KR20210067308A - A Power Stack Drive Circuit - Google Patents

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KR20210067308A
KR20210067308A KR1020190156774A KR20190156774A KR20210067308A KR 20210067308 A KR20210067308 A KR 20210067308A KR 1020190156774 A KR1020190156774 A KR 1020190156774A KR 20190156774 A KR20190156774 A KR 20190156774A KR 20210067308 A KR20210067308 A KR 20210067308A
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박병건
김지원
박정우
이진규
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한국전기연구원
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Abstract

Provided is a power stack drive circuit. The power stack drive circuit according to an exemplary embodiment of the present invention includes: an inverter power stack including a signal communication module formed with a power stack gate signal input terminal, and a power stack fault signal output terminal, and including a control unit having a unique ID, distinguishing a unique gate signal with an ID signal included in the gate signal, and adding and outputting the unique ID to the fault signal; an optical communication board connected to a signal communication module of the inverter power stack to input and output the gate signal and the fault signal; and a PWM signal controller connected to the optical communication board to output a PWM control signal.

Description

파워스택 구동회로{A Power Stack Drive Circuit}A Power Stack Drive Circuit

본 발명은 파워스택 구동회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬 혹은 여러 대의 모듈로 이루어진 전력변환장치에서 파워스택간의 통신망을 구성함으로써 신호처리를 간단하게 처리할 수 있는 파워스택 구동회로에 관한 것이다.The present invention relates to a power stack driving circuit, and more particularly, to a power stack driving circuit capable of simple signal processing by configuring a communication network between power stacks in a power conversion device composed of parallel or multiple modules.

컨버터, 인버터, 정류기 등은 교류와 직류를 상호 변환하거나, 출력의 크기를 조절하거나, 교류출력의 위상이나 주파수 등을 알맞게 조절하여 부하에 제공하는 전력변환장치이다. 발전기에서 생산된 전력은 일차적으로 변압기를 거쳐 안정화되고 이러한 전력변환장치를 통해 적절히 변환된 후 부하에 제공된다.Converters, inverters, rectifiers, etc. are power conversion devices that convert alternating current and direct current, adjust the size of the output, or appropriately adjust the phase or frequency of the AC output and provide it to the load. The power produced by the generator is first stabilized through a transformer, and is provided to the load after being properly converted through such a power converter.

전력변환장치는 다수의 전력소자를 포함하고 있으며, 각 전력소자들의 전기적인 동작에 의해 전력을 변환하도록 구성된다. 전력변환장치의 용량이 증가할수록 더 많은 전력소자들이 사용될 수 있으므로 전력소자들을 안정적으로 설치하기 위하여 이를 복수 개의 기판에 분산 배치하고 스택(stack) 형태로 구성할 수 있다.The power conversion device includes a plurality of power devices, and is configured to convert power by an electrical operation of each power device. As the capacity of the power converter increases, more power devices can be used, and thus, in order to stably install the power devices, they can be distributed and arranged on a plurality of substrates and configured in a stack form.

일반적으로 전력변환장치는 스위칭 소자로 구성된 파워스택, 제어기, 리액터와 커패시터로 구성된 출력필터 및 차단기를 포함하며, 이러한 전력변환장치는 필요에 따라 직류전력을 고류전력으로 변환하거나 교류전력을 직류전력으로 변환시켜 계통에 공급하는 통로 역할을 한다.In general, a power conversion device includes a power stack composed of switching elements, a controller, an output filter composed of a reactor and a capacitor, and a circuit breaker, and such a power conversion device converts DC power into high current power or converts AC power into DC power as needed. It serves as a channel for converting and supplying the system.

이러한 기술로서, '모듈형 전력변환장치 기반의 전력시스템(등록번호 : 10-2038755)' 에서는 전력변환기능을 수행하기 위한 파워스택, 필터 캐패시터, 및 필터 리액터가 단일 랙(Rack) 내에 구비된 n(n은 1보다 큰 자연수)개의 모듈형 전력변환장치; 상기 n개의 모듈형 전력변환장치의 제어를 위한 PWM 제어신호를 생성하는 제어기; 및 상기 PWM 제어신호를 n개의 광신호로 복제하여 상기 n개의 모듈형 전력변환장치로 전달하는 PWM 제어신호 복제부를 포함하여 단일 제어기로 제어되는 복수개의 모듈형 전력변환장치들로 구성된 모듈형 전력변환장치 기반의 전력 시스템을 개시하고 있다.As such a technology, in the 'modular power conversion device-based power system (registration number: 10-2038755)', a power stack, a filter capacitor, and a filter reactor for performing a power conversion function are provided in a single rack. (n is a natural number greater than 1) modular power converter; a controller for generating a PWM control signal for controlling the n modular power converters; And modular power conversion consisting of a plurality of modular power converters controlled by a single controller, including a PWM control signal duplicator for replicating the PWM control signal into n optical signals and transferring it to the n modular power converters. A device-based power system is disclosed.

그러나 이러한 방식은 다수의 전력변환장치가 각각 제어부와 통신하여 신호를 입출력시키므로 신호처리 과정과 시스템 구성이 복잡해지는 문제점을 해결하기에는 한계가 있으므로 이에 대한 새로운 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 시점이다.However, since a plurality of power converters communicate with the control unit to input and output signals, there is a limit to solving the problem of complicating the signal processing process and system configuration, so new technology development is urgently required.

KRUS 10-203875510-2038755 B1B1

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 병렬 혹은 여러 대의 모듈로 이루어진 전력변환장치에서 파워스택간의 통신망을 구성함으로써 신호처리를 간단하게 처리할 수 있는 파워스택 구동회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a power stack driving circuit capable of simply processing signal processing by configuring a communication network between power stacks in a power conversion device composed of parallel or multiple modules. .

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파워스택 구동장치는 파워스택 gate 시그널 입력단; 및 파워스택 fault 시그널 출력단;이 형성되고, 고유 ID를 가지고, 상기 gate 시그널에 포함된 ID 신호로 고유 gate 시그널을 구분하고, 상기 fault 시그널에 고유 ID를 추가하여 출력시키는 제어부;로 구성되는 시그널 통신모듈을 포함하여 구성되는 인버터 파워스택;과 상기 인버터 파워스택의 시그널 통신모듈에 연결되어 상기 gate 시그널과 상기 fault 시그널을 입출력시키는 광통신 보드;와 상기 광통신 보드에 연결되어 PWM 제어신호를 출력시키는 PWM 신호 제어부;로 구성되는 것을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, a power stack driving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a power stack gate signal input terminal; and a power stack fault signal output stage; a control unit having a unique ID, classifying a unique gate signal with an ID signal included in the gate signal, and adding a unique ID to the fault signal to output; an inverter power stack including a module; an optical communication board connected to a signal communication module of the inverter power stack to input and output the gate signal and the fault signal; and a PWM signal connected to the optical communication board to output a PWM control signal Control unit; to be composed of a technical gist.

바람직하게는, 상기 파워스택 구동회로는, 상기 인버터 파워스택이 복수 개로 구성되며, 상기 각 인버터 파워스택은 각 시그널 통신모듈에 의해 병렬 연결되고, 상기 광통신보드는 상기 시그널 통신모듈 중 1개에 연결되어 전체 인버터 파워스택에 신호 입출력시키는 것으로 한다.Preferably, the power stack driving circuit includes a plurality of inverter power stacks, each of the inverter power stacks is connected in parallel by each signal communication module, and the optical communication board is connected to one of the signal communication modules. and signal input/output to the entire inverter power stack.

바람직하게는, 상기 광통신보드는, 고속 직렬통신보드를 포함하여 구성되는 것으로 한다.Preferably, the optical communication board is configured to include a high-speed serial communication board.

상기 과제의 해결수단에 의한 본 발명은, 전력변환장치의 병렬 운전 시 광통신보드(200)를 이용하여 복수 개의 파워스택(100) 중 어느 하나에 연결함으로써 2개의 입출력 라인만으로 병렬 제어 운전이 가능하므로 시스템 구성이 간단한 이점이 있다.The present invention by means of a solution to the above problem enables parallel control operation with only two input/output lines by connecting to any one of a plurality of power stacks 100 using the optical communication board 200 during parallel operation of the power conversion device. There is an advantage that the system configuration is simple.

또한, 광통신보드가 고속 직렬통신보드를 포함하여 구성되도록 함으로써 PWM 신호 및 데이터 취득에 있어 빠른 신호처리가 가능한 이점이 있다.In addition, since the optical communication board is configured to include a high-speed serial communication board, there is an advantage that fast signal processing is possible in acquiring PWM signals and data.

도 1은 종래의 다수 개의 전력변환장치가 병렬 운전 시 신호처리 구동회로.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에에 따른 파워스택 구동회로.1 is a signal processing driving circuit when a plurality of conventional power converters are operated in parallel.
2 is a power stack driving circuit according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 다수 개의 전력변환장치가 병렬 운전 시 신호처리 구동회로이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에에 따른 파워스택 구동회로이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전력변환장치는 PWM 신호 제어부(300)와 광통신보드(200)와 복수 개의 파워스택(100)으로 구성되고, PWM 신호 제어부(300)와 광통신보드(200), 광통신보드(200)와 복수 개의 파워스택(100)이 각각 서로 신호 입출력을 통해 통신하여 전력변환을 제어하는 장치임을 알 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 광통신보드(200)가 복수 개의 파워스택(100) 각각과 개별적으로 신호 입출력을 통해 광신호선, ADC 신호를 직접적으로 연결하는 방법으로 통신했으므로 광통신보드(200)에 필요한 신호 입출력단 역시 파워스택(100)의 수만큼 다수 개 필요했고, 장치가 복잡한 문제점이 있었다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 복수 개의 파워스택(100)을 병렬 연결하여 광통신보드(200)가 복수 개의 파워스택(100) 중 선택된 어느 하나의 파워스택(100)과 연결되어 복수 개의 파워스택(100)을 제어하는 것이다. 자세히 살펴보면 다음과 같다.1 is a signal processing driving circuit when a plurality of conventional power converters are operated in parallel, and FIG. 2 is a power stack driving circuit according to a preferred embodiment of the present invention. 1 and 2, the power conversion device is composed of a PWM signal control unit 300, an optical communication board 200, and a plurality of power stacks 100, a PWM signal control unit 300 and an optical communication board 200, It can be seen that the optical communication board 200 and the plurality of power stacks 100 are devices for controlling power conversion by communicating with each other through signal input/output, respectively. As shown in FIG. 1, in the prior art, the optical communication board 200 communicates with each of the plurality of power stacks 100 by individually connecting the optical signal line and the ADC signal through signal input/output, so that the optical communication board 200 communicates with each other. Signal input/output terminals required for the above were also required as many as the number of power stacks 100, and there was a problem in that the device was complicated. However, as shown in FIG. 2 , in the present invention, in order to solve this problem, a plurality of power stacks 100 are connected in parallel so that the optical communication board 200 is selected from among the plurality of power stacks 100 . It is connected to to control the plurality of power stacks 100 . Here's a closer look:

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워스택(100) 구동회로는 PWM 신호 제어부(300)와 광통신보드(200)와 인버터 파워스택(100)으로 구성된다.The power stack 100 driving circuit according to a preferred embodiment of the present invention includes a PWM signal control unit 300 , an optical communication board 200 , and an inverter power stack 100 .

인버터 파워스택(100)은 gate 시그널을 입력받아 fault 시그널을 출력하는 장치로, 시그널 통신모듈(10)을 포함하여 구성되며, 시그널 통신모듈(10)은 시그널 입력단(11), 시그널 출력단(12), 제어부(13)를 포함하여 구성된다. 여기서, 시그널 입력단(11)으로는 gate 시그널이 입력되고, 시그널 출력단(12)으로는 fault 시그널이 출력된다. 또한 제어부(13)는 gate 시그널에 고유 ID를 추가하여 gate 시그널에 포함된 고유 ID를 통해 각 인버터 파워스택(100)의 고유 gate 시그널을 구분할 수 있도록 한다.The inverter power stack 100 is a device that receives a gate signal and outputs a fault signal, and includes a signal communication module 10 , and the signal communication module 10 includes a signal input terminal 11 and a signal output terminal 12 . , and a control unit 13 . Here, a gate signal is input to the signal input terminal 11 and a fault signal is output to the signal output terminal 12 . In addition, the control unit 13 adds a unique ID to the gate signal so that the unique gate signal of each inverter power stack 100 can be distinguished through the unique ID included in the gate signal.

광통신보드(200)는 인버터 파워스택(100)의 시그널 통신모듈(10)에 연결되어 gate 시그널과 fault 시그널을 입출력시킨다. 도 1의 종래와 같이, 복수 개의 인버터 파워스택(100) 각각에 연결되어 시그널을 입출력시키기 위해서는 인버터 파워스택(100) 각각의 신호입출력단과 연결되기 위한 신호입출력라인이 연결된 인버터 파워스택(100)의 수 만큼 필요했으며, 그에 따라 광통신보드(200)의 크기가 커지고 가격이 비싸지는 문제가 있었고, 신호입출력라인이 복수 개 구비되어 전력변환장치가 복잡해지는 문제가 있었다.The optical communication board 200 is connected to the signal communication module 10 of the inverter power stack 100 to input and output a gate signal and a fault signal. As in the prior art of FIG. 1 , in order to be connected to each of a plurality of inverter power stacks 100 and input/output signals, a signal input/output line for connecting to each signal input/output terminal of the inverter power stack 100 is connected to the inverter power stack 100 . There was a problem in that the number was necessary, and accordingly the size of the optical communication board 200 increased and the price was increased, and a plurality of signal input/output lines were provided, thereby complicating the power conversion device.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모든 인버터 파워스택(100)이 각각 병렬 연결되어 시그널 통신모듈(10)을 통해 신호를 입출력시키며 통신하므로 광통신보드(200)가 복수 개의 인버터 파워스택(100) 중 어느 하나와만 연결되면 모든 인버터 파워스택(100)의 신호를 입출력시킬 수 있는 이점이 있다.However, according to a preferred embodiment of the present invention, since all the inverter power stacks 100 are connected in parallel to input and output signals through the signal communication module 10 and communicate, the optical communication board 200 includes a plurality of inverter power stacks 100 ), there is an advantage of being able to input and output signals of all inverter power stacks 100 when only one of them is connected.

추가적으로, 광통신보드(200)는 고속 직렬통신보드를 포함하여 구성될 수 있다. 이처럼 고속 직렬통신보드를 포함하는 광통신보드(200)는 입출력 통신 신호를 고속으로 처리할 수 있는 인터페이스부, FPGA, 외부신호 연결로 구성된다. 그 중에서도 FPGA는 통신처리부로서 UART, gate 신호를 출력시키는 GATE 신호 처리부, fault 신호를 입력받는 FAULT 신호 처리부, analog 신호를 입력받는 ANALOG 신호 처리부를 포함하여 구성되며, 각각의 외부 신호와 측정값에 대한 정보가 고속 직렬통신을 통하여 인버터 파워스택(100)으로 전달된다.Additionally, the optical communication board 200 may be configured to include a high-speed serial communication board. As such, the optical communication board 200 including the high-speed serial communication board includes an interface unit capable of processing input/output communication signals at high speed, an FPGA, and an external signal connection. Among them, FPGA is a communication processing unit that includes UART, a gate signal processing unit that outputs gate signals, a FAULT signal processing unit that receives a fault signal, and an analog signal processing unit that receives analog signals. Information is transmitted to the inverter power stack 100 through high-speed serial communication.

PWM 신호 제어부(300)는 PWM 제어신호를 발생시키기 위한 장치로서, 광통신보드(200)에 연결되어 발생된 PWM 제어신호를 인버터 파워스택(100)의 시그널 통신모듈(10)로 gate 시그널을 입력시킨다.The PWM signal control unit 300 is a device for generating a PWM control signal, and inputs a gate signal to the signal communication module 10 of the inverter power stack 100 for the PWM control signal generated by being connected to the optical communication board 200 . .

상술한 바와 같이, 본 발명의 파워스택(100) 구동회로는 전력변환장치의 병렬 운전 시 광통신보드(200)를 이용하여 복수 개의 파워스택(100) 중 어느 하나에 연결함으로써 2개의 입출력 라인만으로 병렬 제어 운전이 가능하므로 시스템 구성이 간단한 이점이 있다.As described above, the power stack 100 driving circuit of the present invention connects to any one of the plurality of power stacks 100 using the optical communication board 200 during parallel operation of the power conversion device, so that only two input/output lines are parallel. Since control operation is possible, there is an advantage in that the system configuration is simple.

또한, 광통신보드가 고속 직렬통신보드를 포함하여 구성되도록 함으로써 PWM 신호 및 데이터 취득에 있어 빠른 신호처리가 가능한 이점이 있다.In addition, since the optical communication board is configured to include a high-speed serial communication board, there is an advantage that fast signal processing is possible in acquiring PWM signals and data.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 파워스택
10: 시그널 통신모듈
11: 시그널 입력단
12: 시그널 출력단
13: 제어부
200: 광통신보드
300: PWM 신호 제어부100: power stack
10: signal communication module
11: signal input
12: signal output
13: control
200: optical communication board
300: PWM signal control unit

Claims (3)

파워스택 gate 시그널 입력단; 및
파워스택 fault 시그널 출력단;이 형성되고,
고유 ID를 가지고, 상기 gate 시그널에 포함된 ID 신호로 고유 gate 시그널을 구분하고, 상기 fault 시그널에 고유 ID를 추가하여 출력시키는 제어부;로 구성되는 시그널 통신모듈을 포함하여 구성되는 인버터 파워스택;과
상기 인버터 파워스택의 시그널 통신모듈에 연결되어 상기 gate 시그널과 상기 fault 시그널을 입출력시키는 광통신보드;와
상기 광통신 보드에 연결되어 PWM 제어신호를 출력시키는 PWM 신호 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 파워스택 구동회로.Power stack gate signal input stage; and
Power stack fault signal output stage; is formed,
A control unit having a unique ID, classifying a unique gate signal with an ID signal included in the gate signal, and outputting a unique ID by adding a unique ID to the fault signal; an inverter power stack comprising a signal communication module comprising; and
An optical communication board connected to the signal communication module of the inverter power stack to input and output the gate signal and the fault signal; and
A power stack driving circuit comprising a; a PWM signal controller connected to the optical communication board to output a PWM control signal. 제1항에 있어서,
상기 파워스택 구동회로는,
상기 인버터 파워스택이 복수 개로 구성되며,
상기 각 인버터 파워스택은 각 시그널 통신모듈에 의해 병렬 연결되고,
상기 광통신보드는 상기 시그널 통신모듈 중 1개에 연결되어 전체 인버터 파워스택에 신호 입출력시키는 것을 특징으로 하는 파워스택 구동회로.According to claim 1,
The power stack driving circuit comprises:
The inverter power stack is composed of a plurality of
Each of the inverter power stacks is connected in parallel by each signal communication module,
The optical communication board is connected to one of the signal communication modules, the power stack driving circuit, characterized in that the signal input and output to the entire inverter power stack. 제1항에 있어서,
상기 광통신보드는,
고속 직렬통신보드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파워스택 구동회로.According to claim 1,
The optical communication board,
A power stack driving circuit comprising a high-speed serial communication board.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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