KR101124119B1 - 인버터들을 사용하여 생성된 교류 전류를 측정하기 위한 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 어레인지먼트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터들을 사용하여 생성되고 AC 시스템에 공급되는 교류 전류(±Ip)를 측정하기 위한 방법에 관한 것이고, AC 시스템의 영 교차 신호(Sig)는 미리 정의되고, 영 교차 신호(Sig)에 의해 트리거되면, 측정된 교류 전류(±Ip)는 영 교차 신호(Sig)에 할당된 조절 값이 미리 정의되는 방식으로 주기적으로 조절되고, 동일한 방식으로 영 교차 신호(Sig)에 할당된 측정 값은 상기 조절 값에 적응된다. 이 방법은 측정 회로에 의해 검출된 측정 신호(U0)가 동작 동안에도 조절 값을 사용하여 주기적으로 조절되게 한다.

Description

인버터들을 사용하여 생성된 교류 전류를 측정하기 위한 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 어레인지먼트{METHOD FOR MEASURING AN ALTERNATING CURRENT WHICH IS GENERATED USING INVERTERS, AND ARRANGEMENT FOR CARRYING OUT THE METHOD}
본 발명은 인버터들을 사용하여 생성되고 AC 전력 시스템에 공급되는 교류 전류를 측정하기 위한 방법에 관한 것이고, AC 전력 시스템의 영 교차 신호(zero crossing signal)는 미리 검출된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 어레인지먼트(arrangement)에 관한 것이다.
인버터들은 통상적으로 직류 전류 소스들로부터의 에너지를 교류 전류들로 변환하고 변환된 에너지를 AC 전력 시스템들 또는 로드들에 공급하기 위하여 사용된다. 인버터의 전압 파형 및 위상 각은 직류 전압 성분들 및 위상 시프트들이 최소화되도록 전력 시스템의 교류 전압에 매칭된다. 이것은 특히 공공의 전력 공급 시스템들의 경우 중요한데, 그 이유는 정밀한 공급 가이드라인들이 네트워크 조작자들에 의해 최대 허용 가능한 직류 전류 성분들을 가지도록 미리 정의되기 때문이다.
인버터를 적당하게 조절하기 위하여, 전력 시스템에서의 영 교차는 연속적으로 검출되고 영 교차 신호로서 미리 정의된다. 부가적으로, 인버터의 출력부에서, 교류 전류는 제어 변수로서 측정된다. 예를 들어 분로 저항기들 또는 전류 트랜스포머들을 포함하는 사용된 측정 회로들의 구성요소들로부터 오류(inaccuracy)들이 발생할 수 있다. 이들 오류들은 예를 들어 전류 트랜스포머들에서 원하지 않는 오프셋 전압, 또는 온도 드리프트(drift)일 수 있다. 그러므로 측정 회로들을 조절할 수 있는 방법들은 종래 기술로부터 공지되었다.
하나의 방법은 예를 들어 측정 회로의 생산 후 각각의 측정 회로를 수동으로 조절하는 것이다. 다른 방법들은 어레인지먼트의 각각의 스위칭 온 후 조절 과정을 수행하는 마이크로제어기들을 이용한다.
전류를 검출하기 위하여 분로 저항기들을 사용하는 측정 회로들에서는 분로 저항기들에서 발생하는 손실들이 고려되어야 한다.
종래 기술에 따라, 높은 출력의 인버터들의 경우, 전류 트랜스포머들의 사용은 인버터의 출력에서 전류를 측정하기 위하여 제공된다. 이들 전류 트랜스포머들에서는 원하지 않는 오프셋 전압들을 제거하기 위하여, 생산하는 동안 수동 조절하는 방법들이 사용된다. 그러나, 측정 회로에 집적된 마이크로제어기가 어레인지먼트의 매 스위칭 온시 전류 트랜스포머를 조절하기 위하여 사용되는 방법이 또한 공지되었다.
그러나, 이 방법에서, 전류 트랜스포머 코어의 온도 드리프트 또는 잔류 자기로 인한 편차들은 수정되지 않는다. 잔류 자기는 전류 트랜스포머 코어의 히스테리시스 효과들로 인한 전류 방향의 변화들에 의해 발생된다. 동작 동안 생성된 열, 또는 외부 온도 변화들은 온도 드리프트를 유도하고, 이런 온도 드리프트는 전류 트랜스포머 구성요소들의 온도 종속 특성들에 의해 발생되는 오류들이 전류 트랜스포머에서 발생하는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은 도입부에서 기술된 형태의 방법을 사용하여 종래 기술에 비해 개선을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 상기 방법을 수행하기 위한 어레인지먼트를 제공하는 것이다.
이 목적은 인버터들을 사용하여 생성되고 AC 전력 시스템에 공급되는 교류 전류를 측정하기 위한 방법으로 달성되고, 여기서 AC 전력 시스템의 영 교차 신호는 미리 검출되고, 생성된 교류 전류의 측정 신호는 인버터의 조절을 위해 이용 가능하고, 상기 영 교차 신호에 의해 트리거되어 상기 측정 신호는 영 교차 신호에 할당된 조절 값이 미리 정의되는 방식으로 주기적으로 조절되고, 그리고 전류 트랜스포머에서 상기 측정 신호(U0)는 각각의 조절 기간의 시작에서 조절 값에 적응된다.
이 방법은 또한 조절 값을 사용하여 동작 동안 측정 회로로 검출된 측정 신호의 주기적 조절을 가능하게 한다. 상기 조절은 AC 전력 시스템의 영 교차 신호에 의해 제어된다. 이런 수단에 의해, 상기 조절이 AC 전력 시스템과 동기하여 수행되고 또한 온도 드리프트 또는 잔류 자기로 인한 편차들이 보상되는 것이 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 영 암페어와 동일한 조절 값은 전력 시스템 전류의 각각의 영 교차점에 할당되고 전력 시스템 전류의 영 교차점에서 검출된 각각의 측정 값은 이런 조절 값에 적응된다. 그 다음 상기 조절은 전력 시스템의 각각의 영 교차점에서 측정 회로들에 의해 수행된다. 영 암페어에서의 상기 조절 값의 고정은 또한 인버터의 출력에서 측정된 전류가 오류들에 의해 유발되는 임의의 직류 전류 성분 없이 측정되는 효과를 가진다. 그러므로 정확한 측정 출력 신호는 인버터의 조절을 위하여 이용할 수 있어서, AC 전력 시스템으로의 전력 공급은 전력 시스템 전류와 동기하여 직류 전류 성분들 없이 발생한다.
영 교차 동안 조절은 또한 인버터들에 의해 생성된 특정 타입의 교류 전류를 사용한다. 전류 방향의 반전 동안, 전류 값은 반전 과정의 지속 기간 동안 일정하게 유지된다. 이런 지속 기간은 측정 신호를 조절하기 위하여 사용된다.
각각의 조절시, 수정 값이 조절 값 및 검출된 측정 값으로부터 결정되고 다음 조절 까지 수정 값으로 수정된 측정 신호가 측정 출력 신호로서 출력되면 바람직하다. 이것은 측정 신호의 조절을 위한 간단한 방법을 나타내고, 별개의 회로 또는 마이크로제어기에 의해 수행될 수 있다.
위상 시프팅 없는, 즉 리액티브 전류 성분 없는 AC 전력 시스템은 영 교차 시점에서 조절 값을 사용하여 측정된 값들을 조절하기 위해 유리하다. 그 다음 AC 전력 시스템에 전력 공급은 임의의 직류 전류 성분들 없이 영 교차 신호와 동기하여 발생한다.
인버터에 의해 생성된 전류가 독립된 네트워크에 공급될 때, 위상 시프트는 일반적으로 수정할 수 없는 임피던스들로 인해 전력 시스템 전압 및 전력 시스템 전류 사이에서 발생한다. 그 다음 측정된 값들은 전력 시스템 전류의 영 교차 시점에서 조절 값을 사용하여 바람직하게 조절된다.
전력 시스템 전압의 검출이 임의의 경우 인버터 어레인지먼트내에서 전류 공급을 위한 정점(fixed point)으로서 요구되기 때문에, 전력 시스템 전압 및 위상 시프트를 검출함으로써 전력 시스템 전류의 영 교차 시점들을 결정하는 것은 바람직하다.
문제는 또한 청구된 방법을 수행하도록 구성된 어레인지먼트로 해결되고, 여기서 전류 트랜스포머는 교류 전류를 측정하기 위하여 제공되고 인버터에 의해 생성된 교류 전류는 교류 트랜스포머의 입력부에 인가되고 측정 신호로서 출력부에 임의의 전압이 존재하고 측정 신호는 영 교차 신호에 따라 조절 값에 주기적으로 적응된다. 연속하여 조절된 전류 트랜스포머는 거의 손실 없이 동작하여, 인버터의 전체 효율성은 분로 저항기를 가진 측정 회로들과 비교하여 개선된다.
어레인지먼트의 바람직한 실시예에서, 적어도 두 개의 입력부들을 가진 마이크로제어기가 제공되고, 여기서 전류 트랜스포머에 의해 생성된 측정 신호는 제 1 입력부에 인가되고 영 교차 신호는 제 2 입력부에 인가되고, 게다가 영 암페어의 전류 값에 할당되는 전류 트랜스포머로부터의 전압 값은 조절 값으로서 마이크로제어기를 위하여 미리 정의되고, 마이크로제어기의 출력부에서 수정 값으로 수정된 측정 출력 신호는 탭오프(tapped off)될 수 있다. 마이크로제어기의 사용은 상이한 전류 트랜스포머들을 가진 상이한 인버터들에 쉽게 적응되는 간단한 어레인지먼트를 허용한다.
다수의 생산될 아이템들에 따라, 만약 샘플 및 홀드 증폭기가 제공되면 바람직할 수 있고, 전류 트랜스포머로부터의 측정 신호 및 영 교차 신호는 상기 샘플 및 홀드 증폭기의 입력부들에 인가되고, 만약 수정 값이 출력 신호로서 인가되면, 상기 수정 값은 연산 증폭기의 양의 입력부에 공급되고 만약 추가로 측정 신호가 연산 증폭기의 음의 입력부에 인가되면, 수정된 측정 출력 신호는 연산 증폭기의 출력부에서 탭오프될 수 있다. 별개의 구성요소들로 구성된 회로에서는 마이크로제어기가 필요하지 않다.
본 발명은 예시적인 실시예들 및 도면들을 참조하여 보다 상세히 기술될 것이다.
도 1은 별개의 구성요소들에 의한 측정 신호(U0)의 조절을 위한 어레인지먼트를 도시한다.
도 2는 AC 전력 시스템에서 전류(INETZ)의 신호 모양 및 유도된 영 교차 신호(Sig)를 도시한다.
도 1은 전류 트랜스포머(1)를 사용하여 인버터에 의해 생성된 교류 전류(±Ip)를 측정하기 위한 어레인지먼트를 도시한다. 전류 트랜스포머(1)의 출력부에서 측정 신호(U0)는 소위 샘플 및 홀드 증폭기(2)의 입력부(UIN)에 접속된다. 영 교차 신호(Sig)는 샘플 및 홀드 증폭기(2)의 시간 생성기 입력부(CK)에 인가된다. 게다가, 샘플 및 홀드 증폭기(2)는 캐패시터를 통하여 기준 전위로서 프레임 전위(M)에 접속된다. 샘플 및 홀드 증폭기(2)의 출력부는 연산 증폭기(3)의 양의 입력부에 접속된다. 상기 연산 증폭기는 양 및 음의 전위(+V,-V)를 공급받는다. 전류 트랜스포머(1)에 의해 출력된 측정 신호(U0)는 제 1 저항기(R1)를 통하여 연산 증폭기(3)의 음의 입력부에 인가된다. 연산 증폭기(3)의 출력부는 추가 저항기(R2)를 통하여 음의 입력부에 접속되어, 차동 증폭기가 형성된다.
전류 트랜스포머(1)는 공급 전압(UCC) 및 프레임 전위(M)에 접속된다. 일반적으로 환형 전류 트랜스포머 코어는 측정될 교류 전류가 흐르는 라인을 둘러싼다. 전류 트랜스포머 코어에서 교류 전류 변수에 의해 형성된 자속은 홀 효과 센서에 의해 검출되고 등가 전압 변화량으로 전환된다. 이런 전압 변화량은 차동 증폭기로서 구성된 연산 증폭기에 의해 증폭되고, 기준 전압(UREF)은 입력부에서 영 암페어에 대응하는 전압 레벨을 결정한다. 그 다음 전류 트랜스포머의 출력부에 존재하는 것은 이제껏 조절되지 않은 측정 신호(U0)의 변화량이다.
별개의 구성요소들을 가진 도 1에 도시된 실시예에서, 처음에 수정 값(ΔU)이 샘플 및 홀드 증폭기(2)에서 형성되는 방식으로 조절이 이루어진다. 이런 목적을 위하여, 입력부(UIN)에 인가된 측정 신호(U0)는 시간 생성기(CK)에 인가된 영 교차 신호(Sig)의 매 펄스상에서 홀딩된다. 그 다음 프레임 전위(M)에 대한 결과적인 전압 값은 영 교차 신호(Sig)로부터 다음 펄스 때까지 수정 값(ΔU)으로서 샘플 및 홀드 증폭기의 출력부에 존재한다.
그러므로 이런 수정 값(ΔU)은 연산 증폭기(3)의 양의 입력부에 인가된다. 그 다음 제 1 저항기(R1)를 통하여 음의 입력부에 인가된 측정 신호(U0)는 연산 증폭기의 출력부에 조절된 측정 출력 신호(UOUT)를 형성한다. 저항기들(R1 및 R2)은 전류 트랜스포머의 입력부에서의 영의 암페어에서 측정 신호(U0)가 전류 트랜스포머의 기준 전압(UREF)에 대응하도록 선택되어야 한다.
대안으로서, 마이크로제어기는 또한 샘플 및 홀드 증폭기 및 상기 증폭기의 하류(downstream)에 접속된 연산 증폭기를 가진 회로의 적당한 곳에 배열될 수 있다. 그 다음 이런 마이크로제어기는 적어도 두 개의 입력부들 및 하나의 출력부를 가지며, 측정 신호(U0)는 제 1 입력부에 인가되고 영 교차 신호(Sig)는 제 2 입력부에 인가된다. 영 교차 신호(Sig)의 각각의 펄스에서, 마이크로제어기는 다음 펄스 때까지 수정 값(ΔU)으로서 측정 신호(U0)의 순간 값을 저장한다. 그 다음 마이크로제어기는 수정값(ΔU)이 측정 신호(U0)로부터 감산되는 방식으로 조절된 측정 출력 신호(UOUT)를 계산한다. 조절된 측정 출력 신호(UOUT)는 마이크로제어기의 출력부에서 탭오프될 수 있다.
도 2는 전력 시스템 전류(INETZ)의 시간에 따른 변화 및 이로부터 유도된 영 교차 신호(Sig)를 도시한다. 영 교차 신호(Sig)는 전력 시스템 전류(INETZ)의 영 교차 지점들에서 필수적으로 사각 펄스를 가지며, 펄스 지속 기간은 전류 흐름의 방향을 반전시키기 위하여 인버터의 스위칭 엘리먼트의 스위칭-오버 처리에 의해 요구되는 시간 기간에 해당한다. 이런 영 교차 신호(Sig)는 별개의 구성요소 어레인지먼트를 가진 샘플 및 홀드 증폭기에 공급되거나 마이크로처리기에 제공된다. 전류 및 전압 사이의 임의의 위상 시프트 없는 공공 전력 네트워크들의 경우, 이런 수단에 의해 전력 공급 전압은 전력 공급 전류보다 오히려 영 교차 신호를 유도하기 위하여 사용될 수 있다.
예를 들어 조절 가능하지 않은 캐패시티브 또는 인덕티브 성분들을 가진 임피던스들이 있는 독립된 네트워크가 제공되는 경우, 전력 공급 전류는 전력 공급 전압을 앞서거나(lead) 뒤진다(lag). 상기 경우, 영 교차 신호(Sig)는 전력 공급 전류의 영 교차들로부터 직접 얻어진다. 그러나, 전력 공급 전압이 전력 공급 시스템들에 공급하기 위하여 제공된 인버터들의 경우 연속하여 미리 검출되기 때문에, 영 교차 신호(Sig)는 위상 시프트를 수정한 후 전력 시스템 전압의 영 교차시 형성될 수 있다.

Claims (9)

  1. 인버터들을 사용하여 생성되고 AC 전력 시스템에 공급되는 교류 전류(±Ip)를 측정하기 위한 방법으로서,
    상기 AC 전력 시스템의 영 교차 신호(Sig)가 미리 검출되고, 상기 생성된 교류 전류(±Ip)의 측정 신호(U0)는 인버터의 조절을 위해 이용 가능하고, 상기 영 교차 신호(Sig)에 의해 트리거되어 상기 측정 신호(U0)는 상기 영 교차 신호(Sig)에 할당된 조절 값이 미리 정의되는 방식으로 주기적으로 조절되고, 그리고 전류 트랜스포머에서, 상기 측정 신호(U0)는 각각의 조절 기간의 시작시에 상기 조절 값에 적응되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    AC 전력 시스템 전류(INETZ)의 영 암페어에 대응하는 조절 값은 상기 AC 전력 시스템 전류(INETZ)의 각각의 영 교차에 할당되고 상기 AC 전력 시스템 전류(INETZ)의 영 교차시 검출된 각각의 상기 측정 신호(U0)의 값은 이런 조절 값에 적응되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 조절 기간의 시작시에, 수정 값(ΔU)은 상기 조절 값 및 상기 측정 신호(U0)의 검출된 값으로부터 결정되고, 다음 조절 기간까지, 상기 수정 값(ΔU)으로 수정된 상기 측정 신호(U0)는 측정 출력 신호(UOUT)로서 출력되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    임의의 위상 시프트 없는 AC 전력 시스템에서 상기 측정 신호(U0)의 값들이 AC 전력 시스템 전류의 영 교차들이 일어나는 시점들에서 상기 조절 값으로 조절되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    위상 시프팅을 가진 독립된 네트워크의 경우에서는 상기 측정 신호(U0)의 값들이 AC 전력 시스템 전류의 영 교차들이 일어나는 시점들에서 상기 조절 값으로 조절되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 AC 전력 시스템 전류(INETZ)의 영 교차들의 시점들은 AC 전력 시스템 전압 및 위상 시프트를 검출함으로써 결정되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 어레인지먼트로서,
    전류 트랜스포머(1)는 교류 전류(±Ip)를 측정하기 위하여 제공되고 인버터에 의해 생성된 상기 교류 전류(±Ip)는 상기 전류 트랜스포머(1)의 입력부에 인가되고 측정 신호(U0)로서 출력부에 전압이 존재하고 상기 측정 신호(U0)는 영 교차 신호(Sig)에 따라 상기 영 교차 신호(Sig)에 할당된 조절 값에 주기적으로 적응되는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법을 수행하도록 구성된 어레인지먼트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    적어도 두 개의 입력부들을 가진 마이크로제어기가 제공되고, 상기 전류 트랜스포머(1)에 의해 생성된 상기 측정 신호(U0)는 제 1 입력부에 인가되고, 상기 영 교차 신호(Sig)는 제 2 입력부에 인가되고, 추가로 영 암페어의 전류 값에 할당된 전압 값(UREF)은 상기 전류 트랜스포머(1)에 대해 결정되고 상기 마이크로제어기에 대해 상기 조절 값으로서 미리 정의되고, 그리고 상기 마이크로제어기의 출력부에서는 수정 값(ΔU)으로 수정된 측정 출력 신호가 탭오프될 수 있는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법을 수행하도록 구성된 어레인지먼트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    샘플 및 홀드 증폭기(2)는 제공되고, 상기 전류 트랜스포머(1)로부터의 상기 측정 신호(U0) 및 상기 영 교차 신호(Sig)는 상기 샘플 및 홀드 증폭기(2)의 입력부들(UIN,CK)에 인가되고, 수정 값(ΔU)은 상기 샘플 및 홀드 증폭기(2)의 출력 신호로서 인가되고, 상기 수정 값(ΔU)은 연산 증폭기(3)의 양의 입력부에 공급되고, 부가하여 상기 측정 신호(U0)는 상기 연산 증폭기(3)의 음의 입력부에 인가되어, 수정된 측정 출력 신호(UOUT)는 상기 연산 증폭기(3)의 출력에서 탭오프될 수 있는,
    교류 전류를 측정하기 위한 방법을 수행하도록 구성된 어레인지먼트.
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