KR101451363B1 - 신재생 발전용 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 또는 풍력 등 신재생 에너지에서 발생되는 전력을 부하에서 사용하거나, 상용 전원으로 복전시켜 전력을 매매하는 신재생 발전용 전력 변환 장치에 관한 것으로서, 특히, 상용 전원을 부하에 공급하는 상용 전원부; 상기 사용 전원부와 상기 부하 사이에 연결되어 정상 상태에서 단락하고 정전 상태에서 개로하는 스위치부; 상기 스위치부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결되어 고주파를 제거하는 제1 평활 회로부; 상기 제1 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 제1 인버터부; 상기 제1 인버터부와 연결되어 직류 전압의 크기를 조절하는 컨버터부; 상기 컨버터부와 연결되어 신재생 에너지를 생산하는 신재생 에너지 생성부; 상기 스위치와 상기 부하 사이에 직렬로 연결된 변압기; 상기 변압기와 연결되어 고조파를 제거하는 제2 평활 회로부; 상기 제2 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환시키고, 상기 제1 인버터부와 상기 컨버터부 사이에 병렬로 연결되는 제2 인버터부; 및 상기 부하에 일정한 정격 전압이 인가되도록 상기 제2 인버터부를 제어하는 전압 제어부;를 포함한다.

Description

신재생 발전용 전력 변환 장치{POWER CONVERTER FOR NEW RENEWABLE ENERGY GENERATOR}

본 발명은 신재생 발전용 전력 변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 또는 풍력 등 신재생 에너지에서 발생되는 전력을 부하에서 사용하거나, 상용 전원으로 복전시켜 전력을 매매하는 신재생 발전용 전력 변환 장치에 관한 것이다.

종래 전력 공급은 전력 공급 회사(예컨대, 전력공사)에서 각 가정으로 일방적으로 제공하고, 그에 따른 요금을 과금하는 시스템이 일반적이었다. 그러나, 이러한 단방향 전력 공급 시스템에서는, 수요자 측의 전력 공급과 관련된 요구를 모두 충족시킬 수 없으며, 다양한 환경 변화에 적절하게 대응하는 것이 어려운 문제점이 있다. 또한, 과금 측면에서도 수요자는 공급자가 책정한 가격에 따를 수밖에 없어 문제가 있다.

이에 따라 단방향이던 전력 공급 시스템을 양방향으로 변경하려는 요구 및 움직임들이 있으며, 이미 일부에서는 수요자 측에서 생산된 전력을 공급자였던 전력공사로 되팔아 수익을 창출하는 경우도 나타나고 있다.

특히, 최근에는 고갈되어 가는 화석 에너지를 대체할 신재생 에너지에 대한 연구가 활발해지면서, 이러한 신재생 에너지를 처리하여 발생하는 전력의 공급 체계를 양방향으로 할 수 있는 시스템에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다.

최근, 환경 파괴와 자원 고갈 등이 심각한 문제로 되면서, 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않거나 적게 유발하는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다.

한편, 계통 연계형 신재생 에너지 전력 변환 장치의 기본적인 기능은 태양광 패널이나 풍력발전기에서 발생하는 전력을 직류 단방향 컨버터를 통해 전압을 승압 혹은 감압시킨 후 직류를 교류로 변환하는 인버터와 평활회로를 거쳐 상용전원 계통과 부하에 전력을 공급한다. 또한, 발전 및 송전 계통의 이상으로 인한 정전 발생시에 계통과 부하를 전기적으로 분리하여, 전력 계통 이상으로부터 부하측을 보호하는 기능을 포함한다.

그러나, 발전소나 송전계통의 이상이 없더라도 외부환경 등 주변여건에 따라 계통에서 입력되는 전원 전압의 크기가 변동하거나 주파수가 변동되는 등, 전력 품질이 좋지 않은 경우, 종래의 전력 변환 장치는 전력품질을 개선하여 부하측에 품질이 개선된 전력을 공급하는 기능이 없다.

도 1은 종래의 단상 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 전력 변환 장치는 상용 전원부(101), 스위치부(102), 부하(103), 평활 회로부(104), 인버터부(105), 컨버터부(106), 태양광 패널(107)(PV)(또는 풍력 발전기) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

상용 전원부(101)(즉, 상용 전원 계통)에서 정상적인 전원을 공급하는 정상 상태인 경우, 스위치부(102)는 단락(short)되어 부하(103)에 전력을 공급한다. 동시에 태양광 패널(107)에서 발생하는 전력을 컨버터부(106)를 통해 승압시키고 승압된 직류전력을 인버터부(105)와 평활 회로부(104)를 통해 교류전력으로 변환하여 부하(103)에 전력을 공급하거나 상용 전원부(101)로 전력을 복전시켜 교류전력을 공급함으로써 계통 연계 기능을 제공한다.

또한, 상기 상용 전원부(101) 등의 계통 이상 등으로 정전이 발생하면 스위치부(102)를 개로(open)하여 상용 전원부(101)와 부하(103)를 전기적으로 분리시키고 인버터부(105)와 컨버터부(106)는 동작을 중지한다.

즉, 상술한 전력 변환 장치는 발전 및 송전 계통의 이상으로 인한 정전 발생시에 계통과 부하를 전기적으로 분리하여, 전력 계통 이상으로부터 부하측을 보호하고, 전력의 끊어짐 없이 지속적인 전력을 부하측에 공급하는 기능을 포함한다.

도 2는 종래의 3상 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 종래의 3상 전력 변환 장치는 3상이라는 점에서 도 1과 차이가 있으며 상기 도 1의 단상 전력 변환 장치와 동일 또는 유사한 기능을 수행한다.

한편, 이러한 종래의 단상 또는 3상 전력 변환 장치는 상용 전원부(101)가 정상인 상태에서 상용 전원이 외부의 전력 수급 상태에 따라 전압의 크기 및 주파수가 왜곡되는 경우 전력 품질 개선 기능을 물리적으로 제공할 수 없기 때문에 부하(103)에서 품질이 낮은 전력을 사용할 수밖에 없다는 단점이 있다.

즉, 발전소나 송전계통의 이상이 없더라도 외부환경 등 주변여건에 따라 계통에서 입력되는 전원 전압의 크기가 변동하거나 주파수가 변동되는 등, 전력 품질이 좋지 않은 경우, 종래의 전력 변환 장치는 전력 품질을 개선하여 부하측에 품질이 개선된 전력을 공급할 수 없다.

따라서, 전력 변환 장치에서 계통 연계시 순시적으로 변동하는 전원 전압의 크기와 주파수 및 고조파를 개선하여 부하측에 공급함으로써 전력 품질을 개선할 수 있는 방법의 필요성이 요구되고 있다.

[문헌 1] 대한민국등록특허공보 제10-1174891호 전력 저장 시스템 및 그 제어방법(삼성에스디아이 주식회사) 2012.08.10

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 전력 변환 장치에서 계통 연계시 순시적으로 변동하는 전원 전압의 크기와 주파수 및 고조파를 개선하여 부하측에 공급함으로써 전력 품질을 개선할 수 있는 신재생 발전용 전력 변환 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전력 변환 장치의 고유기능과 더불어 전력 품질의 개선을 위해 부하에 공급되는 교류 전력의 전압과 주파수를 일정하게 유지시키는 기능을 제공하는신재생 발전용 전력 변환 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 변환 장치는, 상용 전원을 부하에 공급하는 상용 전원부; 상기 사용 전원부와 상기 부하 사이에 연결되어 정상 상태에서 단락하고 정전 상태에서 개로하는 스위치부; 상기 스위치부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결되어 고주파를 제거하는 제1 평활 회로부; 상기 제1 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 제1 인버터부; 상기 제1 인버터부와 연결되어 직류 전압의 크기를 조절하는 컨버터부; 상기 컨버터부와 연결되어 신재생 에너지를 생산하는 신재생 에너지 생성부; 상기 컨버터부와 연결되어 신재생 에너지를 생산하는 신재생 에너지 생성부; 상기 스위치와 상기 부하 사이에 직렬로 연결된 변압기; 상기 직렬로 연결된 변압기와 연결되어 고조파를 제거하는 제2 평활 회로부; 상기 제2 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환시키고, 상기 제1 인버터부와 상기 컨버터부 사이에 병렬로 연결되는 제2 인버터부; 및 상기 부하에 일정한 정격 전압이 인가되도록 상기 제2 인버터부를 제어하는 전압 제어부;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 전압 제어부는, 상기 부하로 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부; 및 상기 부하로 공급되어야 할 정격 전압을 상기 전압 검출부에서 검출된 전압과 비교하고, 그 차이 값을 상기 제2 인버터부에 제공하는 비교 판단부;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 비교 판단부는, 상기 부하로 공급되어야 할 정격 전압을 발생시키는 정격 전압 발생기; 및 상기 정격 전압 발생기에서 발생된 정격 전압과 상기 전압 검출부에서 검출된 전압의 차이 값을 출력시키는 감산기;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 비교 판단부는, 상기 정격 전압 발생기의 출력에 비해 상기 전압 검출부의 출력이 낮은 경우 상기 전압 검출부를 통해 검출된 부하 전압과 같은 위상이 같은 동위상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 출력시킨다.

바람직하게는, 상기 비교 판단부는, 상기 정격 전압 발생기의 출력에 비해 상기 전압 검출부의 출력이 높은 경우 상기 전압 검출부를 통해 검출된 부하 전압과 반대되는 위상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 출력시킨다.

바람직하게는, 상기 장치는, 단상의 상용 전원을 상기 부하에 공급하는 단상 전력 변환 장치이다.

바람직하게는, 상기 장치는, 3상의 상용 전원을 상기 부하에 공급하는 3상 전력 변환 장치이다.

바람직하게는, 상기 신재생 에너지 생성부는, 태양광 패널을 포함한다.

바람직하게는, 상기 신재생 에너지 생성부는, 풍력 발전 수단을 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전력 변환 장치에서 계통 연계시 순시적으로 변동하는 전원 전압의 크기와 주파수 및 고조파를 개선하여 부하측에 일정한 전압과 주파수의 전력을 공급함으로써 전력 품질을 개선하며, 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 단상 신재생 발전용 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 3상 신재생 발전용 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단상 신재생 발전용 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3상 신재생 발전용 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비교 판단부의 세부 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 검출부 출력이 낮은 경우 비교 판단부의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전압 검출부 출력이 높은 경우 비교 판단부의 출력 파형을 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 발명은 전력 변환 장치에서 순시적으로 변동하는 전원 전압의 크기와 주파수 및 고조파를 개선하여 부하측에 공급하는 전력 품질을 개선하기 위한 신재생발전용 전력 변환 장치를 개시한다.

이때, 계통의 이상으로 인한 정전 상황이 아닌 평상의 상황에서 계통과 연결된 부하에 입력되는 전원 전압이 주변 전력 상황에 따른 순시적인 변동에 의해 불안정할 경우, 본 발명의 실시예에 따라 부하측을 보호하기 위하여 전원 전압의 변동분을 보상하여 정격 전압과 주파수를 가진 전원으로 변환해 부하에 인가함으로써 전력 품질을 개선하는 기능을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단상 신재생 발전용 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 단상 신재생 발전용 전력 변환 장치는 상용 전원부(301), 스위치부(302), 부하(303), 제1 평활 회로부(304), 제1 인버터부(305), 컨버터부(306), 태양광 패널(307), 제2 인버터부(308), 제2 평활 회로부(309), 변압기(310), 전압 검출부(311) 및 비교 판단부(312) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 상기 도 3에서 태양광 패널(307)은 풍력 발전 수단으로 대체될 수 있으며, 어떠한 다른 신재생 에너지 발전 수단에도 적용이 가능하다.

상기 스위치부(302)는 정전시에 상용 전원부(301)와 부하(303)를 전기적으로 분리시킨다. 상기 스위치부(302)와 부하(303) 사이에는 제1 평활 회로부(304)가 병렬로 연결되며, PWM(Pulse Width Modulation) 고주파를 평활하는 기능을 수행한다. 상기 제1 평활 회로부(304)에는 도시된 바와 같이 교류를 직류로 변환하는 제1 인버터부(305)와 직류 전압의 크기를 조절하는 컨버터부(306)(예컨대, MPPT(Maximum Power Point Tracking) 컨버터)와 태양광 패널(307)이 순차적으로 연결된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 제1 인버터부(305)와 컨버터부(306)의 사이에 제2 인버터부(308)가 병렬로 연결되어 부하측 전압의 크기와 주파수를 일정하게 제어한다. 또한, 상기 제2 인버터부(308)에는 제2 평활 회로부(309)가 연결되어 상기 제2 인버터부(308)의 PWM 고조파를 평활하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 제 평활 회로부(309)에는 상기 스위치부(302)와 부하(303)사이에 직렬로 연결된 변압기(310)가 제2 인버터부(308)와 제2 평활 회로부(309)를 통해 변환된 교류 전력을 출력시킨다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 상기 변압기(310)와 부하(303) 사이에는 부하로 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부(311)와 부하 전압과 정격 전압을 비교하여 그 차이 값을 상기 제2 인버터부(308)로 출력하는 비교 판단부(312)가 추가로 구성된다. 본 발명에서는 상기 전압 검출부(311) 및 비교 판단부(312)를 편의상 전압 제어부라 칭한다.

이하, 상기 도 3의 전력 변환 장치에서 본 발명에 따라 부하(303)에 전원을 공급하는 방법을 상세히 설명한다.

먼저, 상용 전원부(301)가 부하(303)에 연결된 평상 상태에는 스위치부(302)가 단락(close)되어 상용 전원부(301)로부터 전력이 부하(303)에 공급되며, 심야시나 피크 전력이 아닌 시간대에 상용 전원부(301)의 전력이 부하(303)에 공급된다.

이때, 태양광의 경우 태양광 패널(307)을 통해, 풍력 발전기의 경우 풍력 발전기를 통해 전력을 생산하면 컨버터부(306)를 통해 직류전원으로 변환하고 변환된 직류전원을 인버터부(305)의 내부에 포함된 반도체 스위치를 개폐함으로써 교류 PWM 전압으로 변환하고 제1 평활 회로부(304)로 PWM 전압의 고조파를 평활하여 순수 교류로 변환된 전원을 상용 전원(301)과 부하(303)에 공급한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 이와 동시에, 스위치부(302)와 부하(303) 사이에 병렬로 연결된 제1 평활 회로부(304)로 교류전력이 인가된다. 이에 따라, 제1 인버터부(305)는 내부에 포함된 반도체 스위치를 개폐함으로써 PWM(Pulse Width Modulation) 전압 제어를 한다.

또한, 이와 동시에 본 발명의 실시예에 따라 전압 검출부(311)에서는 상용 전원부(301)에서 부하(303)에 인가되는 전압의 크기와 위상을 검출하고, 비교 판단부(312)에서는 상기 전압 검출부(311)에서 검출된 부하 전압과 정격 전압의 위상과 크기를 비교한다.

상기 비교 결과 검출된 부하 전압이 정격 전압보다 큰 과전압일 경우에는 부하 전압과 위상이 반대가 되는 역상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 제2 인버터부(308)에서 PWM 전압 제어를 한다. 이에 따라, 제2 평활 회로부(309)로 고주파를 제거한 교류 전압을 직렬로 연결된 변압기(310)에 인가함으로써 부하 전압에서 정격 전압 이상 분 만큼의 교류 전압을 차감하여 부하에 인가되는 전압을 정격전압이 되도록 제어한다.

한편, 차감된 교류 전압은 변압기(310)와 제2 평활 회로부(309)와 제2 인버터부(308)를 통해 직류 전압으로 변환되고 변환된 직류전압은 제1 인버터부(305)와 컨버터부(306) 사이에 인가되며, 제1 인버터부(305)와 제1 평활 회로부(304)를 통해 상용 전원부(301)(즉, 계통 전원)로 복귀된다.

상기와 달리 검출된 부하 전압이 정격 전압보다 낮은 저전압일 경우, 비교 판단부(312)에서는 부하 전압과 위상이 같은 동상이면서 정격전압과 차이가 나는 전압분 만큼을 제2 인버터부(308)에 지시하고 제2 인버터부(308)에서 그 값으로 PWM 전압제어를 한다. 또한, 제2 평활 회로부(309)로 고주파를 제거한 교류 전압을 증가분만큼 직렬로 연결된 변압기(310)에 인가함으로써 부하(303)에 인가되는 전압을 정격전압이 되도록 제어한다.

이때, 증가분만큼의 교류 전압은 제1 인버터부(305)와 컨버터부(306) 간의 직류 전력을 이용하여 제2 인버터부(308)에서 증가분만큼의 교류 PWM 전압을 출력하고, 제2 평활 회로부(309)를 통해 고주파를 제거한 후, 변압기(310)를 통해 증가분의 교류 전압을 상용 전원부(301)을 통한 부하 전압에 더함으로써 부하에 인가되는 전압이 정격 교류 전압이 되도록 한다.

한편, 상용 전원부(301)의 이상으로 정전 상태시에는 스위치부(302)는 개로 되고 전력 변환 장치는 전원이 복전될 때까지 휴지상태가 된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3상 전력 변환 장치를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3상 전력 변환 장치는 상용 전원부(401), 스위치부(402), 부하(403), 제1 평활 회로부(404), 제1 인버터부(405), 컨버터부(406), 태양광 패널(407), 제2 인버터부(408), 제2 평활 회로부(409), 변압기(410), 전압 검출부(411) 및 비교 판단부(412) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상용 전원부(401)가 부하(403)에 연결된 평상 상태에는 스위치부(402)가 단락(close)되어 상용 전원부(401)로부터 전력이 부하(403)에 공급되며, 심야시나 피크 전력이 아닌 시간대에 상용 전원부(401)의 전력이 부하(403)에 공급된다.

이때, 태양광의 경우 태양광 패널(407)을 통해, 풍력 발전기의 경우 풍력 발전기를 통해 전력을 생산하면 컨버터부(406)를 통해 직류전원으로 변환하고 변환된 직류전원을 인버터부(405)의 내부에 포함된 반도체 스위치를 개폐함으로써 교류 PWM 전압으로 변환하고 제1 평활 회로부(404)로 PWM 전압의 고조파를 평활하여 순수 교류로 변환된 전원을 상용 전원(401)과 부하(403)에 공급한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 이와 동시에, 스위치부(402)와 부하(403) 사이에 병렬로 연결된 제1 평활 회로부(404)로 교류전력이 인가된다. 이에 따라, 제1 인버터부(405)는 내부에 포함된 반도체 스위치를 개폐함으로써 PWM(Pulse Width Modulation) 전압 제어를 한다.

또한, 이와 동시에, 스위치부(402)와 부하(403) 사이에 병렬로 연결된 제1 평활 회로부(404)로 교류전력이 인가된다. 이에 따라, 제1 인버터부(405)는 내부에 포함된 반도체 스위치를 개폐함으로써 PWM(Pulse Width Modulation) 전압 제어를 한다. 또한, 제1 인버터부(405)의 PWM 전압을 제1 평활 회로부(404)를 통해 고주파를 평활하면서 제1 평활 회로부(404) 앞 단의 교류 전력을 제1 인버터부(405) 뒷 단의 직류전력으로 변환한다.

또한, 이와 동시에 본 발명의 실시예에 따라 전압 검출부(411)에서는 상용 전원부(401)에서 부하(403)에 인가되는 전압의 크기와 위상을 검출하고, 비교 판단부(412)에서는 상기 전압 검출부(411)에서 검출된 부하 전압과 정격 전압의 위상과 크기를 비교한다.

상기 비교 결과 검출된 부하 전압이 정격 전압보다 큰 과전압일 경우에는 부하 전압과 위상이 반대가 되는 역상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 제2 인버터부(408)에서 PWM 전압 제어를 한다. 이에 따라, 제2 평활 회로부(409)로 고주파를 제거한 교류 전압을 직렬로 연결된 변압기(410)에 인가함으로써 부하 전압에서 정격 전압 이상 분 만큼의 교류 전압을 차감하여 부하에 인가되는 전압을 정격전압이 되도록 제어한다.

한편, 차감된 교류 전압은 변압기(410)와 제2 평활 회로부(409)와 제2 인버터부(408)를 통해 직류 전압으로 변환되고 변환된 직류전압은 제1 인버터부(405)와 컨버터부(406) 사이에 인가되며, 제1 인버터부(405)와 제1 평활 회로부(404)를 통해 상용 전원부(401)(즉, 계통 전원)로 복귀된다.

상기와 달리 검출된 부하 전압이 정격 전압보다 낮은 저전압일 경우, 비교 판단부(412)에서는 부하 전압과 위상이 같은 동상이면서 정격전압과 차이가 나는 전압분 만큼을 제2 인버터부(408)에 지시하고 제2 인버터부(408)에서 그 값으로 PWM 전압제어를 한다. 또한, 제2 평활 회로부(409)로 고주파를 제거한 교류 전압을 증가분만큼 직렬로 연결된 변압기(410)에 인가함으로써 부하(403)에 인가되는 전압을 정격전압이 되도록 제어한다.

이때, 증가분만큼의 교류 전압은 제1 인버터부(405)와 컨버터부(406) 간의 직류 전력을 이용하여 제2 인버터부(408)에서 증가분만큼의 교류 PWM 전압을 출력하고, 제2 평활 회로부(409)를 통해 고주파를 제거한 후, 변압기(410)를 통해 증가분의 교류 전압을 상용 전원부(401)을 통한 부하 전압에 더함으로써 부하에 인가되는 전압이 정격 교류 전압이 되도록 한다

한편, 상용 전원부(401)의 이상으로 정전 상태시에는 스위치부(402)는 개로 되고 전력 변환 장치는 전원이 복전될 때까지 휴지상태가 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비교 판단부의 세부 구조를 나타내는 도면이다. 이때, 상기 전압 검출부(311)와 비교 판단부(312)는 부하(303)로 공급되는 전압이 정격 전압이 되도록 제어하는 기능을 수행하며, 상술한 바와 같이 그 전체로서 전압 제어부를 구성한다.

도 5를 참조하면, 도 3의 비교 판단부(312)는 정격 전압 발생기(510)와 감산기(520)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 정격 전압 발생기(510)는 부하(303, 403)에 공급되어야 할 정상적인 정격 전압을 발생시킨다.

전압 검출부(311)는 현재 부하(303)에 공급되고 있는 전압을 검출한다. 이때, 감산기(520)는 상기 정격 전압 발생기(510)에서 발생된 신호와 전압 검출부(311)를 통해 검출한 신호의 전압차를 출력시켜 제2 인버터부(308)로 공급한다.

한편, 상기 도 4의 전압 검출부(411) 및 비교 판단부(412)도 마찬가지로 상기 도 5와 동일한 기능을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 검출부 출력이 낮은 경우 비교 판단부의 출력 파형을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전압 검출부 출력이 높은 경우 비교 판단부의 출력 파형을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 6을 참조하면, 정격 전압 발생기의 출력에 비해 전압 검출부(311)의 출력이 낮은 경우 도시된 바와 같이 감산기(520)를 통과한 신호는 전압 검출부(311)를 통해 검출된 부하 전압과 같은 위상이 같은 동위상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 출력된다. 이와 같이, 부하 전압과 위상이 같은 동상이면서 정격전압과 차이가 나는 전압분 만큼을 제2 인버터부(308)에 제공하고 제2 인버터부(308)에서 상기 값으로 PWM 전압제어를 함으로써 부하(303)에 인가되는 전압을 정격전압이 되도록 제어한다.

반면, 도 7을 참조하면, 정격 전압 발생기의 출력에 비해 전압 검출부(311)의 출력이 높은 경우 도시된 바와 같이 감산기(520)를 통과한 신호는 전압 검출부(311)를 통해 검출된 부하 전압과 같은 위상이 반대가되면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 출력된다. 이와 같이, 부하 전압과 위상이 반대이면서 정격전압과 차이가 나는 전압분 만큼을 제2 인버터부(308)에 제공하고 제2 인버터부(308)에서 상기 값으로 PWM 전압제어를 함으로써 부하(303)에 인가되는 전압을 정격전압이 되도록 제어한다. 또한, 차감된 전압만큼 변압기(310)와 제2 평활 회로부(309)와 제2 인버터부(308)를 통해 직류 전압으로 변환되고 변환된 직류전압은 제1 인버터부(305)와 컨버터부(306) 사이에 인가되며, 제1 인버터부(305)와 제1 평활 회로부(304)를 통해 상용 전원부(301)(즉, 계통 전원)로 복귀된다.

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.

본 발명은 또한 하나 이상의 실시예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

101, 201 : 상용 전원부 102, 202 : 스위치부
103, 203 : 부하 104, 204 : 평활 회로부
105, 205 : 인버터부 106, 206 : 컨버터부
107, 207 : 태양광 패널 301, 401 : 상용 전원부
302, 402 : 스위치부 303, 403 : 부하
304, 404 : 제1 평활 회로부 305, 405 : 제1 인버터부
306. 406 : 컨버터부 307, 407 : 태양광 패널
308, 408 : 제2 인버터부 309, 409 : 제2 평활 회로부
310, 410 : 변압기 311, 411 : 전압 검출부
312, 412 : 비교 판단부 510 : 정격 전압 발생기
520 : 감산기

Claims (9)

1. 상용 전원을 부하에 공급하는 상용 전원부;
   상기 상용 전원부와 상기 부하 사이에 연결되어 정상 상태에서 단락하고 정전 상태에서 개로하는 스위치부;
   상기 스위치부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결되어 고조파를 제거하는 제1 평활 회로부;
   상기 제1 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 제1 인버터부;
   상기 제1 인버터부와 연결되어 직류 전압의 크기를 조절하는 컨버터부;
   상기 컨버터부와 연결되어 신재생 에너지를 생산하는 신재생 에너지 생성부;
   상기 스위치와 상기 부하 사이에 직렬로 연결된 변압기;
   상기 직렬로 연결된 변압기와 연결되어 고조파를 제거하는 제2 평활 회로부;
   상기 제2 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환시키고, 상기 제1 인버터부와 상기 컨버터부 사이에 병렬로 연결되는 제2 인버터부; 및
   상기 부하에 일정한 정격 전압이 인가되도록 상기 제2 인버터부를 제어하는 전압 제어부;를 포함하고,
   상기 전압 제어부는, 상기 부하로 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부; 및 상기 부하로 공급되어야 할 정격 전압을 상기 전압 검출부에서 검출된 전압과 비교하고, 그 차이 값을 상기 제2 인버터부에 제공하는 비교 판단부;를 포함하며,
   상기 비교 판단부는, 상기 정격 전압에 비해 상기 전압 검출부에서 검출된 전압이 낮은 경우 상기 전압 검출부를 통해 검출된 부하 전압과 같은 위상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 출력시키는, 전력 변환 장치.
   
2. 상용 전원을 부하에 공급하는 상용 전원부;
   상기 상용 전원부와 상기 부하 사이에 연결되어 정상 상태에서 단락하고 정전 상태에서 개로하는 스위치부;
   상기 스위치부와 상기 부하 사이에 병렬로 연결되어 고조파를 제거하는 제1 평활 회로부;
   상기 제1 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환하는 제1 인버터부;
   상기 제1 인버터부와 연결되어 직류 전압의 크기를 조절하는 컨버터부;
   상기 컨버터부와 연결되어 신재생 에너지를 생산하는 신재생 에너지 생성부;
   상기 스위치와 상기 부하 사이에 직렬로 연결된 변압기;
   상기 직렬로 연결된 변압기와 연결되어 고조파를 제거하는 제2 평활 회로부;
   상기 제2 평활 회로부와 연결되어 교류를 직류로 변환시키고, 상기 제1 인버터부와 상기 컨버터부 사이에 병렬로 연결되는 제2 인버터부; 및
   상기 부하에 일정한 정격 전압이 인가되도록 상기 제2 인버터부를 제어하는 전압 제어부;를 포함하고,
   상기 전압 제어부는, 상기 부하로 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출부; 및 상기 부하로 공급되어야 할 정격 전압을 상기 전압 검출부에서 검출된 전압과 비교하고, 그 차이 값을 상기 제2 인버터부에 제공하는 비교 판단부;를 포함하며,
   상기 비교 판단부는, 상기 정격 전압에 비해 상기 전압 검출부에서 검출된 전압이 높은 경우 상기 전압 검출부를 통해 검출된 부하 전압과 반대되는 위상이면서 정격 전압과 차이가 나는 전압분 만큼 출력시키는, 전력 변환 장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 비교 판단부는,
   상기 부하로 공급되어야 할 정격 전압을 발생시키는 정격 전압 발생기; 및
   상기 정격 전압 발생기에서 발생된 정격 전압과 상기 전압 검출부에서 검출된 전압의 차이 값을 출력시키는 감산기;를 포함하는, 전력 변환 장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 장치는,
   단상의 상용 전원을 상기 부하에 공급하는 단상 전력 변환 장치인, 전력 변환 장치.
   
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 장치는,
   3상의 상용 전원을 상기 부하에 공급하는 3상 전력 변환 장치인, 전력 변환 장치.
   
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 신재생 에너지 생성부는, 태양광 패널을 포함하는, 전력 변환 장치.
   
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 신재생 에너지 생성부는, 풍력 발전 수단을 포함하는, 전력 변환 장치.

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