KR101249884B1

KR101249884B1 - 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법

Info

Publication number: KR101249884B1
Application number: KR1020110073409A
Authority: KR
Inventors: 곽철훈; 차인호; 강병희; 고재석
Original assignee: 와이피피 주식회사
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-04-03
Also published as: KR20130012304A

Abstract

본 발명은 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량의 삼상입력을 갖는 정류기와 고효율의 단상출력을 갖는 무정전전원장치에 있어서 풀 디지털 방식은 12펄스 위상제어기를 사용하여 정밀도 높은 제어성능을 유지하여 전기적으로 강건한 시스템 성능을 가지고 출력전압은 단상 DQ제어방식을 사용하여 출력 고조파를 전향제어함으로써 인버터의 전압왜율을 매우 낮출 수 있고 출력전력의 빠른 통신데이터 교환으로 병렬 무정전전원장치간의 순환전류를 제거하는 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력된 삼상입력전압을 12펄스 SCR 컨버터에 전송하는 델타-델타 및 델타-와이 변압기; PI제어를 통해 기준제어전압과의 오차를 보정하여 기준직류전압을 생성하는 12펄스 SCR 컨버터부; 기준교류전류를 기준으로 DQ제어를 통해 입력전압과 출력전압을 제어하여 교류전압을 생성하는 단상 PWM 인버터부; 2개의 스위치가 인터록되어 단상입력전압과 인버터출력전압 중 하나를 선택하여 인가하는 SCR 스위치부; 및 각 소자의 기능을 제어하고 복수 대의 무정전전원장치의 병렬운전을 제어하는 제어부; 를 포함한다.

Description

무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법{UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEM AND PARALLEL OPERATING METHOD}

본 발명은 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량의 삼상입력을 갖는 정류기와 고효율의 단상출력을 갖는 무정전전원장치에 있어서 풀 디지털 방식의 12펄스 위상제어기를 사용하여 정밀도 높은 제어성능을 유지하여 전기적으로 강건한 시스템 성능을 가지고 출력전압은 단상 DQ제어방식을 사용하고, 출력 고조파를 전향제어함으로써 인버터의 전압왜율을 매우 낮출 수 있고 출력전력의 빠른 통신데이터 교환으로 병렬 무정전전원장치간의 순환전류를 제거하는 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법에 관한 것이다.

일반적으로 무정전전원장치(UPS; uninterruptible power supply system)란 평상시에는 상용교류전원을 정류기를 통하여 직류전력으로 변환하고, 변환한 직류전력을 충전기를 통하여 배터리에 저장하거나 인버터를 통하여 부하에 교류전력을 공급하며, 상용교류전원에 정전, 순간정전, 전압변동과 같은 이상현상이 발생될 경우에는 상기 배터리에 저장된 전력을 인버터를 통하여 부하에 교류전력을 공급하는 장치이다. 따라서, 무정전전원장치는 통신시스템, 의료시스템, 방송장비, 전자계산소와 같은 높은 안정성과 신뢰성이 요구되는 전원에 많이 사용된다.

종래의 무정전전원장치는 정전 또는 입력전압이 일정값 이하(예를 들면, 20%에서 15%정도)로 낮아진 경우에 입력전원을 차단하고 배터리에 충전된 전력을 PWM 인버터를 통하여 부하에 공급한다. 그러나, 입력전압의 저하로 인하여 입력전원을 차단하는 것은 입력전원의 이용률을 낮게 할 뿐만 아니라 부하전력이 낮게 유지되는 경우에도 배터리전력을 부하에 공급해야 하는 문제를 발생시킨다. 배터리전력의 빈번한 사용은 배터리 수명을 단축시키며, 따라서 무정전전원장치의 수명을 단축시키는 문제가 있었다.

종래의 등록특허인 제10-0778892호 (발명의 명칭; 무정전전원장치 및 무정전전원장치의 전원공급방법. 2007.11.16 공고) 에 의하면, 상기와 같은 문제를 해결하고자, 입력전압의 저하로 인하여 PWM(pulse-width modulation) 정류기가 전류제한 상태로 동작하면 부하에 공급하는 전력을 입력전원과 배터리전원으로부터 동시에 공급하고, 부하전력이 PWM 정류기의 정격전류에 의한 전력보다 낮은 상태로 유지되면 배터리전원을 사용하지 않고 입력전원만으로 부하전력을 공급함으로써 입력전원의 이용률을 증가시키고, 또한 부하 변동에 따른 배터리전력의 사용을 최소화할 수 있는 무정전전원장치를 제공하고, 입력전압의 저하로 인하여 PWM(pulse-width modulation) 정류기가 전류제한 상태로 동작하면 부하에 공급하는 전력을 입력전원과 배터리전원으로부터 동시에 공급하고, 부하전력이 PWM 정류기의 정격전류에 의한 전력보다 낮은 상태로 유지되면 배터리전원을 사용하지 않고 입력전원만으로 부하전력을 공급함으로써 입력전원의 이용률을 증가시키고, 또한 부하 변동에 따른 배터리전력의 사용을 최소화할 수 있는 기술적 해결을 도모한바 있다.

다만, 이 경우에는 직류전류를 직접제어 할 수 없어 제어가 용이하지 않았으며, 과부하시 수하특성이 저감되는 문제가 있었으며, 한 대의 무정전전원장치에서 계속적인 출력을 요구하는 경우 시스템의 열화가 쉽게 발생할 수 있는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 공단 또는 발전소 등의 고전압 계통의 입력전압을 수전하여 고정도를 갖는 디지털 방식의 12펄스 위상제어 정류기를 운용하여 최소의 입력 고조파가 전원측으로 유입될 수 있도록 하고 낮은 리플을 갖는 120V의 직류전압을 생성하여 인버터에 안정적인 전원을 공급하고, 병렬로 연결된 배터리에 삼상입력전압의 이상시 배터리로 인버터를 운용할 수 있도록 적정전압이 충전되게 하는 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법을 제공함에 있다.

또한, 삼상용 인버터에서 많이 적용되고 있는 DQ제어방식을 전대역필터를 이용하여 단상에서도 DQ제어를 응용하고, 전원전압 추종 및 위상각 제어성능을 높임으로서 시스템의 안정성 및 동특성을 향상할 수 있으며, 단상 인버터에서 발생할 수 있는 홀수고조파의 성분을 전향보상함으로써 출력전압의 왜율이 매우 낮게 유지 될 수 있는 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법을 제공함에 있다.

그리고, 인버터 제어기와 동일 대역폭을 갖는 통신방식을 이용한 유효분 및 무효분 전력데이터를 실시간으로 공유하여 복수 대의 무정전전원장치를 운용하되, 통신방식을 이용한 병렬운전방식을 이용하여 제어성능은 그대로 유지하면서 각 무정전전원장치의 제어성능에는 영향이 없도록 제어함으로써 시스템의 안정성을 극대화하고 장비가 열화되는 것을 방지할 수 있는 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법을 제공함에 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 입력된 삼상입력전압을 12펄스 SCR 컨버터에 전송하는 델타-델타 및 델타-와이 변압기; PI제어를 통해 기준제어전압과의 오차를 보정하여 기준직류전압을 생성하는 12펄스 SCR 컨버터부; 기준교류전류를 기준으로 DQ제어를 통해 입력전압과 출력전압을 제어하여 교류전압을 생성하는 단상 PWM 인버터부; 2개의 스위치가 인터록되어 단상입력전압과 인버터출력전압 중 하나를 선택하여 인가하는 SCR 스위치부; 및 각 소자의 기능을 제어하고 복수 대의 무정전전원장치의 병렬운전을 제어하는 제어부; 를 포함한다.

한편, 주(master) 무정전전원장치가 작동하면서 제어신호를 발생하는 단계; 자신의 전력데이터와 같은 제어신호를 복수 대의 다른 부수(slave) 무정전전원장치들에게 전송하는 단계; 주 무정전전원장치로부터 상기 제어신호를 수신하여 이를 병렬제어의 기준전력으로 설정하는 단계; 설정된 기준전력을 기준으로 작동하는 단계; 제어된 작동신호를 자신의 제어신호로 바꿔 이를 다시 주 무정전전원장치 및 다른 부수 무정전전원장치들로 전송하는 단계; 및 반복주기가 설정된 경우, 상기 반복주기에 따라 처음으로 절차를 이행하는 단계; 를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 고전압 계통의 입력전압을 수전하여 고정도를 갖는 디지털 방식의 12펄스 위상제어 정류기를 운용하여 최소의 입력 고조파가 전원측으로 유입될 수 있도록 하고 낮은 리플을 갖는 120V의 직류전압을 생성하여 인버터에 안정적인 전원을 공급하고, 병렬로 연결된 배터리에 삼상입력전압의 이상시 배터리로 인버터를 운용할 수 있다.

또한, 삼상용 인버터에서 많이 적용되고 있는 DQ제어방식을 전대역필터를 이용하여 단상에서도 DQ제어를 응용하고, 전원전압 추종 및 위상각 제어성능을 높임으로서 시스템의 안정성 및 동특성을 향상할 수 있으며, 단상 인버터에서 발생할 수 있는 홀수고조파의 성분을 전향보상함으로써 출력전압의 왜율이 매우 낮게 유지할 수 있다.

그리고, 인버터 제어기와 동일 대역폭을 갖는 통신방식을 이용한 유효분 및 무효분 전력데이터를 실시간으로 공유하여 복수 대의 무정전전원장치를 운용하되, 통신방식을 이용한 병렬운전방식을 이용하여 제어성능은 그대로 유지하면서 각 무정전전원장치의 제어성능에는 영향이 없도록 제어함으로써 시스템의 안정성을 극대화하고 장비가 열화되는 것을 방지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 무정전전원장치의 구성도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 12펄스 SCR 컨버터부의 구성도.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 인버터부의 구성도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 인버터부에 포함된 DQ제어모듈의 구성도.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 인버터부에 포함된 고조파보상기의 구성도.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 복수 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법의 도식도.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 복수 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법의 흐름도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 무정전전원장치 및 이를 이용한 병렬운전방법에 관한 것으로서, 도 1 내지 도 7 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 무정전전원장치의 구성도이다.

삼상입력전압(20)을 수전하여 델타-델타, 델타-와이 변압기(100), 2대의 6펄스 SCR 정류기를 이용하여 입력고조파 함유율을 낮게 하고, 직류전압 리플을 억제하는 12펄스 SCR 컨버터부(200), 단상 DQ제어방법에 의하여 운용되는 유니폴라 방식의 단상 PWM 인버터부(300), 단상입력전압(10)과 단상 PWM 인버터부(300)의 출력전압 중, 하나를 선택하여 부하에 인가하는 SCR 스위치(400) 및 상기 12펄스 SCR 컨버터부(200)와 단상 PWM 인버터부(300)를 구동하기 위한 구동드라이버와 이를 위한 펄스를 발생하고 직류전압과 교류출력전압을 생성하도록 제어하는 제어부(500)를 포함한다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무정전전원장치는 연결된 부하에 교류단상전원을 공급하기 위한 것으로 2개의 전원공급원을 갖는다. 단상입력전압(10)으로부터 바로 출력되는 교류전원과 삼상입력전압(20)을 수전하여 단상 PWM 인버터를 통해 출력되는 교류전원이다. 2개의 전원은 인터록된 2개의 SCR스위치(400)에 의하여 하나의 전원만이 사용자에게 인가되며, 삼상입력 및 단상출력 무정전전원장치가 이상이 없을 경우는 인버터로부터 출력되고, 이상이 발생할 경우에는 단상입력전압(10)이 그대로 출력된다. 이때 단상 PWM 인버터(300)로 전압을 발생하기 위해서는 안정된 직류전원이 필수적이며 이를 위하여 12펄스 SCR 컨버터(200)가 필요하다. 삼상입력전압(20)이 델타-델타, 델타-와이 변압기(100)를 거쳐 12펄스 SCR 컨버터(200)로 들어오는데, 12펄스 SCR 컨버터(200)는 낮을 리플전압을 갖는 직류전압을 공급한다. 제어부(500)는 12펄스 SCR 컨버터(200)와 단상 PWM 인버터(300)를 제어하는 것으로 제어부(500)의 신호를 증폭하기 위해서 게이트 드라이버(600)가 필수적이며 이를 통하여 12펄스 SCR 컨버터(200)는 델타-델타 변압기 입력은 6펄스로, 델타-와이 변압기도 6펄스로 동작하게 하여 직류를 생성하고 단상 PWM 인버터(300)는 4개로 동작시켜 교류를 생성할 수 있도록 한다. 특히 상기 SCR 스위치부(400)는 단상입력전압과 인버터 전압간의 상호 절체시 위상이 일치하는 지점을 확인하고, 그 지점에서 절체하는 것을 특징으로 한다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 12펄스 SCR 컨버터부의 구성도이다. 교류를 입력받아 직류로 정류한다. 12펄스 SCR 컨버터부(200)는 PI제어(225,225`)를 통해 기준제어전압(215)과의 오차를 보정하여 기준직류전압(226)을 생성하는데 기준전압제어부(210), 기준직류제어부(220) 및 각도변환부(230)를 포함한다.

기준전압제어부(210)는 정류할 기준전압을 제어하는 것으로, 소프트스타트(211)를 통과한 기준전압(212)과 PI제어(213)로 오차를 보정한 배터리기준전류(214)의 합으로 제어되는 기준제어전압(215)을 생성한다. 특히 배터리기준전류의 오차(219)지점을 일정한 대역폭으로 확장시키도록 제어하는 히스테리시스 밴드폭 제어기(216)를 상기 PI제어(213)로 오차 보정하기 전에 삽입한다.

소프트스타트(211)는 처음부터 full power로 가동하면 모든 면에서 무리가 있기 때문에 처음 동작시 바로 full power를 주는 것이 아니라 낮은 전압으로 서서히 올려 준다든지 아니면 PWM 제어인 경우라면 duty ratio를 적게 하다가 점점 많게 제어한다.

기준전압을 조절하기 위해 배터리기준전류를 설정하는데, 실제 배터리검출전류(217)는 리플성분이 포함되어 있기 때문에, LPF(Low Pass Filter)을 이용하여 리플을 제거하고 배터리충전기준전류(218)와의 차이를 연산하여 히스테리시스 밴드폭 제어기(215)를 거쳐 PI제어(213)로 오차를 보정하여 배터리기준전류(214)를 생성한다.

특히 히스테리시스 밴드폭 제어기(216)는 배터리검출전류(217)와 배터리충전기준전류(218)의 차를 +/-가 아닌 일정 밴드폭 이상이거나 이하일 때 동작하도록 하기 위한 것으로 전류 오차 허용 밴드폭이 너무 작거나, 전원 전압이 상대적으로 너무 큰 경우 등에는 스위칭 주파수가 급격히 증가하여 많은 열을 발생할 수 있는 문제를 해결하여 일정폭을 오차의 범위로 설정한다. 히스테리시스 밴드폭 제어기(216)을 통과한 배터리검출전류(217)와 배터리충전기준전류(218)의 차는 PI제어모듈(213)을 통해 오차를 보정하여 배터리기준전류(214)를 생성한다.

PI제어란 제어변수와 기준입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로, 비례(Proportional) 제어와 적분(Integral) 제어를 조합한 제어방식이다. 비례제어(P)는 기준신호와 현재신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱해서 제어신호를 만든다. 적분제어(I)는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 제어로서 비례제어(P)에 병렬로 연결해 사용한다.

상기 소프트스타트(211)를 통과한 기준전압(212)과 PI제어된 배터리기준전류(214) 합으로 기준제어전압(215)이 생성된다.

기준직류제어부(220)는 LPF(Low Pass Filter)(221,221`)와 노치필터(Notch Filter)(222,222`)를 통과한 실제직류전압(223)과 실제직류전류(224)를 상기 기준전압제어부(210)에서 생성한 기준제어전압(215)과 비교하여 PI제어(225,225`)를 통해 기준직류전압(226)을 생성한다.

직류전압의 고주파 리플성분을 제거하기 위해 LPF(Low Pass Filter)(221,221`)를 사용하고, LPF(Low Pass Filter)(221,221`)를 통과한 실제직류전압(223)과 실제직류전류(224)는 단상교류인버터의 120Hz 성분을 제거하기 위해서 노치필터(Notch Filter)(222,222`)를 통과시킨다.

상기 기준제어전압(215)과 LPF(Low Pass Filter)(221) 및 노치필터(Notch Filter)(222)를 통과한 실제기준전압(223)이 PI제어(225)를 통해 오차를 보정하고, 보정된 값과 LPF(Low Pass Filter)(221`) 및 노치필터(Notch Filter)(222`)를 통과한 실제기준전류(224)가 PI제어(225`)를 통해 오차를 보정하면 기준직류전압(226)이 생성된다. 상기 기준직류전압(226)이 교류에서 직류로 정류된 값이다.

각도변환부(230)는 상기 직류전압제어부(220)에서 생성한 기준직류전압(226)을 -1 ~ 1 단위로 변환하고, arccosine값을 이용하여, 한 주기가 0 ~ 180도를 갖는 기준직류전압(226)의 각도정보(Angle Data)(231)를 생성한다.

12펄스 SCR 컨버터부(200)는 안정된 직류전압 및 설정된 배터리 충전전류를 공급하기 위한 장치로서 초기 소프트정류입력 및 120Hz 성분을 제거하고 전압 및 전류 제어의 이중제어를 이용하여 전류제어에서는 빠른 속응제어를 갖고 직류전류를 직접 제어함으로써 제어가 매우 용이하며 과부하시 빠른 수하특성을 갖는 특징을 갖도록 한다. 또한, 전압제어를 수행하여 배터리 과전류에 의한 상승을 억제하고 안정된 직류전압이 유지될 수 있도록 하여 배터리보호 및 인버터 운전을 위한 선형적인 직류전압을 보장할 수 있다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 단상 PWM 인버터부의 구성도이다. 단상 PWM 인버터부(300)는 기준교류전류(325)를 기준으로 DQ제어(311,311`)를 통해 입력전압(312)과 출력전압(313)을 제어하여 교류전압(332)을 생성하는 것으로서, 입출력전압제어부(310), 기준교류제어부(320) 및 교류전압생성부(330)를 포함한다.

입출력전압제어부(310)는 DQ제어모듈(311,311`)을 통해 입력전압(312)과 출력전압(313)을 동기좌표계로 변환하고, PLL(Phase Locked Loop)회로(314,314`)를 이용하여 입력전압위상각(315)과 상기 출력전압위상각(316)을 생성하고, 상기 입력전압위상각(315)과 상기 출력전압위상각(316)의 차이를 PI 제어(317)를 통해 보정하여 실시간 입출력위상각 차이(318)를 생성한다.

입력전압(312)과 출력전압(313)에 있어서, 삼상입력 및 단상출력 무정전전원장치가 이상이 없을 경우는 출력전압(313)은 도 1 의 단상 PWM 인버터(300)를 통해 출력되는 전압값이고, 단상출력 무정전전원장치가 이상이 있는 경우, 출력전압(313)는 입력전압(312)과 같은 값을 가진다.

입력전압(312)과 출력전압(313)을 동기좌표계로 변환하기 위해 DQ제어모듈(311,311`)를 이용한다. 도 4 를 참조하여 DQ제어모듈(311,311`)에 대하여 설명한다.

입력전압(312)과 출력전압(313) 각각을 BPF(Band Pass Filter)(311-1,311-1`)와 APF(All Pass Filter)(311-2,311-2`)에 차례로 통과하여 유효 및 무효전압으로 분리되도록 제어하는데, 입력전압(312)과 출력전압(313)의 60Hz 성분만을 추출하기 위해 BPF(Band Pass Filter)(311-1,311-1`)를 사용한다. 상기 BPF(Band Pass Filter)(311-1,311-1`)를 통과하여 60Hz 성분만 남은 입력전압(312)과 출력전압(313)을 정지좌표계의 90도 상차가 나는 동일크기의 교류전압으로 생성하기 위하여 APF(All Pass Filter)(311-2,311-2`)를 통과시킨다. 그 후 DQ제어기(311-3,311-3`)를 통해 BPF(Band Pass Filter)(311-1,311-1`)와 APF(All Pass Filter)(311-2,311-2`)를 차례로 통과한 입력전압(312)과 출력전압(313)의 동기좌표계의 직류성분 DQ유효 및 DQ무효 전압을 각각 생성한다. 일반적으로 동기좌표계의 DQ제어방식은 제어기 설계가 매우 용이하며 빠른 속응성 및 왜란에 강한 제어방식이다. DQ제어방식에서 정지좌표를 구현하기 위해서는 기준전압을 기준으로 왜곡되지 않고 정확하게 위상이 90도 차이가 있는 전압발생이 매우 중요하며 계산이 간단하고 출력특성이 좋은 APF를 이용하여 정지좌표계에서 필요한 두 전압을 생성하고 동기좌표계의 직류성분의 전압성분을 구할 수 있다. 이는 인버터의 빠른 동특성 및 다양한 용량의 부하설정에 매우 유효하게 사용될 수 있다.

상술한 바대로, 입력전압(312)과 출력전압(313)이 DQ제어모듈(311,311`)을 거치면 동기좌표계를 이용하여 입출력전압의 위상각을 계산하기 위해 위상고정루프인 PLL(Phase Locked Loop)회로(314,314`)를 거친다.

PLL(Phase Locked Loop)회로(314,314`)를 통해 입력전압위상각(315)과 출력전압위상각(316)이 생성되고, 이들의 차이를 PI제어(317)를 통해 보정하면 입출력위상각차이(318)가 생성된다.

기준교류제어부(320)는 PI제어(321,321`)를 통해 기준유효전류(322)와 기준무효전류(323)의 오차를 보정하고 고조파보상기(324)를 통과하여 기준교류전류(325)를 생성한다.

인버터를 통해 생성하고 싶은 적정교류값이 설정된 설정유효전류와 실제유효전류의 차이인 기준유효전류(322)가 PI제어(321)를 통해 오차가 보정되고, 설정무효전류와 실제무효전류의 차이인 기준무효전류(323) 역시 PI제어(321`)를 통해 오차가 보정되면 고조파보상기(324)를 거친다. 도 5 를 참조하면 고조파보상기(324)의 구성을 알 수 있다. 실제로 홀수파의 고조파성분 때문에 정확한 교류파형이 나오기 어렵기 때문에 이를 제거해 주는 작업인데, 3고조파 BPF(324-1)를 통해 3고조파에 해당하는 밴드(band)를 구하고, 5고조파 BPF(324-2)를 통해 5고조파에 해당하는 밴드(band)를 구해서 그 부분을 기준 유효, 무효전류(322,323)에서 제거하여 홀수파 고조파 중 가장 영향이 있는 3고조파와 5고조파를 제거할 수 있다. 고조파보상기(324)를 통과하면 기준교류전류(325)가 생성된다.

교류전압생성부(330)는 상기 기준교류제어부(320)에서 생성된 기준교류전류(325)를 기준으로 상기 입출력전압제어부(310)에서 생성된 상기 입출력위상각 차이(318)를 이용하여 DQ역변환모듈(331)을 통해 교류전압(332)을 생성한다. DQ역변환모듈(331)은 교류전압의 위상을 이용하여 교류전압(332)을 생성한다.

단상교류출력을 갖는 인버터는 입력전압 및 출력전압의 위상을 구하기 위하여 DQ제어방식을 사용하여 강인한 제어기가 실현될 수 있도록 하였으며, 인버터 자체의 위상지연 및 직류 옵셋 등의 영향으로 발생하는 고조파성분을 보상하기 위하여 3차, 5차 고조파보상기를 포함하였다. 이를 통하여 안정되고 매우 낮은 전압왜율을 갖는 교류출력전압의 발생을 도모할 수 있다.

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 복수 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법의 도식도이다.

무정전전원장치를 병렬로 연결하는 경우, 예를 들어 두 대의 무정전전원장치를 병렬연결하면 하나의 무정전전원장치(701)와 또 다른 무정전전원장치(702)가 출력전압(332)에 병렬로 접속되어 부하에서 요구하는 전력을 반반씩 부담함으로써 시스템의 열화방지를 도모할 수 있을 뿐 아니라, 무엇보다도 안정된 전원공급을 유지할 수 있다. 병렬운전을 하기 위해서는 단상출력전압(332)이 부하로 흐르지 않고 각 무정전전원장치간으로 흐르는 것을 방지해야 하며 이는 각 무정전전원장치에서는 고조파 성분으로 나타나며 시스템의 용량을 쓸데없이 높이는 결과를 가져온다. 특히 이렇게 되는 경우 열화가 빨리 진행될 수 있으며 제어시스템에서도 심각한 영향을 미치게 된다. 따라서 병렬 연결된 각각의 무정전전원장치간의 전류가 똑같이 흐를 수 있도록 해야 하며, 이를 위해서 출력전압의 크기 및 위상을 조정하여야 하고 각 무정전전원장치는 서로의 정보를 공유하여 서로의 오차를 보상해야 한다.

상술한 바와 같은 병렬제어를 하기 위해서는 간단하고 제어성능에 영향을 미치지 않는 통신을 이용한 데이터교환을 통해 서로의 오차를 보상할 수 있도록 해야 한다. 특히 자동차 등에서 사용되는 강인한 통신방식을 이용한 CAN방식을 이용하여 데이터를 교환할 수 있으나, 데이터를 교환함에 있어서 간단하고 제어성능에 영향을 미치지 않는 통신이면 충분하고, 상기와 같은 통신방식에 한정되는 것은 아니다.

도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 복수 대의 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법의 흐름도이다. 도 7 을 참조하여 병렬운전방법을 설명하면 다음과 같다.

복수 대의 무정전전원장치를 병렬로 연결할 수 있지만, 설명의 편의상 일실시예로서 두 대의 무정전전원장치의 병렬운전방법을 설명한다.

병렬운전방식의 제어는 제어부(500)에서 하며, 크게 각 소자의 기능을 제어하는 메인부와 데이터송수신을 제어하는 통신부로 구분된다. 무정전전원장치(701)와 다른 무정전전원장치(702)는 고속통신모듈에서 서로 주고받는 데이터의 우선순위에 따라 자동적으로 주(master) 무정전전원장치(701)와 부수(slave) 무정전전원장치들(702)로 구분된다.

주(master) 무정전전원장치(701)의 메인부에서는 일정한 주기마다 제어신호를 발생시킨다(S10). 제어신호는 상기 주 무정전전원장치(701)가 작동하면서 발생하는 모든 데이터를 말하며, 주 무정전전원장치(701)에서 발생하는 기준제어전압, 기준직류전압, 각도데이터, 입출력위상각차이, 기준교류전류 및 생성된 교류전압까지 발생하는 모든 신호를 제어신호라고 볼 수 있다.

상기 주 무정전전원장치(701)가 자신의 전력데이터와 같은 제어신호를 복수대의 다른 부수(slave) 무정전전원장치(702)에게 전송한다(S20). 주 무정전전원장치(701)의 고속의 전력데이터 및 주 무정전전원장치(701)의 정보를 부수 무정전전원장치(702)에 전송한다. 주 무정전전원장치(701)와 부수 무정전전원장치(702) 사이 통신인터럽트에 의하여 인터럽트 전환시간 정도의 시간을 갖고 데이터를 획득한다.

상기 부수 무정전전원장치(702)는 상기 주 무정전전원장치(701)로부터 상기 제어신호를 수신하여 이를 병렬제어의 기준전력으로 설정한다(S30). 주 무정전전원장치(701)와 부수 무정전전원장치(702)사이 통신인터럽트에 의하여 인터럽트 전환시간 정도의 시간을 갖고 데이터를 획득하는데, 이는 부수 무정전전원장치(702)의 병렬제어 기준전력값으로 사용한다.

상기 부수 무정전전원장치(702)가 상기 S30 단계에서 설정된 기준전력을 기준으로 작동한다(S40). 그 후 바로 상기 부수 무정전전원장치(702)가 상기 S40 단계에서 제어된 작동신호를 자신의 제어신호로 바꿔 이를 다시 주 무정전전원장치(701) 및 다른 부수 무정전전원장치들(702`)로 전송한다(S50). 부수 무정전전원장치(702)가 주 무정전전원장치(701)로부터 인터럽트를 받은 후 바로 전력데이터를 주 무정전전원장치(701)에 전송하는데, 이는 제어주기에 영향을 주지 않고 실시간으로 데이터를 주고받을 수 있도록 한다.

기존방식에서는 제어주기에 맞추어 데이터를 주고받는 방식 등이 있으나 이는 오히려 제어기가 민감해지는 결과를 가져올 수 있으며 실제로 무정전전원장치간의 순환전류의 제어이득은 인버터제어기의 제어이득보다 높게 하면 시스템에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, 병렬제어기의 제어이득은 인버터제어기의 제어이득보다 낮게 하여 수 사이클의 데이터를 주고받는 인버터제어기와의 비동기식 전력데이터 송수신방식에 유효함을 알 수 있다.

상기 S50 단계 이후, 상기 무정전전원장치(701,702)에 통신교환의 반복주기가 설정된 경우(S60), 상기 반복주기에 따라 상기 S10 단계로 절차를 이행한다(S70). 반복주기 동안 계속적으로 무정전전원장치(701,702)간의 데이터 송수신이 이루어진다.

상술한 바와 같이 두 대의 무정전전원장치(701,702)간의 병렬운전방법을 설명하였으나, 부수 무정전전원장치(702)가 복수 대가 있어도 달라지는 것은 없다. 복수대의 무정전전원장치(701,702) 중 하나가 주 무정전전원장치(701)의 역할을 하고 나머지가 수 대의 부수 무정전전원장치(702)가 되어 상기 병렬운전방법을 이용할 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

입력된 삼상입력전압(20)을 12펄스 SCR 컨버터(200)에 전송하는 델타-델타 및 델타-와이 변압기(100);
PI(Proportional Integral)제어(225,225`)를 통해 기준제어전압(215)을 이용하여 실제기준전압(223)과 실제기준전류(224)의 오차를 보정하여 기준직류전압(226)을 생성하는 12펄스 SCR 컨버터부(200);
기준교류전류(325)를 기준으로 DQ제어(311,311`)를 통해 입력전압(312)과 출력전압(313)을 제어하여 교류전압(332)을 생성하는 단상 PWM 인버터부(300);
2개의 스위치가 인터록되어 단상입력전압(10)과, 상기 단상 PWM 인버터부(300)의 출력전압 중, 하나를 선택하여 인가하는 SCR 스위치부(400); 및
각 소자의 기능을 제어하고 복수 대의 무정전전원장치의 병렬운전을 제어하는 제어부(500); 를 포함하되,
상기 12펄스 SCR 컨버터부(200)는,
소프트스타트(211)를 통과한 기준전압(212)과 PI제어(213)로 오차를 보정한 배터리기준전류(214)의 합으로 제어되는 기준제어전압(215)을 생성하는 기준전압제어부(210);
LPF(Low Pass Filter)(221,221`)와 노치필터(Notch Filter)(222,222`)를 통과한 실제직류전압(223)과 실제직류전류(224)를 상기 기준전압제어부(210)에서 생성한 기준제어전압(215)과 비교하여 PI제어(225,225`)를 통해 기준직류전압(226)을 생성하는 직류전압제어부(220); 및
상기 직류전압제어부(220)에서 생성한 기준직류전압(226)을 -1 ~ 1 단위로 변환하고, 아크코사인(arccosine)값을 이용하여, 한 주기가 0 ~ 180도를 갖는 기준직류전압(226)의 각도정보(Angle Data)(231)를 생성하는 각도변환부(230); 를 포함하는 무정전전원장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 기준전압제어부(210)는,
배터리기준전류의 오차(219)지점을 일정한 대역폭으로 확장시키도록 제어하는 히스테리시스 밴드폭 제어기(216)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 단상 PWM 인버터부(300)는,
DQ제어모듈(311,311`)을 통해 입력전압(312)과 출력전압(313)을 동기좌표계로 변환하고, PLL(Phase Locked Loop)회로(314,314`)를 이용하여 입력전압위상각(315)과 출력전압위상각(316)을 생성하고, 상기 입력전압위상각(315)과 상기 출력전압위상각(316)의 차이를 PI제어(317)를 통해 보정하여 실시간 입출력위상각차이(318)를 생성하는 입출력전압제어부(310);
PI제어(321,321`)를 통해 기준유효전류(322)와 기준무효전류(323)의 오차를 보정하고 고조파보상기(324)를 통과하여 기준교류전류(325)를 생성하는 기준교류제어부(320); 및
상기 기준교류제어부(320)에서 생성된 기준교류전류(325)를 기준으로 상기 입출력전압제어부(310)에서 생성된 상기 입출력위상각 차이(318)를 이용하여 DQ역변환모듈(331)을 통해 교류전압(332)을 생성하는 교류전압생성부(330); 를 포함하는 무정전전원장치.
제 4 항에 있어서,
상기 입출력전압제어부(310)의 DQ 제어모듈은(311,311`),
입력전압(312)과 출력전압(313)에 대하여 각각 BPF(Band Pass Filter)(311-1,311-1`)와 APF(All Pass Filter)(311-2,311-2`)를 차례로 통과하여 유효 및 무효전압으로 분리되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제 4 항에 있어서,
상기 기준교류제어부(320)의 고조파보상기(324)는,
3고조파 BPF(Band Pass Filter)(324-1) 및 5고조파 BPF(Band Pass Filter)(324-2)를 포함하며, 상기 BPF(Band Pass Filter)(324-1,324-2)를 통과한 펄스와 상기 기준유효 및 무효전류를 합하여 고조파를 보상하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 SCR 스위치부(400)는,
단상입력전압과 인버터 전압간의 상호 절체시 위상이 일치하는 지점에서 절체하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치.
복수 대의 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법에 있어서,
(a) 주(master) 무정전전원장치(701)가 작동하면서 생성되는 모든 정보를 포함한 제어신호를 발생하는 단계;
(b) 상기 주 무정전전원장치(701)가 상기 제어신호를 복수 대의 다른 부수(slave) 무정전전원장치들(702)에게 전송하는 단계;
(c) 상기 부수 무정전전원장치들(702)이 상기 주 무정전전원장치(701)로부터 상기 제어신호를 수신하여 이를 병렬제어의 기준전력으로 설정하는 단계;
(d) 상기 부수 무정전전원장치들(702)이 상기 (c) 단계에서 설정된 기준전력을 기준으로 작동하는 단계; 및
(e) 상기 부수 무정전전원장치들(702)이 상기 (d) 단계에서 제어된 작동신호를 자신의 제어신호로 바꿔 이를 다시 주 무정전전원장치(701) 및 다른 부수 무정전전원장치들(702`)로 전송하는 단계; 를 포함하되,
상기 (e) 단계 이후에,
(f) 상기 무정전전원장치(701,702)에 반복주기가 설정된 경우, 상기 반복주기에 따라 상기 (a) 단계로 절차를 이행하는 단계; 를 더 포함하는 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 병렬운전방법은,
CAN 통신방식을 이용하여 제어신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무정전전원장치를 이용한 병렬운전방법.