KR100685444B1

KR100685444B1 - 단상인버터의 병렬제어시스템

Info

Publication number: KR100685444B1
Application number: KR1020020068682A
Authority: KR
Inventors: 류승표; 신현주
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2007-02-23
Also published as: KR20040040530A

Abstract

본 발명은 단상인버터를 용량 증대나 신뢰성 향상을 위해 병렬로 운전하는 경우 각 인버터에 흐르는 전류 분담을 동일하게 제어함으로써 각 인버터로 흐르는 순환전류의 크기를 최소화할 수 있도록 한 단상인버터의 병렬제어시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템은, 입력 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 단상인버터로 구성되어 서로 병렬 운전을 수행하는 제1 및 제2 인버터시스템; 및 상기 제1 및 제2 인버터시스템 간의 출력전류의 위상과 크기를 비교하여 병렬 운전을 제어하는 병렬운전제어부가 구비된다.

단상인버터, 병렬운전, 컨버터, 제로크로싱, DSP, IGBT

Description

단상인버터의 병렬제어시스템{Parallel control system of single-phase inverter}

도 1은 종래의 인버터시스템에서 유효전력 P의 검출부를 상세하게 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 인버터시스템을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템을 상세하게 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 제1 인버터시스템 120 : 제1 인버터

122 : 제1 인버터 IGBT 200 : 제2 인버터시스템

220 : 제2 인버터 222 : 제2 인버터 IGBT

300 : 병렬운전제어부 305, 310 : 제1 및 제2 제로크로싱 회로

320 : DPLL 330 : 클럭선택회로

340 : 타이머 350 : 무효전력제어기

360 : 출력전압제어기 370 : PWM 발생기

380 : 유효전력제어기 390 : IGBT 드라이버

400 : 부하단

본 발명은 단상인버터의 병렬제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용량증대 또는 신뢰성 향상을 위해 병렬로 운전되는 각 단상인버터에 흐르는 전류 분담을 동일하게 제어함으로써 각 단상인버터에 흐르는 순환전류를 최소화할 수 있도록 한 단상인버터의 병렬제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 인버터란 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치를 말하는 것으로, 종래의 인버터는 3개의 전압과 3개의 전류를 얻을 수 있는 삼상 시스템으로 구성되어 병렬 운전을 수행하기 위한 제어 방법들이 많다.

종래의 삼상 인버터시스템에 있어서 병렬 운전을 제어하는 방법에는 3개의 전류를 좌표 변환하면 간단하게 유효전력과 무효전력을 얻을 수 있고, 병렬 운전시 얻어낸 유효전력과 무효전력을 이용하여 각 시스템의 전류분담 제어를 수행함으로써 용이하게 병렬 운전을 제어할 수 있다.

이러한 인버터의 병렬 제어는 출력단에서 검출된 전류와 자기 자신의 전류 편차를 검출회로를 통하여 유효전력 P와 무효전력 Q로 분리한다. 이때, 유효전력 P로 검출된 전류는 빠른 응답을 위하여 인버터의 출력주파수를 변화시키고, 무효전력 Q로 검출된 전류는 인버터의 전압 진폭을 제어한다.

도 1은 종래의 인버터시스템에서 유효전력 P의 검출부를 상세하게 나타낸 도면으로서, 유효전력 편차

를 검출하는 블록도를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 인버터(10)의 전류

와 전압

는 유효전력 검출기에 대한 입력이며, 인버터에 대한 유효전력

는 다음과 같은 관계식에 의해서 구해진다.

여기서,

는

와

사이의 위상차이다.

마찬가지로, 제2 인버터(20)의 전류

와 전압

는 다음과 같은 관계식에 의해서 구해진다.

여기서,

는

와

사이의 위상차이다.

상기한 바와 같은 관계식에 의해 구해진 유효전력

및

는 감산회로에 의해

및

를 생성한다. 이때,

일 때는

가 정(+)이 되고,

는 부(-)가 된다. 그리고,

일 때는

가 부(-)가 되고,

는 정(+)이 된다. 한편,

일 때는

이 된다.

상술된 무효전력 Q에 대해서도 동일한 방법으로 제어된다. 따라서,

,

가 되도록 제어하여

,

이 되도록 함으로써 전류분담 특성을 얻을 수 있다.

그러나, 단상인버터인 경우에는 그 출력이 단상임으로 병렬 운전시 종래의 삼상 인버터를 제어하는 방법을 그대로 적용할 수 없는 단점이 있다.

이에, 본 발명의 목적은 단상인버터를 용량 증대나 신뢰성 향상을 위해 병렬로 운전하는 경우 각 인버터에 흐르는 전류 분담을 동일하게 제어함으로써 각 인버터로 흐르는 순환전류의 크기를 최소화할 수 있도록 한 단상인버터의 병렬제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 디지털 기술을 사용함으로써 회로구성을 간단히 하고, 항상 안정된 특성을 가질 수 있도록 한 단상인버터의 병렬제어시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템은, 입력 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 단상인버터로 구성되어 서로 병렬 운전을 수행하는 제1 및 제2 인버터시스템; 및 상기 제1 및 제2 인버터시스템 간의 출력전류의 위상과 크기를 비교하여 병렬 운전을 제어하는 병렬운전제어부가 구비된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템을 상세하게 나타낸 도면이다.

이들 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 서로 병렬 운전을 수행하는 제1 인버터시스 템(100) 및 제2 인버터시스템(200)과, 각각의 인버터시스템(100)(200) 간의 출력전류의 위상과 크기를 비교하여 병렬 운전을 제어하는 병렬운전제어부(300)로 구성된다.

상기 각각의 인버터시스템(100)(200)은 입력 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터(110)(210)와, 상기 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(120)(220)로 구성된다.

상기 컨버터(110)(210)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용한 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스폭 변조) 컨버터 방식을 사용하여 입력측의 고조파 뿐만 아니라, 역률 제어도 수행한다.

상기 인버터(120)(220)는 인버터 IGBT(122)(222)와, 변압기 및 콘덴서(도시되지 않음)로 구성된 단상인버터로 컨버터(110)(210)에서 발생된 PWM파를 필터링(Filtering)하여 부하단(400)에 정현파 출력전압을 공급한다. 이때, 상기 컨버터(110)(210)와 인버터(120)(220)를 이용한 병렬제어는 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하여 고기능의 디지털 제어에 의하여 수행된다.

상술한 바와 같은 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)은 정상인 경우 병렬운전을 수행한다. 이때, 병렬운전을 수행하기 위해서 출력전압의 위상 뿐만 아니라 전압의 크기도 제어되어야 하는데, 상기 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)의 출력전압의 위상 및 크기는 도 3에 도시된 바와 같은 병렬운전제어부(300)에 의해 제어된다.

상기 병렬운전제어부(300)는 위상제어를 위해 상기 각각의 인버터시스템(100)(200)의 출력전류

및

의 위상과 크기를 비교하여 제어를 수행한다.

상기 병렬운전제어부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)의 제1 및 제2 출력전류

및

를 구형파로 변환하는 제1 및 제2 제로크로싱 회로(305)(310)와, 상기 제1 및 제2 제로크로싱 회로(305)(310)를 통해 변환된 구형파의 출력주파수를 결정하는 DPLL(Digital Phase Lock Loop)(320)과, 상기 하나의 인버터시스템의 전류가 항상 다른 인버터시스템의 전류를 추종하도록 출력주파수의 클럭(Clock)을 선택하는 클럭선택회로(330)와, 상기 하나의 인버터시스템의 고장 또는 하나의 인버터시스템의 동작중 다른 인버터시스템의 투입시 순환전류를 제거하는 완충작용을 수행하는 타이머(340)와, 상기 클럭선택회로(330) 및 타이머(340)를 통해 발생된 클럭에 의해 유효전력을 제어하는 유효전력제어기(380)와, 상기 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)의 제1 및 제2 출력전류

및

의 차에 의해 무효전력을 제어하는 무효전력제어기(350)와, 상기 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)의 전압을 조정하여 전압 지령치를 생성하는 출력전압제어기(360)와, 상기 유효전력제어기(380), 무효전력제어기(350) 및 출력전압제어기(360)에서 발생된 신호를 조합하여 실제 제1 및 제2 인버터 IGBT(122)(222)를 동작시킬 수 있는 제어신호를 발생하는 PWM 발생기(370)와, 상기 PWM 발생기(370)에서 발생된 제어신호를 제1 및 제2 인버터 IGBT(122)(222)에 전달하여 구동시키는 IGBT 드라이버(Driver)(390)로 구성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 단상인버터의 병렬제어시스템의 작용 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)의 병렬 운전이 동작되면 제1 인버터시스템(100)에서 발생된 전류

와, 제2 인버터시스템(200)에서 발생된 전류

는 병렬운전제어부(300)로 입력된다.

상기 병렬운전제어부(300)에 입력된 전류

는 제1 제로크로싱 회로(305)에서, 입력된 전류

는 제2 제로크로싱 회로(310)에서 각각 구형파로 변환된다.

상기 제1 및 제2 제로크로싱 회로(305)(310)를 통해 변환된 구형파는 DPLL(320)를 통과함으로써 출력주파수가 결정된다. 상기 DPLL(320)은 프로그램(Program)에 의한 소프트웨어로 수행되는데, 단지 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)이 병렬 운전을 시작할 경우에만 수행되고, 어느 한 쪽이 고장이 나서 하나의 인버터시스템만 동작하면 DPLL(320)도 동작하지 않는다. 만약, 하나의 인버터시스템만 동작하면 DPLL(320)은 기본파 클럭(Clock)에서 발생된 주파수를 추종한다.

상기 DPLL(320)에서 결정된 출력주파수의 클럭은 클럭선택회로(330)에서 선택된다.

그러나, 하나의 인버터시스템의 고장 또는 하나의 인버터시스템이 동작중 다른 인버터시스템이 투입되는 경우, 타이머(40)에서 완충작용을 수행함으로써 순환전류가 제거된다. 이때, 발생된 클럭은 유효전력제어기(380)에 입력됨으로써 유효 전력을 제어한다.

한편, 무효전력제어기(350)는 제1 및 제2 인버터시스템(100)(200)으로부터 출력된 전류

및

의 차에 의해 무효전력을 제어한다.

그리고, 출력전압제어기(360)는 인버터시스템의 전류의 크기가 큰 경우에는 전압을 줄이는 방향으로, 인버터시스템의 전류가 적은 경우에는 전압을 키우는 방향으로 동작을 수행하여 인버터시스템(100)(200)의 전압을 조정한다. 이때, 인버터시스템(100)(200)의 기준전압은 Vref를 추종하고, Vin은 실제로 인버터시스템(100)(200)에 발생된 전압인데, 출력전압제어기(360)는 Vref 전압과 실제의 전압 Vin을 비교하여 전압 지령치를 생성한다.

상기 유효전력제어기(380), 무효전력제어기(350) 및 출력전압제어기(360)에서 발생된 신호는 각각 PWM 발생기(370)에 입력된다.

상기 PWM 발생기(370)는 입력된 유효전력제어기(380), 무효전력제어기(350) 및 출력전압제어기(360)에서 발생된 신호를 조합하여 실제로 제1 및 제2 인버터 IGBT(122)(222)를 동작시킬 수 있는 최종 제어신호를 생성하여 IGBT 드라이버(390)에 출력한다.

상기 IGBT 드라이버(390)는 입력된 제어신호를 인버터시스템(100)(200)의 제1 및 제2 인버터 IGBT(122)(222)에 전달하여 이들을 동작시킴으로써 두 인버터시스템(100)(200) 간의 병렬 운전을 제어한다. 이때, 이들 간의 병렬 제어는 DSP(Digital Signal Processor)를 이용하여 고기능의 디지털로 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템은 부하단(400)에 흐르 는 전력을 무효전력과 유효전력으로 구별되도록 각각의 인버터시스템(100)(200)의 출력전류를 제로크로싱하여 한 쪽의 전류가 항상 다른 쪽의 전류를 추종하도록 함으로써 유효전력과 무효전력의 제어가 가능하고, 각 인버터시스템(100)(200)에서 발생된 전류가 모두 부하단(400)으로 흐르게 하여 순환전류를 최소화할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 단상인버터의 병렬제어시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 단상인버터를 병렬 운전하는 경우 각 인버터시스템의 출력전류를 제로크로싱하여 한 쪽의 전류가 항상 다른 쪽의 전류를 추종하도록 함으로써 각 인버터시스템에 흐르는 전류 분담을 동일하게 제어하여 각 인버터로 흐르는 순환전류의 크기를 최소화시킬 수 있는 잇점이 있다.

둘째, DSP를 이용하여 디지털 병렬 제어를 수행함으로써 회로구성을 간단히 하고, 항상 안정된 회로특성을 갖도록 하는 효과가 있다.

Claims

입력 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 변환된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 단상인버터로 구성되어 서로 병렬 운전을 수행하는 제1 및 제2 인버터시스템; 및 상기 제1 및 제2 인버터시스템 간의 출력전류의 위상과 크기를 비교하여 병렬 운전을 제어하는 병렬운전제어부를 포함하는 단상인버터의 병렬제어시스템에 있어서,

상기 병렬운전제어부는,

제1 및 제2 인버터시스템의 제1 및 제2 출력전류를 구형파로 변환하는 제1 및 제2 제로크로싱 회로와,

상기 제1 및 제2 제로크로싱 회로를 통해 변환된 구형파의 출력주파수를 결정하는 DPLL(Digital Phase Lock Loop)과,

상기 하나의 인버터시스템의 전류가 항상 다른 인버터시스템의 전류를 추종하도록 출력주파수의 클럭(Clock)을 선택하는 클럭선택회로와,

상기 하나의 인버터시스템의 고장 또는 하나의 인버터시스템의 동작중 다른 인버터시스템의 투입시 순환전류를 제거하는 완충작용을 수행하는 타이머와,

상기 클럭선택회로 및 타이머를 통해 발생된 클럭에 의해 유효전력을 제어하는 유효전력제어기와,

상기 제1 및 제2 인버터시스템의 제1 및 제2 출력전류의 차에 의해 무효전력을 제어하는 무효전력제어기와,

상기 제1 및 제2 인버터시스템의 전압을 조정하여 전압 지령치를 생성하는 출력전압제어기와,

상기 유효전력제어기, 무효전력제어기, 출력전압제어기에서 발생된 신호를 조합하여 실제 제1 및 제2 인버터 IGBT를 동작시킬 수 있는 제어신호를 발생하는 PWM 발생기와,

상기 PWM 발생기에서 발생된 제어신호를 제1 및 제2 인버터 IGBT에 전달하여 구동시키는 IGBT 드라이버(Driver)가 구비됨을 특징으로 하는 단상인버터의 병렬제어시스템.
삭제
삭제