KR102178447B1 - 무정전 전력 공급 마이크로그리드 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 전력 공급 마이크로그리드 시스템이 공개된다. 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 모선 계통으로부터 교류 전력이 인가되는 제1 노드, 제2 노드로 직류 전력을 인가하는 제1 발전기, 제3 노드와 연결되어 교류 전력을 공급받는 제1 부하, 상기 제2 노드와 연결되어 직류 전력을 공그받는 제2 부하, 제4 노드와 연결되어 교류 전력을 공급받는 제3 부하, 상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제1 변환기, 상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제2 변환기, 및 상기 제1 변환기와 상기 제2 변환기의 상태에 따라 상기 제1 노드, 상기 제3 노드, 상기 제4 노드, 상기 제1 변환기, 및 상기 제2 변환기 사이의 연결 관계를 조정하는 스위치부를 포함한다.

Description

무정전 전력 공급 마이크로그리드 시스템{An micro-grid system with un-interrutable power supply}
본 출원은 전력 계통에서 일부 구성에 이상이 발생하더라도 끊김없이 전력을 공급할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
전력을 공급하는 시스템로서 마이크로그리드 등이 사용되고 있다. 마이크로그리드는 모선 계통 등 AC 그리드(grid)를 중심으로, 다양한 발전 설비나 에너지 저장 장치등으로 구성되고, 각각의 전력 제어가 필요한 부분에 다양한 형태의 전력 변환기가 배치됨으로써 구현될 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-1277185호
본 발명의 실시예에 따르면, 전력 계통에서 일부 구성에 이상이 발생하더라도 끊김없이 전력을 공급할 수 있는 전력 공급 마이크로그리드 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 모선 계통으로부터 교류 전력이 인가되는 제1 노드, 제2 노드로 직류 전력을 인가하는 제1 발전기, 제3 노드와 연결되어 교류 전력을 공급받는 제1 부하, 상기 제2 노드와 연결되어 직류 전력을 공그받는 제2 부하, 제4 노드와 연결되어 교류 전력을 공급받는 제3 부하, 상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제1 변환기, 상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제2 변환기, 및 상기 제1 변환기와 상기 제2 변환기의 상태에 따라 상기 제1 노드, 상기 제3 노드, 상기 제4 노드, 상기 제1 변환기, 및 상기 제2 변환기 사이의 연결 관계를 조정하는 스위치부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템의 상기 스위치부는 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되고, 상기 제1 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 노드와 상기 제4 노드를 연결하고, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드를 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 스위치부는 상기 제1 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제3 노드에 인가되도록 상기 연결 관계를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템의 상기 스위치부는 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기와 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제3 노드에 인가되고, 상기 제2 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제4 노드로 인가되도록 상기 연결 관계를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템의 상기 스위치부는 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기가 동작하지 않고, 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제2 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제4 노드로 인가되고, 상기 제4 노드와 상기 제3 노드가 연결되도록 상기 연결 관계를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 제5 노드로 교류 전력을 인가하는 제2 발전기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템의 상기 스위치부는 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않으면, 상기 제5 노드와 상기 제3 노드를 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 스위치부는 상기 제2 변환기가 동작하지 않으면, 상기 제5 노드와 상기 제4 노드를 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 모선 계통으로부터 교류 전력이 인가되는 제1 노드, 제1 발전기로부터 직류 전력이 인가되며, 제1 부하와 연결되는 제2 노드, 교류 전력이 인가되며, 제2 부하와 연결되는 제3 노드, 교류 전력이 인가되며, 제3 부하와 연결되는 제4 노드, 상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제1 변환기, 상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제2 변환기, 제2 발전기로부터 교류 전력이 인가되는 제5 노드, 상기 제1 노드 또는 상기 제5 노드를 제6 노드와 선택적으로 연결하는 제1 스위치, 상기 제1 노드와 제7 노드 사이에 연결된 제2 스위치, 상기 제6 노드와 상기 제7 노드 사이에 연결된 제3 스위치, 상기 제6 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제4 스위치, 상기 제3 노드와 상기 제1 변환기 사이에 연결된 제5 스위치, 상기 제2 변환기와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제6 스위치, 및 상기 제7 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제7 스위치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 상기 제1 스위치는 자동 절환 스위치이고, 상기 제2 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제6 스위치는 기계적 접점을 가지는 스위치이고, 상기 제3 스위치 및 상기 제7 스위치는 전자적 접점을 가지는 스위치일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 제4 스위치와 병렬로 연결되는 제8 스위치를 더 포함하고, 상기 제4 스위치는 전자적 접점을 가지는 스위치이고, 상기 제8 스위치는 기계적 접점을 가지는 스위치일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 모선 계통과 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제9 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제1 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제3 스위치 및 상기 제6 스위치는 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제6 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제7 스위치는 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기는 정상이고, 상기 제2 변환기는 동작하지 않는 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제6 스위치는 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제2 변환기는 정상이고, 상기 제1 변환기는 동작하지 않는 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제6 스위치, 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제5 스위치는 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기는 동작하지 않는 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제6 스위치는 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급 시스템은 상기 제1 변환기는 제3 노드의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 기능을 더 수행하는 양방향 컨버터이고, 상기 제2 변환기는 인버터일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에 따르면, 전력 계통에 이상이 발생하거나, 또는 시스템을 구성하는 일부 구성 요소에서 이상이 발생하더라도 끊김없이 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 전력 계통 또는 변환기 등을 이중화시키지 않고서도 끊김없는 전력 공급이 가능해짐으로써, 투자비를 감소시킬 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 이상이 발생하지 않은 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통 및 인버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통 및 컨버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통, 컨버터, 및 인버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통, 비상 발전기, 컨버터, 및 인버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 모선 계통(10), 제1 발전기(20), 제2 발전기(30), 에너지 저장 장치(40), 제1 부하(51), 제2 부하(52), 제3 부하(53), 및 복수개의 스위치들(60, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 81, 82, 83, 100)로 구성된 스위치부, 컨버터(91), 및 인버터(92)를 포함할 수 있다.
모선 계통(10)은 제1 노드(N1)로 교류(AC) 전력을 공급할 수 있다. 모선 계통(10)은 외부의 발전소 등으로부터 제1 노드(N1)로 전력을 송전하는 계통일 수 있다.
제1 발전기(20)는 제2 노드(N2)로 직류(DC) 전력을 공급할 수 있다. 제1 발전기(20)는 태양광 발전기 등 다양한 형태의 발전기일 수 있다. 제1 발전기(20)가 태양광 발전기인 경우, 제1 발전기(20)는 태양광을 입사하여 전력을 생성하는 태양 전지 등 태양광 발전 설비(21)와, 태양광 발전 설비(21)가 생성한 전력을 일정한 전압 또는 일정한 전류를 가지는 직류 전력으로 변환하는 변환기(22)를 포함할 수 있다. 이때, 변환기(22)는 DC/DC 컨버터일 수 있다.
제2 발전기(30)는 제5 노드(N5)로 교류 전력을 공급할 수 있다. 제2 발전기(30)는 디젤 엔진 발전기(diesel engine generator)일 수 있으며, 모선 계통(10)으로부터 전력이 공급되지 않는 경우에 비상 발전기로서 기능할 수 있다.
에너지 저장 장치(40)는 제2 노드(N2)로 공급된 전력을 이용하여 에너지를 저장하거나, 저장된 에너지를 제2 노드(N2)로 공급할 수 있다. 에너지 저장 장치(40)는 충전지 등으로 구성될 수 있다.
제1 부하(51)는 제3 노드(N3)와 연결되며, 제3 노드(N3)를 통하여 교류 전력을 공급받을 수 있다. 제1 부하(51)는 불완전한 무정전 특성을 가질 수 있다. 즉, 경우에 따라 제1 부하(51)로는 교류 전력이 공급되지 않을 수도 있다. 제1 부하(51)는 모선 계통(10)으로부터 제1 노드(N1)로 공급된 교류 전력, 제2 발전기(20)에 의해 제2 노드(N2)로 공급된 직류 전력이 변환된 교류 전력, 에너지 저장 장치(40)에 의해 제2 노드(N2)로 공급된 직류 전력이 변환된 교류 전력, 및 제2 발젼기(30)에 의해 제5 노드(N5)로 공급된 교류 전력 중 적어도 하나를 스위치 부를 통하여 공급받을 수 있다.
제2 부하(52)는 제2 노드(N2)와 연결되며, 제2 노드(N2)를 통하여 직류 전력을 공급받을 수 있다. 제2 부하(52)는 완전한 무정전 특성을 가질 수 있다. 즉, 제2 부하(52)로는 과전류 차단을 제외한 어떠한 상황에서도 항상 직류 전력이 공급되도록 구현될 수 있다. 제2 부하(52)는 2 발전기(20)에 의해 제2 노드(N2)로 공급된 직류 전력 및 에너지 저장 장치(40)에 의해 제2 노드(N2)로 공급된 직류 전력 중 적어도 하나를 스위치부를 통하여 공급받을 수 있다. 경우에 따라, 제2 부하는 제1 부하(51)는 모선 계통(10)으로부터 제1 노드(N1)로 공급된 교류 전력이 변환된 직류 전력 및 제2 발젼기(30)에 의해 제5 노드(N5)로 공급된 교류 전력이 변환된 직류 전력 중 적어도 하나를 스위치부를 통하여 공급받을 수도 있다.
제3 부하(53)는 제4 노드(N4)와 연결되며, 제4 노드(N4)를 통하여 교류 전력을 공급받을 수 있다. 제3 부하(53)는 제1 부하(51)에 비하여 상대적으로 더 완전한 무정전 특성을 가질 수 있다. 즉, 예외적인 경우가 아니라면 제3 부하(53)로는 교류 전력이 공급되도록 구현될 수 있다. 제3 부하(53)는 모선 계통(10)으로부터 제1 노드(N1)로 공급된 교류 전력, 제2 발전기(20)에 의해 제2 노드(N2)로 공급된 직류 전력이 변환된 교류 전력, 에너지 저장 장치(40)에 의해 제2 노드(N2)로 공급된 직류 전력이 변환된 교류 전력, 및 제2 발젼기(30)에 의해 제5 노드(N5)로 공급된 교류 전력 중 적어도 하나를 스위치 부를 통하여 공급받을 수 있다.
컨버터(91)는 제2 노드(N2)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제3 노드(N3)로 전송할 수 있다. 컨버터(91)로부터 출력되는 교류 전력은 모선 계통(10)에서 공급되어 제3 노드(N3)로 인가되는 교류 전력 또는 제2 발전기(30)에 의해 발생되어 제3 노드(N3)로 인가되는 교류 전력과 동일한 위상을 가지도록 조정될 수 있다. 또는 컨버터(91)는 제3 노드(N2)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)로 전송할 수 있다. 즉, 컨버터(91)는 양방향 컨버터일 수 있다.
인버터(92)는 제2 노드(N2)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제4 노드(N4)로 전송할 수 있다. 인버터(92)는 고정전압 고정주파수 (constant voltage constant frequency : CVCF) 인버터일 수 있다.
스위치부는 모선 계통(10), 제2 발전기(30), 컨버터(91), 및 인버터(92)의 상태에 따라 서로 다른 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
스위치부는 제1 노드(N1) 또는 제5 노드(N5)를 제6 노드(N6)와 연결하는 스위치(60), 제6 노드(N6)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 스위치(73), 제6 노드(N6)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 스위치(81), 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7) 사이에 연결된 스위치(83), 제1 노드(N1)와 제7 노드(N7) 사이에 연결된 스위치(72), 제7 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된 스위치(82), 제3 노드(N3)와 컨버터(91) 사이에 연결된 스위치(74), 및 인버터(92)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된 스위치(75)를 포함할 수 있다.
스위치부는 모선 계통(10)과 제1 노드(N1) 사이에 연결된 적어도 하나의 스위치(71, 100), 제2 노드(N2)와 에너지 저장 장치(40) 사이에 연결된 스위치(76), 및 제2 노드(N2)와 제2 부하(52) 사이에 연결된 스위치(77)를 더 포함할 수도 있다. 스위치들(76, 77)은 특별한 경우(예를 들면, 과전류 차단이 필요한 경우)가 아니라면 온 상태를 유지할 수 있다. 또한, 스위치들(71, 100)은 모선 계통(10)에서 이상이 발생한 경우가 아니라면 온 상태를 유지할 수 있다.
스위치(60)는 자동 절환 스위치(Automatic Transfer Switch :ATS)일 수 있고, 스위치들(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77)은 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker : MCCB)와 같은 물리적 접점을 가지는 스위치일 수 있고, 스위치들(81, 82, 83)은 스태틱 트랜스퍼 스위치(Static Transfer Switch : STS)와 같은 전자적 접점을 가지는 스위치일 수 있다. 스위치(100)는 기중 차단기(Air Circuit Breaker : ACB)일 수 있다.
스위치부의 스위치들 각각의 동작은 도 2 내지 도 7을 참고하여 설명한다.
또한, 본 발명의 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 스위치(82)와 직렬로 연결된 인덕터를 추가적으로 포함할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템은 모선 계통(10), 제2 발전기(30), 컨버터(91), 및 인버터(92)의 상태를 파악하고, 스위치부의 스위치들을 제어하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 이상이 발생하지 않은 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
모선 계통(10), 컨버터(91), 및 인버터(92) 모두가 정상적으로 동작하는 경우, 제2 발전기(30)는 동작하지 않을 수 있다.
또한, 이 경우, 제1 노드(N1)에는 모선 계통(10)으로부터 공급된 교류 전력이 인가된다. 이를 위해 스위치들(100, 71)이 온될 수 있다.
또한, 제1 노드(N1)에 인가된 교류 전력이 제3 부하(53)로 공급될 수 있다. 이를 위해, 스위치들(72, 82)은 온되고, 스위치(75)는 오프될 수 있다. 또한, 인버터(92)는 동작하지 않을 수 있다.
제1 노드(N1)에 인가된 교류 전력 및 컨버터(91)에 의해 변환된 직류 전력 중 적어도 하나가 제1 부하(51)로 공급될 수 있다. 이를 위해, 스위치(60)는 제1 노드(N1)와 제6 노드(N6)를 연결하고, 스위치들(73, 81) 중 적어도 하나와 스위치(74)가 온되고, 스위치(74)가 온될 수 있다. 또한, 스위치(83)는 오프될 수 있다.
또한, 이 경우, 제2 노드(N2)에 인가된 직류 전력이 제2 부하(52)로 공급될 수 있다. 이를 위해 스위치(77)가 온될 수 있다. 또한, 컨버터(91)는 제3 노드(N3)로 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)로 출력할 수도 있다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
모선 계통(10)에 이상이 발생하여 제1 노드(N1)로 교류 전력이 인가되지 않는 경우, 제2 발전기(30)가 동작할 수 있다.
또한, 모선 계통(10)에 이상이 발생하고, 제2 발전기(30), 컨버터(91), 및 인버터(92)는 동작하는 경우, 제3 부하(53)는 인버터(92)로부터 출력된 교류 전력을 공급받는다. 이를 위해, 모선 계통(10)에 이상이 발생한 경우에는 인버터(92)가 즉각적으로 동작하며, 스위치(75)가 온될 수 있다. 따라서, 모선 계통(10)에 이상이 발생하더라도, 모선 계통(10)에 이상이 발생된 시점부터 짧은 시간(예를 들면, 4msec) 이내에 제3 부하(53)로 교류 전력이 공급될 수 있다. 즉, 제3 부하(53)의 전원 장애 시간은 매우 짧아질 수 있다. 이 경우, 스위치들(72, 82, 83)는 오프될 수 있다.
또한, 이 경우, 제1 부하(51)는 제2 발전기(30)가 생성한 교류 전력을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 스위치(60)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 연결하고, 스위치들(73, 81) 중 적어도 하나는 온 될 수 있다. 스위치(83)는 오프될 수 있다. 제1 부하(51)는 컨버터(91)로부터 출력되는 교류 전력을 공급받을 수도 있다. 이를 위해, 컨버터(91)는 제2 노드(N2)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력할 수 있고, 스위치(74)는 온 될 수 있다. 따라서, 모선 계통(10)에 이상이 발생된 시점부터 일정한 시간(예를 들면, 100msec) 이내에 제1 부하(51)로 교류 전력이 공급될 수 있다. 또한, 이 경우, 컨버터(91)로부터 출력되는 교류 전력은 제2 발전기(30)에 의해 발생되어 제3 노드(N3)로 인가되는 교류 전력과 동일한 위상을 가지도록 조정될 수 있다. 이로 인해, 제2 발전기(30)와 컨버터(91)가 병렬운전 모드로 전환되고, 따라서 제1 부하(51)로 보다 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 이 경우, 제2 노드(N2)에 인가된 직류 전력이 제2 부하(52)로 공급될 수 있다. 이를 위해 스위치(77)가 온될 수 있다. 또한, 컨버터(91)는 제3 노드(N3)로 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)로 출력할 수도 있다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통 및 인버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
모선 계통(10)에 이상이 발생하여 제1 노드(N1)로 교류 전력이 인가되지 않는 경우, 제2 발전기(30)가 동작할 수 있다. 또한, 스위치(60)는 제5 노드(N5)를 제6 노드(N6)와 연결할 수 있다.
또한, 모선 계통(10) 및 인버터(92)에 이상이 발생하고, 제2 발전기(30) 및 컨버터(91)는 정상 동작하는 경우, 제3 부하(53)는 제2 발전기(30)가 생성한 교류 전력을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 스위치들(83, 82)가 온될 수 있다. 스위치(75)는 오프될 수 있다. 또한, 제3 부하(53)는 컨버터(91)로부터 출력되는 교류 전력을 공급받을 수도 있다. 이를 위해, 컨버터(91)는 제2 노드(N2)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력할 수 있고, 스위치(74)는 온 될 수 있다.
또한, 이 경우, 제1 부하(51)는 제2 발전기(30)가 생성한 교류 전력을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 스위치(60)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 연결하고, 스위치들(73, 81) 중 적어도 하나는 온 될 수 있다. 스위치(83)는 오프될 수 있다. 제1 부하(51)는 컨버터(91)로부터 출력되는 교류 전력을 공급받을 수도 있다. 이를 위해, 컨버터(91)는 제2 노드(N2)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력할 수 있고, 스위치(74)는 온 될 수 있다. 따라서, 모선 계통(10)에 이상이 발생된 시점부터 일정한 시간(예를 들면, 100msec) 이내에 제1 부하(51)로 교류 전력이 공급될 수 있다.
또한, 이 경우, 제2 노드(N2)에 인가된 직류 전력이 제2 부하(52)로 공급될 수 있다. 이를 위해 스위치(77)가 온될 수 있다. 또한, 컨버터(91)는 제3 노드(N3)로 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)로 출력할 수도 있다.
즉, 도 4의 경우에 있어서, 제2 발전기(30)와 컨버터(91)가 병렬운전 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 부하(51) 및 제3 부하(53)로 전력이 보다 안정적으로 공급될 수 있다.
도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통 및 컨버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
모선 계통(10)에 이상이 발생하여 제1 노드(N1)로 교류 전력이 인가되지 않는 경우, 제2 발전기(30)가 동작할 수 있다. 또한, 스위치(60)는 제5 노드(N5)를 제6 노드(N6)와 연결할 수 있다.
모선 계통(10) 및 컨버터(91)에 이상이 발생하고, 제2 발전기(30) 및 인버터(92)가 동작하는 경우, 제3 부하(53)는 인버터(92)로부터 출력된 교류 전력을 공급받는다. 이를 위해, 스위치(75)가 온될 수 있고, 스위치(72)는 오프될 수 있다.
또한, 이 경우, 제1 부하(51)는 제2 발전기(30)가 생성한 교류 전력을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 스위치(60)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 연결하고, 스위치들(73, 81) 중 적어도 하나는 온 될 수 있다. 스위치(74)는 오프될 수 있다. 제1 부하(51)는 인버터(92)로부터 출력되는 교류 전력을 공급받을 수도 있다. 이를 위해, 스위치들(75, 82, 83)이 온 될 수 있다. 또한, 이 경우, 인버터(92)로부터 출력되는 교류 전력은 제2 발전기(30)에 의해 발생되어 제3 노드(N3)로 인가되는 교류 전력과 동일한 위상을 가지도록 조정될 수 있다. 즉, 제2 발전기(30)와 인버터(92)가 병렬운전 모드로 동작함으로써, 제1 부하(51)로 전력이 보다 안정적으로 공급될 수 있다.
또한, 이 경우, 제2 노드(N2)에 인가된 직류 전력이 제2 부하(52)로 공급될 수 있다. 이를 위해 스위치(77)가 온될 수 있다.
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통, 컨버터, 및 인버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
모선 계통(10)에 이상이 발생하여 제1 노드(N1)로 교류 전력이 인가되지 않는 경우, 제2 발전기(30)가 동작할 수 있다. 또한, 스위치(60)는 제5 노드(N5)를 제6 노드(N6)와 연결할 수 있다.
또한, 모선 계통(10), 컨버터(91), 및 인버터(92)에 이상이 발생하고, 제2 발전기(30)는 정상 동작하는 경우, 제3 부하(53)는 제2 발전기(30)가 생성한 교류 전력을 공급받는다. 이를 위해, 스위치들(83, 82)가 온될 수 있다. 스위치(75)는 오프될 수 있다.
또한, 이 경우, 제1 부하(51)는 제2 발전기(30)가 생성한 교류 전력을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 스위치(60)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)를 연결하고, 스위치들(73, 81) 중 적어도 하나는 온 될 수 있다. 스위치(74)는 오프될 수 있다.
또한, 이 경우, 제2 노드(N2)에 인가된 직류 전력이 제2 부하(52)로 공급될 수 있다. 이를 위해 스위치(77)가 온될 수 있다.
도 7은 도 1에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 마이크로그리드 시스템에서, 모선 계통, 비상 발전기, 컨버터, 및 인버터에 이상이 발생한 경우의 에너지 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
모선 계통(10), 비상 발전기(30), 컨버터(91), 및 인버터(92)에 이상이 발생한 경우, 제2 노드(N2)에 인가된 직류 전력이 제2 부하(52)로 공급될 수 있다. 이를 위해 스위치(77)가 온될 수 있다.
또한, 이 경우, 제1 부하(51) 및 제3 부하(53)로는 전력이 공급되지 않을 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10 : 모선 계통 20 : 제1 발전기
30 : 제2 발전기 40 : 에너지 저장 장치
51, 52, 53 : 부하
60, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 81, 82, 83, 100 : 스위치
91 : 컨버터 92 : 인버터

Claims (18)

  1. 모선 계통으로부터 교류 전력이 인가되는 제1 노드;
    제2 노드로 직류 전력을 인가하는 제1 발전기;
    제3 노드와 연결되어 교류 전력을 공급받는 제1 부하;
    상기 제2 노드와 연결되어 직류 전력을 공급받는 제2 부하;
    제4 노드와 연결되어 교류 전력을 공급받는 제3 부하;
    제5 노드로 교류 전력을 인가하는 제2 발전기;
    상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제1 변환기;
    상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제2 변환기; 및
    상기 제1 변환기와 상기 제2 변환기의 상태에 따라 상기 제1 노드, 상기 제3 노드, 상기 제4 노드, 상기 제1 변환기, 및 상기 제2 변환기 사이의 연결 관계를 조정하는 스위치부를 포함하고,
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않으면, 상기 제5 노드와 상기 제3 노드를 연결하여, 상기 제2 발전기로부터의 교류 전력과 상기 제1 변환기로부터의 교류 전력을 상기 제1 부하에 공급하고, 상기 제1 변환기로부터의 교류 전력의 위상은 상기 제2 발전기로부터의 교류 전력의 위상과 동일하도록 조정되는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되고, 상기 제1 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 노드와 상기 제4 노드를 연결하고, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드를 연결하는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위치부는
    상기 제1 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제3 노드에 인가되도록 상기 연결 관계를 조정하는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기와 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제3 노드에 인가되고, 상기 제2 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제4 노드로 인가되도록 상기 연결 관계를 조정하는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기가 동작하지 않고, 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제2 변환기에서 출력되는 교류 전력이 상기 제4 노드로 인가되고, 상기 제4 노드와 상기 제3 노드가 연결되도록 상기 연결 관계를 조정하는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는
    상기 제2 변환기가 동작하지 않으면, 상기 제5 노드와 상기 제4 노드를 연결하는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  9. 모선 계통으로부터 교류 전력이 인가되는 제1 노드;
    제1 발전기로부터 직류 전력이 인가되며, 제1 부하와 연결되는 제2 노드;
    교류 전력이 인가되며, 제2 부하와 연결되는 제3 노드;
    교류 전력이 인가되며, 제3 부하와 연결되는 제4 노드;
    상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제1 변환기;
    상기 제2 노드의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 제2 변환기;
    제2 발전기로부터 교류 전력이 인가되는 제5 노드;
    상기 제1 노드 또는 상기 제5 노드를 제6 노드와 선택적으로 연결하는 제1 스위치;
    상기 제1 노드와 제7 노드 사이에 연결된 제2 스위치;
    상기 제6 노드와 상기 제7 노드 사이에 연결된 제3 스위치;
    상기 제6 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제4 스위치;
    상기 제3 노드와 상기 제1 변환기 사이에 연결된 제5 스위치;
    상기 제2 변환기와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제6 스위치; 및
    상기 제7 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제7 스위치를 포함하고,
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기는 정상이고, 상기 제2 변환기는 동작하지 않는 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제6 스위치는 오프되어,
    상기 제2 발전기로부터의 교류 전력과 상기 제1 변환기로부터의 교류 전력을 상기 제1 부하에 공급하고, 상기 제1 변환기로부터의 교류 전력의 위상은 상기 제2 발전기로부터의 교류 전력의 위상과 동일하도록 조정되는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 자동 절환 스위치이고,
    상기 제2 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제6 스위치는 기계적 접점을 가지는 스위치이고,
    상기 제3 스위치 및 상기 제7 스위치는 전자적 접점을 가지는 스위치인 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 전력 공급 마이크로그리드 시스템은
    상기 제4 스위치와 병렬로 연결되는 제8 스위치를 더 포함하고,
    상기 제4 스위치는 전자적 접점을 가지는 스위치이고, 상기 제8 스위치는 기계적 접점을 가지는 스위치인 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 전력 공급 마이크로그리드 시스템은
    상기 모선 계통과 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제9 스위치를 더 포함하는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제1 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제2 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제3 스위치 및 상기 제6 스위치는 오프되는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기가 정상인 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제4 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제6 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치, 상기 제7 스위치는 오프되는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서,
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제2 변환기는 정상이고, 상기 제1 변환기는 동작하지 않는 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치, 상기 제6 스위치, 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제5 스위치는 오프되는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 모선 계통으로부터 상기 제1 노드로 교류 전력이 인가되지 않고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기는 동작하지 않는 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제5 노드와 상기 제6 노드를 연결하고, 상기 제3 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제7 스위치는 온되고, 상기 제2 스위치, 상기 제5 스위치, 및 상기 제6 스위치는 오프되는 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 제1 변환기는 제3 노드의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 기능을 더 수행하는 양방향 컨버터이고,
    상기 제2 변환기는 인버터인 전력 공급 마이크로그리드 시스템.
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