KR20220145549A - 직렬 시스템의 고장 보호 장치 및 그 직렬 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬 시스템의 고장 보호 장치 및 그 직렬 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템은 전원에 대해 서로 직렬로 연결된 n개(단, n은 2이상의 자연수)의 서브 시스템과, 각 n개인 마스터 광 송신부 및 마스터 광 수신부를 구비한 마스터 장치와, 각 서브 시스템에 포함되는 고장 보호 장치를 각각 포함하는 직렬 시스템이다. 제m(단, m은 1이상의 자연수) 서브 시스템의 고장 보호 장치는, 소속 서브 시스템의 고장 발생 여부를 감지하여 고장 발생 시 고장 신호를 생성하는 고장 감지부; 마스터 장치의 제m 마스터 광 수신부와 연결되며, 고장 감지부의 신호에 대한 광 신호를 출력하는 광 송신부; 및 마스터 장치의 제m 마스터 광 송신부와 연결되며, 수신되는 광 신호에 대한 전기적 신호를 출력하는 광 수신부;를 포함한다.

Description

직렬 시스템의 고장 보호 장치 및 그 직렬 시스템{FAULT PROTECTION APPARATUS FOR SERIES SYSTEM, AND THE SERIES SYSTEM}
본 발명은 직렬 시스템의 고장을 보호하기 위한 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원에 대해 서로 직렬로 연결된 다수의 서브 시스템을 포함하는 직렬 시스템에서 어느 한 서브 시스템의 고장 발생 시 다른 서브 시스템을 보호하기 위한 기술에 관한 것이다.
도 1은 직렬 시스템의 개략 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 직렬 시스템(series system)은 전원부(10)에 대해 서로 직렬로 연결된 다수의 서브 시스템(sub-system)(20_1, 20_2, … 20_n)(단, n은 2이상의 자연수)을 포함한다. 이때, 각 서브 시스템(20_1, 20_2, … 20_n)은 자신의 부하에 따라 전원부(10)의 전원에 대해 직렬 분배를 받으며, 분배된 전원을 이용하여 다양한 기능을 수행한다.
한편, 직렬 시스템은 다중 접지(GND1, GND2, … GNDn)를 가질 수 있다. 즉, 각 서브 시스템(20_1, 20_2, … 20_n)은 적어도 2개가 서로 다른 접지에 연결되거나, 각각이 서로 다른 접지(GND1, GND2, … GNDn)에 연결될 수 있다.
이러한 직렬 시스템은 각 서브 시스템(20_1, 20_2, … 20_n)이 전원부(10)에 대해 서로 직렬로 연결되므로, 어느 한 서브 시스템에 고장(오류)가 발생할 경우, 다른 서브 시스템도 이에 따른 영향을 받게 된다. 즉, 직렬 시스템은 전원부(10)의 전압을 분배하여 전압 정격을 유지하기 때문에, 서브 시스템(20_1, 20_2, … 20_n) 중에 어느 하나가 일시적 또는 영구적으로 동작이 멈출 경우 전체 시스템에 악영향을 미칠 수 있다.
가령, 제1 서브 시스템(20_1)에 고장이 발생할 경우, 제1 서브 시스템(20_1)은 동작하지 않게 되면서 L2로 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 이 경우, L3, …Ln, Ln+1에 공급되는 전원도 차례로 차단되면서, 제2 서브 시스템(20_2), 제3 서브 시스템(20_3), …제n 서브 시스템(20_n)이 갑자기 오프(off)되는 등으로 인해 이들 서브 시스템에 예상치 못한 문제를 발생시킬 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 직렬 시스템의 어느 한 서브 시스템에 고장이 발생하는 경우에 모든 서브 시스템의 동작을 동시에 정지시킬 수 있는 기술이 필요하지만, 해당 기술은 전무한 실정이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 직렬 시스템에서 어느 한 서브 시스템의 고장 발생 시 다른 서브 시스템을 보호하기 위한 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 다중 접지를 가지는 다단 형태의 직렬 시스템에서 고장 발생 시 보다 안정적으로 각 서브 시스템의 동작을 정지시킬 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템은 전원에 대해 서로 직렬로 연결된 n개(단, n은 2이상의 자연수)의 서브 시스템과, 각 n개인 마스터 광 송신부 및 마스터 광 수신부를 구비한 마스터 장치와, 각 서브 시스템에 포함되는 고장 보호 장치를 각각 포함하는 직렬 시스템이다.
제m(단, m은 1이상의 자연수) 서브 시스템의 고장 보호 장치는, 소속 서브 시스템의 고장 발생 여부를 감지하여 고장 발생 시 고장 신호를 생성하는 고장 감지부; 마스터 장치의 제m 마스터 광 수신부와 연결되며, 고장 감지부의 신호에 대한 광 신호를 출력하는 광 송신부; 및 마스터 장치의 제m 마스터 광 송신부와 연결되며, 수신되는 광 신호에 대한 전기적 신호를 출력하는 광 수신부;를 포함할 수 있다.
상기 제m 서브 시스템의 광 송신부는 고장 신호의 수신 시 변화된 광 신호를 출력하여 상기 마스터 장치의 제m 마스터 광 수신부로 고장 발생 알림을 전달할 수 있다.
상기 마스터 장치는 n개의 마스터 광 수신부 중 어느 하나라도 고장 발생 알림의 광 신호를 수신하는 경우, n개의 마스터 광 송신부를 통해 고장 발생 알림의 광 신호를 모든 서브 시스템의 광 수신부로 전달할 수 있다.
상기 제m 서브 시스템의 고장 보호 장치는 상기 제m 서브 시스템의 광 수신부가 고장 발생 알림의 광 신호를 수신하는 경우에 상기 제m 서브 시스템의 동작을 정지시키는 보호 동작부를 더 포함할 수 있다.
상기 제m 서브 시스템의 고장 보호 장치는 상기 광 송신부, 광 수신부 및 고장 감지부의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 고장 감지부는 전원 공급부에서 공급된 전원에 이상이 발생하는 경우에도 고장 신호를 생성할 수 있다.
상기 각 서브 시스템은 서로 다른 접지에 연결될 수 있다.
다른 서브 시스템의 고장 보호 장치와 서로 다른 접지에 연결될 수 있다.
상기 마스터 장치는 제m 마스터 광 수신부가 고장 발생 알림의 광 신호를 수신하는 경우, 제m 서브 시스템이 고장 발생 시스템임을 알리는 정보를 다른 단말 또는 서버로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 직렬 시스템에서 어느 한 서브 시스템의 고장 발생 시 해당 서브 시스템과 다른 서브 시스템을 모두 보호할 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명은 다중 접지를 가지는 다단 형태의 직렬 시스템에서 고장 발생 시 고장 발생 알림의 전달 작용을 통해 보다 안정적으로 각 서브 시스템의 동작을 정지시켜 이들 서브 시스템을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 직렬 시스템에서 어느 한 서브 시스템에 고장이 발생하는 경우에 모든 서브 시스템의 동작을 동시에 정지시킬 수 있어, 전체 시스템에 미칠 수 있는 악영향을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 마스터 장치를 이용하므로 고장 발생한 서브 시스템에 대한 즉각적인 파악 및 대응이 가능한 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 직렬 시스템의 개략 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템의 개략 구성도를 나타낸다.
도 3은 일반적인 고전압의 직류 배전 시스템에 적용되는 SST(Solid State Transformer)의 상세 구성도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 보호 장치(300)의 블록 구성도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 장치(400)의 블록 구성도를 나타낸다.
도 6은 다수의 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)와 마스터 장치(400) 간에 광 신호가 전달되는 일 예를 나타낸다.
도 7은 도 6에서 어느 한 서브 시스템에서 고장이 발생하여 그에 따라 고장 발생 알림의 광 신호가 마스터 장치(400)로 전달되는 경우를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 고장 발생 알림의 광 신호를 수신한 마스터 장치(400)가 이후에 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)로 고장 발생 알림을 전달하는 경우를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템의 개략 구성도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템(series system)은 전원부(100)에 대해 서로 직렬로 연결된 다수의 서브 시스템(sub-system)(200_1, 200_2, … 200_n)(단, n는 2이상의 자연수), 다수의 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n) 및 마스터 장치(400)를 포함한다.
즉, 전원부(100)의 제1 전원 단자와 제1 서브 시스템(200_1)의 제1 전원 단자 사이에 제1 전원 선로(L1)가, 제1 서브 시스템(200_1)의 제2 전원 단자와 제2 서브 시스템(200_2)의 제1 전원 단자 사이에 제2 전원 선로(L2)가, 제n-1 서브 시스템(200_n-1)의 제2 전원 단자와 제n 서브 시스템(200_n)의 제1 전원 단자 사이에 제n 전원 선로(Ln)가, 제n 서브 시스템(200_n)의 제2 전원 단자와 전원부(10)의 제2 전원 단자 사이에 제n+1 전원 선로(Ln+1)가 각각 구비된다. 이에 따라, 전원부(100)의 전원이 L1, L2, …Ln, Ln+1를 통해 전달되면서 각 서브 시스템(200_1, 200_2, … 200_n)에 차례로 공급된다.
그 결과, 각 서브 시스템(200_1, 200_2, … 200_n)은 자신의 부하에 따라 전원부(10)의 전원에 대해 직렬 분배를 받으며, 직렬 분배된 전원을 이용하여 주어진 다양한 기능을 수행할 수 있다. 이때, 각 서브 시스템(200_1, 200_2, … 200_n)은 주어진 기능을 위한 다양한 회로를 포함할 수 있으며, 해당 기능의 제어를 위한 제어부도 각각 별도로 포함할 수 있다.
예를 들어, 직렬 시스템은 공장 자동화 시스템일 수 있으며, 이 경우에 적어도 2개의 서브 시스템은 전동기 구동을 제어하는 인버터 또는 PLC를 각각 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 서브 시스템은 그 외에 측정, 통신, 입력, 출력, 연산 등에 관련된 다양한 기능을 위한 시스템일 수 있다. 물론, 서브 시스템은 특정 기능을 수행하는 모듈이라고 지칭될 수도 있으며, 각 모듈은 서로 다른 기능을 수행할 수 있다.
또한, 직렬 시스템은 고전압의 SST(Solid State Transformer)를 구현하기 위한 직렬 시스템일 수 있다.
도 3은 일반적인 고전압의 직류 배전 시스템에 적용되는 SST(Solid State Transformer)의 상세 구성도를 나타낸다.
도 3를 참조하여, 일반적인 SST(Solid State Transformer)는 고전압인 MVDC(Medium Voltage Direct Current) 배전시스템에 적용되는 전력변환장치의 구성으로서, 컨버터의 입력과 출력이 전기적으로 분리되며 양방향 전력 전달의 능동적인 제어가 가능하다.
MVDC 배전시스템에서 SST는 3단계의 전력변환 구조를 가지며, 비모듈형(Non-Modular), 준모듈형(Semi-Modular), 모듈형(Modular)으로 구분될 수 있다. 도 3은 모듈형의 SST로서, N개의 단위 모듈(M1, M2, ···, MN)(다만, N은 2이상의 자연수)과 그에 대응되는 커패시터 및 변압기를 포함할 수 있다. 여기서, N개의 단위 모듈 각각은 직렬 접속될 수 있으며, 가령 단위 모듈은 전력용 반도체 스위치일 수 있다. 일 실시예로 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistro, IGBT) 또는 사이리스터에 해당될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템에서, 본 어느 한 서브 시스템에 고장(오류)가 발생할 경우에 발생하는 다른 서브 시스템에 대한 영향을 줄이고 자신 및 다른 서브 시스템을 보호하기 위해, 각 서브 시스템(200_1, 200_2, … 200_n)은 고장 보호 장치(300)를 각각 포함하거나, 고장 보호 장치(300)에 각각 연결된다. 즉, 제m 서브 시스템(200_m)(단, m은 1이상의 자연수)은 제m 고장 보호 장치(300_m)를 포함하거나 제m 고장 보호 장치(300_m)에 연결된다. 이때, 제m 서브 시스템(200_m)은 제m 고장 보호 장치(300_m)가 소속된 서브 시스템이다. 다만, 이하에서는, 제m 고장 보호 장치(300_m)가 제m 서브 시스템(200_m)에 포함되는 의미로 설명하도록 하나, 이때의 "포함"은 제m 고장 보호 장치(300_m)가 제m 서브 시스템(200_m)에 연결된다는 의미일 수도 있다.
즉, 제m 서브 시스템(200_m)은 제m 고장 보호 장치(300_m)에 대한 소속 서브 시스템이고, 제m 고장 보호 장치(300_m)는 제m 고장 보호 장치(300_m)에 포함된 구성에 대한 소속 고장 보호 장치이다.
또한, 고장 보호 장치(300)는 고전압의 SST를 구현하기 위한 직렬 시스템을 보호하기 위한 장치일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 고전압의 SST의 구현하기 위한 직렬 시스템에서는 하나의 서브 시스템이 하나의 단위 모듈(M)을 포함할 수 있다. 이 경우, 고장 보호 장치(300)는 각 단위 모듈(M1, M2, ···, MN)에 하나씩 연결될 수 있어, 해당 서브 시스템을 보호하도록 동작할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 시스템은 다중 접지(GND1, GND2, … GNDn)를 가질 수 있다. 즉, 각 서브 시스템(200_1, 200_2, … 200_n)은 적어도 2개가 서로 다른 접지에 연결되거나, 각각이 서로 다른 접지(GND1, GND2, … GNDn)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)는 적어도 2개가 서로 다른 접지에 연결되거나, 각각이 서로 다른 접지(GND1, GND2, … GNDn)에 연결될 수 있다.
가령, 어느 한 고장 보호 장치의 경우, 그 이전 서브 시스템의 고장 보호 장치 및 그 다음 서브 시스템의 고장 보호 장치 중 적어도 하나와 서로 다른 접지에 연결될 수 있다. 즉, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 경우, 제m-1 고장 보호 장치(300_m-1) 및 제m+1 고장 보호 장치(300_m+1) 중 적어도 하나와 서로 다른 접지에 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 보호 장치(300)의 블록 구성도를 나타내며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 장치(400)의 블록 구성도를 나타낸다. 또한, 도 6은 다수의 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)와 마스터 장치(400) 간에 광 신호가 전달되는 일 예를 나타낸다.
고장 보호 장치(300)는 소속 서브 시스템에서 고장이 발생하는지를 감지하며, 고장이 발생하는 경우에 소속 서브 시스템의 동작을 정지시키고 해당 고장 발생을 마스터 장치(400)에 전달하는 장치이다. 이때, 고장의 종류는 소속 서브 시스템의 주어진 기능에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 고장 발생은 소속 서브 시스템 고유 기능의 이상, 전류 이상, 측정 값 이상, 릴레이 이상, 단선 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 고장 보호 장치(300)는 n개가 구비될 수 있다. 이때 도 4 내지 도 6을 참조하면, 어느 한 서브 시스템(200)에 속하는 고장 보호 장치(300)는 고장 감지부(310), 광 송신부(320), 광 수신부(330), 연결부(340), 보호 동작부(340) 및 전원 공급부(350)를 포함할 수 있다.
마스터 장치(400)는 어느 한 고장 보호 장치에서 전달된 고장 발생 알림의 신호를 모든 고장 보호 장치로 전달하는 장치이다. 이를 위해, 마스터 장치(400)는 n개의 광 수신부(410_1, 410_2, … 410_n)(이하, 구분을 위해 “마스터 광 수신부”라 지칭함), n개의 광 송신부(420_1, 420_2, … 420_n)(이하, 구분을 위해 “마스터 광 송신부”라 지칭함) 및 위치 검출부(430)를 포함할 수 있다.
이때, n개의 마스터 광 수신부(410_1, 410_2, … 410_n)는 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)의 광 송신부(320_1, 320_2, … 320_n)에 대응하여 광 신호를 수신한다. 또한, 마스터 광 송신부(420_1, 420_2, … 420_n)는 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)의 광 수신부(330_1, 330_2, … 330_n)에 대응하여 광 신호를 수신한다.
즉, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 광 송신부(320_m)에 연결된 마스터 장치(400)의 전용 마스터 광 수신부는 제m 마스터 광 수신부(410_m)이고, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 광 수신부(310_m)에 연결된 마스터 장치(400)의 전용 마스터 광 송신부는 제m 마스터 광 송신부(420_m)이다.
고장 감지부(310)는 소속 서브 시스템의 고장 발생 여부를 감지하며, 고장 발생 시의 전기적 신호인 고장 신호를 생성한다. 즉, 고장 감지부(310)는 고장 신호 감지 시 평상 시와 다른 변화된 전기적 신호인 고장 신호를 생성할 수 있다. 가령, 고장 감지부(310)는 다수의 고장 유형의 감지하는 회로인 감지부와, 감지부에서 해당 고장 유형의 발생에 따라 발생시킨 신호를 처리하여 약속된 전압/전류를 가지는 고장 신호로 출력하는 회로인 신호 처리부를 포함할 수 있다.
광 송신부(320)는 마스터 장치(400)의 n개 마스터 광 수신부(410_1, 410_2, …410_n) 중 하나와 전용으로 연결된다. 이때, 광 송신부(320)는 소속 고장 보호 장치 내의 고장 감지부(310)에서 생성된 전기적 신호를 수신하며, 수신된 전기적 신호를 변경하여 해당 전기적 신호에 대한 광 신호를 마스터 장치(400)의 전용 마스터 광 수신부(410)로 전달한다. 특히, 광 송신부(320)는 고장 감지부(310)로부터 고장 신호를 수신하면 고장 발생 알림에 해당하는 광 신호를 그 전용 마스터 광 수신부(410)로 전달한다.
이러한 고장 발생 알림에 해당하는 광 신호는 평상 시와 다른 세기로 변조될 수 있다. 가령, 평상 시에 광 신호가 발생하지만 고장 발생 시에는 광 신호가 발생하지 않는 제1 유형이나, 평상 시에 광 신호가 일정 이상의 강한 세기로 발생하고 고장 발생 시에 광 신호가 일정 이하의 약한 세기로 발생하는 제2 유형 등이 있을 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 고장 발생 시 광 신호에 대한 다양한 변조 방식에 따라 변환된 광 신호가 소속 고장 보호 장치에서 다른 고장 보호 장치(다음 고장 보호 장치)로 전달될 수 있다.
가령, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 광 송신부(320_m)는 마스터 장치(400)의 제m 마스터 광 수신부(410_1)와 연결되며, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 고장 감지부(310_1)에서 생성되어 전달된 전기적 신호를 광 신호로 변경하여, 마스터 장치(400)의 제m 마스터 광 수신부(410_1)로 출력한다.
한편, 마스터 장치(400)의 마스터 광 수신부(410)는 그 전용으로 연결된 고장 보호 장치(300)의 광 송신부(320)로부터 출력되는 광신호를 수신하여 수신된 광 신호에 대한 전기적 신호를 출력한다.
가령, 제m 마스터 광 수신부(410_m)는 제m 고장 보호 장치(300_m)의 광 수신부(330_m)와 연결되며, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 광 수신부(330_m)로부터 수신되는 광 신호를 전기적 신호로 변경하여, 마스터 장치(400)의 위치 검출부(430)로 전달한다.
특히, 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)의 광 송신부(320_1, 320_2, … 320_n)들 중에 어느 하나라도 고장 발생 알림의 광 신호를 송신하는 경우, 즉 마스터 장치(400)의 마스터 광 수신부(410_1, 410_2, … 410_n)들 중에 어느 하나라도 의 광 신호를 수신하는 경우, 해당 광 신호를 수신한 마스터 광 수신부는 고장 발생 알림의 광 신호를 전기적 신호로 변경하여, 위치 검출부(430)로 전달한다.
이때, 위치 검출부(430)는 해당 고장 발생 알림의 광 신호를 전달한 마스터 광 수신부를 전용으로 사용하는 고장 보호 장치를 검출하며, 검출된 해당 고장 보호 장치의 소속 서브 시스템에서 고장이 발생한 것으로 파악할 수 있다. 또한, 위치 검출부(430)는 마스터 장치(400)의 모든 마스터 광 송신부(420_1, 420_2, … 420_n)로 각각 고장 발생 알림의 전기적 신호를 전달할 수 있다. 이에 따라, 각 마스터 광 송신부(420_1, 420_2, … 420_n)는 수신된 고장 발생 알림의 전기적 신호를 광 신호로 변경하여 그 전용의 각 광 수신부(330_1, 330_2, … 330_n)로 출력한다.
물론, 위치 검출부(430)는 고장이 발생한 것으로 파악된 서브 시스템에 대한 정보를 마스터 장치(400)의 통신부(미도시)에 전달할 수 있다. 이 경우, 위치 검출부(430)에서 파악된 정보를 통신부를 통해 다른 단말 또는 서버로 전송할 수 있으므로, 고장이 발생한 서브 시스템에 대한 즉각적인 파악 및 대응이 가능한 이점이 있다.
예를 들어, 통신부는 5G(5th generation communication), LTE-A(long term evolution-advanced), LTE(long term evolution), 블루투스, BLE(bluetooth low energe), NFC(near field communication), 와이파이(WiFi) 통신 등의 무선 통신을 수행하거나, 케이블 통신 등의 유선 통신을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외에 다양한 유/무선 통신 방식을 수행할 수 있다.
광 수신부(330)는 마스터 장치(400)의 마스터 광 송신부(420_1, 420_2, …420_n) 중 하나와 전용으로 연결된다. 이때, 광 수신부(330)는 마스터 장치(400)의 전용 마스터 광 송신부(420)에서 출력되는 광신호를 수신하여 수신된 광 신호에 대한 전기적 신호를 출력한다. 즉, 광 수신부(330)는 마스터 장치(400)의 전용 마스터 광 송신부(420)로부터 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변경하여 소속 보호 장치 내로 유입한다.
가령, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 광 수신부(330_m)는 마스터 장치(400)의 제m 마스터 광 송신부(420_m)와 연결되며, 마스터 장치(400)의 제m 마스터 광 송신부(420_m)로부터 수신되는 광 신호를 전기적 신호로 변경하여, 제m 고장 보호 장치(300_m)의 보호 동작부(340_m)로 전달한다.
보호 동작부(340)는 마스터 장치(400)의 전용 광 송신부(410)를 통해 소속 고장 보호 장치의 광 수신부(330)로 고장 발생 알림이 전달되는 경우 소속 서브 시스템의 동작이 정지하도록 제어한다.
가령, “보호 동작부(340)에 의한 소속 서브 시스템의 동작 정지”는 소속 서브 시스템의 각종 현재 상태를 저장하면서 대기 상태로 있게 하거나, 소속 서브 시스템의 기 약속된 정상적인 오프(off)가 수행되도록, 소속 서브 시스템의 메인 제어부로 해당 제어 신호를 전달할 수 있다.
즉, 소속 서브 시스템에서 고장이 발생하여 고장 감지부(310)에서 고장 신호를 생성하는 경우나, 다른 서브 시스템에서 고장이 발생하여 그 서브 시스템의 고장 감지부에서 고장 신호를 생성하는 경우, 그 고장 신호에 따른 고장 발생 알림의 신호는 마스터 장치(400)의 전용 광 수신부(410), 위치 검출부(430) 및 각 전용 광 송신부(410)를 거쳐 각 고장 보호 장치의 각 광 수신부(330_1, 330_2, …330_n)로 전달된다. 이후, 각 고장 보호 장치의 보호 동작부(340_1, 340_2, …340_n)는 고장 발생 알림의 수신에 따라 각 소속 서브 시스템의 동작 정지를 위한 제어 신호를 각 소속 서브 시스템의 메인 제어부로 출력한다.
이에 따라, 본 발명은 서브 시스템들 중 어느 하나라도 고장 발생 시에 각 고장 보호 장치의 보호 동작부(340_1, 340_2, …340_n)의 제어 동작이 즉각적으로 가동되면서 모든 서브 시스템을 보호할 수 있는 이점이 있다.
한편, 전원 공급부(350)는 소속 고장 보호 장치에서 고장 감지부(310), 광 송신부(320), 광 수신부(330) 및 보호 동작부(340)의 상술한 동작에 필요한 전원을 공급한다. 이때, 전원 공급부(350)는 직류 형태의 전원을 각 구성에 공급할 수 있다. 즉, 전원 공급부(350)는 직렬 분할에 따라 소속 서브 시스템에 인가되는 전원부(100)의 전원을 각 구성에 필요한 직류 전원으로 가공하여 공급할 수 있다. 가령, 전원 공급부(350)는 교류를 직류로 바꾸기 위해, 정류 회로, 평활 회로, 정전압 회로 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 고장 감지부(310)는 전원 공급부(350)에서 공급된 전원에 이상이 발생하는 경우에도 고장 신호를 생성할 수 있다. 즉, 이러한 전원 이상이 발생한다는 것은 직류 분할에 따라 소속 서브 시스템에 인가되는 전원부(100)의 전원이 불안정한 경우에 해당할 수 있으며, 이 경우 소속 서브 시스템 및 다른 서브 시스템에 예상치 못한 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 대해서도 고장 감지부(310)가 고장 신호를 생성함으로써, 상술한 보호 작용이 수행되게 할 수 있다.
도 7은 도 6에서 어느 한 서브 시스템에서 고장이 발생하여 그에 따라 고장 발생 알림의 광 신호가 마스터 장치(400)로 전달되는 경우를 나타내며, 도 7은 도 7에서 고장 발생 알림의 광 신호를 수신한 마스터 장치(400)가 이후에 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)로 고장 발생 알림을 전달하는 경우를 나타낸다.
가령, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 서브 시스템(200_2)에서 고장이 발생하는 경우, 제2 고장 보호 장치(300_2)의 고장 감지부(310_2)가 고장 발생을 감지하여 고장 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제2 고장 보호 장치(300_2)의 광 송신부(320_2)는 수신된 고장 신호의 전기적 신호에 따른 고장 발생 알림의 광 신호 S02_1을 출력한다. 즉, 제2 고장 보호 장치(300_2)의 광 송신부(320_2)는 고장 발새 알림의 광 신호 S02_1를 마스터 장치(400)의 제2 마스터 광 수신부(410_2)로 전달한다.
이후, 마스터 장치(400)의 제2 마스터 광 수신부(410_2)는 수신한 S02_1를 전기적 신호로 변환하여 위치 검출부(430)로 전달한다. 이때, 위치 검출부(430)는 S02_1의 광 신호를 전달한 제2 마스터 광 수신부(410_2)를 전용으로 사용하는 제2 고장 보호 장치의 소속 서브 시스템인 제2 서브 시스템(200_2)에서 고장이 발생한 것으로 파악하여, 해당 파악 정보를 통신부를 통해 통신부를 통해 다른 단말 또는 서버로 전송할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 위치 검출부(430)는 마스터 장치(400)의 모든 마스터 광 송신부(420_1, 420_2, … 420_n)로 각각 고장 발생 알림의 전기적 신호를 전달한다. 이에 따라, 각 마스터 광 송신부(420_1, 420_2, … 420_n)는 수신된 각 고장 발생 알림의 전기적 신호를 S01_2, S02_2, …S0n_2의 각 광 신호로 변경하여 그 전용의 각 광 수신부(330_1, 330_2, … 330_n)로 전달한다.
그 결과, 각 고장 보호 장치(300_1, 300_2, … 300_n)에서는 각 광 수신부(330_1, 330_2, … 330_n)로 전달된 고장 발생 알림의 광 신호가 전기적 신호로 변환된 후 이를 수신한 각 보호 동작부(340_1, 340_2, … 340_n)에 의해 소속 서브 시스템에 대한 동작 정지의 제어가 수행된다. 즉, 모든 서브 시스템(200_1, 200_2, … 200_n)의 동작이 정지될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 직렬 시스템에서 어느 한 서브 시스템의 고장 발생 시 해당 서브 시스템과 다른 서브 시스템을 모두 보호할 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 다중 접지를 가지는 다단 형태의 직렬 시스템에서 고장 발생 시 마스터 장치를 이용한 고장 발생 알림의 전달 작용을 통해 보다 안정적으로 각 서브 시스템의 동작을 정지시켜 이들 서브 시스템을 보호할 수 있다. 또한, 본 발명은 직렬 시스템에서 어느 한 서브 시스템에 고장이 발생하는 경우에 모든 서브 시스템의 동작을 동시에 정지시킬 수 있어, 전체 시스템에 미칠 수 있는 악영향을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 마스터 장치를 이용하므로 고장 발생한 서브 시스템에 대한 즉각적인 파악 및 대응이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10, 100: 전원부 20, 200: 서브 시스템
300: 고장 보호 장치 310: 고장 감지부
320, 420: 광 송신부 330, 410: 광 수신부
340: 보호 동작부 350: 전원 공급부
400: 마스터 장치 430: 위치 검출부

Claims (9)

  1. 전원에 대해 서로 직렬로 연결된 n개(단, n은 2이상의 자연수)의 서브 시스템과, 각 n개인 마스터 광 송신부 및 마스터 광 수신부를 구비한 마스터 장치와, 각 서브 시스템에 포함되는 고장 보호 장치를 각각 포함하는 직렬 시스템으로서,
    제m(단, m은 1이상의 자연수) 서브 시스템의 고장 보호 장치는,
    소속 서브 시스템의 고장 발생 여부를 감지하여 고장 발생 시 고장 신호를 생성하는 고장 감지부;
    마스터 장치의 제m 마스터 광 수신부와 연결되며, 고장 감지부의 신호에 대한 광 신호를 출력하는 광 송신부; 및
    마스터 장치의 제m 마스터 광 송신부와 연결되며, 수신되는 광 신호에 대한 전기적 신호를 출력하는 광 수신부;
    를 포함하는 직렬 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제m 서브 시스템의 광 송신부는 고장 신호의 수신 시 변화된 광 신호를 출력하여 상기 마스터 장치의 제m 마스터 광 수신부로 고장 발생 알림을 전달하는 직렬 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스터 장치는 n개의 마스터 광 수신부 중 어느 하나라도 고장 발생 알림의 광 신호를 수신하는 경우, n개의 마스터 광 송신부를 통해 고장 발생 알림의 광 신호를 모든 서브 시스템의 광 수신부로 전달하는 직렬 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제m 서브 시스템의 고장 보호 장치는 상기 광 수신부가 고장 발생 알림의 광 신호를 수신하는 경우, 상기 제m 서브 시스템의 동작을 정지시키는 보호 동작부를 더 포함하는 직렬 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제m 서브 시스템의 고장 보호 장치는 상기 광 송신부, 광 수신부 및 고장 감지부의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하며,
    상기 고장 감지부는 전원 공급부에서 공급된 전원에 이상이 발생하는 경우에도 고장 신호를 생성하는 직렬 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 서브 시스템은 서로 다른 접지에 연결되는 직렬 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    다른 서브 시스템의 고장 보호 장치와 서로 다른 접지에 연결되는 직렬 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 마스터 장치는 제m 마스터 광 수신부가 고장 발생 알림의 광 신호를 수신하는 경우, 제m 서브 시스템이 고장 발생 시스템임을 알리는 정보를 다른 단말 또는 서버로 전송하는 통신부를 더 포함하는 직렬 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    SST(Solid State Transformer)를 구현하는 직렬 시스템.
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