KR101325594B1 - 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ｓｉｌ 시스템 - Google Patents

전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ｓｉｌ 시스템 Download PDF

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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템에는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 아키텍쳐가 제공되는 개방형 플랫폼(1000)이 포함됨으로써 기존의 신호레벨의 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation)를 개방형 HILS를 포함한 전력레벨의 다양한 플랫폼에 대하여 개방형 구조의 PHILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)환경과 SIL(System Integration Lab)운용환경을 제공하고, 특히 개발 단계에서 실험실 기반으로 플랫폼 제어기 및 구성품, 플랫폼 동역학을 포함하는 플랫폼 시변부하 특성시험이 실험실에서 수행됨으로써 기존 대비 개발기간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 절감효과 창출 특징을 갖는다.

Description

전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템{Power Emulator based Open System Integration Lab System}
본 발명은 ＳＩＬ 시스템에 관한 것으로, 특히 전력기반 플랫폼 시스템 개발단계에서 필수적으로 수행하는 특성 분석이 전력 신호레벨의 영역에만 국한되지 않고 전력제어 및 전력부하가 고려된 전력레벨로 수행가능하며, 다양한 대상 플랫폼에 모두 적용될 수 있는 확장성을 갖는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력기반 플랫폼 시스템은 실제 대상 플랫폼이 완성되기 전 대상 플랫폼을 모델링 기반의 시뮬레이션 환경으로 모사하고, 이를 통해 전력레벨을 포함하는 플랫폼 특성 분석이 이루어지는 작업이 요구된다.
이러한 시뮬레이션 환경 모사가 가능한 장치로서, HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation, 이하 HILS)를 예로 들 수 있다.
특히, HILS에서는 실제와 동일한 운용 환경 모사가 실험실에서 재현됨으로써 시험 대상체의 실적용 테스트에 따른 제반 어려움이 모두 해소되는 편리함을 제공할 뿐만 아니라, 사전 테스트로 제조 후 부품 및 장치에 대한 실제 성능 파악이나 개발 시 부품 및 장치에 대한 최적 설계 방향 파악이 가능한 장점이 있다.
이로 인해, HILS를 이용해 전력기반 플랫폼 시스템의 특성 분석이 이루어지면, HILS은 대상 플랫폼 모델기반의 신호레벨 모사를 수행함으로써 전력레벨의 구성품 및 시스템 부하 특성이 용이하게 파악될 수 있다.
특히, 최근 생활환경 주변, 업무환경, 공장설비와 같은 다양한 분야에서 전자장치 또는 전자시스템에 의해 조정되는 장치 및 시스템들이 다양하게 이용됨으로써, 전력기반의 전력 구성품(배터리, 전기모터, 발전기, 울캡, 컨버터, 전력부하 기기) 및 관련 구성품 간 전력제어와 전력부하 특성 분석이 더욱 요구되고 있는 실정이다.
그러므로, HILS를 이용해 전력기반 플랫폼 시스템의 특성 분석도 그 중요성이 더욱 심화되고 있다.
하지만, HILS을 이용한 전력레벨을 포함하는 플랫폼 특성 분석은 실제 전력기반의 시스템 특성을 파악할 수 없는 신호레벨 모사만 수행됨으로써 대상 플랫폼을 포함한 실제 전력기반의 전력 구성품(배터리, 전기모터, 발전기, 울캡, 컨버터, 전력부하 기기 등) 및 관련 구성품 간 전력제어와 전력부하 특성 모사가 불가능 하다는 한계성을 갖게 된다.
이로 인해, 전력레벨을 포함한 플랫폼이 HILS 기반으로 운용되려면 전력 특성 모사를 위한 변형이 이루어질 수밖에 없다.
이러한 예로서, 전력레벨을 포함한 플랫폼이 전력레벨 구성품을 실시간 모델링 기반으로 모사되거나 또는 플랫폼의 실제 전력 구성품을 폐쇄형 SIL(System Integration Lab)기반으로 구성하고, HILS에 이를 적용하는 방식이 있다.
또 다른 예로서, 플랫폼 동특성 부하시험은 제한적이고, 단편적인 환경조건에서 시변부하 통특성 시험이 아닌 정적 부하시험 방법으로 수행되는 다이나모를 이용하는 방식이 있다. 비록 다이나모를 이용함으로써 요구되는 필드환경을 제한적인 범위에서 만족하는 부하시험이 수행된다는 한계성이 있지만 회전기반의 모터/발전기를 포함하는 부하 동특성 시험이 가능할 수 있다.
국내특허공개 10-2013-0068153(2013년06월26일)
그러나, 전력레벨을 포함한 플랫폼이 전력레벨 구성품을 실시간 모델링 기반으로 모사되거나 또는 플랫폼의 실제 전력 구성품을 폐쇄형 SIL(System Integration Lab)기반으로 구성하거나 또는 필드환경을 제한적인 범위에서 만족하는 부하시험이 가능한 다이나모를 이용하는 방식은 근본적인 한계성이 있을 수밖에 없다.
이러한 예로서, 플랫폼을 포함한 모든 실제 구성품의 하드웨어 개발이 완료되어야 만하고, 폐쇄형 SIL(System Integration Lab)의 특성으로 인해 이에 맞춰진 전용 SIL(System Integration Lab)이 요구되며, 대상 플랫폼의 전용 SIL 또는 실제 필드시험이 이루어지더라도 플랫폼이 요구하는 전력기반 시변부하 동특성 및 시스템 연동시험이 제대로 수행되지 못하는 치명적인 시험조건에 대한 한계를 들 수 있다.
다른 예로서, 전기모터를 포함하는 인버터를 전력레벨에서 모사하기 위해선 실제 개발한 전기 모터 시제품과 다이나모 부하시험 장치가 있어야하는 시험장비추가에 대한 한계를 들 수 있다.
또 다른 예로서, 폐쇄형 SIL 기반의 전력 부하시험은 특정 요구조건의 대상 플랫폼에 한정된 토폴로지로 인하여 다양한 플랫폼에 대한 개방성은 없고, 이로 인하여 매번 대상 플랫폼이 바뀔 때 마다 전용 SIL을 다시 구성하여야 하고 적용된 해당 장비를 재활용성 할 수 없다는 시험장비사용에 대한 한계를 들 수 있다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 전력레벨 운영을 가능하게 한 PHILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)가 구현되는 개방형 SIL(System Integration Lab)으로 전력기반 플랫폼의 특성분석이 수행됨으로써 전력 신호레벨로 국한될 때 불가능하던 실제 부하 특성 모사가 가능하고, 특히 전력기반 플랫폼 시스템 개발단계에서 개방형 SIL(System Integration Lab)이 이용됨으로써 실제적인 전력기반 구성품을 사용하지 않는 편리함과 함께 대상 플랫폼 변경 시 어떠한 구조 변경 없이도 다양한 대상 플랫폼에 모두 적용되는 넓은 확장성을 갖는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템은 최상위 레벨에 위치하는 플랫폼 제어장치와, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 오픈 구조 타입 개방형 하위분산 인터페이스와, 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션을 수행하는 플랫폼 PHILS 모사장치로 이루어진 개방형 플랫폼과; 상기 개방형 플랫폼과 상호 개방형의 계층적 구조를 이루고, 플랫폼의 실시간 동역학 모델링을 수행하는 플랫폼 모사장치와; 상기 개방형 플랫폼과 상호 개방형의 계층적 구조를 이루고, 상기 개방형 플랫폼의 운용을 수행하는 SIL 운용장치; 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 플랫폼 제어장치는 플랫폼 제어기를 실시간으로 모사하는 프로토 타입 제어기 기반의 상위제어기 HIL 시뮬레이터와, 플랫폼 고장진단 기능을 담당하는 고장진단제어기로 구성된다.
상기 개방형 하위분산 인터페이스는 플랫폼 통신 관련 표준화 프로토콜 작업 수행 및 다양한 통신 인터페이스 기능을 담당하는 개방형 통신망과, 다양한 센서 및 제어신호 처리와 인터페이스 기능을 담당하는 개방형 신호망과, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 개방형 전력망으로 구성된다.
상기 개방형 통신망은 플랫폼에서 제공되는 플랫폼 구성품의 이종간 통신 프로토콜을 표준화된 단일 프로토콜로 변환해주는 통신 프로토콜 표준화 처리부와, 표준화되지 않은 상기 플랫폼 실구성품간 통신과 상기 플랫폼 PHILS 모사장치간 통신을 재구성 기반으로 다양한 이종 프로토콜의 통신에 대하여 인터페이스를 제공하는 통신처리 재구성 인터페이스와, 다양한 플랫폼의 통신 요구조건을 만족시키기 위해 재구성 제어를 수행하는 통신처리 재구성 제어부로 구성된다.
상기 개방형 신호망은 개방형 플랫폼의 다양한 신호를 요구조건에 만족하도록 센서신호와 제어신호 및 계측신호의 인터페이스가 제공되는 신호처리 재구성 인터페이스와, 소프트웨어와 하드웨어적인 재구성이 이루어지도록 상기 SIL 운용장치와 통신이 수행되는 신호처리 인터페이스 재구성 제어부로 구성된다.
상기 개방형 전력망은 양방향으로 전력을 제어하는 양방향 전력공급 시스템과, 재구성 기반의 개방형 전력망을 구성하는 전력망 통제장치가 포함되고; 상기 전력망 통제장치는 플랫폼의 전력부하 및 전력기반의 구성품을 요구조건에 따라 재구성이 용이하도록 매트릭스 기반의 스위치로 제어되는 전력망 재구성부와, 부하의 회생제동과 전력망의 안전 및 보호기능이 이루어지는 제동저항 모듈과, 외부 호스트 통신을 통하여 상기 SIL 운용장치와 연동되고 상기 전력망 재구성부와 상기 제동저항 모듈을 제어하는 전력망 제어부로 구성된다.
상기 플랫폼 PHILS 모사장치는 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션을 수행하는 한쌍의 DC 전력변환 에뮬레이터와 AC 전력변환 에뮬레이터와, 플랫폼에서 제공되는 플랫폼 실구성품으로 구성되고; 상기 개방형 하위분산 인터페이스간 통신을 재구성한다.
상기 DC 전력변환 에뮬레이터는 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션 해주는 전력변환 에뮬레이터 장치와, 전력 구성품의 하위분산 제어기를 에뮬레이션 해주는 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터로 구성되고; 상기 SIL 운용장치와 연동하여 재구성 기능을 수행한다.
상기 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터는 상기 개방형 하위분산 인터페이스의 하위레벨에 위치하여 상기 플랫폼 실구성품을 포함하고, 상기 플랫폼 실구성품에는 DC 기반의 배터리, 연료전지, 울트라 캐패시터, 태양전지, 직류컨버터, 전력부하 장치 등과 AC 기반의 모터, 발전기, 교류컨버터, 교류 전력부하 공급장치가 포함된다.
상기 플랫폼 모사장치에는 플랫폼 HIL 시뮬레이터가 포함되고, 상기 플랫폼 HIL 시뮬레이터는 개방형의 모델기반의 소프트웨어 설계 기능제공과 개방형의 플랫폼 동역학을 실시간으로 수행하는 플랫폼 동역학부와, 플랫폼 구성품을 실시간 모델기반으로 수행하는 플랫폼 구성품 모델링부로 구성된다.
상기 SIL운용장치는 플랫폼 요구조건으로 상기 개방형 플랫폼의 소프트웨어 재구성을 구현하고, 상기 플랫폼 요구조건은 플랫폼의 통신망, 신호망, 전력망에 관련되는 하드웨어 및 소프트웨어이다.
상기 SIL 운용장치는 상기 개방형 플랫폼의 운용 관련 전반적인 실험실 운용과 통제 및 감시 기능을 수행하며 대상 플랫폼 운용환경을 모사해주는 운용환경 모사부와, 플랫폼 운용 시나리오 제공 및 SIL 통제 기능을 수행하는 SIL 통제부와, 개방형 SIL의 플랫폼 구성품 및 시험장비 고장을 감시하는 SIL 고장감시부로 구성된다.
상기 개방형 플랫폼에는 부하 동특성 시험을 위한 구동계 부하 모사장치가 연결되고, 상기 구동계 부하 모사장치는 구동장치에 연계되는 다이나모와, 실제 부하특성 시험을 수행하도록 회전 토크를 출력하는 기어박스로 구성되며, 상기 구동장치는 모터와 발전기를 포함한 파워트레인 구성품이 포함된다.
상기 구동계 부하 모사장치의 제어에 상기 SIL 운용장치가 이용된다.
이러한 본 발명은 전력기반 플랫폼의 특성분석 시 PHILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)가 구현되는 개방형 SIL(System Integration Lab)을 이용함으로써 전력 신호레벨로 국한될 때 불가능하던 실제 부하 특성 모사가 가능한 전력레벨 운영이 가능하고, 특히 전력레벨 운영이 가능함으로써 전력기반 플랫폼 시스템 개발단계에서도 전력제어 및 전력부하 특성이 분석되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력기반 플랫폼 시스템 개발단계에서 개방형 SIL(System Integration Lab)이 이용됨으로써 실제적인 전력기반 구성품을 사용하지 않는 편리함이 있고, 특히 개방형 SIL(System Integration Lab)의 넓은 확장성을 이용함으로써 대상 플랫폼 변경 시 어떠한 구조 변경 없이도 다양한 대상 플랫폼에 모두 적용되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 PHILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)가 구현되는 개방형 SIL(System Integration Lab)을 이용함으로써 시변부하 특성시험과 필드시험이 실구성품과 대상 플랫폼 완성 단계에서 수행되던 기존방식과 달리 실험실에서 수행될 수 있고, 특히 개방형 SIL이 실험실 기반으로 구성됨으로써 획기적으로 개발기간 단축과 개발 비용 절감이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 개방형 SIL(System Integration Lab)을 이용함으로써 기존의 HILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)가 PHILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)로 확장될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템의 아키텍쳐 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 개방형 SIL(System Integration Lab)을 구성하는 개방형 플랫폼의 개방형 통신망 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 개방형 SIL(System Integration Lab)을 구성하는 개방형 플랫폼의 개방형 신호망 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 개방형 SIL(System Integration Lab)을 구성하는 개방형 플랫폼의 개방형 전력망 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 개방형 SIL(System Integration Lab)을 구성하는 개방형 플랫폼의 전력변환 에뮬레이터 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템 구성예이며, 도 7은 도 6의 플랫폼 HILS 세부 구성이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템의 아키텍쳐 블록 구성을 나타낸다. 특히, 이와 관련하여 본 실시예에서 언급될 수 있는 HILS 및 PHILS 관련 개념, 구성, 인터페이스 및 기능은 관련 분야에서 공통적으로 널리 사용되고 있는 기술사상이고, 이를 구현하는 통상적인 구성요소가 공통으로 적용된다.
도시된 바와 같이, 개방형 SIL(System Integration Lab)은 개방형 플랫폼(1000)을 기반으로 하고, 개방형 플랫폼(1000)은 플랫폼 모사장치(2000)와 SIL 운용장치(3000)의 연결성이 용이한 확장성을 갖는다.
이와 같이, 상기 개방형 플랫폼(1000)이 갖는 개방성 및 확장성을 이용함으로써 개방형 SIL(System Integration Lab)에서는 전력변환 에뮬레이터 기반으로 대상 플랫폼의 구성품 구현과 부하모사 기능이 수행될 수 있다.
특히, 상기 개방형 플랫폼(1000)의 오픈 구조는 SIL운용장치(3000)를 이용하여 플랫폼의 통신망, 신호망, 전력망에 관련되는 하드웨어 및 소프트웨어를 플랫폼 요구조건에 따라 소프트웨어적인 재구성이 이루어진다는 장점이 구현될 수 있다.
이를 위해, 상기 개방형 플랫폼(1000)은 최상위 레벨에 위치하는 플랫폼 제어장치(1100)와, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 오픈 구조 타입 개방형 하위분산 인터페이스(1200)와, 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션을 수행하는 플랫폼 PHILS 모사장치(1300)로 구성된다.
상기 플랫폼 제어장치(1100)는 플랫폼 제어기를 실시간으로 모사하는 프로토타입 제어기 기반의 상위제어기 HIL 시뮬레이터(1110)와, 플랫폼 고장진단 기능을 담당하는 고장진단제어기(1120)로 구성된다.
상기 개방형 하위분산 인터페이스(1200)는 플랫폼 통신 관련 표준화 프로토콜 작업 수행 및 다양한 통신 인터페이스 기능을 담당하는 개방형 통신망(1210)과, 다양한 센서/제어신호 처리와 인터페이스 기능을 담당하는 개방형 신호망(1220)과, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 개방형 전력망(1230)으로 구성된다.
상기 개방형 통신망(1210)과 상기 개방형 신호망(1220) 및 상기 개방형 전력망(1230)의 구성은 이후 상세 설명된다.
상기 플랫폼 PHILS 모사장치(1300)는 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션 수행해주는 DC 전력변환 에뮬레이터(1310)와 AC 전력변환 에뮬레이터(1320)가 한쌍으로 구성되고, 플랫폼에서 제공되는 플랫폼 실구성품(1330)으로 구성된다.
특히, 호스통신이 가능한 특성을 이용해 SIL 운용장치(3000)와 연동됨으로써 재구성 기능이 수행되도록 구성될 수 있다.
상기 한쌍의 DC/AC 전력변환 에뮬레이터(1310,1320)의 구성은 이후 상세 설명된다.
본 실시예에서, 상기 플랫폼 실구성품(1330)으로 취급되는 전력레벨의 구성품의 예는 DC 기반의 배터리, 연료전지, 울트라 캐패시터, 태양전지, 직류컨버터, 전력부하 장치 등과 AC 기반의 모터, 발전기, 교류컨버터, 교류 전력부하 공급장치 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 개방형 플랫폼(1000)은 회전기반의 모터/발전기 구성품을 모사함으로써 플랫폼 구동계 모사 기능이 제공되는 구동계 부하 모사장치(1400)와 함께 구성될 수 있다.
이를 위한, 구동계 부하 모사장치(1400)는 플랫폼 구성품 중에 회전기반의 구동장치 구성품에 연계되는 다이나모(1410)와, 실제 부하특성 시험을 수행하도록 회전 토크를 출력하는 기어박스(1420)로 구성된다.
하지만, 본 실시예에서 시변부하 통특성 시험이 개방형 플랫폼(1000)에서 구현됨으로써 구동계 부하 모사장치(1400)는 개방형 플랫폼(1000)의 필수적인 구성요소를 이루지 않고, 다이나모(1410)를 이용하여 회전기반의 모터/발전기를 포함하는 부하 동특성 시험이 요구될 때 선택적으로 구성될 수 있다.
한편, 도 2는 개방형 통신망(1210)의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 개방형 통신망(1210)은 통신 프로토콜 표준화 처리부(1211)와, 통신처리 재구성 인터페이스(1212)와, 통신처리 재구성 제어부(1213)로 구성됨으로써 하드웨어와 소프트웨어적인 통신망 재구성과 표준화 기능이 수행되고, 이를 이용함으로써 요구되는 다양한 플랫폼의 통신망 개방성이 제공된다.
이를 위해, 상기 통신 프로토콜 표준화 처리부(1211)에서는 플랫폼 구성품의 이종간 통신 프로토콜을 표준화된 단일 프로토콜로 변환하여 준다.
상기 통신처리 재구성 인터페이스(1212)에서는 표준화되지 않은 플랫폼의 실구성품(1330)간 통신과 상위제어기(1110) 및 하위분산 제어기를 포함하는 전력변환 에뮬레이터(1310,1320)간 통신을 재구성 기반으로 Ethernet, CAN, EtherCAT, RS422, LIN, FlexRay 등과 같은 다양한 프로토콜의 통신에 대하여 인터페이스를 제공하여 준다.
상기 통신처리 재구성 제어부(1213)에서는 다양한 플랫폼의 통신 요구조건을 만족시키기 위해 재구성 제어를 수행하여준다.
한편, 도 3은 개방형 신호망(1220)의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 개방형 신호망(1220)은 신호처리 재구성 인터페이스(1221)와, 신호처리 인터페이스 재구성 제어부(1222)로 구성된다.
상기 신호처리 재구성 인터페이스(1221)에서는 개방형 플랫폼의 다양한 신호를 요구조건에 만족하도록 센서신호, 제어신호, 계측신호 등의 다양한 인터페이스 기능을 제공하여 준다.
상기 신호처리 인터페이스 재구성 제어부(1222)에서는 SIL 운용장치(3000)와 호스트 통신을 통하여 소프트웨어, 하드웨어적으로 재구성 기능을 수행하여 준다.
한편, 도 4는 개방형 전력망(1230)의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 개방형 전력망(1230)에는 양방향으로 전력을 제어하는 양방향 전력공급 시스템(1231)과, 재구성 기반의 개방형 전력망을 구성하는 전력망 통제장치(1232)가 포함된다.
이를 위해, 상기 전력망 통제장치(1232)는 전력망 재구성부(1233)와 제동저항 모듈(1234) 및 전력망 제어부(1235)로 구성된다.
상기 전력망 재구성부(1233)에서는 플랫폼의 전력부하 및 전력기반의 구성품을 요구조건에 따라 재구성이 용이하도록 매트릭스 기반의 스위치로 제어하여 전력망 재구성 기능을 제공하여 준다.
상기 제동저항 모듈(1234)에서는 부하의 회생제동과 전력망의 안전 및 보호기능을 제공하여준다.
상기 전력망 제어부(1235)에서는 전력망 재구성부(1233)와 제동저항 모듈(1234)을 제어하고, 특히 외부 호스트 통신을 통하여 SIL 운용장치(3000)와 연동되는 기능을 구현한다.
한편, 도 5는 플랫폼 PHILS 모사장치(1300)와 함께 이루어지는 DC 전력변환 에뮬레이터(1310)의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, DC 전력변환 에뮬레이터(1310)는 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션 해주는 전력변환 에뮬레이터 장치(1311)와, 전력 구성품의 하위분산 제어기를 에뮬레이션 해주는 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터(1312)가 포함된다.
특히 상기 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터(1312)는 개방형 하위분산 인터페이스(1200)의 하위레벨에 위치하여 플랫폼 실구성품(1330)을 포함함으로써 전력레벨의 전력구성품 에뮬레이션이 한쌍의 DC/AC 전력변환 에뮬레이터(1310,1320)를 이용해 수행될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템 구성 예를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템은 대상 플랫폼의 구성품 구현과 부하모사 기능을 수행하는 개방형 플랫폼(1000)이 기반이 되고, 상기 개방형 플랫폼(1000)에 연결되어져 플랫폼의 실시간 동역학 모델링을 수행하는 플랫폼 모사장치(2000)와, 상기 개방형 플랫폼(1000)에 연결되어져 SIL 운용 기능을 수행하는 SIL 운용장치(3000)가 더 포함된다.
상기 개방형 플랫폼(1000)은 최상위 레벨에 위치하는 플랫폼 제어장치(1100)와, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 오픈 구조 타입 개방형 하위분산 인터페이스(1200)와, 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션을 수행하는 플랫폼 PHILS 모사장치(1300)로 구성되거나, 또는 필요시 회전기반의 모터/발전기 구성품을 모사해주는 구동계 부하 모사장치(1400)와 함께 구성됨으로써 대상 플랫폼의 구성품 구현과 부하모사 기능을 수행한다. 이는 도 1내지 도 5를 통해 전술한 개방형 플랫폼(1000)을 의미한다.
상기 플랫폼 모사장치(2000)는 플랫폼 동역학을 수행하는 플랫폼 HIL 시뮬레이터(2100)와, 사용자와 시스템의 인터페이스 기능을 수행하는 플랫폼 조종장치(2200)와, 플렛폼 임무부하를 모사하는 임무모사장치(2300)로 구성된다.
특히, 상기 플랫폼 HIL 시뮬레이터(2100)에서는 플랫폼 제어장치(1100)와 플랫폼 구성품(1330)을 실구성품과 모사장치 기반으로 구성되는 개방형 플랫폼(1000)과 연동됨으로써 플랫폼 동역학을 수행하여준다.
상기 SIL 운용장치(3000)는 운용환경 모사부(3100)와, SIL 통제부(3200)와, SIL 고장감시부(3300)로 구성된다.
상기 운용환경 모사부(3100)에서는 개방형 플랫폼(1000)의 운용 관련 전반적인 실험실 운용, 통제, 감시 기능을 수행하며 대상 플랫폼 운용환경을 모사하여 준다.
상기 SIL 통제부(3200)에서는 플랫폼 운용 시나리오 제공 및 SIL 통제 기능을 수행하여준다. 상기 SIL 고장감시부(3300)에서는 개방형 플랫폼(1000)의 플랫폼 구성품(1330) 및 시험장비 고장을 감시하여준다.
한편, 도 7은 플랫폼 HIL 시뮬레이터(2100)의 세부 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 플랫폼 HIL 시뮬레이터(2100)에는 플랫폼 동역학부(2110)와 플랫폼 구성품 모델링부(2120)가 포함된다.
상기 플랫폼 동역학부(2110)에서는 개방형의 모델기반의 소프트웨어 설계 기능을 제공하며, 개방형의 플랫폼 동역학을 실시간으로 수행하여준다. 상기 플랫폼 구성품 모델링부(2120)에서는 플랫폼 구성품을 실시간 모델기반으로 수행하여준다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템에는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 아키텍쳐가 제공되는 개방형 플랫폼(1000)이 포함됨으로써 기존의 신호레벨의 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation)를 개방형 HILS를 포함한 전력레벨의 다양한 플랫폼에 대하여 개방형 구조의 PHILS(Power Hardware-In-the-Loop Simulation)환경과 SIL(System Integration Lab)운용환경을 제공하고, 특히 개발 단계에서 실험실 기반으로 플랫폼 제어기 및 구성품, 플랫폼 동역학을 포함하는 플랫폼 시변부하 특성시험이 실험실에서 수행됨으로써 기존 대비 개발기간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 절감효과가 창출된다.
1000 : 개방형 플랫폼
1100 : 플랫폼 제어장치 1110 : HIL 시뮬레이터
1120 : 고장진단제어기 1200 : 개방형 하위분산 인터페이스
1210 : 개방형 통신망 1211 : 통신 프로토콜 표준화 처리부
1212 : 통신처리 재구성 인터페이스
1213 : 통신처리 재구성 제어부 1220 : 개방형 신호망
1221 : 신호처리 재구성 인터페이스
1222 : 신호처리 인터페이스 재구성 제어부
1230 : 개방형 전력망 1231 : 양방향 전력공급 시스템
1232 : 전력망 통제장치 1233 : 전력망 재구성부
1234 : 제동저항 모듈 1235 : 전력망 제어부
1300 : 플랫폼 PHILS 모사장치 1310 : DC 전력변환 에뮬레이터
1311 : 전력변환 에뮬레이터 장치
1312 : 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터
1320 : AC 전력변환 에뮬레이터 1330 : 플랫폼 실구성품
1400 : 구동계 부하 모사장치 2000 : 플랫폼 모사장치
2100 : 플랫폼 HIL 시뮬레이터 2110 : 플랫폼 동역학부
2120 : 플랫폼 구성품 모델링부 2200 : 플랫폼 조종장치
2300 : 임무모사장치 3000 : SIL 운용장치
3100 : 운용환경 모사부 3200 : SIL 통제부
3300 : SIL 고장감시부

Claims (17)

  1. 최상위 레벨에 위치하는 플랫폼 제어장치와, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 오픈 구조 타입 개방형 하위분산 인터페이스와, 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션을 수행하는 플랫폼 PHILS 모사장치로 이루어진 개방형 플랫폼과;
    상기 개방형 플랫폼과 상호 개방형의 계층적 구조를 이루고, 플랫폼의 실시간 동역학 모델링을 수행하는 플랫폼 모사장치와;
    상기 개방형 플랫폼과 상호 개방형의 계층적 구조를 이루고, 상기 개방형 플랫폼의 운용을 수행하는 SIL 운용장치;
    가 포함된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 플랫폼 제어장치는 플랫폼 제어기를 실시간으로 모사하는 프로토타입 제어기 기반의 상위제어기 HIL 시뮬레이터와, 플랫폼 고장진단 기능을 담당하는 고장진단제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.

  3. 청구항 1에 있어서, 상기 개방형 하위분산 인터페이스는 플랫폼 통신 관련 표준화 프로토콜 작업 수행 및 다양한 통신 인터페이스 기능을 담당하는 개방형 통신망과, 다양한 센서 및 제어신호 처리와 인터페이스 기능을 담당하는 개방형 신호망과, 플랫폼 전력구성품의 전력망 구성과 전력공급을 전력망 재구성 기반으로 수행하는 개방형 전력망으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 개방형 통신망은 플랫폼에서 제공되는 플랫폼 구성품의 이종간 통신 프로토콜을 표준화된 단일 프로토콜로 변환해주는 통신 프로토콜 표준화 처리부와, 표준화되지 않은 상기 플랫폼 실구성품간 통신과 상기 플랫폼 PHILS 모사장치간 통신을 재구성 기반으로 다양한 이종 프로토콜의 통신에 대하여 인터페이스를 제공하는 통신처리 재구성 인터페이스와, 다양한 플랫폼의 통신 요구조건을 만족시키기 위해 재구성 제어를 수행하는 통신처리 재구성 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 개방형 신호망은 개방형 플랫폼의 다양한 신호를 요구조건에 만족하도록 센서신호와 제어신호 및 계측신호의 인터페이스가 제공되는 신호처리 재구성 인터페이스와, 소프트웨어와 하드웨어적인 재구성이 이루어지도록 상기 SIL 운용장치와 통신이 수행되는 신호처리 인터페이스 재구성 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 개방형 전력망은 양방향으로 전력을 제어하는 양방향 전력공급 시스템과, 재구성 기반의 개방형 전력망을 구성하는 전력망 통제장치가 포함되고; 상기 전력망 통제장치는 플랫폼의 전력부하 및 전력기반의 구성품을 요구조건에 따라 재구성이 용이하도록 매트릭스 기반의 스위치로 제어되는 전력망 재구성부와, 부하의 회생제동과 전력망의 안전 및 보호기능이 이루어지는 제동저항 모듈과, 외부 호스트 통신을 통하여 상기 SIL 운용장치와 연동되고 상기 전력망 재구성부와 상기 제동저항 모듈을 제어하는 전력망 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 플랫폼 PHILS 모사장치는 플랫폼의 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션을 수행하는 한쌍의 DC 전력변환 에뮬레이터와 AC 전력변환 에뮬레이터와, 플랫폼에서 제공되는 플랫폼 실구성품으로 구성되고;
    상기 개방형 하위분산 인터페이스간 통신을 재구성하는 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 DC 전력변환 에뮬레이터는 전력 구성품을 전력레벨로 에뮬레이션 해주는 전력변환 에뮬레이터 장치와, 전력 구성품의 하위분산 제어기를 에뮬레이션 해주는 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터로 구성되고;
    상기 SIL 운용장치와 연동하여 재구성 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 전력변환 하위분산 HIL 시뮬레이터는 상기 개방형 하위분산 인터페이스의 하위레벨에 위치하여 상기 플랫폼 실구성품을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 플랫폼 실구성품에는 DC 기반의 배터리, 연료전지, 울트라 캐패시터, 태양전지, 직류컨버터, 전력부하 장치 등과 AC 기반의 모터, 발전기, 교류컨버터, 교류 전력부하 공급장치가 포함된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 플랫폼 모사장치에는 플랫폼 HIL 시뮬레이터가 포함되고, 상기 플랫폼 HIL 시뮬레이터는 개방형의 모델기반의 소프트웨어 설계 기능제공과 개방형의 플랫폼 동역학을 실시간으로 수행하는 플랫폼 동역학부와, 플랫폼 구성품을 실시간 모델기반으로 수행하는 플랫폼 구성품 모델링부로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 SIL운용장치는 플랫폼 요구조건으로 상기 개방형 플랫폼의 소프트웨어 재구성을 구현하고, 상기 플랫폼 요구조건은 플랫폼의 통신망, 신호망, 전력망에 관련되는 하드웨어 및 소프트웨어인 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 SIL 운용장치는 상기 개방형 플랫폼의 운용 관련 전반적인 실험실 운용과 통제 및 감시 기능을 수행하며 대상 플랫폼 운용환경을 모사해주는 운용환경 모사부와, 플랫폼 운용 시나리오 제공 및 SIL 통제 기능을 수행하는 SIL 통제부와, 개방형 SIL의 플랫폼 구성품 및 시험장비 고장을 감시하는 SIL 고장감시부로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.

  14. 청구항 1에 있어서, 상기 개방형 플랫폼에는 부하 동특성 시험을 위한 구동계 부하 모사장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 구동계 부하 모사장치는 구동장치에 연계되는 다이나모와, 실제 부하특성 시험을 수행하도록 회전 토크를 출력하는 기어박스로 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 구동장치는 모터와 발전기를 포함한 파워트레인 구성품인 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 구동계 부하 모사장치의 제어에 상기 SIL 운용장치가 이용되는 것을 특징으로 하는 전력변환 에뮬레이터 기반의 개방형 ＳＩＬ 시스템.
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