KR101009944B1 - 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

[과제]
전력 변환 시스템에서, 순간적인 전압 강하-서비스 중단에 따라 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환하는 동안 PCS 교류 전압의 변동이 억압된다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
전환 스위치(25)가 APR 제어 회로(22)의 출력 측으로 전환되고 전환 스위치(400)가 충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(200)의 출력측으로 전환된 상태로 통상의 시스템 전압을 안정화하는 동작 동안, 전력 변환 시스템이 충전/방전 동작 모드에서 실행된다. 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 경우, 전환 스위치(25)가 자체 공급식 동작 전환 이전 전류 명령 값 제공부(60)의 출력측으로 전환되고 전력이 자체 공급식 동작 전환 이전 전류 명령 값 제공부(60)의 전류 명령 값에 응답하여 미리 결정된 시간 기간 동안 전력이 방전되는 정전류 방전 동작이 실행된다. 따라서, 미리 결정된 시간이 경과한 후에, 전환 스위치(400)는 자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부(30)의 출력 측으로 전환되어 자체 공급식 동작을 수행한다. 이때, 전력 변환 시스템의 PCS 교류 전류 전압의 변동이 억압된다.

Description

순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR POWER CONVERSION SYSTEM HAVING INSTANTANEOUS VOLTAGE DROP-SERVICE INTERRUPTION COUNTER-MEASURE FUNCTIONS}
본 발명은 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순간적인 전압강하 또는 서비스 중단이 발생할 때 시스템 상호 연결 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환시키는 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 제어하는 장치 및 제어하는 방법에 관한 것이다.
도 2는 순간적인 전압 강하 및 서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 구비하는 전력 변환 시스템의 일례를 도시한다. 도 2에서, 참조 번호 1은 DC/AC 변환기로 구성된 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 나타낸다. 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)의 직류 전류 측은 NaS(황화나트륨) 전지, 납축전지, 리튬 이온 배터리 등의 배터리 전지와, 전해질 커패시터, 전기 이중 층 커패시터의 커패시터와 같은 전력 저장부(2)에 연결된다. 참조 번호 3은 상호 연결 변압기를 나타낸다. 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)는 상호 연 결 변압기(3)를 통해 전력 시스템(4)과 중요 부하(5)에 연결된다. 참조 번호 6은 전력 시스템(4), 상호 연결 변압기(3) 및 중요 부하(5)에 연결된 전기 경로에 배치된 고속 스위치를 나타낸다. 전력 변환 시스템(이후에는 PCS라고 언급됨)(10)은 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1), 전력 저장부(2), 상호 연결 변압기(3) 및 고속 스위치(6)로 구성되는 것임을 주의하여야 한다.
통상, 전력은 전력 시스템(4)으로부터 중요 부하(5)로 공급된다. 그러나, 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하면, 도 2에 도시되지 않은 PCS의 제어 장치가 고속 스위치(6)를 개방하여 전력 저장부(2)에 저장된 전력이 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)와 상호 연결 변압기(3)를 통해 중요 부하(5)에 공급되게 한다. 전술된 방식으로, 스위치를 제어하는 것은 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 경우에도 전력이 중요 부하(5)에 공급되는 것을 유지하는 것을 가능하게 한다. 이후, 전술된 바와 같은 제어 장치는 "순간적인 전압 강하 및 서비스 중단 보상 장치"라고 언급된다.
도 3은 전술된 "순간적인 전압 강하 및 전력 중단 보상 장치"의 순간적인 전압 강하 및 서비스 중단 동안 스위치 제어 블록 다이아그램을 도시한다.
도 3에서, 참조 번호 21은 충전/방전 (전기) 전력 명령 값 및 충전/방전 (전기) 전력 측정 값, 즉 도 2에서 상호 연결 변압기(3)의 제 1 차 (권선) 측 (시스템 측)의 전력 검출 값 사이의 편차를 취하는 편차 회로(deviation circuit)를 나타낸다. 참조 번호 22는 입력으로서 편차 회로(21)의 출력을 갖고 이 출력이 충전/방전 전력 명령 값과 일치하도록 제어 동작을 수행하는 APR 제어 회로를 나타낸다. 참조 번호 23은 도 2에서 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)로 입력되고 이로부터 출력되는 교류 전류 검출 값들 사이에 편차를 취하는 다른 편차 회로를 나타낸다. 참조 번호 24는 그 입력으로서 편차 회로(23)의 출력을 갖고 전류 제어의 PWM 명령 값을 제공하는 ACR 제어 회로를 나타낸다.
이들 편차 회로(21,23), APR 제어 회로(22), ACR 제어 회로(24)는 충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(20)를 구성한다.
참조 번호 31은 PCS 교류 전류 전압 유효 값 명령 값과 PCS 교류 전류 전압 유효 값 측정 값, 즉 도 2에서 상호 연결 변압기(3)의 제 1 차 (권선) 측 (시스템 측)의 전압 검출 값{중요 부하(5)와 동일한 시스템 상호 연결 전압} 사이의 편차를 취하는 또 다른 편차 회로를 나타낸다. 참조 번호 32는 PCS 교류 전류 전압 유효 값이 그 명령 값과 일치되게 하는 일치 제어를 수행하도록 PWM 명령 값을 제공하는 AVR 제어 회로를 나타낸다.
이들 편차 회로(31)와 AVR 제어 회로(32)는 자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부(30)와 AVR 제어 회로(32)를 구성한다.
참조 번호 40은 충전-방전 동작/자체 공급식 동작에 따라 충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(20)와 자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부(30) 사이를 전환시키는 전환 스위치를 나타낸다.
참조 번호 50은 전환 스위치(40)에 따라 전환되는 명령 값에 기초하여 PWM 제어 신호, 즉 도 2에 도시된 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)의 게이트 신호를 제공하는 PWM 제어부를 나타낸다.
도 2 및 도 3에서, 전력 시스템의 전력이 전력 저장부(2)로 충전되는 "충전 동작", 전력 저장부의 전력이 전력 저장부(2)로부터 방전되는 "방전 동작", 및 충전도 방전도 일어나지 않는 "대기 동작"의 3가지 동작 모드들 중 어느 하나의 동작이 수행된다.
본 명세서에서, 이 충전 동작, 방전 동작 및 대기 동작은 총체적으로 "충전/방전 동작 모드"라고 언급된다는 것을 주의하여야 한다. 충전 동작 모드 동안, 도 3에 있는 전환 스위치(40)는 충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(20)로 스위칭된다. 외부에서 제공되는 충전/방전 전력 명령 값을 수신하면 제어기는 제공된 충전/방전 동작 PWM 명령 값을 전력 명령 값과 일치하게 만드는 제어(APR 제어) 동작을 수행한다. 대기 동작 모드 동안 이 명령 값은 제로(0)으로 설정될 수 있다는 것이 주의하여야 한다.
나아가, 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 경우, 제어기는 도 2에 도시된 고속 스위치(6)의 경로를 개방하고 도 3에 도시된 전환 스위치(40)를 자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부(30), 즉 자체 공급식 동작(AVR 제어)으로 전환시킨다. 자체 공급식 동작은 PCS 교류 전류 전압의 유효 값을 명령 값과 일치되게 만들기 위해 전력 저장부(2)에 저장된 전력을 방전하는 것을 의미한다. 이 제어 동작은 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 경우에도 중요 부하(5)에 전력 공급이 유지되게 해준다.
예를 들어 전술된 도 2에 도시된 PCS(10)는 비 특허 문헌(1)에 있으므로 잘 알려져 있다.
비 특허 문헌 1 : 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 NaS 전지를 위한 PCS (MEIDEN REVIEW, pages 22 to 25 of 20006 No. 3).
[발명이 해결하고자 하는 과제]
도 2 및 도 3에 도시된 순간적인 전압 강하-서비스 중단-보상 장치에서 중요 부하(5)에 전력 공급을 안정적으로 유지하기 위해 "자체 공급식 동작"으로의 전환을 고속으로 수행하는 것이 필요하다.
그러나, "자체 공급식 동작"으로의 전환이 수행될 때, 충전/방전 동작 모드, 중요 부하의 용량, AVR 제어의 응답 특성 및 상호 연결 변압기(3)의 누설 인덕턴스에 따라 유도된 기전력으로 인해 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이 제 1 차 (권선) 전압 {이후, 순간적인 상호 연결 변압기(3)의 PCS 교류 전류 전압이라고 언급됨}의 변동이 발생한다. 이 전압 변동량은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 "충전 동작", "대기 동작", "방전 동작" 및 "충전 동작"과 같은 충전/방전 동작 모드에 따라 달라진다. 이들 도 5 내지 도 7에서, 도 2와 동일한 부분은 도 2에서와 동일한 참조 번호로 지시된다. 전력 저장부(2)는 도면에 도시되지 않은 참조 번호 2로 도시된다. 전력 저장부(2)는 도 5 내지 도 7에는 생략되어 있으며, 설명을 용이하게 하기 위해 누설 인덕턴스(L)만이 상호 연결 변압기(3)를 위해 표시된다.
다음으로, 충전/방전 동작 모드들 중 어느 하나로부터 자체 공급식 동작으로 동작 모드가 전환될 때 발생하는 PCS 교류 전류 전압의 변동이 이후에 설명된다.
순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 충전 동작이나 대기 동작 동안 발생하는 경우, 고속 스위치(6)는 개방되어 동작 모드가 "자체 공급식 동작"으로 전환된다. 상호 연결 변압기(3)를 통해 흐르게 되는 전류는 충전 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 전환이 수행될 때 충전 전력 명령 값에 따라 변화된 충전 전류로부터 중요 부하의 용량에 따라 변화된 방전 전류로 가파르게 또는 급격하게 변화된다. 대기 동작 동안, 제로(0) 전류로부터 방전 전류로 전류 값이 급격히 변동하는 것은 중요 부하의 용량에 따라 수행된다.
전술된 바와 같이, 상호 연결 변압기(3)를 통해 흐르는 전류가 급격하게 또는 가파르게 변하면, 상호 연결 변압기(3)의 누설 인덕턴스로 인해 유도된 기전력(VTR)이 충전 방향, 즉 부하로의 전류 공급이 방해되는 방향으로 발생된다. 이때 PCS 교류 전류 전압(VPCS)은 VPCS = VINV - VTR이 되어 유도된 기전력(VTR) 만큼 VINV보다 더 낮아진다. 이러한 전압 감소량은 상호 연결 변압기(3)를 통해 흐르는 전류의 시간 미분량과 누설 인덕턴스(L)의 크기에 비례한다.
한편, 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 도 7에 도시된 바와 같이 충전 동작 동안 발생하면, 고속 스위치(6)는 충전 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 전환이 일어나도록 충전 동작이나 대기 동작이 동작하는 것과 동일한 방식으로 개방된다. 이때 상호 연결 변압기(3)로 흐르게 되는 전류는 방전 전력 명령 값에 따른 방전 전류로부터 중요 부하의 용량에 따른 방전 전류로 급격하게 변화된다.
예를 들어, 중요 부하의 용량보다 더 작은 방전 전력 명령 값에서 "방전 동작"으로부터 자체 공급식 동작으로 동작 모드의 전환이 이루어지는 경우, 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)의 방전 전력이 증가한다. 그리하여, 상호 연결 변압기(3)의 누설 인덕턴스(L)로 인해 유도되는 기전력(VTR)은 충전 동작과 동일한 방식으로 충전 방향으로 발생한다. 이때 PCS 교류 전류 전압(VPCS)은 VPCS = VINV - VTR로 되어 유도된 기전력(VTR) 만큼 VIN보다 더 낮은 값으로 감소된다. 이러한 전압 변동량은 상호 연결 변압기(3)로 흐르게 되는 전류의 시간 미분량과 누설 인덕턴스(L)의 크기에 비례한다.
한편, 중요 부하의 용량보다 더 큰 방전 전력 명령 값에서 "방전 동작"으로부터 "자체 공급식 동작"으로 전환하는 동안, 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)에 대한 방전 전력이 감소되어, 상호 연결 변압기(3)의 누설 인덕턴스(L)로 인해 유도된 기전력(VTR)이 방전 방향으로 발생된다. 이때 PCS 교류 전류(VPCS)는 VPCS = VINV + VTR이 되어 유도된 기전력(VTR) 만큼 VINV보다 더 크게 된다. 이러한 전압 변동량은 상호 연결 변압기(3)로 흐르게 되는 전류의 시간 미분량과 누설 인덕턴스(L)의 크기에 비례한다.
나아가, 고속 스위치(6)가 동작 모드가 자체 공급식 동작으로 전환되도록 개방되면, 개방 동안 중단 전류보다 더 높은 랭크 측 (시스템 쪽) 고속 스위치(6) 양단의 전압이 상승한다. 그러므로, 완충 회로나 억압 장치와 같은 새로운 회로가 전술된 바와 같은 전압 상승을 억압하기 위해 요구된다.
전술된 관점으로부터 본 발명의 목적은 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단으로 인해 "자체 공급식 동작"으로 동작을 전환시키는 동안 PCS 교류 전류 전압의 변동을 억압할 수 있는 순간적인 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 전력 변환 시스템을 제어하는 장치 및 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 과제를 해결하기 위하여 청구범위 제 1 항에 기술된 바와 같이 본 발명은,
순간적인 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 전력 변환 시스템을 제어하는 장치에 있어서,
전력 시스템과 중요 부하 사이에 연결된 전기 경로에 배치된 고속 스위치와;
상기 고속 스위치와 상기 중요 부하 사이의 공통 접점에 연결된 제 1 차 권선 측을 구비하는 상호 연결 변압기와;
상기 상호 연결 변압기의 제 2 차 권선측에 연결된 교류 전류 측과, 전력 저장부에 연결된 직류 전류 측을 구비하여 상기 교류 전류와 직류 전류 사이에 전력의 변환을 수행하도록 구성된 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치와;
상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환하는 동안 발생된 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스로 인해 유도되는 기전력이 시스템 상호 연결 동작으로부터 동작 모드를 전환하는 동안 억압되도록, 상기 전력 저장부의 전력을 미리 결정된 정전류로 미리 결정된 시간 기간 동안 방전시키는 정전류 방전 동작을 수행하기 위한 제어 수단
을 포함하며,
상기 제어 수단은,
상기 전력 시스템의 전력을 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 상기 전력 저장부에 충전하는 충전 동작과,
상기 전력 시스템의 전력을 중요 부하에 공급하면서 상기 교류 전류 및 직류 변환 장치를 대기 상태에 놓는 대기 동작과,
상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 방전되는 상기 전력 저장부의 전력과 상기 전력 시스템의 전력을 상기 자체 공급식 동작에서 중요 부하로 공급하는 방전 동작
중 어느 하나의 동작을 수행하며,
여기서 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 동안 상기 고속 스위치가 개방되어 상기 전력 시스템이 중요 부하로부터 분리되고 상기 전력 저장부의 전력이 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 통해 방전되어 중요 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템을 제공한다.
또 청구범위 제 3 항에 기술된 바와 같이 본 발명은,
순간적인 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 전력 변환 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
상기 전력 변환 시스템은,
전력 시스템과 중요 부하 사이에 연결된 전기 경로에 배치된 고속 스위치와;
상기 고속 스위치와 상기 중요 부하 사이의 공통 접점에 연결된 제 1 차 권선 측을 구비하는 상호 연결 변압기와;
상기 상호 연결 변압기의 제 2 차 권선측에 연결된 교류 전류 측과, 전력 저장부에 연결된 직류 전류 측을 구비하여 상기 교류 전류와 직류 전류 사이에 전력의 변환을 수행하도록 구성된 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치
를 구비하는,
상기 전력 변환 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환하는 동안 발생된 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스로 인해 유도되는 기전력이 시스템 상호 연결 동작으로부터 동작 모드를 전환하는 동안 억압되도록, 상기 전력 저장부의 전력을 미리 결정된 정전류로 미리 결정된 시간 기간 동안 방전시키는 정전류 방전 동작을 수행하는 단계
를 포함하며,
상기 정전류 방전 동작을 수행하는 단계는,
상기 전력 시스템의 전력을 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 상기 전력 저장부에 충전하는 충전 동작과,
상기 전력 시스템의 전력을 중요 부하에 공급하면서 상기 교류 전류 및 직류 변환 장치를 대기 상태에 놓는 대기 동작과,
상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 방전되는 상기 전력 저장부의 전력과 상기 전력 시스템의 전력을 상기 자체 공급식 동작에서 중요 부하로 공급하는 방전 동작
중 어느 하나의 동작을 수행하며,
여기서 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 동안 상기 고속 스위치가 개방되어 상기 전력 시스템이 중요 부하로부터 분리되고 상기 전력 저장부의 전력이 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 통해 방전되어 중요 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템을 제어하는 방법을 제공한다.
전술된 구조에서, 제어 수단은 시스템 상호 연결 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환하는 동안 정전류 방전 동작을 수행하는데, 즉 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 통해 전력 저장부로부터 미리 결정된 정전류로 미리 결정된 시간 기간 동안 방전을 수행한다.
종래에는 시스템 상호 연결 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 순간적인 전환이 이루어지는 경우 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스에 따라 유도된 기전력이 발생되어 PCS 교류 전류 전압에 변동이 발생하였다.
그러나, 본 발명의 구조에 따라, 시스템 상호 연결 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 동작 모드가 전환되는 동안 상호 연결을 통해 흐르는 전류 변동율(di/dt)이 작게 이루어질 수 있도록 정전류 방전 동작이 미리 결정된 시간 기간 동안 수행된다. 그리하여 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스에 따른 누설 저항으로 인해 유도된 기전력이 억압될 수 있다. 부하에 악영향을 주는 일 없이 안정적인 전력 공급이 지속된다.
나아가, 전술된 바와 같이 PCS 교류 전류 전압의 변동이 억압되므로, 자체 공급식 동작으로 전환이 수행되는 동안 고속 스위치가 개방될 때 발생하는 고속 스위치의 전력 시스템 측에서의 전압 상승이 억압될 수 있다. 따라서, 종래에 요구되었던 완충 회로 또는 억압 장치가 필요치 않게 되며 이에 따라 전체 시스템에 대한 공간 절감과 비용 절감이 달성될 수 있다.
청구범위 제 2 항에 기재된 제 1 항에 기재된 바와 같은 순간적인 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 전력 변환 시스템을 제어하는 장치에 있어서, 정전류 방전 동작 동안 방전되는 미리 결정된 정전류는 중요 부하의 전류와 같다.
청구범위 제 4 항에 기재된 제 3 항에 기재된 바와 같은 순간적인 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비하는 전력 변환 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 정전류 방전 동작이 수행될 때 방전되는 미리 결정된 정전류는 중요 부하의 전류와 같다.
전술된 구조에서, 정전류 방전 동작 동안 방전되는 전류는 중요 부하의 전류와 같으며, 고속 스위치가 개방될 때 발생하는 고속 스위치의 전력 시스템 측에서 전압 상승이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 자체 공급식 동작으로 전환하는 동안 PCS 교류 전류 전압의 변동이 더 감소될 수 있다.
[발명의 효과]
(1) 청구범위 제1항 내지 제4항에 기재된 본 발명에 따르면, 정전류 방전이 시스템 상호 연결 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 스위칭 하는 동안 수행되므로 상호 연결 변압기를 통해 흐르는 전류 변동율(di/dt)이 감소될 수 있다. 그리하여 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스로 인해 유도되는 기전력이 억압될 수 있다. 따라서, 자체 공급식 동작으로 전환하는 동안 PCS 교류 전류 전압의 변동을 억압함으로써 부하에 악영향을 주는 일 없이 안정적인 전력 공급이 지속된다.
나아가, 전술된 바와 같이 PCS 교류 전류 전압의 변동이 억압된다. PCS 교류 전류 전압의 전압 감소로 인해 고속 스위치의 전류 증가는 예방될수 있다. 그러므로, 자체 공급식 동작으로 전환이 수행되는 동안, 고속 스위치가 개방될 때 발생하는 고속 스위치의 전력 시스템 측의 전압 상승이 억압될수 있다. 따라서, 종래에 요구되었던 완충 회로 또는 억압 장치가 필요치 않게 되며 이에 따라 전체 시스템에 대한 공간 절감과 비용 절감이 달성될 수 있다.
(2) 나아가, 청구범위 제 2 항 및 제 4 항에 기재된 본 발명에 따르면, 정전류 방전 동작 동안 방전되는 정전류는 중요 부하의 전류와 같다. 그리하여 고속 스위치를 통해 흐르는 전류는 제로(0)로 억압되거나 현저하게 억압될 수 있다. 따라서, 고속 스위치의 전력 시스템 측에서의 전압 상승이 거의 발생하지 않는다. 그러므로, 자체 공급식 동작으로 전환하는 동안 PCS 교류 전류 전압의 변동이 더 현저하게 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 일례의 제어 블록 다이어그램.
도 2는 종래의 전력 변환 시스템의 구조를 나타내는 다이아그램.
도 3은 도 2의 시스템의 제어 블록 다이아그램.
도 4(a) 및 도 4(b)는 종래의 전력 변환 시스템에서 충전/방전 동작 모드로부터 자체 공급식 동작 모드로 전환하는 동안 중요 부하의 전압의 변동을 나타내는 전압 파형 차트.
도 5(a) 및 도 5(b)는 종래의 전력 변환 시스템에서 충전 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 전환하는 동안 전력 및 전압의 패턴을 나타내는 설명 도면.
도 6(a) 및 도 6(b)는 종래의 전력 변환 시스템에서 대기 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 전환하는 동안 전력 및 전압의 패턴을 나타내는 설명 도면.
도 7(a) 및 도 7(b)는 종래의 전력 변환 시스템에서 방전 동작으로부터 자체 공급식 동작으로 전환하는 동안 전력 및 전압의 패턴을 나타내는 설명 도면.
[ 도면 부호의 간단한 설명 ]
1 … 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치
2 … 전력 저장부 3 … 상호 연결 변압기
4 … 전력 시스템 5 … 중요 부하
6 … 고속 스위치 10 … PCS( 전력 변환 시스템)
21, 23, 31 … 편차 회로 22 … APR 제어 회로
24 … ACR 제어 회로 25, 400 … 전환 스위치
30 … 자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부
32 … AVR 제어 회로 50 … PWM 제어부
60 … 자체 공급식 동작 전환 이전의 전류 명령값 제공부
200 … 충전/방전 동작 PWM 명령값 제공부
이후, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 본 발명의 더 나은 이해를 용이하 게 하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 이 바람직한 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다. 전술된 바와 같이, "자체 공급식 동작(self-contained run)"으로 전환하는 동안 PCS 교류 전류 전압의 변동은 충전/방전 동작 모드에 따라 달라진다. 상호 연결 변압기(3)의 제 1 차 (측) 전압은 "충전 동작"과 "대기 동작" 동안 감소한다. 한편, 상호 연결 변압기(3)의 전술된 제 1 차(측) 전압은 충전 동작이나 대기 동작 동안 감소된다. 한편, 제 1 차 (측) 전압은 방전 동작 동안에도 방전 용량이 중요 부하의 용량보다 더 작을 때 감소한다. 그러나, 제 1 차 (측) 전압은 방전 용량이 중요 부하의 용량보다 더 클 때 상승한다.
순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 충전/방전 동작 모드 동안 발생한다. "자체 공급식 동작"으로 전환하기 전에, "정전류 방전 동작"이 순간적인 시간 기간(예를 들어, 약 1.0밀리세컨드) 동안 수행된다. 이후, "자체 공급식 동작"이 수행되어 제 1 차 전압의 변동이 억압될 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 원리이다.
본 방법은 도 5(a) 및 도 5(b)에 있는 충전 동작에 대해서 유효할 뿐만 아니라 도 6(a) 내지 도 7(b)에 있는 대기 동작이나 방전 동작에 대해서도 유효하다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타내는 제어 수단의 제어 블록 다이아그램이다. 도 3에 있는 것과 동일한 도 1에 도시된 참조 번호는 동일한 부분을 지시하며 그 설명은 여기서 생략된다.
도 1과 다른 도 3의 부분은, "자체 공급식 동작 전환 이전의 전류 명령 값 제공부(60)"를 구비하는 것과; 충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(200)의 APR 제 어 회로(22)와 편차 회로(23) 사이에 배치되며, APR 제어 회로(22)의 출력(충전/방전 전력 제어)과 자체 공급식 동작 이전의 전류 명령 값 제공부(60)(자체 공급식 동작 전환 전압 감소 억압 제어 = 본 발명에 따른 정전류 방전 동작)의 출력 사이에서 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단 검출 신호에 응답하여 전환 동작의 제어를 수행하도록 구성된 다른 전환 스위치(25)를 구비하는 것과; 및 "충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(200)"의 출력과 "자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부(30)"의 출력 사이에 충전/방전 동작/자체 공급식 동작 모드 전환 명령에 응답하여 모드 전환 동작의 제어를 수행하는 또 다른 전환 스위치(400)를 구비하는 것을 포함한다.
전술된 바와 같이 구성된 장치에서, 시스템 전압은 통상적으로 안정적이지만, 전환 스위치(25)는 APR 제어 회로(22)의 출력 측으로 전환되며, 전환 스위치(400)는 충전/방전 동작 PWM 명령 값 제공부(200)의 출력 측에서 연속적으로 배치된다. 이때, 충전/방전 동작 모드의 동작 상태(본 발명에 따른 시스템 상호 연결 동작 상태)가 발생한다.
순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하면, 전환 스위치(25)가 자체 공급식 동작 전환 이전의 전류 명령 값 제공부(60)의 출력 측으로 전환되어 충전/방전 동작 이전의 PWM 명령 값 제공부(200)의 출력 측에 위치되도록 지속되어 "자체 공급식 동작 전환 이전의 명령 값 제공부"(60)의 전류 명령 값에 응답하여 방전 제어(정전류 방전 동작)를 수행하며 이 정전류 방전 동작은 임의의 설정 시간 동안 지속된다. 이후, 설정 시간이 경과한 후에, 전환 스위치(400)는 "자체 공급식 동작 PWM 명령 값 제공부(30)"의 출력 측으로 스위칭되어 "자체 공급식 동작"으로의 전환을 수행한다.
전술된 "자체 공급식 동작 전환 이전의 전류 명령 값"은, 예를 들어, 중요 부하의 전류; 이 모드의 시간 간격이 예를 들어 1.0밀리세컨드와 같이 짧으므로 중요 부하의 용량이 장치 정격(rating)과 같거나 더 낮은 경우에도 전력 시스템(4)에도 영향을 미치지 않고 또 중요 부하(5)에도 영향을 미치지 않는 장치 정격 전류; 및 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치(1)의 PWM 변조율 최대 값{이 모드의 시간 간격이 예를 들어 1.0밀리세컨드와 같이 짧으므로 전력 시스템(4)과 중요 부하(5)에 대한 영향은 없다}인 값들 중 하나의 값으로 설정된다.
이 3 종류의 전류 중에서, 전술된 중요 부하의 전류와 동일한 전류만을 가지는 방전이 수행되면, 고속 스위치를 통해 흐르게 되는 전류는 제로(0)나 현저하게 억압될 수 있다. PCS 교류 전류 전압의 변동은 최소화된다. 그러나, 고정된 값으로 이 제어를 간략화하기 위해 전술된 "장치 정격 전류 값", "교류 전류 및 직류 전류 변환 장치의 PWM 변조율의 최대 값" 중 어느 하나가 사용될 수도 있다.
전술된 방식으로, 정전류 방전 동작이 미리 결정된 시간 기간 동안 수행된다. 상호 연결 변압기를 통해 흐르는 전류 변동율(di/dt)을 감소시키기 위하여, 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스의 존재로 인해 유도되는 기전력이 억압될 수 있다. 동작 모드가 미리 결정된 시간이 경과된 후에 자체 공급식 동작으로 전환될 때 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명된 유도 기전력(VTR)이 억압될 수 있으며 PCS 교류 전류 전압의 변동이 억압될 수 있다.
정전류 방전 동작에 대한 지속 시간은 자체 공급식 동작으로의 전환 시간이 단축되는 정도나 전압 변동이 억압되는 정도에 따라 달라진다. 통상적으로, 전압 변동의 값은 0.1밀리세컨드 내지 1.0밀리세컨드로 설정될 수 있다.
나아가, 전술된 바람직한 실시예에 따라, 상호 연결 변압기(3)의 제 1 차 전압(중요 부하 전압)의 변동이 억압될 수 있다. PCS 교류 전류 전압의 전압 강하에 의해 야기된 고속 스위치의 전류 증가가 방지될 수 있다. PCS 교류 전류 전압의 전압 강하에 의해 야기된 고속 스위치의 상위 랭크 측의 전압 상승이 방지될 수 있다. 따라서, 동작 모드가 충전/방전 동작 모드에서부터 순간적인 전압 강하 및 서비스 중단으로 전환되는 경우 고속 스위치의 개방 시에 발생하는 고속 스위치의 상위 랭크 측의 전압 상승이 억압될 수 있다. 그 결과, 종래에 요구되었던 완충 회로나 억압 장치와 같은 고속 스위치를 억압하는 장치가 필요치 않게 된다. 그리하여 이들은 공간 절감과 비용 감소에 기여할 수 있다.
본 발명은 중요 부하(5)에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 전력 시스템에 연결된 다른 부하에도 적용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 순간적인 전압 강하 및 서비스 중단에 대한 대응 조치 기능을 제공하는데 이용가능하다.

Claims (4)

  1. 전력 시스템과 중요 부하 사이에 연결된 전기 경로에 배치된 고속 스위치와;
    상기 고속 스위치와 상기 중요 부하 사이의 공통 접점에 연결된 제 1 차 권선 측을 구비하는 상호 연결 변압기와;
    상기 상호 연결 변압기의 제 2 차 권선측에 연결된 교류 전류 측과, 전력 저장부에 연결된 직류 전류 측을 구비하여 상기 교류 전류와 직류 전류 사이에 전력의 변환을 수행하도록 구성된 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치와;
    상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환하는 동안 발생된 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스로 인해 유도되는 기전력이 시스템 상호 연결 동작으로부터 동작 모드를 전환하는 동안 억압되도록, 상기 전력 저장부의 전력을 미리 결정된 정전류로 미리 결정된 시간 기간 동안 방전시키는 정전류 방전 동작을 수행하기 위한 제어 수단
    을 포함하며,
    상기 제어 수단은,
    상기 전력 시스템의 전력을 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 상기 전력 저장부에 충전하는 충전 동작과,
    상기 전력 시스템의 전력을 중요 부하에 공급하면서 상기 교류 전류 및 직류 변환 장치를 대기 상태에 놓는 대기 동작과,
    상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 방전되는 상기 전력 저장부의 전력과 상기 전력 시스템의 전력을 상기 자체 공급식 동작에서 중요 부하로 공급하는 방전 동작
    중 어느 하나의 동작을 수행하며,
    여기서 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 동안 상기 고속 스위치가 개방되어 상기 전력 시스템이 중요 부하로부터 분리되고 상기 전력 저장부의 전력이 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 통해 방전되어 중요 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 정전류 방전 동작 동안 방전되는 미리 결정된 정전류는 중요 부하의 전류와 같은 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 장치.
  3. 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 전력 변환 시스템은,
    전력 시스템과 중요 부하 사이에 연결된 전기 경로에 배치된 고속 스위치와;
    상기 고속 스위치와 상기 중요 부하 사이의 공통 접점에 연결된 제 1 차 권선 측을 구비하는 상호 연결 변압기와;
    상기 상호 연결 변압기의 제 2 차 권선측에 연결된 교류 전류 측과, 전력 저장부에 연결된 직류 전류 측을 구비하여 상기 교류 전류와 직류 전류 사이에 전력의 변환을 수행하도록 구성된 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치
    를 구비하고,
    상기 전력 변환 시스템을 제어하는 방법은,
    상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 자체 공급식 동작으로 동작 모드를 전환하는 동안 발생된 상호 연결 변압기의 누설 인덕턴스로 인해 유도되는 기전력이 시스템 상호 연결 동작으로부터 동작 모드를 전환하는 동안 억압되도록, 상기 전력 저장부의 전력을 미리 결정된 정전류로 미리 결정된 시간 기간 동안 방전시키는 정전류 방전 동작을 수행하는 단계
    를 포함하며,
    상기 정전류 방전 동작을 수행하는 단계는,
    상기 전력 시스템의 전력을 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 상기 전력 저장부에 충전하는 충전 동작과,
    상기 전력 시스템의 전력을 중요 부하에 공급하면서 상기 교류 전류 및 직류 변환 장치를 대기 상태에 놓는 대기 동작과,
    상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치에 의하여 방전되는 상기 전력 저장부의 전력과 상기 전력 시스템의 전력을 상기 자체 공급식 동작에서 중요 부하로 공급하는 방전 동작
    중 어느 하나의 동작을 수행하며,
    여기서 순간적인 전압 강하 또는 서비스 중단이 발생하는 동안 상기 고속 스위치가 개방되어 상기 전력 시스템이 중요 부하로부터 분리되고 상기 전력 저장부의 전력이 상기 교류 전류 및 직류 전류 변환 장치를 통해 방전되어 중요 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 정전류 방전 동작이 수행되는 동안 방전되는 미리 결정된 정전류는 중요 부하의 전류와 같은 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하-서비스 중단 대응 조치 기능을 구비한 전력 변환 시스템 제어 방법.
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