KR101220773B1 - 스마트 그리드 환경에서 에너지 관리기능을 갖는 지능형 분전반 - Google Patents

스마트 그리드 환경에서 에너지 관리기능을 갖는 지능형 분전반 Download PDF

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Abstract

스마트 그리드 환경에서 에너지 관리기능을 갖는 지능형 분전반이 개시된다. 본 발명의 지능형 분전반은 종래의 단순 분전반과 에너지 관리장치를 결합한 것으로서, 스마트 그리드에 의해 제공되는 실시간 전기요금에 기초하여 신재생 에너지를 보다 효율적으로 관리하고 소비할 수 있도록 제어한다. 더불어, 본 발명의 지능형 분전반은, 에너지 저장장치에서의 충전 또는 방전이 없는 상태에서도 전력변환장치 내에서 소비되는 여자전류를 차단하여 불필요한 여자전류의 소모를 차단할 수 있으며, 주 배선 뿐만 아니라 분기 배선에서의 전력 소모량을 간단하게 산출하여 표시할 수 있다.

Description

스마트 그리드 환경에서 에너지 관리기능을 갖는 지능형 분전반{Intelligent Cabinet-Panel Having Energy Managing Function in the Smart Grid Environment}
본 발명은 스마트 그리드(Grid) 환경에서의 에너지 관리기능을 갖는 지능형 분전반에 관한 것이다.
지금까지 분전반은 건물과 같은 집단적 전력수요처에 설치되어 인입된 전력을 각 전력 사용처에 분배하기 위한 전기장치로 인식되어왔다. 전통적인 분전반은 외함 내에 전력 인입 측에 접속되는 주 배선용 차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker)와, 다수의 분기용 차단기(배선용 차단기, 누전차단기 등) 또는 개폐기를 구비한다.
만약 어느 하나 이상의 분기회로에서 누설전류나 과전류가 발생되면, 해당 회로의 전단에 설치된 분기용 차단기가 과전류나 누설전류를 검출하고 트립 작동함으로써 고장선로를 전원으로부터 분리시킨다. 이에 따라, 어느 한 지점의 고장이 다른 회로 측으로 전파되는 것이 차단된다.
최근 개발되고 사용이 확대되고 있는 분전반은 이러한 단순 전력분배 기능을 넘어 전압 및 전류의 측정, 사용 전력량 산출, 표시장치를 통한 표시 기능, 전력 파형의 분석에 의한 전력사고 분석 기능 및 원격지와의 통신 기능 등 다양한 지능적 기능을 가지면서 디지털화하는 추세에 있다. 이러한 디지털 분전반에 대한 종래기술로서 대한민국 특허 등록 제0809910호(발명의 명칭: 디지털 분전반)를 참고할 수 있다.
태양광 발전과 같은 신재생 에너지도 분전반을 통해 전력 계통에 전송되거나 충전용 배터리 등과 같은 저장 장치에 충전되고, 충전된 에너지는 다시 각종 전자 기기에 전력을 공급하거나 계통에 전송된다.
한편, 스마트 그리드(Smart Grid)는 전력망에 정보통신기술을 융합해 전기사용량과 공급량, 전력선의 상태까지 알 수 있는 기술로서 에너지 효율성을 극대화할 수 있다. 스마트 그리드의 핵심은 전력망에 지그비(Zigbee)나 전력선 통신 등의 정보통신기술을 합쳐 소비자와 전력회사가 실시간으로 정보(예컨대, 실시간 전기요금 등)를 주고 받는 것에 있다. 따라서 일반 상용 교류전원 측에서 공급되는 에너지뿐만 아니라 신재생 에너지의 경우에도 스마트 그리드 시대에 맞추어 특별한 관리가 요청되고 있다.
또한, 상용 AC 그리드로부터 에너지 저장장치로 연결되는 계통이나 신재생 에너지장치로부터 AC 그리드로 연결되는 계통상에는 전력을 변환시키는 전력 변환장치(PCS: Power Conditioning System)가 마련되는데, 문제는 전력 변환장치 내의 변압기가 그 역할을 수행하지 않고 있는 휴지기간에도 불필요한 여자 전류를 소모한다는 것이다. 새로운 지능형 분전반은 이러한 불필요한 소모 전력도 차단할 수 있어야 한다.
나아가, 종래의 분전반은 제품 가격 등의 이유로 주 배선용 차단기 회로에서의 전력 이외에 분기 회로에서의 전력량을 측정할 수 없는 구조로 설계되었는데, 각 분기 회로에서도 정확한 전력 계측도 당연히 요구된다.
본 발명의 목적은 스마트 그리드(Grid) 환경에서의 에너지 관리기능을 갖는 지능형 분전반을 제공함에 있다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 상용 AC 그리드(Grid)와의 연계를 목적으로 에너지 저장장치(ESS)에 저장하기 위해, 신재생 에너지 또는 에너지 저장장치의 전력을 변환시키는 전력변환장치의 계통 연계용 변압기에서의 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 지능형 분전반을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 주 배선용 차단기로부터 각 분기 차단기로 전력이 분기될 때, 상기 주 배선용 차단기에서 계측된 전력정보와 각 분기 차단기로부터 계측된 전류 정보로부터 각 분기회로의 소모 전력을 정확히 분석할 수 있는 지능형 분전반을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 지능형 분전반은, 차단부와 계통제어부를 포함한다.
상기 차단부는 신재생 에너지장치를 계통에 연결하는 제1 전력변환장치 또는 에너지 저장장치를 계통에 연결하는 제2 전력변환장치와, 상용 교류전원 측과, 부하 측으로 상호 분기되는 계통상에 마련된 주 배선용 차단기와 분기용 차단기를 구비하여 상기 계통상의 전력을 분기한다.
상기 계통제어부는 상기 상용 교류전원 측에 연결된 스마트 미터로부터 제공되는 전기요금에 따라 상기 전력변환장치를 제어함으로써, 상기 차단부를 통해 분배되는 에너지를 상기 에너지 저장장치에 충전시키거나 상기 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 상기 차단부를 통해 방전시킨다.
예컨대, 상기 계통제어부는, 상기 전기요금이 저렴할 경우에, 상기 차단부를 통해 분배되는 에너지를 상기 에너지 저장장치에 충전하도록 상기 제2 전력변환장치를 제어할 수 있다. 반대로, 상기 전기요금이 고가일 경우에, 상기 계통제어부는 상기 에너지 저장장치에 충전된 상기 에너지 저장장치가 방전하도록 상기 제2 전력변환장치를 제어할 수 있다.
실시 예에 따라, 본 발명의 지능형 분전반은, 상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 차단부 사이에 각각 마련되어 상기 계통을 단속하는 제1 스위치부 및 제2 스위치부와, 상기 스위치부를 제어하는 여자전류제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 여자전류제어부는, 상기 제1 및 제2 전력변환장치가 휴지상태인 경우(예컨대, 제2 전력변환장치를 통해 에너지 저장장치의 충전 또는 방전이 없는 경우)에, 상기 제1 스위치부 및 제2 스위치부를 개방하여 상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 차단부 사이의 계통을 각각 오프시킴으로써, 상기 제1 및 제2 전력변환장치에서의 여자전류의 소모를 차단할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 상기 지능형 분전반은, 상기 차단부 내의 각 분기별 소비 전류를 측정하는 검출부; 상기 정보를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 표시부; 및 상기 검출부로부터 상기 분기별 소비 전류를 제공받아, 주 배선에서의 소비 전력 값에 기초하여 상기 분기별 소비 전류에 비례하는 분기별 소비 전력을 계산하고, 상기 표시부를 통해 표시하는 전력산출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출부는 상기 차단부 내의 각 분기별 누설 전류도 측정할 수 있으며, 상기 전력산출부는 상기 검출부에서 측정한 분기별 누설전류 값을 이용하여, 상기 분기에서의 누전에 의한 유효 소비 전력을 다음의 수학식으로 산출하여 상기 표시부에 표시할 수도 있다.
<수학식>
누전에 의한 유효 소비 전력 = 감지된 유효 누설 전류 × 전압
또한, 상기 전력산출부는 상기 차단부 내의 각 차단기의 소비 전력을 아래의 수학식에 따라 산출하여 상기 표시부에 표시할 수 있다.
<수학식>
차단기 소비전력 = 전압강하 × 전류
여기서, 상기 전압강하는 상기 차단기의 입력단과 출력단 사이의 전압 차이다.
본 발명에 따른 지능형 분전반은 스마트 그리드(Grid) 환경, 특별히 실시간으로 제공되는 전기요금 정보에 맞춘 에너지 관리기능을 제공한다.
또한, 본 발명의 지능형 분전반은 전력계통의 에너지를 에너지 저장장치에 저장하거나 반대로 방출하기 위해 계통에 연결되는 전력변환장치의 변압기에서 불필요하게 소모될 수 있는 여자전류를 차단하여 불필요한 전력 소모를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 지능형 분전반을 통해 누전에 의해 소모되는 누전차단기가 동작할 정격차단전류 미만의 누설전류에 의한 전력소모를 표시하여, 절전 및 안전을 도모하는 기능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 지능형 분전반을 통해 측정된 분산 전원으로부터의 전류, 누설전류, 전압, 온도 등의 측정값을 이용하여 안전 관리를 추가로 수행할 수 있는 지능형 홈 분전반의 기능을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 분전반을 구비한 에너지 관리 시스템을 도시한 도면, 그리고
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지능형 분전반(100)은 상용 교류 전원뿐만 아니라 신재생 에너지 제어장치를 포함하는 전력 계통상에 연결되어 전체의 에너지를 관리하게 된다.
지능형 분전반(100)은 신재생 에너지 장치 측에 마련된 제1 전력변환장치(PCS: Power Conditioning System)(11)와, 상용 교류전원 측(13)에 마련된 스마트 미터(Smart Meter)(15)와, 에너지 저장장치(17) 측에 마련된 제2 전력변환장치(19), 배터리 운용장치(BMS: Battery Management System)(21), 기타 각종 부하(23)와 연결된다.
여기서, 상용 교류전원 측(13)이라 함은 상용 교류 전원의 계통을 의미하는 것으로서 반드시 전원 공급자로서의 의미에 한정되지 아니하고 전원 수입자로서의 의미를 포함하며, 지능형 분전반(100)을 거쳐 부하(23) 등으로 전력을 공급한다. 부하(23)는 가전기기나 전기차(EV; Electronic Vehicle) 충전기 등과 같이 전력을 소비하는 측이 해당한다.
스마트 미터(15)는 전자식 전력량계로서, 스마트 그리드 환경에 맞추어 시간대별 계량이 가능하며, 전력회사와의 양방향 통신을 통해 실시간으로 전기요금을 제공받을 수 있다. 지능형 분전반(100)은 스마트 미터(15)로부터 실시간 전기요금을 읽어 올 수 있게 된다. 도 1에서 스마트 미터(15)는 지능형 분전반(100)의 외측에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 지능형 분전반(100)의 내부 구성으로 설치될 수도 있다.
제1 전력변환장치(11)와 제2 전력변환장치(19)는 서로 다른 전력 계통 사이에 마련되어 계통을 상호 연결하기 위해 사용되는 장치이다. 신재생 에너지장치에서 생산된 신재생 에너지는 제1 전력변환장치(11)에서 계통에 적합한 형태로 변환된 다음, 지능형 분전반(100)을 통해 에너지 저장장치(17) 또는 부하(23)로 전송된다.
또한, 지능형 분전반(100)에서 에너지 저장장치(17)로 분배된 전력은 제2 전력변환장치(19)에 의해 직류로 변환되어 에너지 저장장치(17)에 충전되며, 에너지 저장장치(17)에 충전된 에너지는 제2 전력변환장치(19)에 의해 교류로 변환되어 부하(23)나 다른 상용 교류전원 측(13)으로 제공된다. 전력변환장치(11, 19)는 도 1에 도시된 예 이외에도, 전력의 형태 변환이 필요한 계통상의 어디에나 마련될 수 있다.
배터리 운용장치(21)는 에너지 저장장치(17)에서 이루어지는 충전 또는 방전을 제어한다.
그 밖에도 지능형 분전반(100)은 신재생 에너지장치를 모니터링하는 전기안전 모니터링 장치(25)와 연결될 수 있다. 전기안전 모니터링 장치(25)는 신재생 에너지장치를 모니터링하여, 고장상태 발생시 해당 회로를 전원으로부터 분리할 수 있으며, 신재생 에너지장치의 온도, 전력 품질, 아크 발생, 누전, 단락 과부하 상황을 지능형 분전반(100)에게 전송한다.
지능형 분전반(100)은 차단부(101), 제1 스위치부(103), 제2 스위치부(105), 검출부(107), 표시부(109), 입력부(111), 통신부(113) 및 에너지관리부(130)를 포함하여, 단순한 전력 분배를 넘어 스마트 그리드 시대에 맞춘 지능형 에너지 관리를 수행할 수 있으며, 불필요한 여자 전류의 차단이나 분기별 전력 소모량의 모니터링 등을 종합적으로 수행할 수 있다.
차단부(101)는 주 배선용 차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker)와, 다수의 분기용 차단기(배선용 차단기, 누전차단기 등) 또는 개폐기를 포함하여 전력 계통상의 전원을 분배하며, 정격 전류 이상의 과전류나 누설전류가 발생한 경우에 계통을 차단한다. 또한, 차단부(101)는 에너지관리부(130)의 제어에 따라 필요한 경우에 주 배선 또는 일부 분기 배선을 차단할 수 있다.
제1 스위치부(103)와 제2 스위치부(105)는 릴레이(Relay) 스위치 또는 트랜지스터와 같은 반도체 스위치 등이 해당하며, 에너지관리부(130)의 제어에 따라 스위칭되어 해당 전력 계통을 차단하거나 연결한다. 도 1에 도시된 제1 스위치부(103)와 제2 스위치부(105)에 한정되지 아니하고 에너지관리부(130)에 의해 단속할 필요가 있는 계통상의 어디에나 스위치부가 마련될 수 있다.
도 1의 제1 스위치부(103)는 차단부(101)와 제1 전력변환장치(11) 사이에 마련되어, 제1 전력변환장치(11)에서 불필요한 여자 전류의 소모가 있는 경우에 계통을 분리시켜 여자 전류의 소모를 방지한다. 마찬가지로, 제2 스위치부(105)는 차단부(101)와 제2 전력변환장치(19) 사이에 마련되어, 제2 전력변환장치(19)에서 불필요한 여자 전류의 소모가 있는 경우에 계통을 분리시켜 여자 전류의 소모를 방지한다.
검출부(107)는 차단부(101) 내의 주 배선용 차단기와 분기용 차단기 측에 설치된 전류센서나 전압센서와, 전류센서나 전압센서의 출력 신호를 증폭하는 증폭회로와, 증폭회로의 출력을 디지털 신호로 변환하는 변환회로를 구비하여, 계통상의 전압 값과 분기된 배선에서의 전류 값을 검출한다. 여기서, 전류 센서는 전류를 센싱하는 영상변류기(ZCT: Zero Current Transformer)나 교류 변류기(CT: Current Transformer) 등이 해당하며, 전압센서는 전압을 검출하는 전위 변류기(PT: Potential Transformer) 등이 해당한다. 전류 센서는 분기별 소모 전력을 검출하기 위해 각 분기마다 설치할 필요가 있으나, 전압 센서는 주 배선에만 설치해도 무방하다.
검출부(107)는 검출한 전류 값 또는 전압 값을 에너지관리부(130)에게 제공한다.
표시부(109)는 에너지관리부(130)가 제공하는 각종 정보, 경보(警報) 또는 사용자의 제어명령을 입력받기 위한 그래픽 인터페이스(Graphic Interface)를 사용자가 시각적으로 인식할 수 있도록 화면상에 표시하거나 각종 램프 등을 통해 표시할 수 있으며, 입력부(111)는 사용자로부터 각종 정보나 제어명령을 입력받아 에너지관리부(130)에 제공한다.
통신부(113)는 외부의 에너지 관리서버(27)나 관리자 단말기(29)와 같은 외부 장치와 통신할 수 있는 통신 인터페이스를 구비하여, 에너지관리부(130)와 외부 장치 사이의 통신을 중개한다. 일반적으로, 에너지관리부(130)에 의한 제반 관리상태는 외부 에너지 관리서버(27)를 통해 관리자 단말기(29)로 제공된다.
에너지관리부(130)는 본 발명의 지능형 분전반(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 기본적으로 에너지관리부(130)는 표시부(109), 입력부(111) 및 통신부(113)에 대한 기본적인 제어 동작을 수행할 수 있으며, 이러한 기능은 본 발명의 특징적인 부분이 아니므로 필요한 경우에 간단히 설명한다.
다만, 계통상에서의 에너지의 분배에 대하여 먼저 간단히 설명한다. 상용 AC 그리드 즉, 상용 교류전원 측(13)의 교류전원은 스마트 미터(15)와 차단부(101)를 거쳐 계통에 공급되고, 신재생 에너지 장치에서 생산된 신재생 에너지는 제1 전력변환장치(11), 제1 스위치부(103) 및 차단부(101)를 거쳐 계통에 전력을 공급된다.
한편, 상용 교류전원 측(13)의 교류전원과 신재생 에너지 장치에서 생산된 신재생 에너지는 필요에 따라 에너지 저장장치(17)에 저장될 수 있으며, 에너지 저장장치(17)에 저장된 에너지 역시 필요에 따라 계통으로 방전될 수 있다. 이와 같은 에너지 저장장치(17)로의 충전과 에너지 저장장치(17)로부터의 방전 제어에 의한 계통 제어가 특별히 에너지관리부(130)에 의해 이루어진다.
에너지관리부(130)에 의한 에너지 관리는 계통 제어와 불필요한 전력의 소모를 차단하는 형태로 이루어지며, 이를 위해 계통제어부(131), 모니터링부(133), 전력산출부(135) 및 여자전류제어부(137)를 포함하여 본 발명의 특징적인 에너지 관리를 수행한다.
계통제어부(131)는 제2 전력변환장치(19)를 제어함으로써, 신재생 에너지 또는 상용 교류전원 측(13)과, 에너지 저장장치(17) 사이의 충전 또는 방전을 제어한다.
우선, 신재생 에너지장치에서 생산된 신재생 에너지나 상용 교류전원 측(13)에서 공급되는 에너지는 차단부(101)와 제2 스위치부(105) 및 제2 전력변환장치(19)를 거쳐 에너지 저장장치(17)에 충전되며, 에너지 저장장치(17)에 저장된 전원은 그 반대 경로를 통해 부하(23)나 상용 교류전원 측(13)으로 공급된다. 이때, 제2 전력변환장치(19)가 그 충전 또는 방전 경로를 형성하게 되며, 제2 전력변환장치(19)의 동작은 계통제어부(131)에 의해 제어된다.
여기서, 계통제어부(131)는 스마트 미터(15)로부터 스마트 그리드에 기반한 실시간 전기요금 정보를 읽어와, 그 요금 정보에 따라 자동으로 신재생 에너지 또는 상용 교류전원을 에너지 저장장치(17)에 충전하거나 에너지 저장장치(17)에 저장된 에너지를 상용 교류전원 측(13)이나 부하(23)로 방전되도록 제어할 수 있다.
예컨대, 계통제어부(131)는 전기 요금이 저렴할 경우에 신재생 에너지나 상용 교류전원으로 에너지 저장장치(17)를 충전시키고, 전기 요금이 고가일 경우에 상용 교류전원 측(13)이나 부하(23)로 방전하도록 제2 전력변환장치(19)를 제어할 수 있다. 다른 제어의 예로서, 계통제어부(101)는 태양열을 이용한 신재생 에너지를 전송받는 낮 시간에는 에너지 저장장치(17)를 충전하고, 밤 시간에는 에너지 저장장치(17)를 방전시킬 수도 있다.
이러한 계통제어부(131)의 제어에 따라, 지능형 분전반(100)을 통해 분배되는 에너지는 전기적 요인에 의해 단순히 충전 또는 방전되는 것이 아니라, 스마트 그리드에 의한 경제적 요인을 포함하는 다양적 요인에 바탕을 둔 종합적 에너지 관리 방법에 의해 관리될 수 있는 것이다.
전력산출부(135)는 주 배선 상의 전체 소모전력 뿐만 아니라, 분기 배선 상의 소모 전력, 그리고 각 분기에서의 전기 누설에 의한 유효 소비전력 등을 산출하여 표시부(109)를 통해 표시한다.
주 배선에서의 전력 값은 차단부(101) 내에 설치된 별도의 전력량계의 출력 값을 검출부(107)를 통해 수신함으로써 확인할 수 있다.
분기별 소비 전력을 검출하기 위해, 전력산출부(135)는 각 분기에서의 소비 전력이 각 분기에서의 전류 값에 비례한다는 점을 이용한다. 전력산출부(135)는 검출부(107)로부터 전압값 그리고 분기 차단기에서의 전류 값을 수신한 다음, 주 배선에서의 전력 값으로부터 각 분기 차단기에서의 전류 값에 비례하는 분기별 전력값을 계산한다.
전력산출부(135)는 그 분기별 전류 값과 전력 값을 표시부(109)를 통해 표시하거나, 외부의 에너지 관리서버(27)에게 제공할 수 있다.
이와 같은 방법으로 각 분기 차단기마다 고가의 전력 측정용 장비를 구비하지 않아도, 각 분기 차단기의 전력을 정확히 측정할 수 있다. 또한, 전력산출부(135)는 분기별로 산출된 전력 값을 저장매체에 기 저장된 전력패턴과 비교하여, 별도의 전력 제어 알고리즘에 따라 각 분기별 계통을 직접 차단하는 방법으로 전력 소모량을 직접 제어할 수도 있다.
또한, 전력산출부(135)는 누전 등의 전기 누설에 의한 유효소비전력을 산출하여 표시부(109)를 통해 표시할 수 있다. 이때, 누전에 의한 유효 소비 전력은 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112011044828215-pat00001
누설전류는 검출부(107)내의 영상변류기(ZCT) 등을 이용하여 검출할 수 있다.
이를 통해, 차단기 동작의 기준이 되는 정격의 누설 전류 미만의 누설이어서 차단기에 의해 차단되지 않는 상태에서도, 지능형 분전반(100)은 누설에 의한 소비 전력을 산출하고 관리할 수 있는 것이다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따라 전력산출부(135)는 차단기 자체의 소비 전력을 산출하여 표시할 수 있다. 이때, 상기 차단기 자체의 소비 전력은 다음의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112011044828215-pat00002
여기서, 차단기 내의 전압강하는 해당 차단기의 입력단과 출력단 사이의 전압 차를 말한다. 당연히, 전력계통의 방향에 따라, 차단기의 입출력단은 서로 반대가 될 수 있다.
또한, 필요한 경우, 전력산출부(135)는 검출부(107)로 하여금 차단부(101)의 주 배선 차단기 또는 분기 차단기의 트립 유닛을 동작시킬 트립신호를 생성하도록 하여, 해당 계통을 차단할 수 있다.
모니터링부(133)는 전기안전 모니터링 장치(25)로부터 신재생 에너지와 관련된 각종 정보를 수신하고 가공하여, 통신부(113)를 통해 외부 에너지 관리서버(27)에게 제공함으로써 관리자가 신재생 에너지장치의 정상 동작 여부를 모니터링하고 안전 여부를 관리할 수 있게 한다.
여자전류제어부(137)는 제1 전력변환장치(11) 및 제2 전력변환장치(19)를 확인하여 동작의 필요가 없는 경우라면, 불필요한 여자전류 소모를 차단하기 위해 그 계통을 차단한다.
예컨대, 여자전류제어부(137)는 신재생 에너지장치로부터 신재생 에너지의 공급이 없는 경우라면, 제1 스위치부(103)를 작동시켜 차단부(101)와 제1 전력변환장치(11) 사이에 연결된 계통을 차단한다.
또한, 여자전류제어부(137)는 배터리 운용장치(21)의 제어상태를 확인하여 에너지 저장장치(17)로의 충전 또는 방전이 없다고 판단되면, 다시 말해 제2 전력변환장치(19)의 역할이 불필요한 경우로 판단되면, 제2 스위치부(105)를 작동시켜 차단부(101)와 제2 전력변환장치(19) 사이에 연결된 계통을 차단한다.
여기서, 도 2에 도시된 제2 전력변환장치(19)를 예로 들어, 제1 전력변환장치(11)와 제2 전력변환장치(19)를 설명한다. 도 2를 참조하면, 제2 전력변환장치(19)는 DC/DC 변환부(201), 인버터부(203), 필터부(205) 및 변압기(207)를 포함한다.
DC/DC 변환부(201)는 에너지 저장장치(17)와 인버터부(203) 사이처럼 직류 계통 중에 마련되어 입력되는 직류 전압의 크기를 조정한다. 인버터부(203)는 DC/DC 변환부(201)와 변압기(207) 사이에 마련되어 직류를 교류로 변환하거나 교류를 직류로 변환하며, 필터부(205)가 인버터부(203)와 변압기(207) 사이에 마련되어 원하는 주파수 대역의 신호를 필터링하여 통과시킨다. 변압기(207)는 계통 연계형 변압기로서, 서로 다른 형태의 전력 계통(예컨대, 3상 교류와 단상 교류 사이)을 연계시키기 위해 사용된다.
이러한 구성에 의해, 제2 전력변환장치(19)는 교류 전원, 예컨대 380V(볼트)의 3상 교류(AC) 전원을 에너지 저장장치(17)에 충전할 수 있는 직류 전원으로 변환하며, 제2 전력변환장치(19)에 의해 변환된 직류 전원이 에너지 저장장치(17)에 충전된다.
반대로, 에너지 저장장치(17)에 저장된 에너지는 DC/DC 변환부(210), 인버터부(220), 필터부(230) 및 변압기(207)를 통해 교류 전원으로 변환되어, 부하(23)나 상용 교류전원 측(13)으로 공급된다.
배경기술에서도 설명한 바와 같이, 변압기(207)는 에너지 저장장치(17)의 충전 또는 방전이 없는 경우에도 기본적으로 무부하 전류인 여자 전류를 소모한다. 여자전류제어부(137)는 배터리 운용장치(21)를 확인하여 에너지 저장장치(17)의 충전 또는 방전이 없는 경우 제2 스위치부(105)를 개방시켜 제2 전력변환장치(19)로의 계통 연결을 차단하여 여자 전류가 공급되지 않도록 하는 것이다.
마찬가지로, 여자전류제어부(137)는 신재생 에너지장치로부터 에너지 공급이 없는 경우 제1 스위치부(103)를 개방시켜 제1 전력변환장치(11)로의 계통 연결을 차단하여 여자 전류가 공급되지 않도록 하는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (6)

  1. 신재생 에너지장치를 계통에 연결하는 제1 전력변환장치, 에너지 저장장치를 계통에 연결하는 제2 전력변환장치, 상용 교류전원 측 및 부하 측으로 각각 분기되는 계통상에 마련된 지능형 분전반에 있어서,
    주 배선용 차단기와 분기용 차단기를 구비하여 상기 계통상의 전력을 분기하는 차단부;
    상기 상용 교류전원 측에 연결된 스마트 미터로부터 제공되는 실시간 전기요금에 따라 상기 제2 전력변환장치를 제어함으로써, 상기 제1 전력변환장치 및 상용 교류전원 측으로부터 공급되어 상기 차단부를 통해 분배되는 에너지를 상기 에너지 저장장치에 충전시키거나 상기 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 상기 차단부를 통해 방전시키는 계통제어부;
    상기 차단부 내의 각 분기별 소비 전류 및 분기별 누설 전류를 측정하는 검출부;
    각종 정보를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 표시부; 및
    상기 검출부로부터 상기 분기별 소비 전류를 제공받아, 주 배선에서의 소비 전력 값에 기초하여 상기 분기별 소비 전류에 비례하는 분기별 소비 전력을 계산하고, 상기 표시부를 통해 표시하는 전력산출부를 포함하고,
    상기 계통제어부는,
    상기 전기요금이 저렴할 경우에, 상기 차단부를 통해 분배되는 에너지를 상기 에너지 저장장치에 충전하도록 상기 제2 전력변환장치를 제어하고,
    상기 전기요금이 고가일 경우에, 상기 에너지 저장장치에 충전된 상기 에너지 저장장치가 방전하도록 상기 제2 전력변환장치를 제어하고,
    상기 전력산출부는, 상기 검출부에서 측정한 분기별 누설전류 값을 이용하여, 상기 분기에서의 누전에 의한 유효 소비 전력을 다음의 수학식으로 산출하여 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 지능형 분전반.
    <수학식>
    누전에 의한 유효 소비 전력 = 감지된 유효 누설 전류 × 전압
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 차단부 사이에 각각 마련되어 상기 계통을 단속하는 제1 스위치부 및 제2 스위치부; 및
    상기 제1 및 제2 전력변환장치가 휴지상태인 경우에, 상기 제1 스위치부 및 제2 스위치부를 개방하여 상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 차단부 사이의 계통을 각각 오프시킴으로써, 상기 제1 및 제2 전력변환장치에서의 여자전류의 소모를 차단하는 여자전류제어부를 더 포함하는 지능형 분전반.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력산출부는,
    상기 차단부 내의 각 차단기의 소비 전력을 아래의 수학식에 따라 산출하여 상기 표시부에 표시하되,
    <수학식>
    차단기 소비전력 = 전압강하 × 전류
    상기 전압강하는 상기 차단기의 입력단과 출력단 사이의 전압 차인 것을 특징으로 하는 지능형 분전반.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101519530B1 (ko) * 2013-09-17 2015-05-13 주식회사 티에스이에스 마이크로그리드 기반 가정용 전력관리장치
KR101879337B1 (ko) * 2014-06-20 2018-07-17 엘에스산전 주식회사 분전반용 분기회로 계측기 및 해당 분기회로 계측기를 갖는 분전반 장치
CN109193446A (zh) * 2018-10-17 2019-01-11 许昌许继昌南通信设备有限公司 配电网设备的全感知检测与巡检运维***

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200469415Y1 (ko) * 2013-08-14 2013-10-10 진성전기(주) 전기 사용 모니터링 시스템
KR101592926B1 (ko) * 2015-07-14 2016-02-11 장희철 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템
KR101716959B1 (ko) * 2015-07-14 2017-03-15 장희철 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 위한 통합 전원 분배 장치
KR101707745B1 (ko) * 2015-09-02 2017-02-16 엘에스산전 주식회사 전력 모니터링 시스템 및 그의 전력 모니터링 방법
KR101717853B1 (ko) * 2015-09-02 2017-03-27 엘에스산전 주식회사 전력 모니터링 시스템 및 그의 전력 모니터링 방법
KR102334046B1 (ko) * 2017-03-28 2021-12-01 엘에스일렉트릭(주) 전력 관리 시스템
CN111555428B (zh) * 2020-06-05 2023-03-03 电子科技大学 一种用于微能量采集***的充放电及能量管理电路
KR102577917B1 (ko) * 2023-06-09 2023-09-13 정정규 건물 내 스마트 전력 관리장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100125809A (ko) * 2009-05-21 2010-12-01 엘에스산전 주식회사 지능형 분전반 및 이를 이용한 건물 관리방법
JP2011101538A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100125809A (ko) * 2009-05-21 2010-12-01 엘에스산전 주식회사 지능형 분전반 및 이를 이용한 건물 관리방법
JP2011101538A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Panasonic Electric Works Co Ltd 配電システム

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101519530B1 (ko) * 2013-09-17 2015-05-13 주식회사 티에스이에스 마이크로그리드 기반 가정용 전력관리장치
KR101879337B1 (ko) * 2014-06-20 2018-07-17 엘에스산전 주식회사 분전반용 분기회로 계측기 및 해당 분기회로 계측기를 갖는 분전반 장치
CN109193446A (zh) * 2018-10-17 2019-01-11 许昌许继昌南通信设备有限公司 配电网设备的全感知检测与巡检运维***

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