KR101314886B1 - 전력 변환 시스템 - Google Patents

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마사히로 키노시타
유신 야마모토
타츠아키 암보
카츠미 이케다
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

이 전력 변환 시스템은, 부하(4)에 대해 병렬 접속된 n대(단, n은 2 이상의 정수이다)의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)와, n대의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)에 접속된 통신 회선(2)을 구비하고, 각 전력 변환 장치는, 전류 센서(37)에 의해 검출된 부하 전류치를 통신 회선(2)을 통하여 다른 (n-1)대의 전력 변환 장치의 각각에 송신함과 함께, 다른 (n-1)대의 전력 변환 장치로부터 통신 회선(2)을 통하여 송신된 (n-1)개의 부하 전류치를 수신하는 통신 회로(10)와, n개의 부하 전류치에 의거하여, 대응하는 전력 변환 장치의 분담 전류 및 횡류를 구하는 연산 회로(11)를 포함한다. 따라서 전력 변환 장치의 대수가 증가한 경우에도 배선이 복잡하게 되는 일이 없다.

Description

전력 변환 시스템{POWER CONVERSION SYSTEM}
본 발명은 전력 변환 시스템에 관한 것으로, 특히, 부하에 대해 병렬 접속된 복수대의 전력 변환 장치를 구비한 전력 변환 시스템에 관한 것이다.
종래로부터, 부하에 대해 병렬 접속된 복수의 전력 변환 장치를 구비한 전력 변환 시스템이 알려져 있다. 이와 같은 전력 변환 시스템에서는, 복수의 전력 변환 장치의 출력 전압이 일치하지 않으면, 전력 변환 장치 사이에 횡류(橫流)가 흘러 버린다. 이 횡류를 저감하기 위해, 종래의 전력 변환 시스템의 각 전력 변환 장치는, 대응하는 전력 변환 장치의 부하 전류치를 검출하는 전류 센서와, 복수의 전력 변환 장치의 부하 전류치에 의거하여 대응하는 전력 변환 장치의 분담 전류와 횡류를 구하는 연산 회로와, 대응하는 전력 변환 장치로부터 부하에 분담 전류가 공급되고, 또한 횡류가 없어지도록 인버터를 제어하는 제어 회로를 포함한다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
특허문헌1 : 일본 특개평5-15070호 공보
그러나, 종래의 전력 변환 시스템에서는, 각 전력 변환 장치의 연산 회로와 다른 각 전력 변환 장치의 전류 센서를 신호선으로 접속하고 있었기 때문에, 전력 변환 장치의 대수가 증가하면 신호선의 갯수가 많아져서, 전력 변환 장치 사이의 배선이 복잡해진다는 문제가 있다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 전력 변환 장치의 대수가 증가한 경우에도 배선이 간단한 전력 변환 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 전력 변환 시스템은, 부하에 대해 병렬 접속된 n대(단, n은 2 이상의 정수이다)의 전력 변환 장치와, n대의 전력 변환 장치에 접속된 통신 회선을 구비한 것이다. 각 전력 변환 장치는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 부하 전류치를 검출하는 전류 센서와, 전류 센서에 의해 검출된 부하 전류치를 통신 회선을 통하여 다른 (n-1)대의 전력 변환 장치의 각각에 송신함과 함께, 다른 (n-1)대의 전력 변환 장치로부터 통신 회선을 통하여 송신된 (n-1)개의 부하 전류치를 수신하는 통신 회로와, 대응하는 전류 센서에 의해 검출된 부하 전류치와, 통신 회로에 의해 수신된 (n-1)개의 부하 전류치에 의거하여, 대응하는 전력 변환 장치의 분담 전류 및 횡류를 구하는 연산 회로와, 대응하는 전력 변환 장치로부터 부하에 분담 전류가 공급되고, 또한 횡류가 없어지도록 인버터를 제어하는 제어 회로를 포함한다.
바람직하게는, 통신 회선은, 각 전력 변환 장치에 대응하여 마련되고, 대응하는 전력 변환 장치의 통신 회로에 접속된 제 1 및 제 2의 커넥터와, n대의 전력 변환 장치의 사이에 마련된 (n-1)개의 다심(多芯) 케이블을 포함한다. 각 다심 케이블의 한쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 한쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 1의 커넥터에 접속되고, 그 다른쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 다른쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 2의 커넥터에 접속된다. 각 통신 회로는, (n-1)개의 다심 케이블을 통하여, 다른 각 통신 회로에 부하 전류치를 송신함과 함께, 다른 각 통신 회로로부터의 부하 전류치를 수신한다.
또한 바람직하게는, 제 1 및 제 2의 커넥터의 각각은 2n개의 단자를 갖는다. 제 1의 커넥터의 2n개의 단자는, 각각 제 2의 커넥터의 2n개의 단자에 접속됨과 함께, 대응하는 전력 변환 장치의 통신 회로에 접속된다. 각 다심 케이블은 2n개의 배선을 포함한다. 각 다심 케이블의 2n개의 배선의 한쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 한쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 1의 커넥터의 2n개의 단자에 각각 접속된다. 각 다심 케이블의 2n개의 배선의 다른쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 다른쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 2의 커넥터의 2n개의 단자에 각각 접속된다. 각 통신 회로는, 2n개의 단자 중 미리 할당된 2개의 단자를 통하여, 다른 각 통신 회로에 부하 전류치를 나타내는 차동 신호열을 송신함과 함께, 나머지 2개의 단자를 통하여, 다른 (n-1)개의 통신 회로로부터의 (n-1)개의 부하 전류치를 나타내는 차동 신호열을 수신한다.
또한 바람직하게는, 각 통신 회로는, 통신 회선을 통하여 다른 각 통신 회로에 부하 전류치와 함께 비트 신호를 송신하고, 연산 회로는, 대응하는 전류 센서에 의해 검출된 부하 전류치와, 통신 회로에 의해 수신된 (n-1)개의 부하 전류치를 가산하여, n대의 전력 변환 장치의 부하 전류치의 총합을 구하는 가산기와, 다른 각 통신 회로로부터 송신된 비트 신호에 의거하여, 운전중인 전력 변환 장치의 대수를 구하는 연산기와, 가산기에 의해 구하여진 n대의 전력 변환 장치의 부하 전류치의 총합을 연산기에 의해 구하여진 전력 변환 장치의 대수로 제산하여 각 전력 변환 장치의 분담 전류치를 구하는 제산기와, 전류 센서에 의해 검출된 부하 전류치로부터 분담 전류치를 감산하여 횡류를 구하는 감산기를 포함한다.
본 발명에 관한 전력 변환 시스템에서는, 각 전력 변환 장치는, 전류 센서에 의해 검출된 부하 전류치를 통신 회선을 통하여 다른 각 전력 변환 장치에 송신함과 함께, 다른 각 전력 변환 장치로부터 통신 회선을 통하여 송신된 부하 전류치를 수신하는 통신 회로를 포함한다. 따라서 전력 변환 장치의 대수가 증가한 경우에도 배선이 복잡하게 되는 일이 없다.
도 1은 본 발명의 한 실시의 형태에 의한 전력 변환 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시한 인터페이스 보드의 구성 및 전력 변환 장치의 주요부를 도시하는 회로 블록도.
도 3은 도 1에 도시한 종단 저항기의 구성을 도시하는 회로 블록도.
도 4는 도 2에 도시한 전력 변환 장치(P1)의 통신 회로 및 연산 회로의 구성 및 동작을 도시하는 회로 블록도.
도 5는 도 2에 도시한 전력 변환 장치(P2)의 통신 회로 및 연산 회로의 구성 및 동작을 도시하는 회로 블록도.
도 6은 도 2에 도시한 전력 변환 장치(P3)의 통신 회로 및 연산 회로의 구성 및 동작을 도시하는 회로 블록도.
도 7은 도 2에 도시한 전력 변환 장치(P4)의 통신 회로 및 연산 회로의 구성 및 동작을 도시하는 회로 블록도.
도 8은 도 1에 도시한 전력 변환 장치(P1)의 전체 구성을 도시하는 회로 블록도.
본원의 전력 변환 시스템은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 복수대(도면에서는 4대)의 전력 변환 장치(P1 내지 P4), 발진기(1), 통신 회선(2), 및 모선(母線)(3)을 구비한다. 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 각각은, 발진기(1)에서 생성된 기준 신호에 동기하여 동작하고, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 그 교류 전력을 모선(3)을 통하여 부하(4)에 공급한다.
또한, 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 각각은, 자기의 부하 전류치를 검출하고, 그 검출치를 통신 회선(2)을 통하여 다른 전력 변환 장치에 송신함과 함께, 다른 전력 변환 장치의 부하 전류치를 통신 회선(2)을 통하여 수신한다. 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 각각은, 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 부하 전류치에 의거하여, 자기의 분담 전류 및 횡류를 구하고, 분담 전류가 부하(4)에 공급되고, 또한 횡류가 없어지도록 내장(內藏)한 인버터를 제어한다.
통신 회선(2)은, 4개의 인터페이스 보드(IB1 내지 IB4), 2개의 종단 저항기(TR1, TR2), 및 5개의 LAN(Local Area Network) 케이블(L1 내지 L5)을 구비한다. 인터페이스 보드(IB1 내지 IB4)는, 각각 전력 변환 장치(P1 내지 P4)에 고정되어 있다. 인터페이스 보드(IB1 내지 IB4)의 각각에는, 2개의 커넥터(C1, C2)가 마련되어 있다. 커넥터(C1, C2)의 각각은, 대응하는 인터페이스 보드에 형성된 배선군을 통하여 대응하는 전력 변환 장치에 접속되어 있다. 인터페이스 보드(IB1 내지 IB3)의 커넥터(C2)는, 각각 LAN 케이블(L1 내지 L3)을 통하여 인터페이스 보드(IB2 내지 IB4)의 커넥터(C1)에 접속되어 있다.
종단 저항기(TR1, TR2)의 각각에는, 커넥터(C3)가 마련되어 있다. 종단 저항기(TR1, TR2)는, 각각 인터페이스 보드(IB1, IB2)에 고정되어 있다. 종단 저항기(TR1)의 커넥터(C3)는, LAN 케이블(L4)을 통하여 인터페이스 보드(IB1)의 커넥터(C1)에 접속되어 있다. 종단 저항기(TR2)의 커넥터(C3)는, LAN 케이블(L5)을 통하여 인터페이스 보드(IB4)의 커넥터(C2)에 접속되어 있다.
커넥터(C1, C2)의 각각은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 8개의 단자(T1 내지 T8)를 포함한다. 인터페이스 보드(IB1 내지 IB4)의 각각에서, 커넥터(C1)의 단자(T1 내지 T8)는, 커넥터(C2)의 단자(T1 내지 T8)에 각각 접속되어 있다.
LAN 케이블(L1 내지 L5)의 각각은, 8개의 배선과, 그들 양단에 마련된 2개의 플러그를 포함한다. LAN 케이블(L1)의 한쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB1)의 커넥터(C2)에 삽입되고, LAN 케이블(L1)의 다른쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB2)의 커넥터(C1)에 삽입된다.
LAN 케이블(L2)의 한쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB2)의 커넥터(C2)에 삽입되고, LAN 케이블(L2)의 다른쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB3)의 커넥터(C1)에 삽입된다. LAN 케이블(L3)의 한쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB3)의 커넥터(C2)에 삽입되고, LAN 케이블(L3)의 다른쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB4)의 커넥터(C1)에 삽입된다. 이에 의해, 각 인터페이스 보드(IB)의 커넥터(C1)의 단자(T1 내지 T8)는, 다른 각 인터페이스 보드(IB)의 커넥터(C1)의 단자(T1 내지 T8)에 각각 접속된다.
또한, 종단 저항기(TR1)의 커넥터(C3)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 8개의 단자(T1 내지 T8)를 포함한다. 종단 저항기(TR1)는, 4개의 종단 저항 소자(5 내지 8)를 포함한다. 종단 저항 소자(5)는 단자(T1, T2) 사이에 접속되고, 종단 저항 소자(6)는 단자(T3, T4) 사이에 접속되고, 종단 저항 소자(7)는 단자(T5, T6) 사이에 접속되고, 종단 저항 소자(8)는 단자(T7, T8) 사이에 접속되어 있다. LAN 케이블(L4)의 한쪽 단의 플러그는 종단 저항기(TR1)의 커넥터(C3)에 삽입되고, LAN 케이블(L4)의 다른쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB1)의 커넥터(C1)에 삽입된다.
종단 저항기(TR2)는, 종단 저항기(TR1)와 같은 구성이다. LAN 케이블(L5)의 한쪽 단의 플러그는 종단 저항기(TR2)의 커넥터(C3)에 삽입되고, LAN 케이블(L5)의 다른쪽 단의 플러그는 인터페이스 보드(IB4)의 커넥터(C2)에 삽입된다. 이와 같이 하여 통신 회선(2)이 구성되어 있다.
도 2로 되돌아와, 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 각각은, 통신 회로(10) 및 연산 회로(11)를 포함한다. 전력 변환 장치(P1)의 통신 회로(10)는, 자기의 부하 전류치(IL1)를, 커넥터(C1)의 단자(T1, T2)를 통하여 다른 전력 변환 장치(P2 내지 P3)의 통신 회로(10)에 송신한다. 전력 변환 장치(P2)의 통신 회로(10)는, 자기의 부하 전류치(IL2)를, 커넥터(C1)의 단자(T3, T4)를 통하여 다른 전력 변환 장치(P1, P3, P4)의 통신 회로(10)에 송신한다.
전력 변환 장치(P3)의 통신 회로(10)는, 자기의 부하 전류치(IL3)를, 커넥터(C1)의 단자(T5, T6)를 통하여 다른 전력 변환 장치(P1, P2, P4)의 통신 회로(10)에 송신한다. 전력 변환 장치(P4)의 통신 회로(10)는, 자기의 부하 전류치(IL4)를, 커넥터(C1)의 단자(T7, T8)를 통하여 다른 전력 변환 장치(P1 내지 P3)의 통신 회로(10)에 송신한다.
또한, 전력 변환 장치(P1)의 통신 회로(10)는, 다른 전력 변환 장치(P2 내지 P4)의 통신 회로(10)로부터 커넥터(C1)의 단자(T3 내지 T8)를 통하여 송신되어 온 부하 전류치(IL2 내지 IL4)를 수신하고, 그들의 부하 전류치(IL2 내지 IL4)와 자기의 부하 전류치(IL1)를 연산 회로(11)에 제공한다. 전력 변환 장치(P2)의 통신 회로(10)는, 다른 전력 변환 장치(P1, P3, P4)의 통신 회로(10)로부터 커넥터(C1)의 단자(T1, T2, T5 내지 T8)를 통하여 송신되어 온 부하 전류치(IL1, IL3, IL4)를 수신하고, 그들의 부하 전류치(IL1, IL3, IL4)와 자기의 부하 전류치(IL2)를 연산 회로(11)에 제공한다.
전력 변환 장치(P3)의 통신 회로(10)는, 다른 전력 변환 장치(P1, P2, P4)의 통신 회로(10)로부터 커넥터(C1)의 단자(T1 내지 T4, T7, T8)를 통하여 송신되어 온 부하 전류치(IL1, IL2, IL4)를 수신하고, 그들의 부하 전류치(IL1, IL2, IL4)와 자기의 부하 전류치(IL3)를 연산 회로(11)에 제공한다. 전력 변환 장치(P4)의 통신 회로(10)는, 다른 전력 변환 장치(P1 내지 P3)의 통신 회로(10)로부터 커넥터(C1)의 단자(T1 내지 T6)를 통하여 송신되어 온 부하 전류치(IL1 내지 IL3)를 수신하고, 그들의 부하 전류치(IL1 내지 IL3)와 자기의 부하 전류치(IL4)를 연산 회로(11)에 제공한다.
또한, 전력 변환 장치(P1)의 연산 회로(11)는, 통신 회로(10)로부터 주어진 부하 전류치(IL1 내지 IL4)를 평균하여 자기의 분담 전류치(IL0)를 구하고, 자기의 부하 전류치(IL1)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류(IC1)를 구한다. 전력 변환 장치(P2)의 연산 회로(11)는, 통신 회로(10)로부터 주어진 부하 전류치(IL1 내지 IL4)를 평균하여 자기의 분담 전류치(IL0)를 구하고, 자기의 부하 전류치(IL2)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류(IC2)를 구한다.
전력 변환 장치(P3)의 연산 회로(11)는, 통신 회로(10)로부터 주어진 부하 전류치(IL1 내지 IL4)를 평균하여 자기의 분담 전류치(IL0)를 구하고, 자기의 부하 전류치(IL3)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류(IC3)를 구한다. 전력 변환 장치(P4)의 연산 회로(11)는, 통신 회로(10)로부터 주어진 부하 전류치(IL1 내지 IL4)를 평균하여 자기의 분담 전류치(IL0)를 구하고, 자기의 부하 전류치(IL4)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류(IC4)를 구한다.
도 4는, 전력 변환 장치(P1)의 통신 회로(10) 및 연산 회로(11)의 구성을 도시하는 블록이다. 도 4에서, 통신 회로(10)는, 송신 회로(12), 셀렉터(13), 신호 변환 회로(14 내지 17), 및 수신 회로(20)를 구비한다. 송신 회로(12)는, 버퍼(BF0) 및 시프트 레지스터(SR0)를 포함한다. 버퍼(BF0)에는, 대응하는 전력 변환 장치(P1)의 부하 전류치(IL1)를 나타내는 복수 비트의 패럴렐 신호(병렬로 전달되는 복수 비트의 신호)가 입력된다. 버퍼(BF0)는, 복수 비트의 패럴렐 신호를 시프트 레지스터(SR0)에 전달한다. 시프트 레지스터(SR0)는, 버퍼(BF0)로부터의 복수 비트의 패럴렐 신호를 복수 비트의 시리얼 신호(직렬로 전달되는 복수 비트의 신호)로 변환한다. 시프트 레지스터(SR0)의 출력 신호는, 「H」레벨 및 「L」레벨 중 어느 하나의 레벨을 갖는 싱글 엔드 신호이다.
신호 변환 회로(14 내지 17)의 각각은, 부신호(副信號) 변환 회로(18, 19)를 포함한다. 부신호 변환 회로(18)는, 시프트 레지스터(SR0)로부터 셀렉터(13)를 통하여 주어지는 각 싱글 엔드 신호를, 서로 상보의 한 쌍의 신호로 이루어지는 차동 신호로 변환하여 커넥터(C1)의 대응하는 단자쌍 사이에 제공한다. 부신호 변환 회로(19)는, 커넥터(C1)의 대응하는 단자쌍 사이에 주어진 차동 신호를 싱글 엔드 신호로 변환하여 수신 회로(20)에 제공한다.
신호 변환 회로(14 내지 17)는, 각각 전력 변환 장치(P1 내지 P4)에 대응하여 마련되어 있다. 셀렉터(13)는, 시프트 레지스터(SR0)로부터의 복수 비트의 시리얼 신호를 대응하는 전력 변환 장치(P1)에 대응하는 신호 변환 회로(14)의 부신호 변환 회로(18)에 제공한다.
신호 변환 회로(14)의 부신호 변환 회로(18)는, 송신 회로(12)로부터 셀렉터(13)를 통하여 주어진 각 싱글 엔드 신호를 차동 신호로 변환하고, 커넥터(C1)의 단자(T1, T2)를 통하여 다른 전력 변환 장치(P2 내지 P4)에 송신한다. 또한, 신호 변환 회로(14)의 부신호 변환 회로(19)는, 부신호 변환 회로(18)로부터 커넥터(C1)의 단자(T1, T2)에 출력된 각 차동 신호를 싱글 엔드 신호로 변환한다.
신호 변환 회로(15 내지 17)의 부신호 변환 회로(18)에는 신호가 입력되지 않기 때문에, 신호 변환 회로(15 내지 17)의 부신호 변환 회로(18)의 출력 노드쌍의 각각은 하이·임피던스 상태가 된다. 신호 변환 회로(15)의 부신호 변환 회로(19)는, 전력 변환 장치(P2)의 신호 변환 회로(15)로부터 커넥터(C1)의 단자(T3, T4)를 통하여 주어진 각 차동 신호를 싱글 엔드 신호로 변환한다.
신호 변환 회로(16)의 부신호 변환 회로(19)는, 전력 변환 장치(P3)의 신호 변환 회로(16)로부터 커넥터(C1)의 단자(T5, T6)를 통하여 주어진 각 차동 신호를 싱글 엔드 신호로 변환한다. 신호 변환 회로(17)의 부신호 변환 회로(19)는, 전력 변환 장치(P4)의 신호 변환 회로(15)로부터 커넥터(C1)의 단자(T7, T8)를 통하여 주어진 각 차동 신호를 싱글 엔드 신호로 변환한다. 따라서 신호 변환 회로(14 내지 17)의 부신호 변환 회로(19)의 출력 신호는, 각각 부하 전류치(IL1 내지 IL4)를 나타내는 복수 비트의 시리얼 신호가 된다.
수신 회로(20)는, 시프트 레지스터(SR1 내지 SR4) 및 버퍼(BF1 내지 BF4)를 포함한다. 시프트 레지스터(SR1 내지 SR4)는, 각각 신호 변환 회로(14 내지 17)의 출력 신호를 받는다. 시프트 레지스터(SR1 내지 SR4)의 각각은, 대응하는 신호 변환 회로로부터의 복수 비트의 시리얼 신호를 복수 비트의 패럴렐 신호로 변환한다. 버퍼(BF1 내지 BF4)는, 각각 시프트 레지스터(SR1 내지 SR4)의 출력 신호를 받는다. 버퍼(BF1 내지 BF4)의 각각은, 대응하는 시프트 레지스터에서 생성된 복수 비트의 패럴렐 신호(즉 부하 전류치)를 연산 회로(11)에 전달한다.
연산 회로(11)는, 가산기(21, 22), 제산기(23), 셀렉터(24), 및 감산기(25)를 포함한다. 각 복수 비트의 패럴렐 신호에는, 비트 신호가 부가되어 있다. 가산기(21)는, 버퍼(BF1 내지 BF4)로부터 출력된 비트 신호의 수(즉 운전중인 전력 변환 장치(P)의 대수(n))를 구한다. 모든 전력 변환 장치(P1 내지 P4)가 운전중인 경우는 n=4가 되지만, 예를 들면 1대의 전력 변환 장치(P4)가 고장난 경우는 n=3이 된다.
가산기(22)는, 버퍼(BF1 내지 BF4)로부터 주어진 부하 전류치(IL1 내지 IL4)를 가산하여 총부하 전류치(IL)를 구한다. 제산기(23)는, 가산기(22)에서 구하여진 총부하 전류치(IL)를, 가산기(21)에서 구하여진 전력 변환 장치의 대수(n)(예를 들면, 4대)로 제산하여, 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 각각이 분담하여야 할 전류치(IL0)=IL/n를 구한다.
셀렉터(24)는, 버퍼(BF1 내지 BF4) 중 대응하는 전력 변환 장치(P1)에 대응하는 버퍼(BF1)의 출력 신호(즉 부하 전류치(IL1))를 감산기(25)에 제공한다. 감산기(25)는, 버퍼(BF1)으로부터 셀렉터(24)를 통하여 주어진 부하 전류치(IL1)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류치(IC1)를 구한다. 전력 변환 장치(P1)는, 분담 전류치(IL0)와 동등한 전류를 공급하고, 또한 횡류치(IC1)가 0이 되도록 내장한 인버터를 제어한다.
전력 변환 장치(P2 내지 P4)도 전력 변환 장치(P1)와 같은 구성이다. 단, 전력 변환 장치(P2)의 셀렉터(13)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 시프트 레지스터(SR0)로부터의 복수 비트의 시리얼 신호를 대응하는 전력 변환 장치(P2)에 대응하는 신호 변환 회로(15)의 부신호 변환 회로(18)에 제공한다. 또한, 전력 변환 장치(P2)의 셀렉터(24)는, 버퍼(BF1 내지 BF4) 중 대응하는 전력 변환 장치(P2)에 대응하는 버퍼(BF2)의 출력 신호(즉 부하 전류치(IL2))를 감산기(25)에 제공한다. 감산기(25)는, 버퍼(BF2)로부터 셀렉터(24)를 통하여 주어진 부하 전류치(IL2)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류치(IC2)를 구한다. 전력 변환 장치(P2)는, 분담 전류치(IL0)와 동등한 전류를 공급하고, 또한 횡류치(IC2)가 0이 되도록 내장한 인버터를 제어한다.
또한, 전력 변환 장치(P3)의 셀렉터(13)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 시프트 레지스터(SR0)로부터의 복수 비트의 시리얼 신호를 대응하는 전력 변환 장치(P3)에 대응하는 신호 변환 회로(16)의 부신호 변환 회로(18)에 제공한다. 또한, 전력 변환 장치(P3)의 셀렉터(24)는, 버퍼(BF1 내지 BF4) 중 대응하는 전력 변환 장치(P3)에 대응하는 버퍼(BF3)의 출력 신호(즉 부하 전류치(IL3))를 감산기(25)에 제공한다. 감산기(25)는, 버퍼(BF3)으로부터 셀렉터(24)를 통하여 주어진 부하 전류치(IL3)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류치(IC3)을 구한다. 전력 변환 장치(P3)는, 분담 전류치(IL0)와 동등한 전류를 공급하고, 또한 횡류치(IC3)가 0이 되도록 내장한 인버터를 제어한다.
또한, 전력 변환 장치(P4)의 셀렉터(13)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 시프트 레지스터(SR0)로부터의 복수 비트의 시리얼 신호를 대응하는 전력 변환 장치(P4)에 대응하는 신호 변환 회로(17)의 부신호 변환 회로(18)에 제공한다. 또한, 전력 변환 장치(P4)의 셀렉터(24)는, 버퍼(BF1 내지 BF4) 중 대응하는 전력 변환 장치(P4)에 대응하는 버퍼(BF4)의 출력 신호(즉 부하 전류치(IL4))를 감산기(25)에 제공한다. 감산기(25)는, 버퍼(BF4)로부터 셀렉터(24)를 통하여 주어진 부하 전류치(IL4)로부터 분담 전류치(IL0)를 감산하여 횡류치(IC4)를 구한다. 전력 변환 장치(P4)는, 분담 전류치(IL0)와 동등한 전류를 공급하고, 또한 횡류치(IC4)가 0이 되도록 내장한 인버터를 제어한다.
도 8은, 전력 변환 장치(P1)의 전체 구성을 도시하는 회로 블록도이다. 도 8에서, 전력 변환 장치(P1)는, 통신 회로(10) 및 연산 회로(11) 외에, 배터리(30), 인버터(31), 전류 센서(32, 37), 검출 회로(33, 35, 38), 리액터(34), 콘덴서(36), 및 스위치(39)를 구비한다.
배터리(30)에는, 직류 전력이 축적되어 있다. 인버터(31)는, 배터리(30)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 인버터(31)에서 생성된 교류 전력은, 리액터(34), 스위치(39), 및 모선(3)을 통하여 부하(4)에 공급된다. 리액터(34) 및 콘덴서(36)는, 저역 통과 필터를 구성하고, 인버터(31)에서 생성된 교류 전력을 통과시키고, 인버터(31)에서 발생한 캐리어 주파수의 신호를 차단한다.
전류 센서(32)는, 인버터(31)의 출력 전류를 검출한다. 검출 회로(33)는, 전류 센서(32)의 검출치를 디지털 신호로 변환한다. 검출 회로(35)는, 콘덴서(36)의 전압(스위치(39)의 온(on)시는 모선(3)의 전압)을 검출하고, 그 검출치를 나타내는 디지털 신호를 출력한다. 전류 센서(37)는, 부하 전류치(IL1)를 검출한다. 검출 회로(38)는, 부하 전류치(IL1)를 디지털 신호(복수 비트의 패럴렐 신호)로 변환한다.
또한, 전력 변환 장치(P1)는, 변환기(40), 위상 조정기(41), 이상기(移相器)(42), 및 횡류 제한용 가상 임피던스 회로(Z)(43)를 구비한다. 변환기(41)는, 횡류(IC1)를 유효분(△IP)과 무효분(△IQ)으로 변환한다. 위상 조정기(41)는, 무효분(△IQ)에 의거하여 위상 신호를 생성한다. 이상기(42)는, 위상 신호에 의거하여 발진기(1)의 출력 신호의 위상을 조정하고, 출력 전압의 위상 기준이 된 정현파 신호(sinωt)를 생성한다. 횡류 제한용 가상 임피던스 회로(43)는, 전력 변환 장치(P1)와 다른 전력 변환 장치와의 사이에 가상적으로 임피던스(Z)를 삽입하여, 횡류를 제한한다.
또한, 전력 변환 장치(P1)는, 전압 설정기(44), 감산기(45, 46, 50, 52, 56), 평균치 회로(47), 평균치 전압 제어 회로(48), 승산기(49), 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51), 순시 전압 제어 회로(53), 가산기(54, 58), 리미터 회로(55), 순시(瞬時) 전류 제어 회로(57), 및 PWM 회로(59)를 구비한다.
전압 설정기(44)는, 전력 변환 장치(P1)의 출력 전압의 평균치의 지령치를 발생한다. 평균치 회로(47)는, 검출 회로(35)의 출력 신호에 의거하여, 콘덴서(36)의 단자 사이 전압의 평균치를 도출한다. 감산기(45, 46)는, 전압 설정기(44)의 출력치로부터 횡류(IC1)의 유효분(△IP)과 평균치 회로(47)의 출력치를 감산하여 평균치 전압 제어 회로(48)에 제공한다. 평균치 전압 제어 회로(48)는, 감산기(46)의 출력치에 의거하여, 전력 변환 장치(P1)의 출력 전압의 평균치를 제어한다.
승산기(49)는, 이상기(42)에서 생성된 정현파 신호(sinωt)와 평균치 전압 제어 회로(48)의 출력치를 승산하여, 전력 변환 장치(P1)의 출력하여야 할 순시 전압 지령치를 작성한다. 감산기(50)는, 승산기(49)의 출력치로부터 횡류 제한용 가상 임피던스 회로(43)의 출력치를 감산하여 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51)에 제공한다. 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51)는, 감산기(50)의 출력치에 의거하여, 소망하는 출력 전압을 발생하기 위해 콘덴서(36)에 흘려야 할 전류치를 출력한다.
감산기(52)는, 감산기(50)의 출력치로부터 평균치 회로(47)의 출력치를 감산하여 순시 전압 제어 회로(53)에 제공한다. 순시 전압 제어 회로(53)는, 감산기(50)의 출력치에 의거하여, 콘덴서(36)의 단자 사이 전압을 제어한다. 가산기(54)는, 분담 전류치(IL0)와, 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51)의 출력치와, 순시 전압 제어 회로(53)의 출력치를 가산한다. 가산기(54)의 출력치는, 리미터 회로(55)를 이용하여 감산기(56)에 주어진다. 리미터 회로(55)는, 인버터(31)의 출력 전류 지령치를 제한한다.
감산기(56)는, 리미터 회로(55)의 출력치로부터 검출 회로(33)의 출력치를 감산하여 순시 전류 제어 회로(57)에 제공한다. 순시 전류 제어 회로(57)는, 인버터(31)의 출력 전류를 제어한다. 가산기(58)는, 검출 회로(35)의 출력치와 순시 전류 제어 회로(57)의 출력치를 가산하여 PWM 회로(59)에 제공한다. PWM 회로(59)는, 가산기(58)의 출력치에 의거하여, 인버터(31)를 제어한다.
다음에, 전력 변환 장치(P1)의 동작에 관해 설명한다. 전력 변환 장치(P1)에는 전류 마이너 루프가 마련되어 있고, 순시 전류 제어 회로(57)는, 전류 센서(32)에 의해 피드백된 인버터(31)의 출력 전류가 리미터 회로(55)로부터의 전류 지령치와 일치하도록 리액터(34)에 인가하여야 할 전압의 지령치를 출력한다. 또한, 출력 모선(3)에는 콘덴서(36)와 다른 전력 변환 장치의 출력 전압이 있기 때문에, 리액터(34)에 소망하는 전압을 인가하는데는, 인버터(31)가 출력 모선(3)의 전압과 리액터(34)에 인가하여야 할 전압의 합의 전압을 발생할 필요가 있다. 따라서 검출 회로(35)에서 검출한 콘덴서(36)의 전압치와 순시 전류 제어 회로(57)의 출력치를 가산기(58)에서 가산하고, 가산기(58)의 출력치를 전압 지령치로서 PWM 회로(59)에 제공한다.
또한, 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51)는, 콘덴서(36)에 흘려야 할 전류로서, 콘덴서(36)의 전압 지령치보다도 90도 위상이 진전된 정현파 전류 기준을 콘덴서(36)의 용량치에 응하여 발생한다. 콘덴서(36)의 전압 지령치는, 감산기(50)의 출력치로부터 얻어진다. 또한, 순시 전압 제어 회로(53)는, 콘덴서(36)의 전압 지령치와 검출 회로(35)에서 검출한 콘덴서(36)의 전압치와의 편차(감산기(52)의 출력치)를 받고, 이 편차를 적게 하기 위해 인버터(31)가 출력하여야 할 보정 전류 신호를 출력한다.
인버터(31)에의 출력 전류 지령치는, 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51)의 출력치와, 순시 전압 제어 회로(53)의 출력치와, 분담 전류치(IL0)를 가산기(54)에 의해 가산하여, 그 가산치를 리미터 회로(55)에 의해 제한한 신호이다. 따라서 무부하 상태에서는, 인버터(31)가 콘덴서(36)에 흘려야 할 전류를 공급함에 의해 무부하 전압을 확립한다. 이 경우, 순시 전압 제어 회로(53)는, 전류 제어의 오차나 콘덴서(36)의 용량치의 설계치와 실제치와의 오차에 의해 생기는 콘덴서 전류 기준 발생 회로(51)의 출력의 과부족분을 보정한다.
다음에, 스위치(39)가 온 되어 부하(4)가 투입되면, 부하 전류(IL)의 1/4를 분담하도록 연산 회로(11)로부터 전류 마이너 루프에 분담 전류치(IL0)가 주어지고, 4대의 전류 변환 장치(P1 내지 P4)가 부하 전류(IL)를 1/4씩 분담하게 된다. 여기서, 리미터 회로(55)는, 부하 기동시에 있어서의 돌입 전류 등의 과전류를 인버터(31)가 공급하지 않도록, 순시 전류 제어 회로(57)에의 지령치를 인버터(31)의 전류 허용치 이하로 제한한다.
또한, 이 전류 변환 시스템에서는, 인버터(31) 사이에 흐르는 횡류에 대해서만 임피던스가 마치 존재하는 것 같이 제어 회로를 구성함에 의해, 횡류를 억제한다. 횡류 제한용 가상 임피던스 회로(43)는, IC1×Z를 연산하고, 이 신호를 감산기(50)에 의해 승산기(49)의 출력치로부터 빼고, 이것을 콘덴서(36)의 전압 지령치로 한다. 콘덴서(36)의 전압은 전술한 전압 제어계에 의해, 전압 지령치에 순식간에 추종한다. 다른 전력 변환 장치(P2 내지 P4)도, 전력 변환 장치(P1)와 같은 구성이다. 이에 의해, 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 각각은, 분담 전류(IL0)를 부하(4)에 공급하고, 또한 횡류는 없어진다.
이 실시의 형태에서는, 각 전력 변환 장치는, 전류 센서(37)에 의해 검출된 부하 전류치를 통신 회선(2)을 통하여 다른 각 전력 변환 장치에 송신함과 함께, 다른 각 전력 변환 장치로부터 통신 회선(2)을 통하여 송신된 부하 전류치를 수신하는 통신 회로(10)를 포함한다. 또한, 통신 회선(2)은, 각각 전력 변환 장치(P1 내지 P4)에 마련된 인터페이스 보드(IB1 내지 IB4)와, 인터페이스 보드(IB1 내지 IB4) 사이를 접속하는 LAN 케이블(L1 내지 L3)을 포함한다. 따라서 전력 변환 장치의 수가 증가한 경우에도, 배선이 복잡하게 되는 일이 없다.
이번 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
P1 내지 P4 : 전력 변환 장치
1 : 발진기
2 : 통신 회선
3 : 모선
4 : 부하
IB1 내지 IB4 : 인터페이스 보드
TR1, TR2 : 종단 저항기
L1 내지 L5 : LAN 케이블
C1 내지 C3 : 커넥터
T1 내지 T8 : 단자
5 내지 8 : 종단 저항 소자
10 : 통신 회로
11 : 연산 회로
12 : 송신 회로
13, 24 : 셀렉터
14 내지 17 : 신호 변환 회로
18, 19 : 부신호 변환 회로
20 : 수신 회로
BF0 내지 BF4 : 버퍼
SR0 내지 SR4 : 시프트 레지스터
21, 22, 54, 58 : 가산기
23 : 제산기
25, 45, 46, 50, 52, 56 : 감산기
30 : 배터리
31 : 인버터
32, 37 : 전류 센서
33, 35, 38 : 검출 회로
34 : 리액터
36 : 콘덴서
39 : 스위치
40 : 변환기
41 : 위상 조정기
42 : 이상기
43 : 횡류 제한용 가상 임피던스 회로
44 : 전압 설정기
47 : 평균치 회로
48 : 평균치 전압 제어 회로
49 : 승산기
51 : 전류 기준 발생 회로
53 : 순시 전압 제어 회로
55 : 리미터 회로
57 : 순시 전류 제어 회로
59 : PWM 회로

Claims (4)

  1. 부하(4)에 대해 병렬 접속된 n대(단, n은 2 이상의 정수이다)의 전력 변환 장치(P1 내지 P4); 및
    상기 n대의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)에 접속된 통신 회선(2)을 구비하고,
    각 전력 변환 장치는:
    직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 부하에 공급하는 인버터(31)와;
    부하 전류치를 검출하는 전류 센서(37)와;
    상기 전류 센서(37)에 의해 검출된 부하 전류치를 상기 통신 회선(2)을 통하여 다른 (n-1)대의 전력 변환 장치의 각각에 송신함과 함께, 다른 (n-1)대의 전력 변환 장치로부터 상기 통신 회선(2)을 통하여 송신된 (n-1)개의 부하 전류치를 수신하는 통신 회로(10)와;
    대응하는 전류 센서(37)에 의해 검출된 부하 전류치와, 상기 통신 회로(10)에 의해 수신된 상기(n-1)개의 부하 전류치에 의거하여, 대응하는 전력 변환 장치의 분담 전류 및 횡류를 구하는 연산 회로(11); 및
    대응하는 전력 변환 장치로부터 상기 부하(4)에 상기 분담 전류가 공급되고, 또한 상기 횡류가 없어지도록 상기 인버터(31)를 제어하는 제어 회로(32 내지 36, 38 내지 59)를 포함하고,
    상기 연산 회로(11)는,
    대응하는 전류 센서(37)에 의해 검출된 부하 전류치와, 상기 통신 회로(10)에 의해 수신된 (n-1)개의 부하 전류치를 가산하여, n대의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 부하 전류치의 총합을 구하는 가산기(22)와;
    상기 가산기(22)에 의해 구하여진 상기 n대의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 부하 전류치의 총합을 상기 전력 변환 장치의 대수로 제산하여 각 전력 변환 장치의 분담 전류치를 구하는 제산기(23); 및
    상기 전류 센서(37)에 의해 검출된 부하 전류치로부터 상기 분담 전류치를 감산하여 상기 횡류를 구하는 감산기(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통신 회선(2)은:
    각 전력 변환 장치에 대응하여 마련되고, 대응하는 전력 변환 장치의 상기 통신 회로(10)에 접속된 제 1 및 제 2의 커넥터(C1, C2); 및
    상기 n대의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 사이에 마련된 (n-1)개의 다심 케이블(L1 내지 L3)을 포함하고,
    각 다심 케이블의 한쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 한쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 1의 커넥터(C1)에 접속되고, 그 다른쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 다른쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 2의 커넥터(C2)에 접속되고,
    각 통신 회로(10)는, 상기 (n-1)개의 다심 케이블(L1 내지 L3)을 통하여, 다른 각 통신 회로(10)에 상기 부하 전류치를 송신함과 함께, 다른 각 통신 회로(10)로부터의 부하 전류치를 수신하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2의 커넥터(C1, C2)의 각각은 2n개의 단자(T1 내지 T8)를 가지며,
    상기 제 1의 커넥터(C1)의 2n개의 단자(T1 내지 T8)는, 각각 상기 제 2의 커넥터(C2)의 2n개의 단자(T1 내지 T8)에 접속됨과 함께, 대응하는 전력 변환 장치의 상기 통신 회로(10)에 접속되고,
    각 다심 케이블은 2n개의 배선을 포함하고,
    각 다심 케이블의 2n개의 배선의 한쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 한쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 1의 커넥터(C1)의 2n개의 단자(T1 내지 T8)에 각각 접속되고,
    각 다심 케이블의 2n개의 배선의 다른쪽 단은, 대응하는 2대의 전력 변환 장치 중 다른쪽의 전력 변환 장치에 대응하는 제 2의 커넥터(C2)의 2n개의 단자(T1 내지 T8)에 각각 접속되고,
    각 통신 회로(10)는, 상기 2n개의 단자중(T1 내지 T8)의 미리 할당된 2개의 단자를 통하여, 다른 각 통신 회로(10)에 상기 부하 전류치를 나타내는 차동 신호열을 송신함과 함께, 나머지 2(n-1)개의 단자를 통하여, 다른 (n-1)개의 통신 회로(10)로부터의 (n-1)개의 부하 전류치를 나타내는 차동 신호열을 수신하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    각 통신 회로(10)는, 상기 통신 회선(2)을 통하여 다른 각 통신 회로(10)에 상기 부하 전류치와 함께 비트 신호를 송신하고,
    상기 연산 회로(11)는, 또한, 다른 각 통신 회로(10)로부터 송신된 비트 신호에 의거하여, 운전중인 전력 변환 장치의 대수를 구하는 연산기(21)를 포함하고,
    상기 제산기(23)는, 상기 가산기(22)에 의해 구하여진 상기 n대의 전력 변환 장치(P1 내지 P4)의 부하 전류치의 총합을 상기 연산기(21)에 의해 구하여진 상기 전력 변환 장치의 대수로 제산하여 각 전력 변환 장치의 분담 전류치를 구하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
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