KR101149203B1 - 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법 - Google Patents

무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

다중 레벨 펄스 방식의 무효전력 보상제어기에서 인버터의 전류를 정격전류 이내로 제한하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치는 무효전력 보상제어기의 인버터로부터 출력되는 인버터 전류를 감지하는 전류 감지부; 전류 감지부에서 감지한 인버터 전류를 근거로 과다전류발생 여부를 판단하는 판단부; 및 판단부에서 과다전류발생으로 판단하면 무효전력 보상제어기의 각 폴 전류의 펄스 폭을 변경하여 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법{Apparatus and method for Restricting current of STATCOM(static compensator)}
본 발명은 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 레벨 인버터 방식의 무효전력 보상제어기에서 인버터의 전류를 정격전류 이내로 제한하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 교류(AC) 전력계통의 안정적인 운영을 위해서는 무효전력의 보상이 필수적이다. 교류(AC) 전력계통에서는 무효전력의 보상을 위해 분로 리액터(Shunt Reactor) 또는 분로 커패시터(Shunter Capacitor) 등이 사용된다.
최근에는 전력전자소자의 빠른 속응성(速應性)을 이용한 SVC(Static Var Compensation), 무효전력 보상제어기(STATCOM; Static synchronous compensator) 등이 전력계통의 순동 무효전력원으로 투입되고 있다.
인버터 기술을 이용한 무효전력 보상제어기는 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 방식과 다중 레벨 펄스(Multi Level Pulse) 방식 사용된다. 이때, 전력계통의 무효전력을 보상하기 위해 사용되는 무효전력 보상제어기의 경우 운전손실을 줄이기 위해 다중 레벨 펄스 방식이 주로 사용된다.
도 1 내지 도 3은 종래의 무효전력 보상제어기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다중 레벨 펄스 방식의 무효전력 보상제어기는 제1인버터(110)와 제2인버터(120) 및 클램프(130)로 구성되어 각 폴(즉, 도 2의 A상(112), B상(114), C상(116), D상(122), E상(124), F상(126))에서 (+) 전위, 영전위, (-) 전위로 구성되는 3 레벨의 펄스를 발생시키는 인버터 회로(100)와, 인버터 회로(100)에서 발생한 3 레벨의 펄스를 24 레벨의 펄스로 합성하는 중재변압기(20)를 포함하여 구성된다.
무효전력 보상제어기는 보상전압을 증가시키기 위한 주변압기(10), 인버터 회로(100)와 제어기(40) 사이에 단락이나 맴돌이전류 등의 이상 상태가 일어났을 때, 인버터 회로(100)의 보호를 위해 회로를 절단시키는 보호계전기(30), 인버터 회로(100)로 안정된 전력을 공급하는 무전전원공급장치(50; 이하, "UPS" 라 함), GPS(60; Gate Power), 냉각시스템(70), 인버터 회로(100)를 제어하는 제어기(40)를 더 포함할 수도 있다.
이때, 제어기(40)는 인버터 회로(100)에서 3 레벨의 펄스를 발생시키기 위해 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 구성되며, 인버터에서 발생하는 펄스의 폭을 결정하는 변수인 감마(γ)는 7.5˚로 고정된다. 즉, 제어기(40)는 각 폴에서 고정된 펄스 폭을 갖는 전류를 출력하도록 인버터를 제어한다. 여기서, 감마(γ)는 인버터에서 발생하는 펄스에서 영전위 영역의 폭에 영향을 주는 변수이다.
상술한 바와 같은 다중 레벨 펄스 방식의 경우 무효전력 보상제어기가 설치된 변전소 또는 인근 변전소의 단락/지락 사고 발생시 인버터에 과다한 전류가 흘러 전력전자 소자의 소손이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 과다한 전류가 흐를 경우 무효전력 보상제어기를 전력계통으로부터 분리한다.
하지만, 다중 레벨 펄스 방식의 무효전력 보상제어기는 과전류가 흘러 전력전자 소자의 소손이 발생하는 것을 방지하기 위해 무효전력 보상제어기를 전력계통으로부터 분리하거나, 무효전력 보상제어기가 설치된 변전소 또는 인근의 심각한 계통사고에 따라 무효전력 보상제어기에 고장이 발생하는 경우에, 무효전력 보상제어기의 재기동을 위해서는 일정 수준의 시간이 필요하게 된다. 이 경우 전력계통의 전압안정도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 다중 레벨 펄스 방식의 무효전력 보상제어기가 설치된 변전소 또는 인근 계통에 심각한 계통사고가 발생하더라도 무효전력 보상제어기의 인버터 전류가 정격전류 이내로 제한되도록 제어하여 무효전력 보상제어기의 소자 소손을 방지하고, 무효전력 보상제어기가 계통으로 분리되지 않도록 하여 전력계통의 전압안정도를 향상시키도록 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치는, 무효전력 보상제어기의 인버터 회로의 출력값을 근거로 과다전류발생 여부를 판단하는 판단부; 및 판단부에서 과다전류발생으로 판단하면 무효전력 보상제어기의 각 폴 전류의 펄스 폭을 변경하여 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
제어부는, 판단부에서 과다전류발생으로 판단하면 각 폴 전류의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 증가시켜 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어한다.
판단부는 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류가 전류 설정값 이상이면 과다전류발생으로 판단한다.
판단부는, 인버터 회로의 계통임피던스가 임피던스 설정값 이하이면 과다전류발생으로 판단한다.
인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류 및 인버터 전압을 근거로 계통임피던스를 산출하는 산출부를 더 포함한다.
인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류를 감지하는 전류 감지부를 더 포함한다.
인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전압을 감지하는 전압 감지부를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법은, 판단부에 의해, 무효전력 보상제어기의 인버터 회로의 출력값을 근거로 과다전류발생 여부를 판단하는 판단단계; 및 제어부에 의해, 판단단계에서 과다전류발생으로 판단하면 무효전력 보상제어기의 각 폴 전류의 펄스 폭을 변경하여 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 제어단계를 포함한다.
제어단계에서는, 판단부에서 과다전류발생으로 판단하면 제어부에 의해 각 폴 전류의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 증가시켜 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어한다.
판단단계에서는, 판단부에 의해 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류가 전류 설정값 이상이면 과다전류발생으로 판단한다.
판단단계에서는, 판단부에 의해 인버터 회로의 계통임피던스가 임피던스 설정값 이하이면 과다전류발생으로 판단한다.
산출부에 의해, 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류 및 인버터 전압을 근거로 계통임피던스를 산출하는 산출단계를 더 포함한다.
전류 감지부에 의해, 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류를 감지하는 전류 감지단계를 더 포함한다.
전압 감지부에 의해, 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전압을 감지하는 전압 감지단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법은 무효전력 보상제어기의 폴 전류(인버터 전류), 계통임피던스에 따라 펄스 폭을 가변함으로써, 인버터의 전류를 정격 이하로 유지하여 인버터를 계통에서 분리하지 않고도 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
부수적으로, 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치 및 방법은 인버터의 전류를 정격 이하로 유지하도록 제한함으로써, 무효전력 보상제어기의 소자 소손을 방지하고, 무효전력 보상제어기가 계통으로 분리되지 않도록 하여 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 무효전력 보상제어기를 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200)는 전류 감지부(220), 판단부(240), 제어부(260), 저장부(280)를 포함한다.
전류 감지부(220)는 인버터 회로(100)의 각 폴에서 출력되는 인버터 전류(Ipole)를 감지한다. 즉, 전류 감지부(220)는 제1인버터(110)의 각 폴(즉, A상(112), B상(114), C상(116)) 및 제2인버터(120)의 각 폴(즉, D상(122), E상(124), F상(126))에서 발생하는 인버터 전류(Ipole)를 감지한다.
판단부(240)는 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류를 미리 설정된 전류 설정값과 비교하여 과다전류발생 여부를 판단한다. 즉, 판단부(240)는 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류(Ipole)를 미리 설정되어 저장부(280)에 저장된 전류 설정값(예를 들면, Iref1, Iref2, Iref3)과 비교하여 과다전류발생 여부를 판단한다(도 5 참조). 이때, 판단부(240)는 인버터 전류(Ipole)가 저장부(280)에 저장된 전류 설정값(Iref1, Iref2, Iref3) 이상이면 과다전류발생으로 판단한다.
판단부(240)는 과다전류발생 여부를 전류 설정값에 따라 복수의 단계로 판단할 수도 있다. 즉, 판단부(240)는 복수의 전류 설정값(즉, Iref1, Iref2, Iref3)을 설정하고, 각 전류 설정값과 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류(Ipole)를 비교하여 과다전류발생 단계를 판단한다. 예를 들어, 전류 설정값으로 Iref1, Iref2, Iref3이 저장부(280)에 저장되어 있고, 각 전류 설정값의 크기를 Iref1>Iref2>Iref3으로 가정하면, 판단부(240)는 인버터 전류(Ipole)가 Iref2 내지 Iref3의 범위에 속하면 과다전류발생 1단계로, 인버터 전류(Ipole)가 Iref1 내지 Iref2의 범위에 속하면 과다전류발생 2단계로, 인버터 전류(Ipole)가 Iref1을 초과하면 과다전류발생 3단계로 판단한다.
제어부(260)는 판단부(240)의 판단결과(즉, 과다전류발생 여부)에 따라 인버터 회로(100)의 각 폴에서 발생하는 인버터 전류(Ipole)의 펄스 폭을 변경하여 인버터 전류(Ipole)를 정격전류 이하로 유지하도록 제어한다. 이때, 제어부(260)는 판단부(240)에서 과다전류발생으로 판단하면 인버터 전류(Ipole)의 펄스 폭에서 영전위 영역의 폭을 증가시켜 인버터 전류(Ipole)를 정격전류 이하로 유지하도록 제어한다. 이를 위해, 제어부(260)는 판단부(240)의 판단결과(즉, 과다전류발생 여부, 과다전류발생 단계)에 따라 인버터 회로(100)의 출력 전류인 인버터 전류(Ipole)의 펄스 폭을 변경하기 위해 설정된 보상값을 저장부(280)로부터 검출하고, 이를 인버터 회로(100)를 제어하는 제어기(40)로 전송한다. 그에 따라, 제어기(40)는 감마(γ)값을 제어부(260)로부터 수신한 보상값으로 변경하여 펄스 폭이 변경된 인버터 전류를 출력하도록 인버터 회로(100)를 제어한다. 여기서, 보상값은 인버터의 각 폴 전류의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 증가시키기 위한 값이며, 제어부(260)는 영전위의 폭을 증가시켜 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하기 위해 과다전류발생 단계가 높아질수록 큰 값을 갖는 보상값을 검출한다.
예를 들어, 저장부(280)에 보상값(감마(γ))으로 과다전류발생 1단계는 Alpha3, 과다전류발생 2단계는 Alpha2, 과다전류발생 3단계는 Alpha1으로 설정되어 있는 경우, 제어부(260)는 판단부(240)에서 판단한 과다전류발생 단계에 해당하는 보상값을 저장부(280)로부터 검출하여 제어기(40)로 전송한다. 즉, 판단부(240)에서 과다전류발생 1단계로 판단하면, 제어부(260)는 저장부(280)로부터 보상값으로 Alpha1을 검출하여 제어기(40)로 전송한다. 이때, 보상값(감마(γ))은 과다전류발생 단계가 높을수록 펄스의 영전위 영역의 폭을 증가시키도록 Alpha3 < Alpha2 < Alpha1의 크기를 갖도록 설정된다.
도 6에 도시된 그래프는 인버터 전류의 펄스 폭이 고정된 경우(즉, 감마(γ)가 고정된 경우(도 6의 (a))와, 인버터 전류의 펄스 폭이 변경된 경우(즉, 감마(γ)가 보상값으로 변경된 경우(도 6의 (b))를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 이때, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 인버터 전류의 펄스 폭이 고정되면(즉, 감마(γ)가 고정), 인버터 회로(100)의 각 폴에 흐르는 전류가 정격전류 이상으로 흐르는 것을 확인할 수 있다. 반면, 인버터 전류의 펄스 폭이 변경되면(즉, 감마(γ)가 보상값으로 변경), 각 폴에 흐르는 전류가 정격 이내로 제한되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제어부(260)는 인버터 전류가 일정이상 흘러 과다전류가 발생하는 경우 인버터의 각 폴에서 발생하는 펄스의 영전위 영역 폭을 증가시키도록 제어하기 위한 보상값을 제어기(40)로 전송하여 인버터 전류를 정격전류 이내로 제한하도록 한다.
저장부(280)는 과다전류발생 여부 판단의 근거가 되는 전류 설정값, 및 인버터 전류의 펄스 폭 변경을 위한 보상값을 저장한다. 즉, 저장부(280)는 판단부(240)에서 과다전류발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 하나 이상의 전류 설정값(예를 들면, Iref1, Iref2, Iref3)을 저장하고, 각 전류 설정값에 따른 보상값(예를 들면, 도 5의 Alpha1, Alpha2, Alpha3)을 저장한다. 여기서, 저장부(280)는 인버터에서 발생하는 펄스의 폭을 결정하는 변수인 감마(γ)값(도 3의 (b) 참조)에 해당하는 보상값을 저장한다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 전류 감지부(220)는 인버터 회로(100)의 각 폴에서 출력되는 인버터 전류를 측정한다(S110). 즉, 전류 감지부(220)는 전류 감지부(220)는 제1인버터(110)의 각 폴(즉, A상(112), B상(114), C상(116)) 및 제2인버터(120)의 각 폴(즉, D상(122), E상(124), F상(126))에서 발생하는 인버터 전류(Ipole)를 감지한다.
판단부(240)는 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류를 전류 설정값과 비교하여 과다전류발생 여부를 판단한다(S120). 이때, 판단부(240)는 인버터 전류(Ipole)가 저장부(280)에 저장된 전류 설정값(Iref1, Iref2, Iref3) 이상이면 과다전류발생으로 판단한다. 판단부(240)는 과다전류발생 여부를 전류 설정값에 따라 복수의 단계로 판단할 수도 있다. 즉, 판단부(240)는 복수의 전류 설정값(즉, Iref1, Iref2, Iref3)을 설정하고, 각 전류 설정값과 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류(Ipole)를 비교하여 과다전류발생 단계를 판단한다.
판단부(240)에서 과다전류발생으로 판단하면(S120; YES), 제어부(260)는 인버터 전류의 펄스폭 변경을 위한 보상값을 저장부(280)로부터 검출한다(S132). 즉, 제어부(260)는 판단부(240)에서 과다전류발생으로 판단하면 인버터 전류(Ipole)의 펄스 폭을 좁혀 인버터 전류(Ipole)를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하기 위해서, 인버터 회로(100)의 출력 전류인 인버터 전류(Ipole)의 펄스 폭을 변경하기 위해 설정된 보상값을 저장부(280)로부터 검출한다. 이때, 제어부(260)는 인버터 전류가 일정이상 흘러 과다전류가 발생하는 경우 인버터의 각 폴에서 발생하는 펄스의 영전위 영역 폭을 증가시켜 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하기 위한 보상값을 검출한다.
제어부(260)는 검출한 보상값을 제어기(40)로 전송한다. 제어기(40)는 제어부(260)로부터 수신한 보상값을 이용하여 인버터 전류의 펄스 폭을 변경한다(S134). 제어기(40)는 감마(γ)값을 제어부(260)로부터 수신한 보상값으로 변경한다. 그에 따라, 인버터 회로(100)에서는 펄스의 영전위 영역 폭이 정상펄스의 영전위 영역 폭보다 넓은 폭을 갖는 전류를 출력한다.
제어기(40)는 펄스 폭이 변경되어 정격전류 이내로 제한된 인버터 전류를 중재변압기(20)에 공급한다(S136).
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200) 및 방법은 무효전력 보상제어기의 폴 전류(인버터 전류), 계통임피던스에 따라 펄스 폭을 가변함으로써, 인버터의 전류를 정격 이하로 유지하여 인버터를 계통에서 분리하지 않고도 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
부수적으로, 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200) 및 방법은 인버터의 전류를 정격 이하로 유지하도록 제한함으로써, 무효전력 보상제어기의 소자 소손을 방지하고, 무효전력 보상제어기가 계통으로 분리되지 않도록 하여 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200)를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200)는 전압 감지부(210), 전류 감지부(220), 산출부(230), 판단부(240), 제어부(260), 저장부(280)를 포함한다.
전압 감지부(210)는 인버터 회로(100)에서 출력되는 인버터 전압(Vsys)을 감지한다.
전류 감지부(220)는 인버터 회로(100)에서 출력되는 인버터 전류(Isys)를 감지한다.
산출부(230)는 인버터 전압 및 인버터 전류를 이용하여 인버터 회로(100)의 계통임피던스를 산출한다. 즉, 산출부(230)는 전압 감지부(210)에서 감지한 인버터 전압(Vsys) 및 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류(Isys)를 하기의 수학식 1에 대입하여 인버터 회로(100)의 계통임피던스를 산출한다.
Figure 112010042737109-pat00001
판단부(240)는 산출부(230)에서 감지한 인버터 회로(100)의 계통임피던스를 미리 설정된 임피던스 설정값과 비교하여 과다전류발생 여부를 판단한다. 즉, 판단부(240)는 산출부(230)에서 산출한 계통임피던스(△Zsys)를 미리 설정되어 저장부(280)에 저장된 임피던스 설정값(예를 들면, △Z1, △Z2, △Z3)과 비교하여 과다전류발생 여부를 판단한다(도 9 참조). 이때, 판단부(240)는 산출부(230)에서 산출한 계통임피던스(△Zsys)가 임피던스 설정값(예를 들면, △Z1, △Z2, △Z3) 이하이면 과다전류발생으로 판단한다.
판단부(240)는 과다전류발생 여부를 임피던스 설정값에 따라 복수의 단계로 판단할 수도 있다. 즉, 판단부(240)는 복수의 임피던스 설정값(즉, △Z1, △Z2, △Z3)을 설정하고, 각 임피던스 설정값과 산출부(230)에서 산출한 계통임피던스(△Zsys)를 비교하여 과다전류발생 단계를 판단한다. 예를 들어, 임피던스 설정값으로 △Z1, △Z2, △Z3이 저장부(280)에 저장되어 있고, 각 임피던스 설정값의 크기를 △Z1<△Z2<△Z3으로 가정하면, 판단부(240)는 계통임피던스(△Zsys)가 △Z2 내지 △Z3의 범위에 속하면 과다전류발생 1단계로, 계통임피던스(△Zsys)가 △Z1 내지 △Z2의 범위에 속하면 과다전류발생 2단계로, 계통임피던스(△Zsys)가 △Z1 미만이면 과다전류발생 3단계로 판단한다.
제어부(260)는 판단부(240)의 판단결과(즉, 과다전류발생 여부)에 따라 인버터 회로(100)의 각 폴에서 발생하는 인버터 전류(Ipole)의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 변경하여 인버터 전류(Ipole)를 정격전류 이하로 유지하도록 제어한다. 이를 위해, 제어부(260)는 판단부(240)의 판단결과(즉, 과다전류발생 여부, 과다전류발생 단계)에 따라 인버터 회로(100)의 출력 전류인 인버터 전류(Ipole)의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 변경하기 위해 설정된 보상값을 저장부(280)로부터 검출하고, 이를 인버터 회로(100)를 제어하는 제어기(40)로 전송한다. 그에 따라, 제어기(40)는 감마(γ)값을 제어부(260)로부터 수신한 보상값으로 변경하여 펄스 폭이 변경된 인버터 전류를 출력하도록 인버터 회로(100)를 제어한다.
예를 들어, 저장부(280)에 보상값(감마(γ))으로 과다전류발생 1단계는 Alpha3, 과다전류발생 2단계는 Alpha2, 과다전류발생 3단계는 Alpha1으로 설정되어 있는 경우, 제어부(260)는 판단부(240)에서 판단한 과다전류발생 단계에 해당하는 보상값을 저장부(280)로부터 검출하여 제어기(40)로 전송한다. 즉, 판단부(240)에서 과다전류발생 1단계로 판단하면, 제어부(260)는 저장부(280)로부터 보상값으로 Alpha3을 검출하여 제어기(40)로 전송한다. 이때, 보상값(감마(γ))은 과다전류발생 단계가 높을수록 펄스의 영전위 영역의 폭을 증가시키도록 Alpha3 < Alpha2 < Alpha1의 크기를 갖도록 설정된다.
저장부(280)는 과다전류발생 여부 판단의 근거가 되는 임피던스 설정값, 및 인버터 전류의 펄스 폭 변경을 위한 보상값을 저장한다. 즉, 저장부(280)는 판단부(240)에서 과다전류발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 하나 이상의 임피던스 설정값(예를 들면, △Z1, △Z2, △Z3)을 저장하고, 각 전류 설정값에 따른 보상값(예를 들면, 도 9의 Alpha1, Alpha2, Alpha3)을 저장한다. 여기서, 저장부(280)는 인버터에서 발생하는 펄스의 폭을 결정하는 변수인 감마(γ)값(도 3의 (b) 참조)에 해당하는 보상값을 저장한다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
전류 감지부(220)는 인버터 회로(100)에서 출력되는 인버터 전류를 측정한다(S210).
전압 감지부(210)는 인버터 회로(100)에서 출력되는 인버터 전압을 측정한다(S220).
산출부(230)는 인버터 전압 및 인버터 전류를 이용하여 인버터 회로(100)의 계통임피던스를 산출한다(S230). 즉, 산출부(230)는 전압 감지부(210)에서 감지한 인버터 전압(Vsys) 및 전류 감지부(220)에서 감지한 인버터 전류(Isys)를 상기의 수학식 1에 대입하여 인버터 회로(100)의 계통임피던스를 산출한다.
판단부(240)는 산출부(230)에서 산출한 인버터 회로(100)의 계통임피던스를 임피던스 설정값과 비교하여 과다전류발생 여부를 판단한다(S240). 이때, 판단부(240)는 계통임피던스(△Zsys)가 저장부(280)에 저장된 임피던스 설정값(△Z1, △Z2, △Z3) 이상이면 과다전류발생으로 판단한다. 판단부(240)는 과다전류발생 여부를 전류 설정값에 따라 복수의 단계로 판단할 수도 있다. 즉, 판단부(240)는 복수의 임피던스 설정값(즉, △Z1, △Z2, △Z3)을 설정하고, 각 임피던스 설정값과 산출부(230)에서 산출한 계통임피던스(△Zsys)를 비교하여 과다전류발생 단계를 판단한다.
판단부(240)에서 과다전류발생으로 판단하면(S240; YES), 제어부(260)는 인버터 전류의 펄스폭 변경을 위한 보상값을 저장부(280)로부터 검출한다(S252). 즉, 제어부(260)는 판단부(240)에서 과다전류발생으로 판단하면 인버터 전류(Isys)의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 증가시켜 인버터 전류(Isys)를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하기 위해서, 인버터 회로(100)의 출력 전류인 인버터 전류(Isys)의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 변경하기 위해 설정된 보상값을 저장부(280)로부터 검출한다. 이때, 제어부(260)는 계통임피던스가 일정수준 이하로 떨어져 과다전류가 발생하는 경우 인버터의 각 폴에서 발생하는 펄스에서 영전위 영역의 폭이 증가하도록 제어하기 위한 보상값을 검출한다.
제어부(260)는 검출한 보상값을 제어기(40)로 전송한다. 제어기(40)는 제어부(260)로부터 수신한 보상값을 이용하여 인버터 전류의 펄스 폭을 변경한다(S254). 제어기(40)는 감마(γ)값을 제어부(260)로부터 수신한 보상값으로 변경한다. 그에 따라, 인버터 회로(100)에서는 펄스의 영전위 영역 폭이 정상펄스의 영전위 영역 폭보다 넓은 폭을 갖는 전류를 출력한다.
제어기(40)는 펄스 폭이 변경되어 정격전류 이내로 제한된 인버터 전류를 중재변압기(20)에 공급한다(S256).
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200) 및 방법은 무효전력 보상제어기의 폴 전류(인버터 전류), 계통임피던스에 따라 펄스 폭을 가변함으로써, 인버터의 전류를 정격 이하로 유지하여 인버터를 계통에서 분리하지 않고도 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
부수적으로, 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치(200) 및 방법은 인버터의 전류를 정격 이하로 유지하도록 제한함으로써, 무효전력 보상제어기의 소자 소손을 방지하고, 무효전력 보상제어기가 계통으로 분리되지 않도록 하여 전력계통의 전압안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
10: 주변압기 20: 중재변압기
30: 보호계전기 40: 제어기
50: UPS 60: GPS
70: 냉각시스템 100: 인버터회로
110: 제1인버터 112: A상
114: B상 116: C상
120: 제2인버터 122: D상
124: E상 126: F상
130: 클램프 200: 전류 제한 장치
210: 전압 감지부 220: 전류 감지부
230: 산출부 240: 판단부
260: 제어부 280: 저장부

Claims (14)

  1. 과다전류발생 여부 및 과다전류 발생 단계를 판단하는데 기준이 되는 하나 이상의 전류 설정값을 저장하고, 각 전류 설정값에 따라 인버터 전류의 펄스 폭 변조에 기준이 되는 보상값을 저장하는 저장부;
    무효전력 보상제어기의 인버터 회로의 출력값 및 상기 저장부에 저장된 하나 이상의 전류 설정값을 근거로 과다전류발생 여부 및 과다전류발생 단계를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부에서 과다전류발생으로 판단하면 상기 판단한 과다전류발생 단계에 해당하는 보상값을 상기 저장부로부터 검출하고, 상기 검출된 보상값을 근거로 상기 무효전력 보상제어기의 각 폴 전류의 펄스 폭을 변경하여 상기 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단부에서 과다전류발생으로 판단하면 상기 각 폴 전류의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 증가시켜 상기 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부는,
    제1전류 설정값(Iref1), 상기 제1전류 설정값(Iref1) 미만인 전류값을 갖는 제2전류 설정값(Iref2), 상기 제2전류 설정값(Iref2) 미만인 제3전류 설정값(Iref3)을 저장하고, 상기 제1전류 설정값(Iref1)을 제1보상값(Alpha3)과 연계하여 저장하고, 상기 제2전류 설정값(Iref2)을 상기 제1보상값(Alpha3)을 초과하는 제2보상값(Alpha2)과 연계하여 저장하고, 상기 제3전류 설정값(Iref3)을 상기 제2보상값(Alpha2)을 초과하는 제3보상값(Alpha1)과 연계하여 저장하고,
    상기 판단부는,
    상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류가 전류 설정값 이상이면 과다전류발생으로 판단하되, 상기 인버터 전류가 상기 제3전류 설정값을 초과하고 상기 제2전류 설정값 미만이면 과다전류발생 1단계로 판단하고, 상기 인버터 전류가 상기 제2전류 설정값을 초과하고 상기 제1전류 설정값 미만이면 과다전류발생 2단계로 판단하고, 상기 인버터 전류가 상기 제1전류 설정값을 초과하면 과다전류발생 3단계로 판단하고,
    상기 제어부는,
    상기 과다전류발생 1단계인 경우 상기 제1보상값(Alpha3)을 검출하여 펄스 폭을 변경하고, 상기 과다전류발생 2단계인 경우 상기 제2보상값(Alpha2)을 검출하여 펄스 폭을 변경하고, 상기 과다전류발생 3단계인 경우 상기 제3보상값(Alpha1)을 검출하여 펄스 폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 인버터 회로의 계통임피던스가 임피던스 설정값 이하이면 과다전류발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류 및 인버터 전압을 근거로 계통임피던스를 산출하는 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류를 감지하는 전류 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전압을 감지하는 전압 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 장치.
  8. 판단부에 의해, 무효전력 보상제어기의 인버터 회로의 출력값과 하나 이상의 전류 설정값을 근거로 과다전류발생 여부를 판단하는 제1판단단계;
    상기 판단부에 의해, 상기 제1판단단계에서 과다전류발생으로 판단하면 상기 인버터 회로의 출력값과 상기 하나 이상의 전류 설정값을 근거로 과다전류발생 단계를 판단하는 제2판단단계;
    제어부에 의해, 과다전류발생 여부 및 과다전류 발생 단계를 판단하는데 기준이 되는 하나 이상의 전류 설정값에 연계된 보상값 중에서 상기 제2판단단계에서 판단한 과다전류발생 단계에 해당하는 보상값을 검출하는 검출단계; 및
    상기 제어부에 의해, 상기 검출단계에서 검출한 보상값을 근거로 상기 무효전력 보상제어기의 각 폴 전류의 펄스 폭을 변경하여 상기 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어단계에서는,
    상기 제1판단단계에서 과다전류발생으로 판단하면 상기 제어부에 의해 상기 각 폴 전류의 펄스에서 영전위 영역의 폭을 증가시켜 상기 인버터 전류를 정격전류 이하로 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1판단단계에서는, 상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류가 전류 설정값 이상이면 과다전류발생으로 판단하고,
    상기 제2판단단계에서는,
    상기 인버터 전류가 제3전류 설정값을 초과하고 제2전류 설정값 미만이면 과다전류발생 1단계로 판단하고, 상기 인버터 전류가 상기 제2전류 설정값을 초과하고 제1전류 설정값 미만이면 과다전류발생 2단계로 판단하고, 상기 인버터 전류가 상기 제1전류 설정값을 초과하면 과다전류발생 3단계로 판단하고,
    상기 제어단계에서는, 상기 과다전류발생 1단계인 경우 제1보상값(Alpha3)을 검출하여 펄스 폭을 변경하고, 상기 과다전류발생 2단계인 경우 제2보상값(Alpha2)을 검출하여 펄스 폭을 변경하고, 상기 과다전류발생 3단계인 경우 제3보상값(Alpha1)을 검출하여 펄스 폭을 변경하되,
    상기 제2전류 설정값(Iref2)은 상기 제1전류 설정값(Iref1) 미만이고, 상기 제3전류 설정값(Iref3)은 상기 제2전류 설정값(Iref2) 미만이고, 제2보상값(Alpha2)은 상기 제1보상값(Alpha3)을 초과하고, 상기 제3보상값(Alpha1)은 상기 제2보상값(Alpha2)을 초과하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1판단단계에서는,
    상기 판단부에 의해 상기 인버터 회로의 계통임피던스가 임피던스 설정값 이하이면 과다전류발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    산출부에 의해, 상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류 및 인버터 전압을 근거로 계통임피던스를 산출하는 산출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    전류 감지부에 의해, 상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전류를 감지하는 전류 감지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    전압 감지부에 의해, 상기 인버터 회로로부터 출력되는 인버터 전압을 감지하는 전압 감지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무효전력 보상제어기의 전류 제한 방법.
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