는 현재 사회에서는 시장성 및 발전이 날로 증가되어 전력전자회로 분야에서 많이 사용되고 있다.

아울러 위 무정전 전원공급장치(UPS)는 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)과의 장벽이 허물어지게 되어 최근에는 정부가 무정전 전원공급장치(UPS)만 가능했던 일반 시설물에 에너지저장시스템(ESS)을 적용 가능하도록 함으로써 이들을 결합한 형태(UES, UPS+ESS)가 개발되고 있다.

또한, 일반적으로, UPS 설비는 직류전원 장치, DC 배터리 및 전력변환장치를 조합한 것으로서, 평상시에는 교류전원을 전력변환장치에 포함된 컨버터가 직류로 변환하면, DC 배터리가 직류를 충전함과 동시에, 전력변환장치에 포함된 인버터가 직류를 안정된 교류로 역변환하여, 일정전압 일정주파수의 교류전원을 부하에 공급하며, 교류전원이 정전시에는 DC 배터리가 충전된 직류를 방전하고, DC 배터리에서 방전된 직류를 인버터가 교류로 역변환하여 부하에 전력을 공급함으로써, 부하에 무정전으로 전력을 공급하는 장치를 말한다.

또한, 일반적인 전력 저장 시스템은 에너지 및 환경문제의 심각화에 따른 자원 및 에너지의 효율적 이용에 대한 요구와, 전력수요의 증대, 전원입지의 불확실성 증대, 및 주야간 부하격차 심화에 따른 문제점에 대한 해결방법 중의 하나로서 실용화 가능성이 높은 기술로 평가되고 있다.

이와 같은 전력 저장 시스템에 대한 종래의 기술로는, 기존의 연료전지를 이용한 전력 저장 시스템의 개발과 함께, 대용량 고에너지 밀도의 고성능 전지 개발에 역점을 두고 미국, 일본 등의 선진 각국에서 개발이 진행되고 있으며, 경제성, 전지의 수명 등을 향상시키기 위한 새로운 전지개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 전력 저장 시스템의 계통연계 및 운전 기술에 대해서는 계통연계 인버터의 제어장치, 보호장치, 역충전 보호, 단독운전 방지장치 등에 대한 특허 및 논문 등이 보고되고 있으며, 에너지 환경문제의 심각화에 따른 자원 및 에너지의 효율적 이용, 에어컨 등의 악성부하 증가로 인한 주야간 부하격차심화 및 부하율의 악화 등의 측면에서 주로 부하평준화 용도로 개발되어 왔다.

즉, 전력계통에 병렬로 연계되어 전력요금이 저렴한 심야 기저부하 시에 전력을 전력변환장치에 의해 직류로 변환하여 2차 전지 등에 저장하였다가, 전력요금이 높은 최대부하 시간대나 필요시에 저장된 전력을 다시 교류로 변환하여 수용가에 공급함으로써, 전체 계통의 부하 평준화와 수용가의 전력요금 경제성을 향상시키는 방식에 대하여 연구 개발이 진행되고 있다.

한편, 위와 같은 추세로 개발되며, 다양한 분야에서 적용되는 무정전 전원공급장치에 대해 공개특허공보 제10-2011-0133118호에 연료전지를 이용한 하이브리드 무정전 전원 시스템 및 그 제어방법(선행기술 1), 등록특허공보 제10-1331183호에 에너지저장 기능을 갖는 무정전전원장치(선행기술 2) 및 등록특허공보 제10-1333266호에 무정전 전원장치를 이용한 에너지 관리 시스템(선행기술 3)이 기재되어 있다.

그러나 위에 기재된 선행기술들은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째 선행기술 1은, 연료전지를 이용한 무정전전원 시스템에 관한 것으로, 상용 계통전원의 공급이 중단되는 경우 하이브리드 연결된 연료전지나 니켈수소(Ni-MH)의 이차전지로 비상 연결하여 예비 전원을 공급하고 무순단으로 소요되는 시간을 없애며 연료전지의 성능 및 수명을 개선하는 연료전지를 이용한 기술을 기재하고 있다.

즉, 선행기술 1은 상용전원의 공급이 차단되는 경우 보조전원이 공급되도록 함으로써 연속적인 전력 공급이 가능하다고 주장하고 있는데, 실제로는 상용전원의 공급이 차단되고, 보조전원이 공급되기까지 소정의 시간이 소요되어 실질적인 연속적 전원공급이 불가능하다.

즉, 부하계통의 동작이 잠시 Off동작 되었다가 다시 On동작 되는 형태로서, 이에 대한 이유를 살펴보면, 통상적인 교류(AC) 전원의 극성에 대한 1Cycle은 msec 단위로 16.666msec(이하, '16.666msec'라 합니다)을 갖는데, 이는 곧 전원 공급이 차단되어도 1Cycle(16.666msec)이 경과하기 전까지는 전원공급이 유효하다가

1cycle(16.666msec)이 경과된 후에 전원공급이 차단됨을 의미한다.

그러나 통상적인 무정전 전원시스템의 보조전원으로 사용되는 배터리 등은 전원 공급을 위한 반응속도가 150 ~ 200msec이기 때문에 상용전원의 공급차단을 신속히 감지한다고 하더라도 이미 상기 1Cycle(16.666msec)이 경과될 수밖에 없고, 이로 인해 부하계통의 동작이 일시적으로 Off 동작될 수밖에 없는 것이다.

둘째 선행기술 2는, 정류기와 인버터를 통해서 부하에 에너지를 공급함과 동시에 배터리 충전기를 통해 배터리를 충전하되, 정전이 발생하는 경우, 자동으로 배터리 모드로 절체되어 배터리 방전기의 제어에 따라 배터리에 저장된 에너지를 부하로 공급하고, 첨두부하가 발생하거나 전력이 부족한 경우, 배터리 모드로 동작하여 ESS 기 능을 수행한다.

셋째 선행기술 3는, ESS 기능이 필요한 첨두 부하시, 전력부족시 또는 사용자의 필요에 의해 ESS 기능이 필요한 경우, EMS(10)가 입력단의 스위치(SW)를 오프시키고, 스위치(SW)오프에 따라 정전으로 인식한 UPS(20)가 배터리 모드로 동작하여 상용전원을 사용하지 않고 배터리에 미리 저장된 에너지를 부하(L)로 공급하되, ESS 기능이 필요 없어진 경우, EMS(10)가 입력단 스위치를 온시키고, UPS(20)가 상용전원을 부하(L)로 공급한다.

즉, 상기 선행기술 2 및 선행기술 3의 경우에도 상용전원의 공급차단을 판단할 수 있더라도 상기한 1 Cycle(16.666msec)이 경과될 수밖에 없고, 따라서 부하계통의 동작이 일시적으로 Off 동작될 수밖에 없는 것이다.

따라서, 상기한 문제점을 해결함과 더불어, 상용전원이 다시 공급 되기 전까지의 시간을 확보할 수 있는 회로구성 및 동작방법의 개발이 요구되고 있다고 할 것이다.

또한, 이러한 기존의 운전방식으로만은 상용계통에 정전, 순간정전, 전압변동과 같은 이상현상이 발생하는 경우, 수용가에 안정적으로 전력을 공급할 수 없으며, 특히, 반도체, 섬유, 정유, 철강 등의 정밀기계 및 주요부 하를 갖는 수용가의 경우, 정전 등의 이상 발생 시 치명적인 경제적 물질적 손실이 초래될 수 있다.

따라서, 계통 이상 이나 정전 등의 이상이 발생될 경우에도 우수한 품질의 전력을 지속적으로 공급할 수 있도록 필요 시 전력 저장 시스템에서 전력을 제공할 수 있고, 부하 쪽이 계통에서 분리되어 독립 운전될 수 있도록 하는 전력 공급 관리 시스템의 개발이 요구되고 있다.

1. 한국공개특허 제10-2011-0133118호 2. 한국등록특허 제10-1331183호 3. 한국등록특허 제10-1333266호

본 발명은 계통 이상 여부를 감지하고 UPS 또는 ESS 및 스위치 장치를 이용하여 전력공급원 발전장치로부터 제공되는 전력이 부하에 안정적으로 제공될 수 있도록 하는 무정전 전력 공급 관리 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템은, 신재생 또는 디젤발전장치 를포함하는 전력공급원 및 에너지 저장 시스템(ESS)을 포함하는 무정전 전력 공급 시스템(UPS)으로 이루어지는 무정전 전력 공급 관리 시스템에 있어서, 부하는 상기 전력공급원 및 상기 무정전 전력 공급 시스템과 병렬로 연결되고, 상기 전력공급원에서 발전된 전력과 부하 사이의 전기적 연결을 결정하는 제1 스위치; 상기 부하와 계통 사이의 전기적 연결을 결정하는 제2 스위치; 상기 계통의 상태 정보를 측정하는 제1 센서부 및 상기 제1 센서부의 측정값에 따라 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하고 상기 전력공급원과 무정전 전력 공급 시스템의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 운영 관리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 센서부는, 상기 계통의 전압 수치, 전류 수치 및 주파수 수치 중 하나 이상을 측정하고, 상기 제어부는, 상기 제1 센서부의 수치들과 소정 기준 범위들을 비교하여 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소정 기준 범위들은, 전압 범위, 전류 범위, 주파수 범위 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 계통의 수치들 중 하나가 상기 소정 기준 범위들 중 하나를 벗어나는 계통 이상 상태의 경우에 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프시키고 상기 무정전 전력 공급 시스템이 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 전력공급원이 가동하도록 제어하고, 상기 제1 스위치를 온시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 계통 이상 상태가 정상 상태로 변경되는 경우 상기 계통과 상기 전력공급원 및 무정전 전력 공급 시스템을 동기화시키고, 순차적으로 상기 제2 스위치를 온시킨 후 상기 제1 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 피크 저감운전 수행을 위해 상기 전력공급원과 상기 계통을 동기화시킨 후 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 전력공급원의 출력이 소정 출력값에 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력공급원의 상태에 포함되는 온도 변화, 유량 변화 또는 진동 변화를 측정하는 제2 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제2 센서부가 측정한 전력공급원 상태에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제2 센서부가 측정한 온도 변화, 유량 변화 또는 진동 변화가 소정 기준 범위를 벗어나는 경우에 상기 전력공급원이 이상 상태에 있는 것으로 판단하고, 상기 무정전 전력 공급 시스템의 에너지 저장 시스템(ESS)의 에너지 소진 시에 상기 제2 스위치를 온시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 계통 및 전력공급원 상태에 이상이 없을 경우, 상기 계통와 전력공급원의 효율성을 비교하여 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하고, 상기 계통의 효율성이 상기 전력공급원의 효율성보다 높을 경우, 제1 스위치를 온시키고 제2 스위치를 오프시키며, 상기 전력공급원의 효율성이 상기 계통의 효율성보다 높을 경우, 제2 스위치를 온시키고 제1 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력공급원은, 상기 신재생 발전장치로, 태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치이며, 상기 무정전 전력 공급 관리 시스템은, 날씨를 관측하고 분석하여 분석정보를 생성하는 기상관측부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기상관측부에서 생성된 상기 분석정보에 따라 태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치 중 하나를 선택하여 전력을 공급받도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무정전 전력 공급 관리 시스템은, 상기 무정전 전력 공급 관리 시스템의 정보를 전송받아 관리자가 모니터링하고 제어할 수 있는 이동단말기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 부하는 하나 이상이 구비되고, 상기 무정전 전력 공급 관리 시스템은 상기 부하의 총 소비 전력 수치를 측정하는 제3 센서부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제3 센서부가 측정한 부하의 총 소비 전력 수치가 상기 계통 또는 전력공급원에서 공급되는 전력 수치보다 클 경우, 상기 무정전 전력 공급 시스템을 동작시켜 상기 부하에 전력이 공급되도록 하며, 상기 계통 또는 전력공급원과 상기 무정전 전력 공급 시스템의 전력을 상기 부하에 배분하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 계통 상태에 이상이 발견될 경우, 정상상태로 복구되는 복구 기간을 예측하고, 상기 무정전 전력 공급 관리 시스템은 예측된 상기 복구 기간에 따라 상기 전력공급원과 무정전 전력 공급 시스템의 사용계획을 수립하는 수립부를 더 포함하고, 상기 제어부가 상기 수립부로부터 수립된 사용계획에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하며 상기 무정전 전력 공급 시스템을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급을 관리하는 방법은, 전력공급원 및 에너지 저장 시스템(ESS)을 포함하는 무정전 전력 공급 시스템(UPS)을 제어하여 무정전 전력 공급을 관리하는 방법에 있어서, 센서부를 통해 계통의 전압 수치, 전류 수치 및 주파수 수치 중 하나 이상을 측정하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 측정한 수치들 중 하나가 소정 기준 범위를 벗어나는 계통 이상 상태의 경우 상기 전력공급원과 부하를 전기적으로 연결하는 제1 스위치 및 상기 부하와 계통을 전기적으로 연결하는 제2 스위치를 오프시키는 제2 단계;

상기 무정전 전력 공급 시스템을 동작시키는 제3 단계; 상기 전력공급원을 가동시키고 상기 제1 스위치를 온시키는 제4 단계; 상기 계통 이상 상태가 정상 상태로 변경되는 경우 상기 계통과 상기 전력공급원 및 무정전 전력 공급 시스템을 동기화시키고 순차적으로 상기 제2 스위치를 온시키고 상기 제1 스위치를 오프시키는 제5 단계; 피크 저감운전 수행을 위해 상기 전력공급원과 상기 계통을 동기화시킨 후 상기 제1 스위치를 온시키고 상기 전력공급원의 출력이 소정 출력값에 도달하도록 제어하는 제6 단계 및 상기 전력공급원이 이상 상태에 있는 것으로 감지되는 경우 상기 제1 스위치를 오프시키는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전력공급원으로부터 제공되는 전력에 있어 계통 이상이 있는 경우에도 정전 없이 전력이 안정적으로 부하에 제공될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 전력공급원에 발생하는 전압 등의 이상 현상을 효과적으로 모니터링하여 계통 및 부하에 제공될 전력의 품질이 유지되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템의 구성 및 기능을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 기상관측부 및 이동단말기 구성을 도시한 계략도이다.
도 4는 도 2에 기상관측부 구성을 도시한 블록도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 방법의 과정을 도시한 순서도이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템 및 방법에 관하여 첨부된 도면을 기초로 상세하게 설명하면서 구체적인 실시예를 함께 살펴본다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템의 구성에 대해 도 1 내지 도 4를 기초로 이하에서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템의 구성 및 기능을 도시한 블록도이고, 도 3은 도 1에 기상관측부 및 이동단말기 구성을 도시한 계략도이며, 도 4는 도 2에 기상관측부 구성을 도시한 블록도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)은, 계통(5), 전력공급원(10), 무정전 전력 공급 시스템(UPS, 20), 로드(Load, 30), 제1 스위치(40), 제2 스위치(50), 제어부(60), 제1 센서부(70) 및 제2 센서부(80)를 포함하며 이루어질 수 있다.

전력공급원(10)은 신재생 발전장치 또는 디젤 발전 장치일 수 있고, 작은 규모의 수력 발전 장치인 소수력 발전 장치가 바람직하며, 특히 소수력 발전장치는 상당한 규모를 갖는 거대한 댐이나 강의 물을 흐름을 기초로 한 수력 발전 형태가 아닌 소규모의 물 흐름을 이용한 수력 발전을 수행하는 발전 장치 형태가 적용될 수 있다.

또한, 전력공급원(10)은 신재생 발전장치로, 태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치를 포함하여, 종류가 다른 복수개의 발전장치로 구비될 수 있다.

또한, 무정전 전력 공급 시스템(UPS, 20)은 계통에 이상이 발생하여 부하(Load, 30)에 전력이 제대로 공급되지 않는 경우 이를 감지하여 부하(30)에 전력을 제공하기 위한 시스템으로, 구체적으로 에너지 저장 시스템(ESS)을 포함하는 형태로 구비될 수 있다.

또한, 로드(Load, 30)는 부하(30) 즉, 공급되는 전력을 소비하는 부분으로, 일반적인 전자제품이나 전자장비가 이에 해당한다.

또한, 부하(30)는 하나 이상이 구비될 수 있다.

또한, 제1 스위치(40)는 온 상태 또는 오프 상태에 따라 전력공급원(10)에서 발전된 전력과 부하(30) 사이의 전기적 연결을 결정한다. 제1 스위치(40)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 온 상태 또는 오프 상태가 될 수 있다.

도한, 제2 스위치(50)는 온 상태 또는 오프 상태에 따라 부하(30)와 계통(5) 사이의 전기적 연결을 결정한다. 제2 스위치(50)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 온 상태 또는 오프 상태가 될 수 있다.

또한, 제1 센서부(70)는 계통(5)의 상태 정보를 측정한다. 즉 제1 센서부(70)는 계통(5)의 전압, 전류, 주파수 또는 전력 등을 측정하여 계통(5)의 상태가 이상 또는 정상인지를 판단하기 위한 정보를 측정한다. 구체적으로 제1 센서부(70)는 계통(5)의 전압 수치, 전류 수치, 주파수 수치 및 전력 수치 중 하나 이상을 측정할 수 있다.

또한, 제2 센서부(80)는 전력공급원(10)의 상태에 포함되는 상태 정보인 온도 변화, 유량 변화, 진동 변화 또는 전력 수치 등을 측정한다. 즉, 제2 센서부(80)는 전력공급원(10)의 주요 상태를 측정하기 위해 온도 센서, 유량 센서, 진동 센서 및 전력 센서 중 하나 이상을 포함하여 실시될 수 있다.

또한, 제어부(60)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 기본적으로 제1 스위치(40) 및 제2 스위치(50)의 온/오프 상태를 제어한다. 구체적으로 제어부(60)는 제1 센서부(70) 또는 제2 센서부(80)의 측정값에 따라 제1 스위치(40)와 제2 스위치(50)의 온/오프 동작을 제어한다. 또한, 제어부(60)는 전력공급원(10)와 무정전 전력 공급 시스템(20)의 동작을 제어한다.

또한, 제어부(60)는 제1 센서부(70)의 수치들과 소정 기준 범위들을 비교하여 제1 스위치(40)와 제2 스위치(50)의 온/오프 동작을 제어한다. 구체적으로 소정 기준 범위들은 전압 범위, 전류 범위, 주파수 범위 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 계통(5)의 수치들 중 하나가 소정 기준 범위들 중 하나를 벗어나는 계통 이상 상태의 경우에 제1 스위치(40) 및 제2 스위치(50)를 오프시키고 무정전 전력 공급 시스템(20)이 동작하도록 제어할 수 있다.

이와 같은 제어 동작은 계통(5)에 이상이 있는 경우에 계통(5)을 분리(전력공급원(10)과도 부하(30)가 분리되도록 함)하는 과정으로, 계통(5) 분리 후 무정전 전력 공급 시스템(20)이 가동되도록 하여 부하(30)에 보조 전력이 공급되도록 한다.

또한, 제어부(60)는 상기 계통 이상 상태에서의 제1 스위치(40) 및 제2 스위치(50) 동작 및 무정전 전력 공급 시스템(20)의 동작 제어 후, 전력공급원(10)가 가동하도록 제어하고, 제1 스위치(40)를 온시키는 제어 동작을 수행한다. 이러한 제어 동작 과정은 무정전 전력 공급 시스템(20)이 가동되도록 하여 부하(30)에 보조 전력이 공급되는 상황에서 전력공급원(10)를 가동시키고 전력공급원(10)와 무정전 전력 공급 시스템(20)의 ESS가 동기 병렬 운전이 되도록 하는 제어 과정이다.

또한, 제어부(60)는 계통(5)의 이상 상태가 정상 상태로 변경되는 경우 계통(5)과 전력공급원(10) 및 무정전 전력 공급 시스템(20)을 동기화시키고, 순차적으로 제2 스위치(50)를 온시킨 후 제1 스위치(40)를 오프시키는 제어 동작을 수행한다.

이러한 제어 동작 과정은, 계통(5)이 정상 상태로 돌아온 경우, 전력공급원(10) 및 무정전 전력 공급 시스템(20)과 계통(5)을 동기화 시킨 후 제2 스위치(50)를 온 상태로 만들고 제1 스위치(40)를 오프 상태로 만드는 과정이다. 즉, 계통(5)이 정상 상태로 돌아온 경우에 바로 계통(5)을 연결시키지 않고 계통(5)을 전력공급원(10) 및 무정전 전력 공급 시스템(20)과 동기화 시킨 후에 계통(5)과의 전기적 연결을 위한 제2 스위치(50)를 온 시키고, 최종적으로 전력공급원(10)와의 전기적 연결 해제를 위한 제1 스위치(40)의 상태를 오프 상태로 만든다.

또한, 제어부(60)는 피크 저감운전 수행을 위해 전력공급원(10)과 계통(5)을 동기화시킨 후 제1 스위치(40)를 온 시키고, 전력공급원(10)의 출력이 소정 출력값에 도달하도록 제어할 수 있다. 즉, 이러한 제어부(60)의 제어 동작은, 피크 저감운전 수행을 위한 제어 동작으로 전력공급원(10)과 계통(5)의 병렬운전이 이루어지도록 하는데, 전력공급원(10)과 계통(5)을 동기화시킨 후에 제1 스위치(40)를 온 상태로 만들고, 최종적으로 전력공급원(10)의 출력이 피크 저감운전에 맞도록 소정 출력값을 가지도록 제어(거버너(governor) 제어)하는 동작 과정이다. 구체적으로 전력공급원(10)을 제어하여 소정 감축량에 도달하도록 하는 과정이고, 이 때 제어부(60)는 전력공급원(10)과 계통(5) 사이에 발생할 수 있는 역조류 현상이 발생하지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(60)는 제2 센서부(80)에서 측정한 전력공급원(10)의 상태 정보(온도 변화, 유량 변화 또는 진동 변화)에 기초하여 제어 동작을 수행할 수 있는데, 구체적으로 제어부(60)는 제2 센서부(80)가 측정한 온도 변화, 유량 변화 또는 진동 변화가 소정 기준 범위를 벗어나는 경우에 전력공급원(10)이 이상 상태에 있는 것으로 판단하고, 이에 따라 전력공급원(10)의 연결 상태를 해제하기 위해 제1 스위치(40)가 오프 상태가 되도록 하면서 제2 스위치(50)도 오프 상태가 되도록 제어한다. 이러한 제어 과정은 전력공급원에 이상이 발생한 경우 먼저 무정전 전력 공급시스템(UPS)에 포함된 에너지 저장 시스템(ESS)의 에너지가 먼저 소모되도록 하기 위함이다. 상기 에너지 저장 시스템(ESS)의 에너지가 소모된 후에는 제어부(60)가 제2 스위치(50) 상태를 온시켜 계통(5)의 전력이 사용되도록 한다.

상기와 같은 제어 과정에서 기본적으로 제2 센서부(80)는 전력공급원(10)의 전압 변화, 주파수 변화 및 열량 변화(전력 품질을 나타내는 지표)를 측정할 수 있는데, 이러한 값에 기초하여 전력공급원(10)의 상태를 모니터링 할 수 있고 이상 발생시(온도, 유량 또는 진동 상태의 이상 발생)에 제1 스위치(40)를 개방(오프)시켜 전력공급원(10)의 이상 상태가 전체 시스템에 영향을 미치지 않도록 제어부(60)가 제어할 수 있다.

또한, 제어부(60)는 계통(5) 및 전력공급원(10) 상태에 이상이 없을 경우, 계통(5)과 전력공급원(10)의 효율성을 비교하여 제1 스위치(40) 및 제2 스위치(50)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다.

이때, 효율성 비교는 계통(5) 및 전력공급원(10)의 전력 수치, 전력 수치/총운용비용인 전력 단가, 공급될 수 있는 전력량 중 하나 이상을 비교하는 것으로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 계통(5)의 효율성이 전력공급원(10)의 효율성보다 높을 경우, 제2 스위치(50)를 온시키고 제1 스위치(40)를 오프시킬 수 있다.

또한, 전력공급원(10)의 효율성이 계통(5)의 효율성보다 높을 경우, 제1 스위치(40)를 온시키고 제2 스위치(50)를 오프시킬 수 있다.

바람직하게는 계통(5)의 전력 단가와 전력공급원(10)의 전력 단가를 비교하여 효율성을 비교하는 것으로, 부하(30)에 전력을 공급하기에 충분한 전력 수치를 나타낼 경우 전력 단가를 비교하여 보다 저렴한 공급원을 이용하도록 하여 경제적으로도 효율성을 높일 수 있는 것이다.

이는 효율성이 더 좋은 공급원을 사용하여 부하(30)에 전력을 효율적으로 공급할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)은 기상관측부(90)를 더 포함할 수 있다.

기상관측부(90)는 날씨를 관측하고 분석하여 분석정보를 생성하고, 생성된 분석정보를 제어부(60)에 전달할 수 있다.

구체적으로, 기상관측부(90)는 날씨를 관측하고 분석하여, 날씨에 따라 전력공급원(10)의 태양광 발전장치, 풍력 발전장치, 소수력 발전장치에 발생되는 전기에너지량을 예측하고 이에 따른 전력효율을 예상하여 분석정보를 생성할 수 있다.

즉, 날씨의 태양빛 세기, 바람 세기, 강수량을 분석하여 전력공급원(10)인 태양광 발전장치, 풍력 발전장치, 소수력 발전장치의 전력 효율을 예상한 분석정보를 생성할 수 있다.

기상관측부(90)는 이러한 분석정보를 제어부(60)에 전달하고, 이때 제어부(60)는 전달받은 분석정보에 따라 태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치 중 하나를 선택하여 전력을 공급받도록 할 수 있다.

이는 제1 스위치(40)가 온 될 경우 전력공급원(10)인 태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치 중 하나만 연결(작동)되어 저장되어 있거나 생성된 전력이 부하(30)측으로 공급되도록 한다.

즉, 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)에서 제1 스위치(40)를 온시켜 전력공급원(10)을 사용하는 경우에 기상관측부(90)를 이용하여 전력 효율이 가장 높은 발전장치로부터 전력을 공급받을 수 있도록 제어하는 것이다.

또한, 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)은 이동단말기(200)를 더 포함할 수 있다.

이동단말기(200)는 스마트폰, 노트북, 테블릿 등을 포함하는 것으로, 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)의 정보를 전송받아 관리자가 모니터링하고, 필요 시 제어명령을 전달하여 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)을 제어할 수 있도록 한다.

예를 들어, 이동단말기(200)는 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)의 제어부(60)와 무선으로 연결되어 계통(5) 상태 정보, 전력공급원(10) 상태 정보, 기상관측부(90)의 분석정보를 확인할 수 있다.

또한, 계통(5) 상태에 이상이 발견되거나, 전력공급원(10)상태에 이상이 발견되는 경우 관리자는 실시간으로 알 수 있어 시간고 공간의 제약 없이 관리할 수 있다. 즉, 관리자는 이상이 생겼을 경우 곧바로 계통(5) 또는 전력공급원(10)의 이상을 해결할 수 있다.

또한, 관리자가 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)의 정보를 받아 그에 따라 원하는 대로 자유롭게 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)을 제어할 수 있다.

이를 통해, 관리자가 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)을 시간 및 공간의 제약을 덜 받으면서 상시 관리할 수 있도록 하고, 이상이 발생되면 즉시 관리자가 알 수 있어 이상을 해결하는 시간이 단축될 수 있다.

또한, 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)은 제3 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제3 센서부(미도시)는 부하(30)의 총 소비 전력 수치를 측정한다. 즉, 제3 센서부(미도시)는 하나 이상의 부하(30)의 총 소비 전력 수치를 측정하기 위해 전력 센서로 구비될 수 있다.

또한, 제3 센서부(미도시)는 부하(30)가 2개 이상으로 구비될 경우 부하(30)에 각각 설치되어 각 부하(30)의 소비 전력 수치를 측정한 뒤 각 소비 전력 수치를 합산하여 총 소비 전력 수치를 제어부(60)로 전달할 수 있으나, 제어부(60)에서 각각 측정된 소비 전력 수치를 전달받아 합산하여 총 소비 전력 수치를 얻을 수도 있다.

이에 제어부(60)는 제3 센서부(미도시)가 측정한 부하(30)의 총 소비 전력 수치가 계통(5) 또는 전력공급원(10)에서 공급되는 수치보다 클 경우, 무정전 전력 공급 시스템(20)을 동작시켜 부하(30)에 공급되도록 할 수 있다.

이때, 부하(30)에 계통(5) 또는 전력공급원(10)과 무정전 전력 공급 시스템(20)의 전력을 배분하여 공급할 수 있다.

이는 계통(5) 또는 전력공급원(10)으로는 부족한 전력을 부하(30)에 무정전 전력 공급 시스템(20)에서 공급하여 계통(5) 또는 전력공급원(10)의 과부하를 방지하고 부족한 전력으로 인하여 부하(30)의 작동 멈춤(off) 등을 방지할 수 있다.

예를 들어, 갑작스런 부하(30)의 급증이 발생할 경우 소비 전력이 급격하게 변동되어 계통(5) 또는 전력공급원(10)에서 과부하가 발생할 수 있고, 부족한 전력으로 부하(30)의 작동에 이상이 발생할 수 있는 것을 방지하는 것이다.

또한, 무정전 전력 공급 관리 시스템(100)은 수립부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

수립부(미도시)는 제어부(60)로부터 예측된 복구 기간에 따라 전력공급원(10)과 무정전 전력 공급 관리 시스템(20)의 사용계획을 수립할 수 있다.

즉, 수립부(미도시)는 예측된 복구 기간 동안 전력공급원(10) 및 무정전 전력 공급 관리 시스템(20)을 통해 부하(30)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있도록 사용계획을 수립하는 것이다.

이를 위해, 수립부(미도시)는 복구 기간 동안의 발전장치인 전력공급원(10)의 발생되는 전기에너지량을 예측하여, 복구 기간 동안 전력공급원(10) 또는 무정전 전력 공급 관리 시스템(20)을 사용할 것인지에 대해 시간에 따라 계획을 세울 수 있다.

여기서, 수립부(미도시)는 기상관측부(90)로부터 날씨에 따른 발생되는 전기에너지량의 예측정보를 전달받아 사용계획을 수립하는데 예측정보를 반영할 수 있다.

이때, 제어부(60)는 계통(5) 상태에 이상이 발견될 경우, 정상상태로 복구되는 복구 기간을 예측할 수 있다. 여기서, 제어부(60)는 제1 센서부(70)로부터 측정된 계통 정보를 참고하여 복구 기간을 예측할 수 있다.

또한, 제어부(60)는 수립부(미도시)에서 수립된 사용계획에 따라 제1 스위치(40)의 온/오프를 제어하여 전력공급원(10)의 전력공급을 제어할 수 있고, 무정전 전력 공급 시스템(20)의 동작을 제어할 수 있다.

이에 따라, 전력공급원(10)에서 부하(30)에 전력을 공급하는데 발생되는 전기에너지량이 부족할 경우를 예상하여 사용계획을 수립함으로써, 부하(30)에 전력을 효율적으로 공급할 수 있고 부하(30)의 작동 멈춤(off) 등을 방지할 수 있다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 방법의 세부 과정에 대해 도 5 내지 도 7을 기초로 이하에서 설명한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 방법의 과정을 도시한 순서도이다.

먼저 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 방법의 과정은, 센서부를 통해 계통의 전압 수치, 전류 수치 및 주파수 수치 중 하나 이상을 측정(제1 단계, S31)한 후 계통의 이상 여부를 판단한다(S32). 그리고 계통 이상 여부에 따라, 계통 이상 상태인 경우에 전력공급원과 부하를 전기적으로 연결하는 제1 스위치 및 부하와 계통을 전기적으로 연결하는 제2 스위치가 오프 상태가 되도록 한다(제2 단계, S33). 만약 계통 이상 상태가 아닌 경우에는 계속적으로 계통의 상태를 센서부를 통해 측정한다(S31로 복귀).

계통 이상의 경우에는 무정전 전력 공급 시스템을 동작시켜 부하에 전력이 공급될 수 있도록 한다(제3 단계, S34). 그리고 전력공급원을 가동시키고 난 후 제1 스위치를 온 상태로 되도록 한다(제4 단계, S35).

다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, 계통 정상 여부를 판단하고(S41), 만약 계통이 정상인 경우에는 전력공급원 및 무정전 전력 공급 시스템을 동기화 하고(S42), 제2 스위치를 온 상태로 한 후 제1 스위치를 오프 상태로 한다(제5 단계, S43).

만약 계통이 정상인 상태가 아닌 경우에는 S33 단계로 복귀한다.

그런 후, 피크 저감운전을 수행하는데 있어서 전력공급원과 계통을 동기화하고(S44), 제1 스위치를 온 상태로 한 후(S45) 전력공급원의 출력이 소정 출력값에 도달하도록 제어한다(제6 단계, S46).

마지막으로 도 7에 도시된 바와 같이, 전력공급원이 이상 상태에 있는지 여부를 판단하고(S51), 만약 이상 상태에 있는 것이라면 제1 스위치 및제2 스위치의 상태가 오프가 되도록 한 후 에너지저장시스템(ESS)의 에너지 소진 시에 제2 스위치를 온시킨다(제7 단계, S52).

만약 이상 상태에 있는 것이 아니라면 계속적으로 전력공급원이 이상 상태 여부를 체크한다(S51로 복귀).

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전력 공급 관리 시스템 및 방법에 관하여 구체적인 실시예들을 들면서 설명하였다. 그러나 위에서 살펴 본 실시예들의 범위로만 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 다소간의 수정 및 변형이 가능 할 것이다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다 할 것이다.

5 : 계통 10 : 전력공급원
20 : 무정전 전력 공급 시스템(UPS) 30 : 부하
40 : 제1 스위치 50 : 제2 스위치
60 : 제어부 70 : 제1 센서부
80 : 제2 센서부 90: 기상관측부
100 : 무정전 전력 공급 관리 시스템
200: 이동단말기

Claims (1)

1. 신재생 또는 디젤 발전장치를 포함하는 전력공급원;
   에너지 저장 시스템(ESS)을 포함하는 무정전 전력 공급 시스템(UPS);
   상기 전력공급원 및 상기 무정전 전력 공급 시스템과 병렬로 연결되는 부하;
   상기 전력공급원에서 발전된 전력과 부하 사이의 전기적 연결을 결정하는 제1 스위치;
   상기 부하와 계통 사이의 전기적 연결을 결정하는 제2 스위치;
   상기 계통의 상태 정보를 측정하는 제1 센서부;
   상기 전력공급원의 상태에 포함되는 온도 변화, 유량 변화, 진동 변화 및 전력 수치를 측정하는 제2 센서부 및
   상기 제1 센서부 또는 제2 센서부의 측정값에 따라 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하고 상기 전력공급원과 무정전 전력 공급 시스템의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 운영 관리 시스템을 포함하고,
   상기 제1 센서부는, 상기 계통의 전압 수치, 전류 수치, 주파수 수치 및 전력 수치를 측정하고,
   상기 제2 센서부는 온도 센서, 유량 센서, 진동 센서 및 전력 센서를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 제1 센서부의 수치들과 소정 기준 범위들을 비교하여 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하며,
   상기 제어부는, 상기 계통의 수치들 중 하나가 상기 소정 기준 범위들 중 하나를 벗어나는 계통 이상 상태의 경우에 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프시키고 상기 무정전 전력 공급 시스템이 동작하도록 제어한 후, 상기 전력공급원이 가동하도록 제어하고, 상기 제1 스위치를 온시키고,
   상기 제어부는, 상기 계통 이상 상태가 정상 상태로 변경되는 경우 상기 계통과 상기 전력공급원 및 무정전 전력 공급 시스템을 동기화시키고, 순차적으로 상기 제2 스위치를 온시킨 후 상기 제1 스위치를 오프시키며,
   상기 제어부는, 상기 제2 센서부가 측정한 온도 변화, 유량 변화, 진동 변화 및 전력 수치 중 하나가 소정 기준 범위를 벗어나 전력공급원 상태에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프시켜 계통 분리 후 무정전 전력 공급 시스템이 가동되도록 하여 부하에 보조 전력이 공급되도록 하고, 상기 무정전 전력 공급 시스템의 에너지 저장 시스템(ESS)의 에너지 소진 시에 상기 제2 스위치를 온시키고,
   상기 제어부는,
   상기 계통 및 전력공급원 상태에 이상이 없을 경우, 상기 계통과 전력공급원의 효율성을 비교하여 제1 스위치 및 제2 스위치의 온/오프 동작을 제어하고,
   상기 계통의 효율성이 상기 전력공급원의 효율성보다 높을 경우, 제1 스위치를 온시키고 제2 스위치를 오프시키며,
   상기 전력공급원의 효율성이 상기 계통의 효율성보다 높을 경우, 제2 스위치를 온시키고 제1 스위치를 오프시키되,
   상기 계통과 전력공급원의 효율성 비교는,
   계통 및 전력공급원의 전력 수치, 전력 수치/총 운용비용인 전력 단가, 공급될 수 있는 전력량을 비교하며,
   날씨를 관측하고 분석하여, 날씨에 따라 상기 전력공급원에서 발생되는 전기 에너지량을 예측하고, 날씨에 따라 발생되는 전기 에너지량의 예측정보에 따른 전력공급원의 전력효율을 예상하여 분석정보를 생성하는 기상관측부를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 계통 상태에 이상이 발견될 경우, 정상상태로 복구되는 복구 기간을 예측하고,
   상기 기상관측부로부터 수신받은 날씨에 따라 발생되는 전기 에너지량의 예측정보를 반영하여 예측된 상기 복구 기간에 따라 상기 전력공급원과 무정전 전력 공급 시스템의 사용계획을 수립하는 수립부를 더 포함하고,
   상기 제어부가 상기 수립부로부터 수립된 사용계획에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하며 상기 무정전 전력 공급 시스템을 제어하며,
   상기 부하는 하나 이상이 구비되고,
   상기 부하의 총 소비 전력 수치를 측정하는 제3 센서부를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 제3 센서부가 측정한 부하의 총 소비 전력 수치가 상기 계통 또는 전력공급원에서 공급되는 전력 수치보다 클 경우, 상기 무정전 전력 공급 시스템을 동작시켜 상기 부하에 전력이 공급되도록 하며, 상기 계통 또는 전력공급원과 상기 무정전 전력 공급 시스템의 전력을 상기 부하에 배분하고,
   상기 무정전 전력 공급 관리 시스템의 정보를 전송받아 관리자가 모니터링하고 제어할 수 있는 이동단말기를 더 포함하며,
   상기 전력공급원은,
   태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 기상관측부로부터 분석정보를 수신받아 분석정보에 따라 태양광 발전장치, 풍력 발전장치 및 소수력 발전장치 중 하나를 선택하여 전력을 공급받도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전력 공급 관리 시스템.
   

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