KR200416152Y1

KR200416152Y1 - 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형무정전 하이브리드 인버터 장치

Info

Publication number: KR200416152Y1
Application number: KR2020060004361U
Authority: KR
Inventors: 오현택
Original assignee: 오현택
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2006-05-12
Anticipated expiration: 2016-02-16

Abstract

본 고안에 의한 부스터 기능과 병렬컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터장치(100)는 전기발생장치(105, 105-1)로부터 공급되는 전기를 공급받아서 정류하는 정류부(110)에 부스터용 직류리액터(113) 및 스위칭제어용전력반도체(118) 그리고 높은 효율의 고역율로 제어되는 부스터제어회로부(119)가 연계된 부스터컨버터(170, 170-1)가 구비되고, 상용전원(140)을 공급받아 정류하는 정류부(180)를 구성하여 상기 부스터컨버터(170, 170-1)와 정류부(180)로부터 각각 공급되는 직류전원을 병렬컨버터(190)에 병렬로 각각 연계 입력되도록 하며, 병렬컨버터(190)는 전기발생장치(105, 105-1)의 발전전원의 전기에너지 발생량에 따라 비례적으로 상용전원(140)을 제어하여 공급받거나 한쪽을 선택해서 직류전원을 공급받을 수 있도록 다중병렬입력구조의 병렬컨버터(190)의 기능이 가능하도록 구성되며, 인버터부(120)는 상기 부스터컨버터(170, 170-1)로부터 공급되는 발전전원 및 상용전원(140)으로부터 공급되는 직류전원을 병렬컨버터(190)로부터 무순단 절환 공급받음으로 안정적인 교류전원의 변환 역할로 정현파형의 설정된 주파수 및 전압을 발생시킬 수 있으므로, 미약한 발전전원의 소실을 방지할 수 있어 효율이 우수하고, 상용전원(140)을 사용할 경우에도, 유해한 요소를 제거한 안정적인 양질의 일정한 전원을 공급받을 수 있고, 상용전원의 정전이나 발전전원이 미약할 경우 병렬컨버터(190)의 후단에 연계되어진 축전지(150)의 저장된 에너지의 사용이 가능하여 정전이 방지되고, 본 고안이 고장 내지 수리로 정지하더라도 상용전원(140)을 계통연계장치(130)를 통하여 부하(157)에 무순단 공급할 수 있어 안정적인 교류전원을 공급할 수 있는 고안에 관한 것이다.

계통연계형, 하이브리드인버터장치, 부스터컨버터, 병렬컨버터

Description

부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치{Line change type un-interruptible power hybrid inverter system having a booster function and a parallel converter function}

도 1은 종래의 기술이 적용된 계통연계형 인버터 장치를 도시한 블록도

도 2는 본 고안의 기술이 적용된 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치를 도시한 블록도

도 3은 본 고안의 기술이 적용된 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 구성된 병렬컨버터를 도시한 블록도

도 4는 본 고안의 기술이 적용된 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 구성된 부스터컨버터의 기능을 도시한 블록도

도 5는 본 고안의 기술이 적용된 부스터기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 구성된 인버터부에 의해 교류가 형성되는 과정을 도시한 파형 그래프

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

105, 105-1: 전기발생장치 110, 180: 정류부

120: 인버터부 130: 계통연계장치

150: 축전지 151: 충,방전제어부

170, 170-1: 부스터컨버터 190: 병렬컨버터

191, 195: 전력반도체 193, 197: 전류리액터

200: 병렬제어부 201: 상용전력량검출부

203: 발전전력량검출부 205: 전류량제어부

207: 병렬제어지시부

본 고안에 의한 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치는 자연현상으로부터 전기에너지를 얻을 수 있는 무공해 전기발생장치에 부스터컨버터가 연결되고, 상기 부스터 컨버터와 상용전원에 연결된 정류부가 병렬로 연계되도록 병렬컨버터를 구성함으로써, 부하에서 요구되는 전력량보다 전기발생장치에서 발생되는 에너지양이 적게 공급되더라도 약하게 공급되는 전기에너지의 소실이 방지되고, 축전지의 효율적인 충전이 가능하며, 계통연계장치의 빈번한 절체현상으로 인한 설비의 장애 및 고장 그리고 수명단축을 방지할 수 있는 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 기술이 적용된 계통연계형 인버터장치를 도시한 블록도로서 상기 계통연계형 인버터장치는 태양력, 조력 내지 풍력발전장치 등 자연현상으로부 터 전기를 발전(發電)시키는 전기발생장치로부터 공급된 전기에너지를 부하에 공급하기 위한 장치로서, 상기 계통연계형 인버터장치로부터 전력이 공급되지 않을 때에는 상용전원으로부터 전력인가가 가능하도록 구성된다.

상기 종래의 기술이 적용된 계통연계형 인버터장치(1)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

태양력, 조력, 내지 풍력 등 자연현상으로 전기를 발생시키는 전기발생장치(10)와 상기 전기발생장치(10)로부터 공급받은 직류전원 또는 교류전원을 직류전원으로 순방향 정류시키는 정류부(20)와 상기 정류부(20)로부터 직류전원을 공급받아 교류전원으로 변화시키는 인버터부(30)와 상기 인버터부(30)로부터 인가된 교류전원을 부하(70)로 공급하고 인버터부(30)로부터 교류전원이 공급되지 않을 때에는 상용전원을 인가하도록 상용전원으로 전환되어 연결되는 절체스위치로 구비되는 계통연계장치(40)와 상기 정류부(20)와 인버터부(30) 사이에 연계되어 정류부(20)로부터 공급되는 직류전원의 일부를 충전하는 축전지(60)와 입력되거나 검출되는 정보와 신호를 프로그램이나 제어회로에 따라 각 부분과 연계되어져 동작을 지시하고 제어하며 처리하는 제어장치(80)로 구성된다.

상기 정류부(20)는 정류기능을 하는 정류반도체(21)와 상기 정류반도체(21)를 통과한 불규칙한 맥동의 전압을 일정전원으로 걸러내도록 리액터(23)와 콘덴서(25)로 조합된 필터로 구성된다.

상기 구성에 의한 종래 기술의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

상기 전기발생장치(10)로부터 전기에너지가 발생되면 상기 전기발생장치(10) 로부터 생성된 발전전원은 정류부(20)에 의해 정류되어 직류전원이 되는 데, 상기 정류부(20)에 구비된 필터에 의해 직류전원은 맥동성분이 제거된 일정전압의 직류전원이 되며, 상기 인버터부(30)를 통해 교류전원으로 다시 변환되어 부하(70)로 공급된다.

그런데, 상기 전기발생장치(10)는 자연현상에 의지하므로, 일기와 계절 및 시간대에 따라서 전기에너지의 발생이 불규칙하게 되어 항상 일정하게 전기에너지를 공급할 수 없게 되는 데, 예로서, 태양력 발전의 경우 흐린 날이나 강우 시, 또는 야간에는 전기에너지를 생성시킬 수 없거나 약하게 발생된다.

따라서, 입력 정류되는 공급량이 부하(70) 전기설비에서 요구되는 전력량보다 적게 공급되거나 축전지(60) 전압보다 낮게 공급되면 이용되지 못하고 소실되며, 이때는 축전지(60)로부터 직류전원을 공급받아 인버터부(30)를 통해 교류전원으로 변환한 후, 부하(70)로 일정시간 동안 공급하게 된다.

상기 인버터부(30)로 유입되는 직류전원이 정격전압 이하이거나, 전압이 불규칙하여 인버터 동작 조건이 적합하지 않을 때에는 인버터기능이 정지됨으로 상기 계통연계장치(40)는 인버터부(30)로부터의 전원연계를 끊고 상용전원과 연결되어 상용전원이 부하(70)로 공급되도록 한다.

상기 구성과 작동에 의한 계통연계형 인버터장치(1)는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

불규칙한 자연현상에 의지하는 전기발생장치(10)로부터 발생되는 공급량이 부하(70)에서 요구되는 전력량으로 전기에너지가 지속적으로 생성될 수 없는 경우 에는 상기 발전되는 전기에너지를 가용에너지로 사용할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 정격전원의 전기에너지가 공급되다가 중단되기도 하고, 정격전원에 미치지 못하는 전기에너지가 공급되기도 하는 등 불규칙한 성향을 띠고 있다.

상기 전기발생장치(10)의 불규칙한 전기에너지의 공급에 의해, 계통연계장치(40)는 상용전원에 연결되었다가, 다시 인버터부(30)에 연계되는 동작 즉, 빈번한 절체현상이 발생하게 된다. 따라서, 부하(70)에는 상용전원과 불안정한 인버터전원이 교번되게 공급되며 절체 시, 발생되는 전기적 충격에 부하(70)는 노출되고, 상기 절체현상으로 기인하는 이상전류와 전압 또는 상용전원으로부터 유입될 수 있는 유해전원에 대하여 계통연계형 인버터장치(1)는 물론, 부하(70)의 장애와 고장 요인이 될 뿐만 아니라, 수명을 단축시키는 요인이 된다.

아울러, 상기 계통연계장치(40)가 상용전원으로 절체된 경우, 전기발생장치(10)로부터 생성된 전기에너지는 모두 소실될 수 밖에 없어 상기 전기발생장치(10)는 유명무실한 실정이며, 상용전원이 부하(70)에 바로 공급되므로 상용전원의 변동이나, 유해성분과 정전으로부터 부하(70)는 보호를 받을 수 없게 된다.

또한, 부하(70)가 인버터부(30)를 통하여 축전지(60)로부터 일정시간 전기에너지를 공급받을 경우, 큰 용량의 축전지(60)가 요구되며, 축전지(60)에 전기 에너지를 충전시키기 위해서는 전기발생장치(10)에서 발전되는 전압이 충전가능전압 보다 높은 전압의 전기에너지가 공급되어야 일부 에너지로 충전이 가능한 데, 상기 전기발생장치(10)로부터 공급되는 전기에너지가 전압 및 전류가 불규칙하고 불안정하여 제대로 충전이 될 수 없는 경우에는 잦은 충전과 방전으로 축전지의 용량이 저하되고 수명이 급격히 단축된다. 따라서, 자연현상의 조건에 의해 전기발생장치(10)로부터 전기에너지의 공급이 중단되더라도 상기 축전지(60)는 제기능을 할 수 없게 되며, 상기 절체현상이 곧이어 발생하게 된다.

이러한 계통연계형 인버터장치(1)의 문제점으로 인해서, 자연현상으로부터 발전(發電)하는 전기발생장치(10)는 실제로 적용하여 사용되는 경우가 거의 없고 시험단계이며, 아직도 미래의 과제로 남아있는 실정이다.

이에 본 고안에서는 상기 문제점을 해결하기 위해, 상기 전기발생장치에서 미약하거나 불안정하게 발생 공급되는 전기에너지를 가용에너지로 전환하기 위하여 전기발생장치에 연결된 정류부와 함께 제어가 가능한 고역율의 부스터제어회로부가 연계된 부스터컨버터가 구비되고, 상용전원을 공급할 수 있도록 정류부를 구성하여 병렬컨버터에 병렬로 각각 연결공급되도록 함으로써, 인버터부는 전기발생장치로부터 발생된 발전전원과 상용전원을 비례적으로 공급받거나 한쪽을 선택해서 공급받을 수 있도록 다중병렬입력 구조로 구성되어 있는 병렬컨버터에 연결되고, 상기 발전전원의 공급량에 따라 상용전원을 비례적으로 무순단 공급받음으로 인버터부는 안정적인 변환역할로 정현파형의 설정된 주파수 및 전압을 발생시킬 수 있으며, 또한 서로 다른 자연에너지를 이용하는 전기발생장치를 사용할 수 있으므로 효율이 우수하고, 발전전원의 공급이 전혀 없어서 상용전원만을 사용할 경우에도 유해한 요소를 제거한 안정적인 양질의 정전압 정주파수의 전원을 부하에 공급할 수 있으며 발전전원의 공급이 전혀 없거나 상용전원의 정전 시에도 축전지의 사용이 가능 하므로 항상 무정전, 정전압, 정주파수의 전원 공급으로 부하설비를 운영할 수 있고, 본 고안이 고장 내지 수리로 정지하여도 계통연계장치로서 상용전원을 무순단으로 전기에너지를 공급할 수 있는 부스터 기능과 병렬컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작동 및 효과를 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 고안의 기술이 적용된 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치를 도시한 블록도, 도 3은 본 고안의 기술이 적용된 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 구성된 병렬컨버터를 도시한 블록도, 도 4는 본 고안의 기술이 적용된 부스터 기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 구성된 부스터컨버터의 기능을 도시한 블록도, 도 5는 본 고안의 기술이 적용된 부스터기능과 병렬 컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터 장치에 구성된 인버터부에 의해 교류가 형성되는 과정을 도시한 파형 그래프로서 함께 설명한다.

일반적인 계통연계형 인버터장치(100)는 태양력, 조력, 내지 풍력 등 자연현상으로 전기를 발생시키는 전기발생장치(105, 105-1)와 상기 전기발생장치(105, 105-1)로부터 공급받은 직류전원 또는 교류전원을 안정된 직류전원으로 순방향 정류시키도록 정류반도체(111)가 구비되는 정류부(110)와 상기 정류부(110)로부터 직류전원을 공급받아 교류전원으로 변화시키는 인버터부(120)와 상기 인버터부(120)로부터 인가된 교류전원을 부하(157)로 공급하고 상기 인버터부(120)로부터 교류전원이 공급되지 않을 때에는 상용전원(140)을 인가하도록 상용전원(140)으로 전환되어 연결되는 계통연계장치(130)와 상기 정류부(110)와 인버터부(120) 사이에 연계되어 정류부(110)로부터 공급되는 직류전원의 일부를 충전하는 축전지(150)로 구성되며, 또한, 입력되거나 검출되는 정보와 신호를 설정된 프로그램이나 제어회로에 따라 각 부분과 연계되어져 동작을 지시하고 제어하며 처리하는 마이컴제어부(C)와 상기 마이컴제어부(C)에 연계되어 외부로부터 제어신호와 운전정보를 입력시킬 수 있으며 장치내부의 동작상태와 각 부분에서 검출되고 처리되는 정보를 나타내고 전달하는 디지털인터페이스부(D)가 구성된다.

본 고안에서는 상기의 기본구성에 고효율, 고역율의 부스터컨버터(170, 170-1)의 기능을 구비하여 불규칙하고 불안전하며 미약하게 발생되는 전기에너지도 사용할 수 있게 하고, 또 병렬컨버터(190)를 구성하여 부스터컨버터(170, 170-1)에서 공급되는 발전전력이 부하(157)에서 요구되는 전력보다 부족하게 공급되어도 부족한 전력을 상용전원(140)에 연계된 정류부(180)로부터 함께 무순단 공급될 수 있도록 하고, 상기 인버터부(120)는 서로 다른 각각의 직류전원을 병렬컨버터로(190)부터 비례적으로 무순단 공급받으므로 안정적인 변환역할로 정현파형의 설정된 주파수 및 전압을 출력시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 본 고안에서는 서로 다른 환경과 일기조건에서 전기를 발생시킬 수 있는 태양전지나, 풍력발전기, 조력이나 수력발전기 등의 상이하거나 동일한 전 기발생장치(105, 105-1)를 단독이나 병렬로 함께 사용할 수 있도록 다수의 부스터컨버터(170, 170-1)를 구성하여 각각의 전기발생장치(105, 105-1)에서 발생되는 전기에너지를 합쳐 단일의 직류전원을 공급시키므로 보다 효율적이고 안정적으로 전기에너지를 공급받을 수 있다.

또한, 상기 부스터컨버터(170, 170-1)는 정류부(110)와 연계 구성된 부스터기능을 담당하는 부분으로서 다음에 직류리액터(113) 그리고 정류반도체(117, 다이오드)를 연계하고, 상기 직류리액터(113)와 정류반도체(117) 사이에 스위칭제어용 전력반도체(118)를 연계한 후, 상기 스위칭제어용 전력반도체(118)에 전기발생장치(105, 105-1)에서 공급되는 전기적 특성과 병렬컨버터(190)에 맞도록 조정될 수 있는 부스터제어회로부(119)를 연계하여 고효율 고역율의 부스터컨버터(170, 170-1)가 구성되도록 한다.

상기 부스터컨버터(170, 170-1)는 서로 상이하거나 동일한 전기발생장치(105, 105-1)에 연결되도록 다수개로 구비되도록 함으로써, 전기발생장치(105, 105-1)의 전력 공급량을 높여 효율과 안전성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 고안은 상용전원(140)의 공급이 발전전원과 함께 병렬로 가능하도록 정류반도체(181)와 함께 리액터(183) 및 콘덴서(185)로 구비된 필터부로 구성되는 정류부(180)를 상용전원(140)에 연결되도록 하고, 상기 정류부(180)와 부스터컨버터(170, 170-1)는 병렬컨버터(190)에 각각이 병렬로 연결되도록 하여 인버터부(120)에 안정적인 직류전원의 공급이 가능하도록 하는 구성에 의해 병렬컨버터(190)의 기능이 가능하도록 구성된다.

상기 병렬컨버터(190)는 정류부(180)로부터 공급되는 직류전원의 전류량을 제어할 수 있는 전력반도체(191)와 전류리액터(193)로 제어되고, 부스터컨버터(170, 170-1)로부터 공급되는 직류전원(발전전원)의 전류량을 제어할 수 있는 전력반도체(195)와 전류리액터(197)로 제어되도록 구성되고, 상기 각 전류제어용 전력반도체(191, 195)는 병렬제어부(200)에 연계된다.

상기 병렬제어부(200)는 상용전원(140)에서 정류되어 공급되는 전압과 전류를 검출하여 마이컴제어부(C)에 신호를 전송하는 상용전력량검출부(201)와 전기발생장치(105, 105-1)에서 공급되는 발전전원의 전압과 전류를 검출하여 마이컴제어부(C)에 신호를 전송하는 발전전력량검출부(203)가 구성되고, 상기 마이컴제어부(C)로부터 신호를 입력받아 상용전원(140)과 전기발생장치(105, 105-1)로부터 공급되는 전류량을 제어하도록 전류량제어부(205)에 신호를 보내는 병렬제어지시부(207)와 상기 병렬제어지시부(207)로부터 신호를 받아 상용전원(140)과 전기발생장치(105)의 전류량을 제어하는 전류량제어부(205)로 구성된다.

또한, 병렬컨버터(190)와 인버터부(120) 상간에 축전지(150)와 충,방전제어부(151)를 구성하는 데, 충,방전제어부(151)는 부스터컨버터(170, 170-1)와 정류부(180)의 전원을 각각 공급받을 수 있는 다중입력구조의 병렬컨버터(190)를 통하여 안전된 전원을 공급받을 수 있으므로 발전전력량의 많고 적음에 상관이 없으므로 수시로 충,방전 현상이 발생되지 않고 평상 시 축전지(150)는 만충전된 상태로 대기하며 병렬컨버터(190)에서 인버터부(120)로 공급되는 전원이 부족하거나 중단되면 비상에너지원의 역할을 하도록 인버터부(120)로 방전시키는 회로구성으로 축전 지(150)의 수시 충,방전을 방지함으로써 축전지(150)의 용량감소와 수명단축을 방지하여 안전성을 높이도록 축전지(150)의 전압은 병렬컨버터(190)에서 공급되는 직류전위보다 낮게 구성된다.

상기 인버터부(120)의 기본 구성은 단상용인버터와 삼상용인버터로 구분되며 직류전원을 교류전원으로 만들기 위한 제어용 전력반도체소자 수량과 삼상제어를 위한 위상각에 대한 펄스분배회로에 관계되며, 제어원리는 동일하므로 인버터 동작에 의한 정현파형의 발생에 대하여 살펴보면, 디지털인버터제어부(222, DSP)에 의한 정현파 PWM제어원리는 도 5에서처럼, 입력되는 직류전원을 마이컴제어부(C)의 제어신호에 따라 정현파형의 교류전원을 설정된 전압과 주파수로 출력하기 위한 것으로 생성되어지는 파형은 먼저 제로크로싱(736) 위치에서 보았을 때 상용전원(140)에 동기되어 만들어진 출력전압제어용 정현파신호(731)의 정(+), 부(-) 신호와 전력반도체의 제어동작에 필요한 고조파의 PWM신호(Gate신호)를 만들기 위하여 정현파신호(731)의 주파수 보다 매우 높은 분주비에 따른 고주파의 삼각캐리어파(732)를 발생시키고 비교기를 이용하여 정(+)의 구형파(733)와 부(-)의 구형파(734)를 생성시키고 만들어진 정(+), 부(-)의 구형파신호(733, 734)를 로직회로를 통하여 배타논리(exclusive OR)로 조합시키므로 전력반도체(740, 741, 742, 743)를 온, 오프로 고속스위칭하기 위한 게이트제어부(220)가 만들어지며, 상기 게이트제어부(220)는 디지털인버터제어부(222)를 통하여 쌍으로 동작되며 전력반도체(740, 741, 742, 743)에 인가되며, 전력반도체(740, 741, 742, 743)는 병렬제어부(190)로부터 공급되는 직류전원을 게이트제어부(220)의 게이트신호(737)에 따라 PWM방식으 로 고속스위칭시키면, 전력반도체(740, 741, 742, 743)에 연결된 인버터변압기(750)의 1차 코일에 인가되며 자계결합에 의해 2차코일에 출력전압이 생성된다. 인버터부(120)에 연계구성된 인버터변압기(750)는 코아에 구성된 내부의 자계션트에 의한 공진(필터)용 리액터회로가 출력전압용 코일에 포함되어 만들어지며 변압기 출력에 병렬로 연결된 교류공진콘덴서(751)에 의해 고주파 성분이 제거되고 사용자가 마이컴제어부(C)의 설정한 제어정보에 따라 정현파형의 교류전원(도5의 735)을 설정된 주파수와 전압으로 출력하여 계통연계장치(130)를 통해 부하(157)로 공급하게 된다.

상기 계통연계장치(130)는 두 쌍의 반도체로 구성되어 인버터부(120)에서 발생되는 교류전력을 부하(157)로 공급하는 인버터 전원용의 동기절체스위치(131)와 상용전원(140)을 공급할 수 있는 상용전원용의 동기절체스위치(132)로구성되며, 상용전원(140) 쪽의 동기절체스위치(132)는 인버터부(120)의 이상(과부하, 이상전압, 반도체소손 등) 시에 상용전원으로 우회시켜 부하(157)에 출력전원을 공급할 수 있도록 상용전원(140)으로 자동무순단 연결되도록 구성되고 상용전원(140) 쪽의 동기절체스위치(132)에는 병렬로 유지보수나 고장정비를 위한 비상유지보수스위치(133)를 구성시킨다.

상기 구성에 의한 본 고안의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

상기 전기발생장치(105, 105-1)로부터 불규칙한 발전전원이 발생되면 부스터컨버터(170, 170-1)를 통해 안정된 직류전원으로 변환되는 데, 정류반도체(111)에 연계된 직류리액터(113)는 직류전원을 공급받아 스위칭제어용 전력반도체(118)의 온, 오프 동작에 의해 일정전압으로 상승시킬 수 있도록 온 시에 에너지를 축적시키며, 상기 스위칭제어용 전력반도체(118)의 오프 시에 직류리액터(113)의 축적된 전기에너지를 환류시키는 정류반도체(117)에 의해 일정직류 전압으로 조절되어 병렬컨버터(190)에 공급되며, 병렬컨버터(190)에 공급된 직류전원은 마이컴제어부(C)의 제어 신호에 따라 그 양이 선택 조절되어 인버터부(120)로 공급된다.

또한, 병렬컨버터(190)는 충,방전제어부(151)와 연결된 축전지(150)에 정격전압의 전기를 공급할 수 있도록 하여 원활한 충전이 가능하도록 한다.

한편, 상용전원(140)으로부터 공급된 전원은 정류부(180)에 의해 직류로 정류된 후, 병렬컨버터(190)로 상기 발전전원과 함께 공급되는 데, 병렬컨버터(190)의 작동을 살펴보면, 상기 마이컴제어부(C)는 상용전력량검출부(201)와 발전전력량검출부(203)로부터 정보를 공급받아 비교한 후, 전기발생장치(105)의 발전전원이 부족할 경우에는 상기 병렬제어지시부(207)를 통해 전류량제어부(205)를 작동시켜 발전전원의 부족한 전기에너지를 상용전원(140)으로부터 보충하게 된다.

상기 병렬컨버터(190)는 마이컴제어부(C)와 연계되어 전기발생장치(105)의 발전전원 또는 상용전원(140) 중 한쪽을 선택해서 공급받을 수도 있고, 비례적인 병렬제어기능이 가능하도록 구성하여 부하(157)에 요구되는 전력량보다 발전전원량의 공급이 부족할 경우에 부족한 전기량을 상용전원(140)으로부터 공급받을 수도 있다.

상기 병렬컨버터(190)를 통해 형성된 직류전원은 인버터부(120)를 통해 교류로 변환되어 계통연계장치(130)를 거쳐 부하(157)로 인가된다.

상기 구성과 작동에 의한 본 고안에 의하면, 발전전원이 불규칙 및 불안정하고 미약하더라도 부스터제어회로부(119)가 구성된 부스터컨버터(170, 170-1)에 의해 인버터부(120)에 안정된 전기에너지를 공급할 수 있으며, 여분의 전력은 충,방전제어부(151)를 거쳐 축전지(150)에 원활하게 충전할 수 있으며, 병렬컨버터 (190)의 기능에 의해 발전전원의 전기에너지가 부족할 경우에는 부족분만큼 상용전원(140)으로부터 공급받을 수 있으므로 발전전원이 미약하더라도 소멸시키지 않고 사용할 수 있는 이점이 있고, 자연현상에 의해 발전전원이 소멸되더라도 상기 병렬컨버터(190)를 통해 상용전원(140)을 병렬로 무순단으로 공급받을 수 있으므로 인버터부(120)는 계속하여 안정되게 작동하므로 무순단 전원 공급이 가능하고, 상용전원(140)의 이상 전압의 공급이나 단전현상이 발생하더라도 축전지(150)의 저장된 전기에너지를 이용하여 인버터부(120)는 정상 가동되므로 부하(157)에는 무정전 상태로 전원 공급이 되어 부하(157)는 계속하여 정상적으로 작동된다.

또한, 상용전원(140)만을 사용할 경우에도 상용전원(140)이 정류부(180)와 병렬컨버터(190) 및 인버터부(120)를 거치게 되므로 상용전원(140)에 포함된 유해한 전기적 성분이 제거되므로 입력전압파형왜곡에 상관없이 순수 정현파형의 설정된 정전압 정주파수의 교류전원을 공급할 수 있으므로 부하(157)를 안전하게 효율적으로 사용할 수 있다.

아울러, 인버터부(120)를 통해 안정적인 전압의 전기에너지가 지속적으로 공급되므로 계통연계장치(130)의 빈번한 절체현상과 이에 따른 전기적 충격을 방지할 수 있어, 본 고안 및 부하(157)의 안전한 사용이 가능하게 된다.

본 고안의 이상이나 고장으로 인버터부(120)의 작동이 정지하더라도 자동으로 동작 제어되는 계통연계장치(130)는 상용전원(140) 쪽의 동기절체스위치(132)로 전환되며 유지보수 시에는 비상유지보수스위치(133)를 통하여 부하(157)에 무순단 연계될 수 있으므로 부하(157)는 상용전원(140)을 인가받아 지속적인 작동이 가능하며, 이때는 단전 현상이 발생하지 않으므로 종래보다 안전한 운전이 가능함은 물론이다.

뿐만 아니라, 서로 상이하거나 동일한 전기발생장치(105, 105-1)의 연결이 가능하도록 구성되어 전기발생장치의 발전 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

상기 구성에 의한 본 고안은 정류부와 함께 부스터 기능을 하는 직류리액터 및 스위칭제어용 전력반도체소자 그리고 고효율과 고역율의 부스터제어회로부가 연계된 다수개의 부스터컨버터가 구비되고, 상용전원을 정류하는 정류부를 구성하여 상기 부스터컨버터와 정류부를 병렬컨버터에 병렬로 각각 연계되도록 하며, 인버터제어부에 공급되는 직류전원은 발전전원의 생성 공급되는 양에 따라 비례적으로 부족분만을 상용전원을 통하여 공급받거나 한쪽을 선택해서 공급받을 수 있으며, 충, 방전제어부를 통한 축전지의 저장에너지로도 동작될 수 있도록 구성되고, 상기 발전전원 및 상용전원을 비례적으로 무순단 절환 공급받음으로 안정적인 변환 역할로 정현파형의 설정된 주파수 및 전압을 발생시킬 수 있으므로, 다양한 발전전원의 동시 사용이 가능하여 자연에너지를 효율적으로 이용 가능하며 발생되는 전기에너지가 미약하더라도 미약한 발전전원의 소실을 방지할 수 있어 효율이 우수하고, 상용 전원만을 사용할 경우에도, 유해한 요소를 제거한 안정적인 양질의 전원을 공급받을 수 있고, 발전전원이 미약할 경우 축전지의 사용이 가능하고, 본 고안이 고장 내지 수리로 정지하더라도 상용전원을 공급받을 수 있어 무순단으로 전기에너지를 공급할 수 있으며, 서로 상이한 전기발생장치를 사용할 수 있어 발전전력의 공급 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

자연현상으로 전기를 발생시키는 전기발생장치(105, 105-1)와,

상기 전기발생장치(105, 105-1)로부터 공급받은 직류전원이나 교류전원을 직류전원으로 정류시키도록 하는 정류부(110)와,

상기 정류부(110)로부터 직류전원을 공급받아 교류전원으로 변화시키는 인버터부(120)와,

상기 인버터부(120)로부터 인가된 교류전원을 부하(157)로 공급하고 상기 인버터부(120)로부터 교류전원이 공급되지 않을 때에는 상용전원(140)을 인가하도록 상용전원(140)으로 전환되어 연결되는 계통연계장치(130)와,

상기 정류부(110)와 인버터부(120) 사이에 연계되어 직류전원의 일부를 충전하는 축전지(150)와,

상기 구성을 제어하는 마이컴제어부(C) 및 디지털인터페이스부(D)로 구성되는 계통연계형 인버터장치(100)에 있어서;

상기 전기발생장치(105, 105-1)에 연계되어 미약하거나 불안정하게 발생 공급되는 전기에너지를 가용에너지로 전환할 수 있도록 상기 정류부(110)와 함께 부스터기능을 하는 부스터컨버터(170, 170-1)가 구성되고,

상기 상용전원(140)에 연계되어 정류기능을 하는 정류부(180)와,

상기 부스터컨버터(170, 170-1)와 정류부(180)가 병렬로 연계되는 병렬컨버터(190)로 구성되는 것을 특징으로 하는 부스터 기능과 병렬컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터장치.
제1항에 있어서,

상기 부스터컨버터(170, 170-1)는

상기 정류부(110) 다음에 연계되는 직류리액터(113)와.

상기 직류리액터(113)에 연계되어 직류리액터(113)에 축적되는 환류전류를 정류하는 정류반도체(117)와,

상기 직류리액터(113)와 정류반도체(117) 사이에 스위칭제어용 전력반도체(118)를 연계한 후, 상기 스위칭제어용 전력반도체(118)에 부스터제어회로부(119)를 연계하여 고효율, 고역율로 구성되고, 서로 상이한 전기발생장치(105, 105-1)에 연결이 가능하도록 다수개로 구성되는 부스터컨버터(170, 170-1)가 구성되는 것을 특징으로 하는 부스터 기능과 병렬컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터장치.
제1항에 있어서,

상기 병렬컨버터(190)는 정류부(180)로부터 연계되어 상용전원의 공급량을 제어할 수 있는 전력반도체(191) 및 전류리액터(193)와,

상기 부스터컨버터(170, 170-1)에 연계되어 발전전원의 공급량을 제어할 수 있는 전력반도체(195) 및 전류리액터(197)와,

상기 전력반도체(191, 195)에 연계되는 병렬제어부(200)로 구성되고,

상기 병렬제어부(200)는 상용전원의 전압을 검출하여 마이컴제어부(C)에 신호를 전송하는 상용전력량검출부(201)와,

상기 마이컴제어부(C)에 발전전원의 전압을 검출하여 신호를 전송하는 발전전력량검출부(203)와,

상기 마이컴제어부(C)로부터 신호를 입력받아 상용전원의 전류량을 제어하도록 전류량제어부(205)에 신호를 보내는 병렬제어지시부(207)와,

상기 병렬제어지시부(207)로부터 신호를 받아 상용전원(140)의 전류량을 제어하는 전류량제어부(205)로 구성되는 것을 특징으로 하는 부스터 기능과 병렬컨버터 기능을 가지는 계통연계형 무정전 하이브리드 인버터장치.