KR20150112189A - 하이브리드 전력 제어장치 - Google Patents

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KR20150112189A KR1020140035777A KR20140035777A KR20150112189A KR 20150112189 A KR20150112189 A KR 20150112189A KR 1020140035777 A KR1020140035777 A KR 1020140035777A KR 20140035777 A KR20140035777 A KR 20140035777A KR 20150112189 A KR20150112189 A KR 20150112189A
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Abstract

하이브리드 전력 제어장치가 개시된다. 본 발명의 하이브리드 전력 제어장치는 주전원으로 사용되는 제1 발전기로부터 전원과 한전 전원 중 어느 하나의 전원을 부하 기기에 전달하는 ATS와, 배터리의 전압레벨에 따라 ATS의 출력전원을 제1 발전기의 전원 또는 한전 전원 중 어느 하나의 전원으로 절체하여 출력하도록 제어하는 하이브리드 컨트롤러를 포함하고, 상기 ATS와 배터리 그리고 상기 하이브리드 컨트롤러는 독립운전 또는 양방향 통신이 가능하도록 구성함으로써, 둘 이상의 입력전원에 대한 우선출력순서조정을 설정할 수 있기 때문에 에너지 절약과 안정적인 전원공급 그리고 배터리를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 전력 제어장치{HYBRID POWER CONTROL APPARARUS}
본 발명은 전력출력제어장치에 관한 것으로, 설정된 배터리의 전압과 AC전원 입력상태에 따라 ATS로 입력되는 다수 개의 전원을 절환하여 출력할 수 있도록 하여 태양광같은 영구 자연 에너지와 배터리를 효율적으로 사용할 수 있는 하이브리드 전력 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 관공서, 학교, 빌딩 등의 건물에서는 컴퓨터, 청소기, 냉난방장치 등과 같은 다양한 부하가 사용된다. 이러한 다양한 부하의 동작에 필요한 전력을 공급하기 위한 상용전원이 사용되고 있다. 상용전원은 사용되는 도중에 비정상적인 상황이 발생하면 부하에 공급되는 전력이 자동으로 차단되어 정전 상태가 된다. 그 후, 비상용 발전기가 가동되어 부하에 전력을 일시적으로 공급한다. 그 후, 상용전원이 정상 상태로 돌아오면, 비상용 발전기로부터 부하로 공급되는 전력이 차단되고, 상용전원이 부하에 전력을 공급한다.
상술한 바와 같은 비정상적인 상황에 의해 상용전원의 정전이 발생하는 경우, 비상용 발전기의 가동, 부하에 일시적인 전력 공급, 및 정상 상태가 되면 상용전원으로부터 부하로 전력을 공급하기 위해 상용전원과 비상용 발전기 간의 자동 절체를 수행하기 위한 전원 절체 시스템(ATS)이 사용된다.
ATS(AUtomatic Transfer Switch)란 두개의 다른 전원(POWER) 요소간에 전기적인 부하를 수동 또는 자동으로 전환시켜주는 장치를 말한다.
통상 상전이 정전되고 발전기가 가동되어 전압이 인가되면 발전전원쪽으로 부하를 자동으로 절체하는 System으로, 상용과 비상 전원간을 신속 정확하게 절체(True double-throw)하기 위하여 무정전 Switch기능을 채택한다.
즉, 상전정전 또는 기준전압 미달시, 발전기로 기동신호를 송신하고, 순간정전에 대비하여 Time Delay가 짧은 것을 사용하고, ATS의 원거리 모니터링 및 제어기능을 수행하기 위하여 ASCO의 통신 프로그램인 PowerQuest와 연결가능한 모듈을 사용하여 원거리 테스트기능(Remote Control), Peak Shave전류 등을 위한 다양한 터미널 접점을 구성하고 있다.
이러한 비상용 전원으로 인버터의 출력을 사용하기도 하는 데, 직류(DC) 전원을 받아 교류(AC) 전원으로 출력하는 장치인 인버터의 쓰임새는 다양하다. 최근 신재생 에너지 보급의 확대에 따라 인버터의 활용도가 더욱 높아지고 있다. 특히 IT 산업의 획기적인 발전으로 통신용 장비와 컴퓨터 서버, 네트워크 시스템 보급이 확대되면서 관련 통신용 인버터도 다양한 기능이 요구되고 있다.
특히, 통신용 인버터는 부하기기의 특성상 365일 24시간 상시 가동되어야 하지만 예기치 않는 사고가 발생하여 정류기 또는 배터리의 직류전원으로부터 전원을 공급받지 못하는 경우가 발생하기도 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 사고 발생 시 교류의 상용전원으로부터 전원을 공급받아 작동할 수 있도록 인버터 내부에 ATS(Auto Transfer Switch)를 내장하여 인버터 고장시 상용전원으로 절체하도록 하거나 ATS가 없는 인버터에 외장형 ATS를 조합하여 설치하여 상용전원으로 절체하도록 사용되기도 한다.
이러한 종래의 전원 자동 절체 시스템(ATS)이 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 등록실용신안 제20-0454645호(명칭:전원의 자동절체 시스템)에 개시된 기술로, 도 1을 참조하면, 종래 기술의 전원 절체 시스템은 릴레이(10)를 포함한다. 릴레이(10)는 발전기(20)와 연결되며, 또한 부하 출력(30)에 절체 가능하게 연결된다.
상용전원 입력부(40)로부터 출력되는 상용전원이 상용전원 마그네틱 스위치(16)을 통해 부하출력(30)으로 제공된다. 이 경우, 릴레이(10)는 상용전원 마그네틱 스위치(16)와는 온(ON) 상태를 유지하고 발전 전원 마그네틱 스위치(26)와는 오프(OFF) 상태를 유지하도록 한다. 또한, 상용전원 마그네틱 스위치(16)와 연결된 상용전원 표시등(118)이 온(ON) 상태를 유지하여 상용전원이 사용되고 있음을 표시한다.
한편, 상용전원 입력부(40)로부터 출력되는 상용전원은 배터리 충전기(24)를 통해 발전기(20)의 배터리(22)를 충전한다. 또한, 상용전원 입력부(40)로부터 출력되는 상용전원은 릴레이(10)의 동작에 필요한 전기 에너지를 릴레이(10)로 공급한다.
상술한 바와 같이, 상용전원이 상용전원 마그네틱 스위치(16)을 통해 부하출력(30)으로 제공되어 부하출력(30)의 동작이 수행되는 도중에 상용전원의 정전이 발생하면, 릴레이(10)가 상용전원 마그네틱 스위치를 차단하면서 발전기(20)에 시동신호를 전달하여 발전기를 가동한다. 이와 동시에, 발전기(20)의 배터리(22)는 전원 공급 스위치(14)를 통해 릴레이(10)에 전기 에너지를 공급하여 릴레이(10)의 동작 상태를 유지한다.
또한, 릴레이(10)는 상용전원 마그네틱 스위치(16)와는 오프(OFF) 상태를 유지하고 발전 전원 마그네틱 스위치(26)와는 온(ON) 상태를 유지하도록 절체(스위칭)한다. 그 후, 시동 신호에 따라 발전기(120)가 가동되면, 발전기(20)에서 생성된 전력이 발전 전원 입력부(50), 및 발전 전원 마그네틱 스위치(26)을 통해 부하출력(30)으로 제공된다. 이 경우, 발전 전원 마그네틱 스위치(26)와 연결된 발전 전원 표시등(28)이 온(ON) 상태를 유지하여 발전 전원이 사용되고 있음을 표시한다.
그 후, 상용전원이 정상 상태로 복구되면, 릴레이(10)는 발전 전원 마그네틱 스위치(26)와의 연결이 오프(OFF) 상태를 유지하고 상용전원 마그네틱 스위치(16)와의 연결이 온(ON) 상태를 유지하도록 다시 절체한다.
또한, 릴레이(10)는 발전기(20)에 정지 신호를 전달하고, 정지 신호에 따라 발전기(20)의 가동이 정지된다.
이러한 방식으로, 종래 기술에 따른 전원 절체 시스템은 상용전원의 공급 및 상용전원의 정전 발생시 상용전원과 발전기(20) 간의 자동 절체를 수행한다.
한편, 도 1에 도시된 발전기 비상정지 스위치(12)는 상용전원이 정상적으로 공급되는 경우 또는 비정상적인 상황 발생에 의해 발전기(20)의 발전 전원이 공급되는 경우와는 무관하게, 발전기(20) 자체에 비정상적인 상황이 발생하는 경우 발전기(120)의 동작을 정지시키기 위해 제공된다.
그러나, 상술한 바와 같은 릴레이(10)를 구비한 종래 기술의 전원 절체 시스템은 다음과 같은 문제점이 존재한다.
발전기의 출력이 중지되어야 상용전원으로 절체하므로 순간적으로 부하기기의 가동이 중단되고, 민감한 네트워크 장비나 컴퓨터 서버 등이 순간정전으로 인식하고, 통신용 장비가 순간적으로 다운되기도 하는 문제점이 있다.
또한, 태양광과 같은 영구 에너지를 이용한 태양전지판을 이용하여 배터리를 충전함과 동시에 인버터를 통하여 ATS내로 입력전원으로 사용하는 경우, 배터리의 상태와 무관하게 ATS가 절체되기 때문에 배터리 방전을 방지할 수 있는 방법이 없다.
그리고, 상용전원의 정전 후 배터리 전압을 사용하던 중 배터리의 전압이 떨어지면 불가피하게 부하기기에 공급되는 전력을 끊을 수 밖에 없기 때문에 통신기기나 서버 등이 다운되어 데이터에 손상을 가해지는 상황을 피할 수 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 배터리 전압을 감지하고, 둘 이상의 입력전원에 대한 우선출력순서조정을 설정할 수 있는 하이브리드 전력 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리의 차단 전압을 1차 저전압 차단과 2차 저전압 차단으로 이원화하여 입력전원을 효율적으로 사용할 수 있는 하이브리드 전력 제어장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 영구 자연에너지를 효율적으로 이용하여 에너지 절약을 할 수 있는 하이브리드 전력 제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 양방향 통신기능을 구비한 하이브리드 전력 제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 정전이나, 배터리 전원 차단 등 어떠한 경우에도 UPS기능을 수행할 수 있는 하이브리드 전력 제어장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 전력 제어장치는, 태양전지판, 풍력발전기, 또는 DC발전기 중 어느 하나의 제1 발전기로부터 직류전원을 입력받아 변환된 교류전원을 자동 절체 장치(ATS;Auto Transfer Switch)에 공급하는 하나의 DC/AC 인버터와, 한전 전원과 DC/AC 인버터로부터 교류전원 중 어느 하나의 전원을 부하 기기에 전달하는 ATS와, 상기 제1 발전기와 연결되어 충전되고, 충전된 전압이 상기 DC/AC인버터의 입력전원으로 전기적으로 연결된 배터리, 및 상기 배터리의 전압레벨에 따라 상기 ATS의 출력전원을 상기 DC/AC 인버터로부터 공급되는 전원 또는 상용전원 중 어느 하나의 전원으로 절체하여 출력하도록 제어하는 하이브리드 컨트롤러를 포함하고, 상기 ATS와 배터리 그리고 상기 하이브리드 컨트롤러는 독립운전 또는 양방향 통신이 가능하도록 구성함으로써, 달성될 수 있다.
이러한 하이브리드 컨트롤러는 상기 ATS의 출력전원을 절환하기 위한 1차 저전압과 상기 1차 저전압보다 더 낮은 2차 저전압을 설정하고, 상기 배터리의 전압이 상기 1차 저전압을 초과하면 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 1차 저전압 이하로 떨어지면, 상기 한전 전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어한다.
또한, 하이브리드 컨트롤러는 상기 한전 전원이 정전으로 판단되면, 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 2차 저전압에 다다르면, 상기 ATS의 출력전압을 전환하도록 동작한다.
이를 위하여 하이브리드 컨트롤러는 상기 ATS의 출력전압을 제어하는 ATS제어부와, 상기 배터리의 전압레벨을 감지하는 배터리전압감지부와, 상기 한전전원의 정전 여부를 감지하는 정전감지부, 및
상기 ATS의 출력전원을 절환하기 위한 1차 저전압과 상기 1차 저전압보다 더 낮은 2차 저전압을 설정하는 배터리전압설정부를 포함하고, 상기 배터리전압감지부에서 감지한 배터리의 전압이 상기 1차 저전압을 초과하면 상기 ATS제어부는 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 1차 저전압 이하로 떨어지면, 상기 한전 전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 하이브리드 전력 제어장치에 의하면, 둘 이상의 입력전원에 대한 우선출력순서조정을 설정할 수 있기 때문에 에너지 절약 및 배터리를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 전력 제어장치에 의하면, 배터리전압이 높아지면 태양광, 풍력, DC발전이 잘되고 있음을 감지하고, 파워인버터 출력우선으로 조정되며, 배터리 전압이 일정전압 이하로 떨어지면 한전 우선출력으로 신속하게 전환함으로써, 전기의 끊김없이 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 전력 제어장치에 의하면, ATS의 출력전원을 절환하기 위한 전압을 이원화하였기 때문에 정전시에는 1,2차 저전압범위에서 파워인버터 전원으로 전원이 공급되는 UPS기능을 할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 하이브리드 전력 제어장치에 의하면, 한전 전원이 불안정하거나 모자란 비상시에는 원격으로 출력 순서를 조정 및 컨트롤하여 블랙다운등 정전 예방용으로도 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전원 자동 절체 시스템(ATS)을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 전력 제어장치의 주요 구성도,
도 3은 도 2의 하이브리드 컨트롤러의 상세 구성도,
그리고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 ATS 출력전압 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "---부", "---기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 하이브리드 전력 제어장치의 주요 구성도이고, 도 3은 도 2의 하이브리드 컨트롤러의 상세 구성도이다.
도 2를 참고하면, 주전원으로 동작되는 제1 발전기의 직류전원을 입력받아 변환된 교류전원을 자동 절체 장치(ATS;Auto Transfer Switch)의 입력전원으로 공급하는 DC/AC 인버터(140)와, DC/AC 인버터(140)의 출력전원인 제1전원(141)과 상용 한전 전원인 제3전원(121)이 입력되어 절체되는 자동 절체 장치(ATS;Auto Transfer Switch)(120), 상기 제1 발전기(190)와 연결되어 충전되거나 또는 제3전원(121)에 의하여 충전되고, 충전된 전압이 DC/AC인버터(140)의 입력전원으로 전기적으로 연결된 배터리(170), 그리고 배터리(170)의 전압레벨에 따라 ATS(120)의 출력전원을 DC/AC 인버터(140)로부터 공급되는 제1전원 또는 한전의 제3전원(121) 중 어느 하나의 전원으로 절체하여 출력하도록 제어하는 하이브리드 컨트롤러(110)를 포함하여 구성함으로써, 둘 이상의 입력전원에 대한 우선출력순서조정을 설정할 수 있도록 하여 안정적 전기 출력, 에너지 절약 및 배터리를 효율적으로 사용할 수 있도록 구성한다.
이를 위하여 DC/AC 인버터(140)는 태양전지판, 풍력발전기, 또는 DC발전기 중 어느 하나로 구성되는 제1 발전기로부터 직류전원을 입력받아 ATS(120)로 입력전원을 공굽하기 위하여 AC로 변환하여 공급하도록 구성된다.
또한, 제1 발전기(190)의 출력 전원은 부하기기(미도시)에 전원을 공급하기 위한 주전원으로 사용되며, 배터리(170)를 충전하고, DC/AC 인버터(140)에 안정적인 전원을 공급하기 위한 충전컨트롤러(180)를 제1 발전기(190)와 인버터(140)의 연결라인상에 직렬로 추가 구성할 수 있으며, 충전컨트롤러(180)와 인버터(140)가 연결된 라인상에 배터리(170)가 충전되고, 인버터(140)로 충전 전원이 공급되도록 회로적으로 연결된다.
또한, 배터리(170)는 우선적으로 충전컨트롤러(180)의 출력 전원으로 연결되어 충전되고, 한전 전원(제3전원)(121)을 통하여 충전되게 구성한다.
이때 충전컨트롤러(180)의 충전전압을 한전전원을 이용한 배터리충전용 충전기(야간또는 장기간 날씨가 흐릴때 배터리의 방전을 방지하는 용도 또는 발전기 가동시 배터리충전용으로 사용)보다 높게 구성하여 태양광 등으로 발전되는 전기로 우선 충전되게 구성하여 효율적으로 에너지절약이 될 수 있게 한다.
이 경우 제3전원(121)은 AC전원이므로 이를 DC로 변환하여 배터리를 충전할 수 있는 AC/DC배터리 충전부(150)를 더 구비할 수 있다.
자동 절체 장치(Auto Transfer Switch;이하 "ATS"라 함)는 한전 전원인 제3전원(121)과 DC/AC 인버터(140)로부터 출력되는 제1전원(141) 중 어느 하나의 전원을 후술하는 하이브리드 컨트롤러(110)의 제어에 의하여 부하 기기로 출력하도록 동작된다.
이러한 ATS는 통상 한 쪽의 전원이 정전인 경우 다른 전원으로 절체를 하는데 사용되고, ATS의 고장으로 전원의 절체 동작이 안되면 부하측에 전원이 공급이 안되는 일이 발생하기 때문에 이러한 고장시의 대책으로 바이패스 장치를 설치할 수도 있다.
본 발명에서는 설명의 편의 상 제1 전원(141)과, 제3전원(121) 그리고 후술하는 제2전원(131) 모두에 설치하는 것으로 설명한다.
제2전원(131)은 한전에서 공급되는 제3전원(121)이 불안정해지거나 또는 정전되고, 제1전원(141)의 사용량이 어느 설정 수준에 도달하게 되면, 배터리(170)를 보호함과 동시에 부하기기에 지속적인 전원을 끊김없이 공급할 수 있도록 발전기와 같은 별도의 발전장치에서 공급되는 전원이다.
하이브리드 컨트롤러(110)는 배터리(110)의 출력 전압레벨에 따라 ATS(120)의 출력전원을 DC/AC 인버터(140)로부터 공급되는 제1전원, 발전기에서 공급되는 제2전원, 한전에서 공급되는 제3전원 중 어느 하나의 전원이 ATS(120)에서 부하기기로 출력되도록 제어한다.
구체적으로, 하이브리드 컨트롤러(110)는 ATS(120)의 출력전원을 절환하기 위한 배터리의 1차 저전압과 상기 1차 저전압보다 더 낮은 2차 저전압을 설정하여, 배터리(170)의 전압이 1차 저전압을 초과하면 DC/AC인버터(140)의 입력전원이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어하고, 배터리(170)의 전압이 1차 저전압 이하로 떨어지면, 한전의 제3전원(130)이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어한다.
이러한 1차 저전압은 설정된 해당 전압에 도달하면 한전전원 우선출력으로 전환하던가 발전기 전원 우선출력모드로 전환하기 위한 설정으로, 태양광등의 발전이 잘될때는 전압이 높으니 그린에너지를 사용하여 전기를 절약하도록 하고, 2차 저전압은 배터리 잔류량을 남겨두어 정전 등의 비상시에도 전원을 공급할 수 있도록 하기 위함이다.
통상 배터리(170)는 만충되면 약 14.5V 전후이나, 전원으로 사용가능한 최저 전압(차단전압)은 10.5~11V 가량이므로, 1차 저전압이란 만충전압과 최저전압 사이에 형성하여(예를 들면 12V), 배터리(170)의 전압이 1차 저전압에 다다르면, 배터리(170)에서 방전되는 전압 즉 DC/AC 인버터(140)의 출력을 멈추게 하여 한전전원 출력 우선모드로 조정신호를 주어 한전 전원이 출력되게 하여 배터리의 소모를 방지한다. 이후 한전의 제3전원(121)이 불안정하거나 정전 등으로 차단되었을 경우에 DC/AC 인버터(140)의 출력으로 비상 전원 공급을 할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 2차 저전압은 배터리 구성에 따라 다르나 통상 배터리의 차단전압인 약 10.5~11V정도로 설정하면 된다.
이를 위하여, 하이브리드 컨트롤러(110)는 한전 전원인 제3전원(121)이 정전으로 판단되면, DC/AC인버터(140)의 입력전원이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어하고, 배터리(170)의 전압이 2차 저전압에 다다르면, 제2 발전기(130)에 시동 신호를 주어 제2 발전기(130)에서 출력되는 제2전원(131)이 ATS(120)로 출력되도록 동작된다.
즉, 2차 저전압에 도달되면 DC/AC인버터(140)가 꺼지기 전에 발전기가 작동하도록 신호를 주어 순간정전이 되지 않고 발전기전원이 출력되도록 제어하는 것이다.
또한, 하이브리드 컨트롤러(110)는 장시간 정전이나 배터리의 전압이 2차 저전압 직전에 이를 때 제2발전기(130)에 자동 시동신호를 주어 발전기를 작동시키고 발전기에서 공급되는 전원(제2전원)이 ATS(120)로 입력되게 하여 부하기기에 공급되게 할 수도 있다.
이때도, 제2발전기(130)에서 출력되는 전원이 AC인 경우 별도의 AC/DC충전기(160)나 AC/DC배터리충전부(150)를 통하여 배터리(170)에 충전전원으로 사용할 수도 있고 DC일 경우 배터리를 충전하여 DC/AC인버터(140)의 전원 출력을 지속시킬 수 있다.
결국 하이브리드 컨트롤러(110)는 한전의 제3전원(121)과 제2발전기(130)의 제2전원(131), 그리고 DC/AC인버터(140)의 입력 전원 중 어느 하나를 배터리(170)의 전압 설정범위나 AC 또는 DC전원의 입력상태에 따라 절체하여 사용할 수 있도록 제어한다.
이러한 동작을 수행하기 위한 하이브리드 컨트롤러(110)의 상세 구성에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.
즉, 하이브리드 컨트롤러(110)는 ATS(120)의 출력전압을 제어하는 ATS제어부(111)와 배터리(170)의 전압레벨을 감지하는 배터리전압감지부(112), 한전의 제3전원(121)의 정전 여부를 감지하는 정전감지부(113), ATS(120)의 출력전원을 다른 전원으로 절환하기 위한 AC출력 우선 순위를 전환할 수 있는 1차 저전압과 상기 1차 저전압보다 더 낮은 2차 저전압을 설정하는 배터리전압설정부(114), 그리고 발전기구동부(115)를 포함하여 구성하고, 배터리전압감지부(112)에서 감지한 배터리(170)의 전압이 상기 1차 저전압을 초과하면, ATS제어부(111)는 DC/AC인버터(140)의 제1전원이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어하고, 배터리(170)의 전압이 1차 저전압 이하로 떨어지면, 한전의 제3전원(121)이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어한다.
또한, 하이브리드 컨트롤러(110)는, 정전감지부(113)를 통하여 한전의 제3 전원(121)이 정전으로 판단되면, DC/AC인버터(140)의 제1전원(141)이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어하고, 배터리(170)에서 감지된 전압이 2차 저전압에 다다르면, 발전기에 작동명령을 주어 발전기전원이 공급되는 것을 일정시간 (약 5초정도)감지하고 안정적으로 공급된다고 판단되면 발전기전원이 ATS(120)로 출력되도록 한다. ATSats를 통하여 출력되고 있는 전원이 차단될 경우에는 빠른 속도로 예비전원으로 절체하여 전원공급을 해주지만 ATS를 통하여 출력되는 전원이 살아있는 상황에서 다른(한전 또는 제2발전기)전원으로 출력을 전환할 경우에는 일정시간(약5초정도) 다른 전원(한전 또는 제2발전기)이 안정적으로 공급되는지를 판단후 전환시켜주는 것이 바람직하다.
한편, 하이브리드 컨트롤러(110)는 배터리의 전압을 체크하고, 태양광 등의 발전량을 체크하고, 제2 발전기를 구동하고, ATS를 제어하기 위하여 양방향 통신이 가능하도록 전기적으로 연결된다.
본 발명에서는 이들의 통신이 유선이던 무선이던 독립운전이던 이에 한정하지 않고 근거리 무선통신을 포함하여 쌍방향으로 통신이 가능한 구성요소를 각각 구비하고 있음은 물론이고, 특히 하이브리드 컨트롤러(110)는 키 입력을 통하여 데이터를 설정할 수 있도록 키보드나 통상의 스마트폰, PC 등과 같은 데이터 입력이 가능한 디스플레이장치를 구비한 단말기로 구성할 수 있다.
이러한 구성의 하이브리드 전력 제어장치의 작동에 관하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 ATS 출력전압 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도로서, 먼저 하이브리드 컨트롤러(110)는 배터리전압설정부(114)를 통하여 1차 저전압과 2차 저전압을 설정하여야 한다.
이후, 배터리(170)의 전압을 배터리전압감지부(112)에서 양방향 통신을 통하여 감지하고(S210), 감지된 전압이 설정전압(만충 상태의 전압) 이상이면(S211), DC/AC인버터(140)의 제1전원(141)이 부하기기로 연결되도록 ATS제어부(111)가 ATS(120)를 제어하고(S220), 단계 S212에서 배터리(170)의 전원이 설정된 1차 저전압 이하로 판단되면, 한전의 제3전원(141)이 부하기기로 연결되도록 ATS제어부(111)가 ATS(120)를 제어하도록 한다(S213).
이후, 정전감지부(113)를 통하여 한전의 제3전원(121)이 정전으로 판단되면, 하이브리드 컨트롤러(110)는 DC/AC인버터(140)의 제1전원(141)이 부하기기로 연결되도록 ATS제어부(111)가 ATS(120)를 제어한다(S215).
단계 S214에서 정전이 아닌 경우는 게속하여 제3전원이 출력되도록 제어한다.
걔속하여 하이브리드 컨트롤러(110)는 제1전원(141)이 부하기기에 연결되도록 제어하다가, 배터리전압감지부(112)에서 감지된 전압이 제2 저전압에 도달하였는 가를 판단하여(S216), 단계 S216에서 2차 저전압에 근접하였다고 판단되면, 제2발전기(130)를 가동시켜, 배터리(170)를 충전하거나, 제2발전기(130)의 제2전원(131)이 ATS(120)를 통하여 부하기기에 연결되도록 ATS(120)를 제어하는 것이다(S217~S218).
한편, 단계 S212에서 배터리의 감지 전압이 1차 저전압 이상으로 판단되면 제1전원이 ATS(120)를 통하여 출력되도록 제어하는 것이다.
여기서 한전 전원이 복구되거나 제1 전원 출력조건 즉 배터리 전압이 상승되면 발전기 시동을 정지하도록 명령을 주어 해당 전원으로 출력이 되도록 전환하는 것이다.
상술한 바와 같이, 본원 발명의 하이브리드 전력 제어장치에 의하면, 둘 이상의 입력전원에 대한 우선출력순서조정을 배터리의 전압레벨에 따라 설정할 수 있기 때문에 태양광, 풍력, 수력 등의 자연에너지를 효율적으로 이용하여 에너지를 절약하고 예비전원을 확보하여 안정적인 전원공급을 할 수 있을 뿐만 아니라 배터리를 효율적으로 사용할 수 있으며, ATS로 입력되는 전원의 상태를 감지함으로써, 전류의 끊김없이 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
110 : 하이브리드 컨트롤러 111 : ATS제어부
112 : 배터리전압감지부 113 : 정전감지부
114 : 배터리전압설정부 115 : 발전기구동부
120 : ATS 121 : 제3전원
130 : 제2발전기 131 : 제2전원
140 : DC/AC인버터 141 : 제1전원
170 : 배터리 190 : 제1발전기

Claims (5)

  1. 태양전지판, 풍력발전기, 또는 DC발전기 중 어느 하나의 제1 발전기로부터 직류전원을 입력받아 변환된 교류전원을 자동 절체 장치(ATS;Auto Transfer Switch)에 공급하는 하나의 DC/AC 인버터;
    한전 전원과 DC/AC 인버터로부터 교류전원 중 어느 하나의 전원을 부하 기기에 전달하는 ATS;
    상기 제1 발전기와 연결되어 충전되고, 충전된 전압이 상기 DC/AC인버터의 입력전원으로 전기적으로 연결된 배터리;및
    상기 배터리의 전압레벨에 따라 상기 ATS의 출력전원을 상기 DC/AC 인버터로부터 공급되는 전원 또는 상용전원 중 어느 하나의 전원으로 절체하여 출력하도록 제어하는 하이브리드 컨트롤러;
    를 포함하고, 상기 ATS와 배터리 그리고 상기 하이브리드 컨트롤러는 독립운전 또는 양방향 통신이 가능하도록 구성되는 하이브리드 전력 제어장치.
  2. 재 1항에 있어서,
    상기 하이브리드 컨트롤러는
    상기 ATS의 출력전원을 절환하기 위한 1차 저전압과 상기 1차 저전압보다 더 낮은 2차 저전압을 설정하고, 상기 배터리의 전압이 상기 1차 저전압을 초과하면 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 1차 저전압 이하로 떨어지면, 상기 한전 전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하는 하이브리드 전력 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하이브리드 컨트롤러는
    상기 한전 전원이 정전으로 판단되면, 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 상기 ATS를 통하여 2차 저전압에 이를 때까지 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 2차 저전압에 다다르면, 상기 ATS의 출력전압이 또 다른 전원으로 출력되도록 제어하는 하이브리드 전력 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하이브리드 컨트롤러는
    상기 ATS의 출력전압을 제어하는 ATS제어부;
    상기 배터리의 전압레벨을 감지하는 배터리전압감지부;
    상기 한전전원의 정전 여부를 감지하는 정전감지부;및
    상기 ATS의 출력전원을 절환하기 위한 1차 저전압과 상기 1차 저전압보다 더 낮은 2차 저전압을 설정하는 배터리전압설정부;
    를 포함하고, 상기 배터리전압감지부에서 감지한 배터리의 전압이 상기 1차 저전압을 초과하면 상기 ATS제어부는 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 1차 저전압 이하로 떨어지면, 상기 한전 전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하는 하이브리드 전력 제어장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 하이브리드 컨트롤러는
    상기 정전감지부를 통하여 상기 한전 전원이 정전으로 판단되면, 상기 DC/AC인버터의 입력전원이 상기 ATS를 통하여 출력되도록 제어하고, 상기 배터리의 전압이 2차 저전압에 다다르면, 상기 ATS의 출력전압을 다른 전원으로 출력되도록 제어하는 하이브리드 전력 제어장치.







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