KR200390534Y1 - High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC - Google Patents

High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC Download PDF

Info

Publication number
KR200390534Y1
KR200390534Y1 KR20-2005-0010562U KR20050010562U KR200390534Y1 KR 200390534 Y1 KR200390534 Y1 KR 200390534Y1 KR 20050010562 U KR20050010562 U KR 20050010562U KR 200390534 Y1 KR200390534 Y1 KR 200390534Y1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
edlc
voltage
dvr
power
converter
Prior art date
Application number
KR20-2005-0010562U
Other languages
Korean (ko)
Inventor
손진근
Original Assignee
마스타씨스템(주)
손진근
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마스타씨스템(주), 손진근 filed Critical 마스타씨스템(주)
Priority to KR20-2005-0010562U priority Critical patent/KR200390534Y1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR200390534Y1 publication Critical patent/KR200390534Y1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/14Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06Lead-acid accumulators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 전력계통에 순시전압강하나 순간정전이 발생하였을 때 이를 보상해 주는 순시전압강하 동적전압보상장치(DVR : Dynamic Voltage Restorer)의 EDLC(Electric Double Layer Capacitor) 고효율 충방전 시스템에 관한 것이다.  The present invention relates to an EDLC (Electric Double Layer Capacitor) high efficiency charge and discharge system of an instantaneous voltage drop dynamic voltage restorer (DVR) that compensates for an instantaneous voltage drop or instantaneous power failure in a power system.

본 발명은 순시전압강하 동적전압보상장치(이하 "DVR"이라 칭한다)의 전기에너지 저장장치인 EDLC의 충전시에는 정전류 제어가 되도록 하고, EDLC의 방전시에는 정전압으로 제어되도록 충방전 상보형 DC/DC Converter(50) 및 제어회로(80)를 구성하여 고효율 운전이 가능하다는 장점을 갖는다.   The present invention provides a constant current control during charging of EDLC, which is an electrical energy storage device of an instantaneous voltage drop dynamic voltage compensator (hereinafter referred to as "DVR"), and a charge / discharge complementary type DC / controlled to control a constant voltage when discharging the EDLC. The DC converter 50 and the control circuit 80 are configured to have high efficiency of operation.

DVR은 전전압 및 On-Line 보상방식을 채택하는 무정전전원장치(UPS : Uninterruptible Power Supply)와는 달리 계통의 순시전압강하나 순간정전시 전압의 변동분만을 보상한다. 전력품질과 관련된 여러 요소들 가운데 계통의 순시적 전압강하로 인해 유발되는 문제가 전체의 80[%] 이상을 차지하기 때문에 DVR의 적용이 UPS 보다 효율과 비용면에서 유리하다.  Unlike the uninterruptible power supply (UPS), which adopts full voltage and on-line compensation, the DVR compensates for the instantaneous voltage drop of the system but only the voltage fluctuation during instantaneous power failure. Among the many factors related to power quality, the problem caused by the instantaneous voltage drop of the system accounts for more than 80% of the total, so the DVR application is more efficient and cost-effective than the UPS.

DVR은 전기에너지 저장장치로써 납축전지나 전해커패시터 등을 이용하여 전압의 변동분을 보상하게 되는데, 납축전지를 적용한 DVR 시스템은 충·방전 속도와 수명 및 환경면에서 문제점이 있고 전해커패시터를 적용한 DVR 시스템은 에너지밀도가 매우 낮은 단점이 있으나 전기이중층콘덴서(EDLC : Electric Double Layer Capacitor)의 등장으로 그 문제점의 극복이 가능하게 되었다.  The DVR compensates for voltage fluctuations by using lead acid batteries or electrolytic capacitors as electrical energy storage devices. DVR systems with lead acid batteries have problems in terms of charge / discharge speed, lifespan, and environment, and DVR systems using electrolytic capacitors. Has the disadvantage of very low energy density, but the emergence of an electric double layer capacitor (EDLC) has made it possible to overcome the problem.

본 발명에서는 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 납축전지 또는 전해커패시터가 적용된 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 고효율 EDLC 충방전 시스템을 고안하였다. 이를 실현하기 위해 EDLC의 충전시에는 정전류 제어가 되도록하고, EDLC 방전시에는 정전압으로 제어되도록 충방전 상보형 DC/DC Converter(50) 및 제어회로(80)를 고안하였다.  In the present invention, a high efficiency EDLC charge and discharge system of the DVR system to which EDLC is applied, which is more advantageous than the existing UPS, lead acid battery or DVR system to which an electrolytic capacitor is applied, in terms of charge and discharge speed, life and environment, and energy density. In order to realize this, the charge / discharge complementary DC / DC converter 50 and the control circuit 80 are devised to control the constant current when the EDLC is charged and to control the constant voltage when the EDLC is discharged.

본 발명은 높은 전력품질이 요구되는 고부가가치 산업으로의 전환을 추진하고 있는 우리나라의 전력 수용가에 안정적이고 양질의 전력을 공급하는 전력품질 보상장치의 고효율 운전에 널리 적용될 것으로 기대된다.  The present invention is expected to be widely applied to the high-efficiency operation of the power quality compensator for supplying stable and high-quality power to power consumers in Korea, which is promoting the transition to high value-added industries requiring high power quality.

Description

전기이중층콘덴서가 적용된 순시전압강하 동적전압보상장치의 고효율 충방전 시스템 {High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC} High efficiency charge and discharge system of instantaneous voltage drop dynamic voltage compensator with electric double layer capacitor

최근 컴퓨터 네트워크 구축을 토대로 하는 자동화 공정과 정보통신 분야의 발달로 마이크로프로세서 및 전력전자 소자 등 외란에 민감한 부하설비의 사용이 폭발적으로 증가하면서 전력품질(power quality)에 대한 관심이 증가하고 있으며 이에 대한 수용가들의 요구도 점점 커지고 있다.   Recently, due to the development of automation process and information communication field based on computer network construction, the use of disturbance-sensitive load facilities such as microprocessors and power electronic devices has exploded and interest in power quality has increased. Consumer demand is also growing.

전력품질 관련 문제는 전력계통에서 전압과 전류, 주파수의 변동에 기인하여 나타나는 현상으로 전원의 신뢰도 및 전력설비의 특성을 의미한다. 전력품질 관련 요소로는 순간정전(momentary interruption)이나 순시전압강하(voltage sag) 또는 전압상승 그리고 고조파 등이 있다. 이들 대부분은 전압품질과 같은 의미로 사용되고 있으며, 이 중 수용가 설비의 가동정지와 오동작을 일으킬 수 있기 때문에 생산 활동의 경제성 저하에 직접적인 영향을 줄 수 있는 가장 대표적인 문제는 순시전압강하 또는 순간정전이라 할 수 있다. 또한 전력품질과 관련된 여러 요소들 가운데 계통의 순시적 전압강하로 인해 유발되는 문제가 전체의 80[%] 이상을 차지하고 있어 가장 중요한 항목으로 지적되고 있다.   The power quality problem is a phenomenon caused by the variation of voltage, current and frequency in the power system, which means the reliability of power supply and the characteristics of power equipment. Factors related to power quality include momentary interruptions, voltage sags or voltage rises, and harmonics. Most of them are used in the same sense as voltage quality, and the most representative problem that can directly affect the economic deterioration of production activities is the instantaneous voltage drop or instantaneous power interruption because it can cause downtime and malfunction of the customer equipment. Can be. In addition, among the factors related to power quality, the problem caused by the instantaneous voltage drop of the system occupies more than 80 [%] of the total, and is pointed as the most important item.

순시전압강하를 보상하는 방법으로 과거에는 주로 정전압 변압기(Constant Voltage Transformer : CVT)를 사용하였으나, 출력전압이 고정되어 있기 때문에 가변부하에 효과적이지 못한 단점이 있다. 최근에는 이러한 단점을 보완 시켜줄 수 있는 전력변환 장치를 이용한 전압강하 보상에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 이중 무정전전원장치(UPS)를 설치하는 방안이 매우 보편적으로 사용되었지만 배터리를 사용하기 때문에 유지· 보수가 주기적으로 필요하며 용량이 제한적이기 때문에 한정된 부하의 범위에서만 사용될 수 있다는 단점이 있다. 또한 전전압 및 On-Line 보상방식을 채택함으로써 효율과 비용면에서 취약하기 때문에 최근에는 보다 경제적 방식인 동적전압보상기(DVR)를 전력계통에 적용하고 있다.   In the past, a constant voltage transformer (CVT) was mainly used as a method of compensating instantaneous voltage drop, but it is not effective for variable load because the output voltage is fixed. Recently, researches on voltage drop compensation using a power conversion device that can compensate for these drawbacks have been actively conducted, and a method of installing an uninterruptible power supply (UPS) has been very commonly used, but since it uses a battery, There is a disadvantage in that it can be used only in a limited load range because maintenance is required periodically and capacity is limited. In addition, due to the weakness in efficiency and cost by adopting the full voltage and on-line compensation methods, recently, a more economical dynamic voltage compensator (DVR) is applied to the power system.

이러한 DVR시스템은 납축전지나 전해커패시터 등의 에너지저장장치를 이용하여 전압의 변동분을 보상하게 되는데, 이러한 시스템은 충·방전 속도와 수명 및 환경면에서 문제점이 있고 에너지밀도가 매우 낮은 단점이 있으나 전기이중층콘덴서(EDLC)의 등장으로 그 문제점이 극복되고 있다.   The DVR system compensates for voltage fluctuations using energy storage devices such as lead acid batteries or electrolytic capacitors. Such systems have disadvantages in terms of charge / discharge rate, lifespan and environment, and have very low energy density. With the advent of double layer capacitors (EDLC), the problem is overcome.

따라서, 본 발명에서는 고효율·다기능성 제어회로 및 보호회로로 구성된 EDLC를 DVR에 적용하여 그 성능이 매우 우수한 보상시스템을 고안하였다. EDLC의 충전 시에는 정전류 제어가 되도록 하고, 방전 시에는 정전압으로 제어되도록 충방전 제어회로(상보형 DC/DC 컨버터)를 구성하여 고효율로 운전될 수 있도록 하였다.  Therefore, in the present invention, an EDLC composed of a high efficiency and multifunctional control circuit and a protection circuit is applied to a DVR, and a compensation system having excellent performance is devised. The charging and discharging control circuit (complementary DC / DC converter) was configured to be controlled with constant current when charging the EDLC and to be controlled with constant voltage when discharging so that it can be operated with high efficiency.

본 발명은 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 고효율 EDLC 충방전 시스템 구현을 목적으로 고안되었다. 이를 실현하기 위해 EDLC의 충전시에는 정전류 제어가 되도록하고, EDLC 방전시에는 정전압으로 제어되도록 충방전 상보형 DC/DC 컨버터(50) 및 제어회로(80)를 고안하였다.  The present invention has been devised for the purpose of implementing a high efficiency EDLC charge and discharge system of a DVR system to which EDLC is advantageous in terms of charge and discharge speed, life and environment, and energy density, than an existing UPS or DVR system. In order to realize this, the charge / discharge complementary DC / DC converter 50 and the control circuit 80 are devised to control the constant current when the EDLC is charged and to control the constant voltage when the EDLC is discharged.

EDLC(60)의 충방전 DC/DC Converter(50) 주회로 및 제어회로(80)를 도 2에 나타내었다. 전류제어를 위한 상보형 DC/DC 컨버터(50)에는 리액터(55)를 사용하여 전류를 평활화 시키도록 하였다. 이때 상보형 DC/DC 컨버터(50)에서는 EDLC(60) 충·방전을 위하여 주 스위치(51)가 on되면서 전류의 값을 일정하게 유지시켜 주는 동안 부 스위치(52)는 off된다. 또한 주 스위치(51)가 off되는 동안에는 부 스위치(52)가 on되면서 삽입된 리액터(55)에 의하여 자기에너지를 축적하다가, 다시 주 스위치(51)가 on되는 동안 리액터(55)에 축적된 자기에너지를 회생시켜 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하며 전류의 평활화 기능을 하도록 하였다.  The main circuit and the control circuit 80 of the charge / discharge DC / DC converter 50 of the EDLC 60 are shown in FIG. 2. Complementary DC / DC converter 50 for the current control to use the reactor 55 to smooth the current. At this time, in the complementary DC / DC converter 50, while the main switch 51 is turned on for charging and discharging the EDLC 60, the sub-switch 52 is turned off while keeping the current value constant. In addition, the magnetic energy is accumulated by the reactor 55 inserted while the sub-switch 52 is turned on while the main switch 51 is turned off, and the magnetic energy accumulated in the reactor 55 while the main switch 51 is turned on again. The energy is regenerated to make efficient use of energy and to smooth the current.

도 2에서 나타내고 있는 정전류 제어용 DC/DC컨버터(50)의 제어는 EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 결과와 실제 리액터전류 IL의 피드백 값을 연산한 결과 값이 톱니파(84)와 비교되면서 DC/DC컨버터 듀티비를 조절하도록 하였다. 그 결과 듀티비 신호는 도 2의 정전류 제어용 상보형 DC/DC컨버터(50) 주 스위치(51)에 연결되고 상보(complementary)적인 신호는 부 스위치(52)에 연결되면서 EDLC(60)의 충전전압 및 전류제어가 가능한 제어기법을 수행하도록 하였다.   The control of the DC / DC converter 50 for constant current control shown in FIG. 2 calculates the PI controller 82 result and the feedback value of the actual reactor current IL with respect to the error voltage of the EDLC charging command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC. The resulting value was compared with the sawtooth wave 84 to adjust the DC / DC converter duty ratio. As a result, the duty ratio signal is connected to the main switch 51 of the complementary DC / DC converter 50 for the constant current control of FIG. 2, and the complementary signal is connected to the sub switch 52 while the charging voltage of the EDLC 60 is maintained. And a controller method capable of controlling current.

도 1에 대한 설명  Description of Figure 1

PWM Inverter(70) 는 직류를 교류로 에너지 변환하는 전력회로이다. 입력으로 직류전압을 받아서 교류출력을 발생시켜 보상하고자 하는 교류전압을 만들어 주는 기능을 한다. 이를 위해 반도체 스위치를 사용하게 되고 스위치로는 GTO(gate turn off thyristor)를 사용하는 경우도 있지만 스위칭 속도가 빠른 IGBT를 사용한다.   The PWM Inverter 70 is a power circuit for converting DC into energy. It receives DC voltage as input and generates AC output to make AC voltage to compensate. For this purpose, a semiconductor switch is used and a gate turn off thyristor (GTO) is used as a switch, but an IGBT with a fast switching speed is used.

Filter(96)는 PWM Inverter(70) 출력단에서 발생되는 고조파를 억제하는 역할을 한다. 인버터 출력단 전압은 스위칭으로 인해 구형파의 펄스형태가 되기 때문에 이 파형으로부터 기본파를 추출하기 위해 보통 출력단에 L-C 저역통과 필터를 설치한다.   The filter 96 serves to suppress harmonics generated at the output terminal of the PWM inverter 70. Since the inverter output voltage becomes a pulse of square wave due to switching, an L-C lowpass filter is usually installed at the output stage to extract the fundamental wave from this waveform.

본 발명의 DVR의 경우는 무효전력도 보상할 수 있지만 그 주된 목적은 유효전력을 부하에 공급하는 것이기 때문에 별도의 에너지 저장장치(Energy Storage System : ESS)가 필요하다. 이러한 에너지 저장 장치는 AC/DC정류기(40) 또는 PWM converter를 이용하여 전력을 변환하고 DC로 변환된 전력은 전해커패시터 뱅크 또는 배터리(Battery ESS : BESS), FES(Flywheel Energy Storage) 시스템, 그리고 SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) 시스템 등을 사용하여 저장할 수 있지만 가격과 성능 등 여러 가지 조건을 고려해서 신중하게 결정해야 한다. 그러나 본 발명에서는 기존에 자주 사용되던 전해커패시터 뱅크 또는 배터리 대신에 친환경적 소재이면서 이들 두 장치의 가교역할을 할 수 있는 EDLC를 적용하여 회로를 구성한다.  In the case of the DVR of the present invention, the reactive power can be compensated for, but its main purpose is to supply the active power to the load, so a separate energy storage system (ESS) is required. The energy storage device converts power using an AC / DC rectifier 40 or a PWM converter, and the converted power is converted into an electrolytic capacitor bank or battery (Battery ESS: BESS), a flywheel energy storage (FES) system, and a SMES. Although it can be stored using a superconducting magnetic energy storage system, it must be carefully determined in consideration of various conditions such as price and performance. However, in the present invention, instead of the electrolytic capacitor bank or battery, which is frequently used in the past, the circuit is constructed by applying an EDLC which is an environmentally friendly material and can serve as a bridge between these two devices.

매칭변압기(20)는 평상시에는 계통과 직렬로 연결된 인덕턴스로 동작되며 이 값은 대부분 계통의 선로 인덕턴스보다 매우 작기 때문에 무시할 수 있다. 따라서 매칭변압기의 가장 중요한 기능은 보상시 인버터와 계통을 연계시켜주는 역할이며 변압기의 1차측은 △결선 또는 Y결선을 할 수 있지만 대부분 영상분이 발생하지 않도록 △결선을 이용한다. 이때 변압기의 권선비에 따라 전력회로의 용량이 변하지는 않지만 인버터의 선형 운전영역이 전압의 크기에 관계되기 때문에 2차측 보다 1차측을 높게 책정하는 것이 유리할 수 있다.  The matching transformer 20 is normally operated with an inductance connected in series with the system, and this value can be neglected since it is much smaller than the line inductance of most systems. Therefore, the most important function of the matching transformer is to connect the inverter and the system during compensation. The primary side of the transformer can be △ connection or Y connection, but most of them use △ connection so that no image is generated. In this case, although the capacity of the power circuit does not change according to the turns ratio of the transformer, it may be advantageous to set the primary side higher than the secondary side because the linear operation region of the inverter is related to the magnitude of the voltage.

절환 스위치(static switch)(91~93)는 DVR이 오프라인으로 설치되는 보상장치일 경우 계통과의 절연을 위해 이 스위치를 사용해야 하며, 도 1과 같이 대부분은 높은 내 전압 능력을 가진 싸이리스터 2개를 역 병렬 연결해서 사용한다. 정류기(40)를 통해 EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전을 하게 되므로 충전계통에도 절환 스위치(94)가 필요하다. 결국 2쌍의 절환 스위치가 상보적인 동작을 통하여 계통이 정상적인 경우에는 EDLC Storage System(60)에 충전이 되도록 하며 사고시에는 직렬변압기를 통하여 계통에 전압이 주입되도록 구성해야 한다.  Static switch (91 ~ 93) should use this switch for isolation from the grid when the DVR is installed off-line, and most of the two thyristors with high withstand voltage capability as shown in FIG. Use in reverse parallel connection. Since the electric energy is charged to the EDLC Storage System 60 through the rectifier 40, a switching switch 94 is also required in the charging system. As a result, the two pairs of switching switches should be configured to charge the EDLC Storage System 60 when the system is normal through complementary operation, and to inject voltage into the system through the series transformer in case of an accident.

< 평상시 DVR의 동작 ><Normal DVR Operation>

평상시 DVR의 동작은 다음과 같다. 도 1과 같이 블록 다이어그램에서 평상시에는 전원(10)과 부하(30)사이에 있는 각 상의 절환 스위치인 싸이리스터(91~93)는 on되고, 필터(96)를 포함한 각 상의 인버터(70)는 off되어 계통의 전압은 싸이리스터(91~93)를 통하여 부하측(30)에 공급된다. 이때 EDLC(60)는 3상 정류기(40) 및 정전류 제어의 DC/DC 컨버터(50)를 통하여 전하를 축적하게 되며 EDLC의 고성능 제어기(70)에 의하여 초기화 또는 전압균등회로, 충방전 절체회로와 각종 보호 장치 회로가 동작하게 된다.  Normal DVR operation is as follows. In the block diagram as shown in FIG. 1, the thyristors 91 to 93, which are switching switches of each phase between the power supply 10 and the load 30, are turned on, and the inverter 70 of each phase including the filter 96 is turned on. Off the system voltage is supplied to the load side 30 through the thyristor (91 ~ 93). At this time, the EDLC 60 accumulates charges through the three-phase rectifier 40 and the DC / DC converter 50 of the constant current control, and initializes or equalizes the voltage by the high-performance controller 70 of the EDLC, and the charge / discharge switching circuit. Various protection device circuits are operated.

<순시적 전압강하 및 순간정전시의 DVR동작><DVR operation during instantaneous voltage drop and momentary power failure>

전력계통에 순시적 전압강하 또는 순간정전이 발생하면 싸이리스터(91~93)가 off되고, 각 상의 인버터(70)는 on되어 계통의 부족전압 또는 정전전압이 인버터(70)에서 발생된 전압과 더해져서 부하측(30)에 전압을 공급하게 된다. 이때에는 EDLC(60)에 축적된 전하를 이용하여 각 상의 인버터가 전압강하분 또는 정전전압을 보상하기 때문에 부하측(30)의 전압이 정상적으로 공급될 수 있다.  If the instantaneous voltage drop or instantaneous power failure occurs in the power system, the thyristors 91 to 93 are turned off, and the inverter 70 of each phase is turned on so that the undervoltage or the blackout voltage of the system is different from the voltage generated by the inverter 70. In addition, the voltage is supplied to the load side 30. At this time, since the inverter of each phase compensates for the voltage drop or the electrostatic voltage by using the charge accumulated in the EDLC 60, the voltage of the load side 30 may be normally supplied.

이때의 EDLC(60)는 방전으로 전압이 낮아지더라도 DC Link전압을 적당수준으로 유지하기 위한 충방전 제어회로(50)가 동작하기 때문에 PWM 인버터(70)에서는 보상동작이 계속적으로 수행될 수 있다.  In this case, since the charge / discharge control circuit 50 for maintaining the DC link voltage at an appropriate level operates even in the EDLC 60, the compensation operation may be continuously performed in the PWM inverter 70. .

도 2에 대한 설명  Description of Figure 2

EDLC(60)의 충방전 DC/DC Converter(50) 주회로 및 제어회로(80)를 도 2에 나타내었다. 이때의 EDLC main 충전전압은 높은 전원전압에서 정류기(40)를 통하여 직접 충전하게 되면 펄스성의 피크전류가 EDLC(60) 초기 충전 시에 유입하여 커패시터를 파괴할 염려가 있으므로 강압변압기(95)를 사용하여 이에 대한 사고예방과 DC/DC converter(50)의 제어기 이득동조(gain tunning)에 대한 용이성을 기할 수 있도록 하였다.   The main circuit and the control circuit 80 of the charge / discharge DC / DC converter 50 of the EDLC 60 are shown in FIG. 2. At this time, when the EDLC main charging voltage is charged directly through the rectifier 40 at a high power supply voltage, the pulsed peak current may be introduced during the initial charging of the EDLC 60, thereby destroying the capacitor. Therefore, it is possible to make it easy to prevent accidents and gain tuning of the controller of the DC / DC converter 50.

전류제어를 위한 상보형 DC/DC 컨버터(50)에는 리액터(55)를 사용하여 전류를 평활화 시키도록 하였다. 이때 상보형 DC/DC 컨버터(50)에서는 EDLC(60) 충·방전을 위하여 주 스위치(51)가 on되면서 전류의 값을 일정하게 유지시켜 주는 동안 부 스위치(52)는 off된다. 또한 주 스위치(51)가 off되는 동안에는 부 스위치(52)가 on되면서 삽입된 리액터(55)에 의하여 자기에너지를 축적하다가, 다시 주 스위치(51)가 on되는 동안 리액터(55)에 축적된 자기에너지를 회생시켜 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하며 전류의 평활화 기능을 하도록 하였다.  Complementary DC / DC converter 50 for the current control to use the reactor 55 to smooth the current. At this time, in the complementary DC / DC converter 50, while the main switch 51 is turned on for charging and discharging the EDLC 60, the sub-switch 52 is turned off while keeping the current value constant. In addition, the magnetic energy is accumulated by the reactor 55 inserted while the sub-switch 52 is turned on while the main switch 51 is turned off, and the magnetic energy accumulated in the reactor 55 while the main switch 51 is turned on again. The energy is regenerated to make efficient use of energy and to smooth the current.

도 2에서 나타내고 있는 정전류 제어용 DC/DC컨버터(50)의 제어는 EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 결과와 실제 리액터전류 IL의 피드백 값을 연산한 결과 값이 톱니파(84)와 비교되면서 DC/DC컨버터 듀티비를 조절하도록 하였다. 그 결과 듀티비 신호는 도 2의 정전류 제어용 상보형 DC/DC컨버터(50) 주 스위치(51)에 연결되고 상보(complementary)적인 신호는 부 스위치(52)에 연결되면서 EDLC(60)의 충전전압 및 전류제어가 가능한 제어기법을 수행하도록 하는 것이다.   The control of the DC / DC converter 50 for constant current control shown in FIG. 2 calculates the PI controller 82 result and the feedback value of the actual reactor current IL with respect to the error voltage of the EDLC charging command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC. The resulting value was compared with the sawtooth wave 84 to adjust the DC / DC converter duty ratio. As a result, the duty ratio signal is connected to the main switch 51 of the complementary DC / DC converter 50 for the constant current control of FIG. 2, and the complementary signal is connected to the sub switch 52 while the charging voltage of the EDLC 60 is maintained. And a controller method capable of controlling current.

도 3, 도 4에 대한 설명  Description of FIGS. 3 and 4

< 충전시 전류원 제어회로에 의한 효율 향상 ><Efficiency improvement by current source control circuit during charging>

도 3 (a)와 같이 완전히 방전한 커패시터를 발전기에 의해서 충전하는 경우, 즉 전압이 0이고 내부저항이 R(104)인 대용량 EDLC(103)에 발전기의 기전력 V를 인가하면 충전전류 I는 V/R만큼 흐를 수 있지만 발전기의 측면에서 보면 이는 부하가 거의 단락된 상태이므로 보호회로가 없으면 발전기는 곧 소손된다. 또한 커패시터 단자전압 V는 충전에 의해 흘러들어온 전하 Q에 의해 V=Q/C의 비율로 상승하지만 정전용량 C가 작다면 부하가 단락된 상태와 비슷한 크기의 대전류가 흐르게 되는 것이므로 극히 짧은 시간 내에 충전이 끝나게 된다. 이러한 경우 전압원의 충전은 적당하지 않고 전류원 제어회로에 의한 충전이 필요하게 된다. 2차 전지인 납축전지는 그 자체가 전압원이기 때문에 전압원으로 부터 충전하여도 별다른 문제는 생기지 않지만, 이와 같이 EDLC(103)는 전압원에 의한 충전은 적당하지 않다.   When the fully discharged capacitor is charged by the generator as shown in FIG. 3 (a), that is, when the electromotive force V of the generator is applied to the large-capacity EDLC 103 whose voltage is 0 and the internal resistance is R 104, the charging current I is V. It can flow as much as / R, but from the generator's perspective, the load is almost short-circuited and the generator will soon burn out without a protection circuit. In addition, the capacitor terminal voltage V rises at a rate of V = Q / C due to the charge Q flowed by the charge, but when the capacitance C is small, a large current similar to that of the short-circuit state of the load flows, thereby charging in a very short time. Will be over. In this case, charging of the voltage source is not suitable and charging by the current source control circuit is required. Since the lead acid battery, which is a secondary battery, is itself a voltage source, charging from a voltage source does not cause any problem, but the EDLC 103 is not suitable for charging by a voltage source.

< 방전시에는 전압원 제어회로에 의한 안정된 전압공급 ><Stable voltage supply by voltage source control circuit during discharge>

도 3 (a)와 같은 전압원 회로에서 정전용량 C인 EDLC(103)와 정전압원 V와의 사이에 연결된 저항 R을 통해 t초 후에 흐르는 전류 i는 식 (1)로 나타낼 수 있다.  In a voltage source circuit as shown in FIG. 3A, a current i flowing after t seconds through a resistor R connected between the EDLC 103, which is the capacitance C, and the constant voltage source V, may be represented by Equation (1).

i = (V/R) × exp(-t/CR) (1)     i = (V / R) × exp (-t / CR) (1)

또한 저항 R에서 소비하는 전력은 식 (2)와 같이 구할 수 있는데, 이것은 커패시터에 축적될 수 있는 에너지를 나타낼 수 있는 식과 같게 되기 때문에 정전압원에서 충방전을 수행할 경우 에너지 효율은 50[%]가 됨을 알 수 있다.  In addition, the power consumed by the resistor R can be obtained as shown in Equation (2), which is equivalent to the energy that can be accumulated in the capacitor. Therefore, when charging and discharging in a constant voltage source, the energy efficiency is 50 [%]. It can be seen that.

(2) (2)

그러나, 도 3의 (b)에서처럼 전류원에 의한 충방전 효율은 다음과 같다. 즉, 정전류 I로 t시간 충전 또는 방전했을 경우에 전하를 Q로 하면 식(3)과 같다.  However, as shown in FIG. 3B, the charge and discharge efficiency by the current source is as follows. In other words, when charging or discharging at constant current I for t time, the charge is Q, as shown in equation (3).

Q = I·× t (3)     Q = I × t (3)

따라서, EDLC 커패시터에 저장한 전력량 A는 식 (4)와 같이 표현되고, 저항 R에서 소비되는 전력량 B는 식 (5)와 같이 쓸 수 있다.  Therefore, the amount of power A stored in the EDLC capacitor is expressed as Equation (4), and the amount of power B consumed in the resistor R can be written as Equation (5).

(4) (4)

(5) (5)

식 (4)와 식 (5)의 두 식을 이용하여 손실과 축전전력량의 비 k를 구하면 식 (6)과 같이 된다.  Using the two equations (4) and (5), the ratio k of the loss and the power storage capacity is obtained as shown in equation (6).

k = B/A = 2RC / t (6)     k = B / A = 2RC / t (6)

식 (6)에서 충방전시간 t가 길수록 축전량에 대한 손실의 비율 k를 줄일 수 있으며 결과적으로 전류원 제어회로에 의하여 충방전 효율을 제어할 수 있다.  In Equation (6), the longer the charge / discharge time t is, the lower the ratio k of the loss to the amount of power storage can be reduced. As a result, the charge / discharge efficiency can be controlled by the current source control circuit.

또한, 식 (6)에 근거하여 정전류원에 의한 충전시의 효율 EC와 방전시의 효율 ED는 식 (7), 식 (8)과 같이 쓸 수 있다.  Moreover, based on Formula (6), the efficiency EC at the time of charge by a constant current source, and the efficiency ED at the time of discharge can be written like Formula (7) and Formula (8).

EC = A / (A+B) = t / (t + 2RC) (7)     EC = A / (A + B) = t / (t + 2RC) (7)

ED = (A - B) / A = 1 - ( 2RC/t ) (8)     ED = (A-B) / A = 1-(2RC / t) (8)

그러므로 EDLC의 충방전 제어회로는 도 4와 같은 충전 및 방전의 절체가 가능한 제어기의 구성이 요구된다. 이때의 전류원 회로는 전형적인 PI제어기로 구성가능하며, 전압원 회로는 DC/DC 컨버터의 시비율(duty ratio)제어(111)로 얻을 수 있다.Therefore, the charge / discharge control circuit of the EDLC requires a configuration of a controller capable of switching charge and discharge as shown in FIG. 4. At this time, the current source circuit can be configured with a typical PI controller, and the voltage source circuit can be obtained by the duty ratio control 111 of the DC / DC converter.

이처럼 EDLC의 충전시에는 전류원 제어회로로 동작하여 효율 향상 시키고, EDLC의 방전시에는 전압원 제어회로로 동작하여 전압공급의 안정성을 높여서, EDLC의 충전효율과 안정된 방전 기능을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.    As such, when the EDLC is charged, it operates as a current source control circuit to improve efficiency, and when the EDLC is discharged, it operates as a voltage source control circuit to increase the stability of the voltage supply, thereby effectively controlling the charging efficiency and stable discharge function of the EDLC.

본 발명에서는 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 고효율 EDLC 충방전 시스템을 고안하였다. 전력품질 보상장치로써 DVR은 추후 UPS를 대신하여 널리 사용될 것으로 판단되며, DVR의 에너지 저장장치로써 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 단연 유리한 EDLC의 적용은 더욱 널리 확장되리라 예측된다. 본 발명은 EDLC의 충방전 효율 향상을 위한 것으로써 그 사용처가 급속히 신장되고 있는 EDLC가 다양한 시스템에 적용될 때 충방전 효율을 향상 시키는데 널리 사용될 수 있는 것이다. 특히 급속한 충방전이 요구되는 DVR 시스템에 적용되어 EDLC의 충방전 효율을 높이는데 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.  In the present invention, a high efficiency EDLC charge / discharge system of a DVR system to which EDLC is applied, which is advantageous in terms of charge / discharge rate, lifespan, environment, and energy density, is better than a conventional UPS or DVR system. As a power quality compensation device, the DVR is expected to be widely used in place of the UPS in the future, and the application of EDLC, which is advantageous in terms of charging and discharging speed, life and environment, and energy density, is expected to be more widely expanded as an energy storage device of the DVR. The present invention is to improve the charging and discharging efficiency of the EDLC, which can be widely used to improve the charging and discharging efficiency when the EDLC which is rapidly being used is applied to various systems. In particular, it is expected to be effectively used for improving the charging and discharging efficiency of EDLC by applying to the DVR system requiring rapid charging and discharging.

본 발명은 높은 전력품질이 요구되는 고부가가치 산업으로의 전환을 추진하고 있는 우리나라의 전력 수용가에 안정적이고 양질의 전력을 공급하는 전력품질 보상장치의 고효율 운전에 널리 적용될 것으로 기대된다.  The present invention is expected to be widely applied to the high-efficiency operation of the power quality compensator for supplying stable and high-quality power to power consumers in Korea, which is promoting the transition to high value-added industries requiring high power quality.

도 1 : EDLC가 적용된 DVR시스템 전체 구성도  1: Overall Configuration of DVR System with EDLC

도 2 : EDLC가 적용된 DVR시스템의 정전류 충전회로 및 제어구성도  2: Constant current charging circuit and control diagram of DVR system using EDLC

도 3 : EDLC의 전압원과 전류원의 충·방전 개념도  3: Conceptual diagram of charging and discharging of a voltage source and a current source of EDLC

도 4 : EDLC의 충·방전 절환회로  4: Charge / discharge switching circuit of EDLC

< 주요 부분에 대한 부호 설명 ><Explanation of Signs for Main Parts>

10 : Power Source10: Power Source

전력을 사용하는 부하측(30)에 전력을 공급하는 전력 공급원  Power supply source for supplying power to the load side 30 using power

20 : Matching Transformer20: Matching Transformer

평상시에는 2차측 권선이 Power Source(10)에서 부하측(30)으로 연결되는 계통선상에 직렬로 연결된 인덕턴스로 동작되며 이 값은 대부분 계통의 선로 인덕턴스보다 매우 작기 때문에 무시할 수 있다. 계통 사고나 외란에 의해 순시적 전압강하 및 순간정전 발생시에는 각 상의 인버터가 동작(70)하여 발생되는 전압강하분 또는 정전전압을 계통에 보상전압을 전달하여 부하측(30)에 전압이 정상적으로 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다.  Normally, the secondary winding is operated with an inductance connected in series on a grid line connected from the power source 10 to the load side 30, and this value can be neglected since it is much smaller than the line inductance of the grid in most cases. In case of instantaneous voltage drop and instantaneous power failure due to system accident or disturbance, the voltage is applied to the load side 30 by transferring the compensation voltage to the system for the voltage drop or the blackout voltage generated by the operation of the inverter of each phase (70). To play a role.

30 : Sensitive Load30: Sensitive Load

순시적 전압강하 및 순간정전에 의해 큰 손실을 초래할 수 있는 전력 사용처 및 전기기기  Electrical applications and devices that can cause large losses due to instantaneous voltage drops and momentary power outages.

40 : Rectifier40: Rectifier

EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전할 수 있도록 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기  Rectifier converts alternating voltage into direct voltage to charge electric energy in EDLC Storage System (60)

50 : DC/DC Converter50: DC / DC Converter

Rectifier(40)에서 공급된 직류 전압을 제어하여 정전류를 EDLC Storage System(60)에 공급하는 기능을 하는 전력변환 장치  Power conversion device that controls the DC voltage supplied from the rectifier 40 to supply a constant current to the EDLC Storage System 60

60 : EDLC Storage System60: EDLC Storage System

평상시에 DC/DC Converter(50)에 의해서 정전류 충전을 하여 전기에너지를 저장하고 있다가, 순시적 전압강하 및 순간정전시에 DVR이 동작하여 계통에 부족분의 전압을 공급할 수 있도록 PWM Inverter(70)에 전력을 공급하는 전기에너지 저장장치  PWM Inverter (70) to save electric energy by constant current charging by DC / DC Converter (50), and to operate DVR during instantaneous voltage drop and momentary power failure to supply insufficient voltage to the system. Electrical energy storage system

70 : PWM Inverter70: PWM Inverter

입력으로 EDLC Storage System(60)에서 직류전압을 받아서 교류출력을 발생시켜 보상하고자 하는 교류전압을 만들어 주는 기능을 한다. 이를 위해 반도체 스위치를 사용하게 되고 스위치로는 GTO(Gate Turn off Thyristor)를 사용하는 경우도 있지만 스위칭 속도가 빠른 IGBT를 사용한다.  It receives a DC voltage from the EDLC Storage System 60 as an input and generates an AC output to make an AC voltage to compensate. For this purpose, a semiconductor switch is used and a GTO (Gate Turn off Thyristor) is used, but IGBT with a fast switching speed is used.

80 : Gate Driver & Controller80: Gate Driver & Controller

DC/DC Converter(50), EDLC Storage System(60), PWM Inverter(70)의 구동 및 DVR 동작의 제어 기능을 담당  DC / DC Converter (50), EDLC Storage System (60), PWM Inverter (70) drive and DVR operation control

91 ~ 93 : 절환 스위치(static switch)91 to 93: static switch

절환 스위치(static switch)는 DVR이 오프라인으로 설치되는 보상장치일 경우 계통과의 절연을 위해 이 스위치를 사용해야 하며, 도 1과 같이 대부분은 높은 내 전압 능력을 가진 싸이리스터 2개를 역 병렬 연결해서 사용한다. 정류기(40)를 통해 EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전을 하게 되므로 충전계통에도 절환 스위치(94)가 필요하다. 결국 2쌍의 절환 스위치가 상보적인 동작을 통하여 계통이 정상적인 경우에는 EDLC Storage System(60)에 충전이 되도록 하며 사고시에는 직렬변압기를 통하여 계통에 전압이 주입되도록 구성해야 한다.  Static switch should be used to isolate the system when the DVR is installed off-line, and as shown in Fig. 1, most of the two thyristors with high withstand voltage capability are connected in reverse use. Since the electric energy is charged to the EDLC Storage System 60 through the rectifier 40, a switching switch 94 is also required in the charging system. As a result, the two pairs of switching switches should be configured to charge the EDLC Storage System 60 when the system is normal through complementary operation, and to inject voltage into the system through the series transformer in case of an accident.

94 : 절환 스위치(static switch)94: static switch

정류기(40)를 통해서 EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 저장할 때 전력계통과 DVR을 연결 및 절연 시키는 기능을 하는 스위치. 91 ~ 93 절환 스위치와 상보적인 동작을 통하여 계통이 정상적인 경우에는 EDLC Storage System(60)에 충전이 되도록 기능한다.  Switch that functions to connect and insulate the power system and DVR when storing electrical energy in the EDLC Storage System (60) through the rectifier (40). Through the complementary operation of the switch 91 ~ 93, the EDLC Storage System (60) is charged in the case of normal system.

95 : 강압 변압기95: step down transformer

EDLC(60) 초기 충전시 EDLC main 충전전압은 높은 전원전압에서 정류기(40)를 통하여 직접 충전하게 되면 펄스성의 피크전류가 EDLC(60)에 유입하여 커패시터를 파괴되는 것을 방지하기 위해 전압을 다운시켜주는 변압기  When the EDLC 60 is initially charged, the EDLC main charge voltage is charged directly through the rectifier 40 at a high power supply voltage to decrease the voltage to prevent the pulsed peak current from entering the EDLC 60 and destroying the capacitor. Giving transformer

96 : Filter96: Filter

PWM Inverter(70) 출력단의 전압 파형에서 발생되는 고조파를 억제하는 역할을 한다. 인버터 출력단 전압은 스위칭으로 인해 구형파의 펄스형태가 되기 때문에 이 파형으로부터 기본파를 추출하기 위해 보통 출력단에 L-C 저역통과 필터가 설치된다.   PWM Inverter 70 serves to suppress harmonics generated in the voltage waveform of the output terminal. Since the inverter output voltage becomes a pulse of square wave due to switching, an L-C lowpass filter is usually installed at the output stage to extract the fundamental wave from this waveform.

51 : DC/DC Converter 주 스위치51: DC / DC Converter Main Switch

EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전하는 기능을 수행하는 반도체 스위칭 소자. 주 스위치가 on되면서 전류의 값을 일정하게 유지시켜 주는 동안 부 스위치(52)는 off된다.  A semiconductor switching device performing a function of charging electrical energy to the EDLC Storage System (60). The sub-switch 52 is off while the main switch is on while keeping the value of current constant.

52 : DC/DC Converter 부 스위치52: DC / DC Converter Part Switch

주 스위치(51)가 off되는 동안 동작하여 리액터(52)에 자기에너지를 축적시키는 기능을 하는 반도체 스위칭 소자. 주 스위치(51)가 off되는 동안에는 부 스위치가 on되면서 삽입된 리액터(55)에 의하여 자기에너지를 축적하다가, 다시 주 스위치(51)가 on되는 동안 리액터(55)에 축적된 자기에너지를 회생시켜 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하며 전류의 평활화 기능을 하도록 하였다.  A semiconductor switching element that operates while the main switch (51) is off to accumulate magnetic energy in the reactor (52). While the main switch 51 is off, magnetic energy is accumulated by the reactor 55 inserted while the sub-switch is turned on. Then, the magnetic energy accumulated in the reactor 55 is regenerated while the main switch 51 is turned on. Energy can be used efficiently and the current smoothing function is provided.

53 : DC-Link 단 전압 검출회로53: DC-Link stage voltage detection circuit

실제 DC-Link 단의 전압을 센싱하는 회로. EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 DC-Link 단 전압 검출회로에서 검출된 센싱 전압 VDC의 오차 전압이 PI Controller(82)에 입력된다.  This circuit senses the voltage of the actual DC-Link stage. The error voltage of the sensing voltage VDC detected by the EDLC charging command voltage V_ref_DC and the DC-Link stage voltage detection circuit is input to the PI controller 82.

54 : 리액터전류 검출회로54: reactor current detection circuit

리액터(55)를 통해서 EDLC Storage System(60)에 공급되는 전류을 센싱하는 회로. EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC 와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 결과와 실제 리액터전류 IL 의 피드백 값을 연산한 결과 값이 톱니파(84)와 비교되면서 DC/DC컨버터 듀티비를 조절하여 DC/DC Converter(50)의 스위치(51, 52) 동작을 위한 게이트 신호 생성에 사용된다.  A circuit for sensing the current supplied to the EDLC Storage System (60) through the reactor (55). The result of calculating the PI controller 82 result of the EDLC charge command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC and the feedback value of the actual reactor current IL is compared with the sawtooth wave 84 to determine the DC / DC converter duty ratio. It is used to generate a gate signal for operating the switches 51 and 52 of the DC / DC converter 50 by adjusting.

55 : 리액터55: reactor

DC/DC Converter 주 스위치(51)가 off되는 동안에는 부 스위치가 on되면서 삽입된 리액터(55)에 의하여 자기에너지를 축적하다가, 다시 DC/DC Converter 주 스위치(51)가 on되는 동안 축적된 자기에너지를 회생시켜 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하며 전류의 평활화 기능을 한다.  While the DC / DC Converter main switch 51 is off, the magnetic energy is accumulated by the reactor 55 inserted while the sub-switch is turned on. Then, the magnetic energy accumulated while the DC / DC converter main switch 51 is on. Regenerative to make efficient use of energy and to smooth the current.

81 : 충전 지령전압 발생기81: charge command voltage generator

EDLC 충전 지령전압 (V_ref_DC) 발생을 위한 Voltage Reference.  Voltage Reference for generating EDLC charge command voltage (V_ref_DC).

82 : PI Controller82: PI Controller

EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 DC-Link 단 전압 검출회로에서 검출된 센싱 전압 VDC의 오차 전압을 입력 값으로 하는 비례적분 제어기  Proportional integral controller that uses error voltage of sensing voltage VDC detected by EDLC charge command voltage V_ref_DC and DC-Link stage voltage detection circuit as input value

83 : Controller Limit83: Controller Limit

EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 결과와 실제 리액터전류 IL의 피드백 값을 연산한 결과 값의 gain profile  Gain profile of the PI controller 82 results for the EDLC charge command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC and the feedback value of the actual reactor current IL.

84 : Carrier Wave84: Carrier Wave

EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 결과와 실제 리액터전류 IL의 피드백 값을 연산한 결과 값을 비교하기 위한 삼각파 신호  Triangular wave signal for comparing the PI controller 82 result for the EDLC charge command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC with the feedback value of the actual reactor current IL.

85 : 비교기85: comparator

DC/DC Converter(50)의 스위치(51, 52) 동작을 위한 게이트 신호 생성을 위해 EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 출력과 실제 리액터전류 IL의 피드백 값을 연산한 결과 값과 Carrier Wave(84)를 비교하는 기능  The output of the PI controller 82 and the actual reactor current IL for the error voltage of the EDLC charging command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC to generate a gate signal for the operation of the switches 51 and 52 of the DC / DC converter 50. Ability to compare Carrier Wave (84) with the result of calculating feedback value

101 : 정전압원101: constant voltage source

EDLC 충전용 정전압원  Constant Voltage Source for EDLC Charging

102 : 정전류원102: constant current source

EDLC 충전용 정전류원  Constant Current Source for EDLC Charging

103 : EDLC 103: EDLC

DVR의 전기에너지 저장 장치로 사용되는 충전장치  Charging device used as electric energy storage device of DVR

104 : EDLC 내부저항104: EDLC internal resistance

EDLC 내부에 존재하는 고유 저항  Intrinsic Resistance Inside EDLC

105 : EDLC 정전용량105: EDLC capacitance

EDLC의 전압과 충전 전하량의 사이의 상관 계수 ( C = Q / V )  Correlation coefficient between the voltage of the EDLC and the amount of charge charge (C = Q / V)

111 : Duty Cycle Controller111: Duty Cycle Controller

EDLC 방전시 전압원으로 동작하기 위한 시비율 제어기  Fertilization rate controller for operating as voltage source during EDLC discharge

112 : 충방전 절환 스위치 112: charge and discharge switch

EDLC의 충전시 전류원으로 동작하고 EDLC 방전시 전압원으로 동작하기 위한 절환 회로   Switching circuit for operating as a current source during EDLC charging and as a voltage source during EDLC discharge

Claims (4)

전력을 사용하는 부하측(30)에 전력을 공급하는 Power Source(10)와 순시적 전압강하 및 순간정전에 의해 큰 손실을 초래할 수 있는 Sensitive Load(30) 사이에 연결되어서, 평상시에는 2차측 권선이 Power Source(10)에서 부하측(30)으로 연결되는 계통선상에 직렬로 연결된 인덕턴스로 동작되며 계통 사고나 외란에 의해 순시적 전압강하 및 순간정전 발생시에는 각 상의 인버터가 동작(70)하여 발생되는 전압강하분 또는 정전전압을 계통에 보상전압을 전달하여 부하측(30)에 전압이 정상적으로 공급될 수 있도록 하는 역할을 하는 Matching Transformer(20)와, EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전할 수 있도록 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 Rectifier(40)와, 평상시에 DC/DC Converter(50)에 의해서 정전류 충전을 하여 전기에너지를 저장하고 있다가, 순시적 전압강하 및 순간정전시에 DVR이 동작하여 계통에 부족분의 전압을 공급할 수 있도록 PWM Inverter(70)에 전력을 공급하는 전기에너지 저장장치인 EDLC Storage System(60)과, Rectifier(40)에서 공급된 직류 전압을 제어하여 충전시에는 정전류를 EDLC Storage System(60)에 공급하고 방전시에는 정전압을 EDLC Storage System(60)에 공급하는 기능을 하는 전력변환 장치인 DC/DC Converter(50)와, EDLC Storage System(60)에서 직류전압을 입력 받아서 교류전압을 발생시켜 보상하고자 하는 교류전압을 만들어 주는 기능을 하는 PWM Inverter(70)와, 전력변환 스위칭 소자 구동 및 DVR 동작의 제어 기능을 담당하는 Gate Driver & Controller(80)와, 전력 계통과 DVR의 연결 기능을 하는 절환 스위치(static switch)(91 ~ 94)와, EDLC(60) 초기 충전시 펄스성의 피크전류에 의한 EDLC(60) 파괴를 방지하기 위해 전압을 다운시켜주는 강압 변압기(95)와, PWM Inverter 출력단의 전압 파형에서 발생되는 고조파를 억제하는 역할을 하는 Filter(96)로 구성된 것을 특징으로 하는 EDLC가 적용된 DVR 시스템The secondary winding is normally connected between the power source 10 that supplies power to the load side 30 using power and the sensitive load 30 that can cause a large loss due to instantaneous voltage drop and momentary power failure. It is operated by inductance connected in series on the grid line connected from the power source 10 to the load side 30. In case of instantaneous voltage drop and instantaneous power failure due to a system accident or disturbance, the voltage generated by the inverter of each phase is operated 70. Matching transformer 20 and EDLC storage system 60 to charge electric energy to the load side 30 so that the voltage is supplied to the load side 30 by providing a compensation voltage to the system. Rectifier 40 converts AC voltage to DC voltage and DC / DC converter 50 is used for constant current charging to store electrical energy. Controls the DC voltage supplied from the EDLC Storage System (60) and Rectifier (40), an electrical energy storage device that supplies power to the PWM Inverter (70) so that the DVR operates to supply insufficient voltage to the system during power failure. The DC / DC Converter (50) and the EDLC Storage System (60), a power converter that functions to supply a constant current to the EDLC Storage System (60) during charging and a constant voltage to the EDLC Storage System (60) during discharge. ) PWM Inverter (70) function to generate AC voltage to receive AC voltage by inputting DC voltage, and Gate Driver & Controller (80) that controls power conversion switching device and DVR operation. ), A static switch (91 to 94) for connecting the power system and the DVR, and the voltage down to prevent destruction of the EDLC (60) by the pulsed peak current during the initial charging of the EDLC (60). Step-down transformers (9 5) and an EDLC-enabled DVR system, comprising a filter 96 that suppresses harmonics generated from the voltage waveform of the PWM inverter output stage. 청구항 1에 있어서, 상기 DC/DC Converter(50)는 EDLC(60) 충·방전을 위하여 주 스위치(51)가 on되면서 전류의 값을 일정하게 유지시켜 주는 동안 부 스위치(52)는 off되고, 또한 주 스위치(51)가 off되는 동안에는 부 스위치(52)가 on되면서 삽입된 리액터(55)에 의하여 자기에너지를 축적하다가, 다시 주 스위치(51)가 on되는 동안 리액터(55)에 축적된 자기에너지를 회생시켜 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하며 전류의 평활화 기능을 하는 것을 특징으로 하는 EDLC가 적용된 DVR 시스템   The secondary switch 52 of claim 1, wherein the DC / DC converter 50 is turned off while the main switch 51 is turned on to maintain the value of the current while the main switch 51 is turned on for charging and discharging the EDLC 60. In addition, the magnetic energy is accumulated by the reactor 55 inserted while the sub-switch 52 is turned on while the main switch 51 is turned off, and the magnetic energy accumulated in the reactor 55 while the main switch 51 is turned on again. EDLC-enabled DVR system that regenerates energy to make efficient use of energy and to smooth current 청구항 1에 있어서, 상기 Gate Driver & Controller(80)는 EDLC 충전시와 방전시에 제어 기능의 절환(112)이 가능하도록 하여, EDLC의 충전시에는 PI 제어기에 의해 전류원 제어회로로 동작하여 효율을 향상 시키고, EDLC의 방전시에는 DC/DC 컨버터의 시비율(duty ratio)제어(111)에 의해서 전압원 제어회로로 동작하여 전압공급의 안정성을 높여서, EDLC의 충전효율과 방전시의 안정성을 효과적으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 EDLC가 적용된 DVR 시스템The method according to claim 1, wherein the Gate Driver & Controller (80) enables switching 112 of the control function at the time of EDLC charging and discharging. When the EDLC is discharged, it operates as a voltage source control circuit by the duty ratio control 111 of the DC / DC converter to increase the stability of the voltage supply, thereby effectively controlling the charging efficiency of the EDLC and the stability during discharge. EDLC-enabled DVR system, characterized in that 청구항 1에 있어서, 상기 Gate Driver & Controller(80)는 정전류 제어용 DC/DC컨버터(50)의 제어를 위해 EDLC 충전 지령전압 V_ref_DC와 검출된 피드백전압 VDC의 오차전압에 대한 PI제어기(82) 결과와 실제 리액터전류 IL의 피드백 값을 연산한 결과 값이 톱니파(84)와 비교되면서 DC/DC컨버터 듀티비를 조절하고, 그 결과 듀티비 신호가 전류 제어용 상보형 DC/DC컨버터(50) 주 스위치(51)에 연결되고 상보(complementary)적인 신호는 부 스위치(52)에 연결되면서 EDLC(60)의 충전시 전류제어가 가능한 제어기법을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 EDLC가 적용된 DVR 시스템The method according to claim 1, wherein the Gate Driver & Controller 80 and the PI controller 82 results for the error voltage of the EDLC charging command voltage V_ref_DC and the detected feedback voltage VDC for controlling the DC / DC converter 50 for constant current control. The feedback value of the actual reactor current IL is compared with the sawtooth wave 84 to adjust the DC / DC converter duty ratio, and as a result, the duty ratio signal is the complementary DC / DC converter 50 for current control. 51) and the complementary signal is connected to the secondary switch 52, the EDLC is applied to the DVR system characterized in that to perform a control method capable of controlling the current during charging of the EDLC (60)
KR20-2005-0010562U 2005-04-16 2005-04-16 High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC KR200390534Y1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20-2005-0010562U KR200390534Y1 (en) 2005-04-16 2005-04-16 High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20-2005-0010562U KR200390534Y1 (en) 2005-04-16 2005-04-16 High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR200390534Y1 true KR200390534Y1 (en) 2005-07-25

Family

ID=43691784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20-2005-0010562U KR200390534Y1 (en) 2005-04-16 2005-04-16 High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR200390534Y1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201685A (en) * 2014-09-25 2014-12-10 武汉大学 Quick turn-off method and system for by-pass thyristor of medium-voltage dynamic voltage restorer
CN104882890A (en) * 2015-05-28 2015-09-02 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 Current limiting type dynamic voltage restorer and uninterrupted power supply method thereof
KR101768917B1 (en) * 2015-02-23 2017-08-18 이플러스주식회사 Parallel Power Operating Uninterruptible Power Supply Apparatus
CN110768261A (en) * 2019-12-02 2020-02-07 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 Energy storage type DVR control method based on state space prediction

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201685A (en) * 2014-09-25 2014-12-10 武汉大学 Quick turn-off method and system for by-pass thyristor of medium-voltage dynamic voltage restorer
KR101768917B1 (en) * 2015-02-23 2017-08-18 이플러스주식회사 Parallel Power Operating Uninterruptible Power Supply Apparatus
CN104882890A (en) * 2015-05-28 2015-09-02 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 Current limiting type dynamic voltage restorer and uninterrupted power supply method thereof
CN110768261A (en) * 2019-12-02 2020-02-07 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 Energy storage type DVR control method based on state space prediction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bekiarov et al. Uninterruptible power supplies: classification, operation, dynamics, and control
US8482945B2 (en) Power converter with magnetic recovery switch
KR101397026B1 (en) Battery system and energy storage system including same
US20220014088A1 (en) Systems and methods for mitigating harmonics in electrical systems by using active and passive filtering techniques
US7141892B2 (en) Power supply method of a line interactive UPS and the line interactive UPS
JP5565527B2 (en) Power converter
US11616368B2 (en) Power supply system including DC-to-DC converter and control method therefor
CN107959421B (en) BUCK-BOOST type direct current converter and control method thereof
CN110635511A (en) Photovoltaic energy storage hybrid system and control method thereof
Punna et al. Modeling, analysis, and design of novel control scheme for two‐input bidirectional DC‐DC converter for HESS in DC microgrid applications
RU2599784C2 (en) Energy accumulator and variable load consumers
KR200390534Y1 (en) High efficiency charge and discharge system of DVR using EDLC
EP1511166B1 (en) Power converter
KR101766433B1 (en) Energy storage system including power conversion apparatus for operation with grid-connected photovoltaic power and charging/discharging power of batterry
Ismail et al. A multi-objective control scheme of a voltage source converter with battery–supercapacitor energy storage system used for power quality improvement
CN109546686A (en) The voltage compensation and uninterrupted power supply method of dynamic electric voltage recovery device based on light hair long electric unit
KR200397499Y1 (en) High Performance PWM Generator of DVR using EDLC
CN202678975U (en) Dynamic voltage compensator
Isobe et al. Capacitor size reduction of MMC-based STATCOM for medium voltage power distribution network
Nasiri et al. Uninterruptible power supplies
KR20120133459A (en) Apparatus for stabilizing of voltage of energy storage
Halpin et al. Design considerations for single-phase uninterruptible power supplies using double-layer capacitors as the energy storage element
Trintis et al. Bidirectional converter interface for a battery energy storage test bench
JP5264287B2 (en) Instantaneous voltage drop compensation device
CN221042362U (en) Mining power conversion circuit powered by common direct current bus

Legal Events

Date Code Title Description
REGI Registration of establishment
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130710

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140711

Year of fee payment: 10

EXPY Expiration of term