KR101370079B1 - Converter system including single resistor module - Google Patents

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KR101370079B1 KR1020120119491A KR20120119491A KR101370079B1 KR 101370079 B1 KR101370079 B1 KR 101370079B1 KR 1020120119491 A KR1020120119491 A KR 1020120119491A KR 20120119491 A KR20120119491 A KR 20120119491A KR 101370079 B1 KR101370079 B1 KR 101370079B1
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안희원
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

Disclosed is a converter system comprising a unified resistor module. The resistor module includes: a dynamic brake resistor to which a plurality of resistor plates are connected in parallel; a pre-charging resistor to pre-charge a DC link stage through a contactor; a discharge resistor connected to the DC link stage to generate predetermined power loss; and a control IGBT including a top switch controlling the operation of the dynamic brake resistor and a bottom switch for controlling the operation of the discharge resistor.

Description

단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템{Converter system including single resistor module}Converter system including single resistor module

본 발명은 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a converter system comprising a unified resistor module.

일반적으로 풍력 발전 시스템 등에서는 교류, 직류와 같은 전압 특성 변환을 위해 컨버터 시스템이 이용되고 있으며, 컨버터 시스템에는 다이나믹 제동저항(DBR, Dynamic Braking Resistor), 초기충전저항, 방전저항 등 여러 저항소자가 이용되고 있다. In general, converter systems are used to convert voltage characteristics such as alternating current and direct current in wind power generation systems, and various resistance elements such as dynamic braking resistor (DBR), initial charge resistance, and discharge resistance are used for the converter system. It is becoming.

다이나믹 제동저항은 전력반도체 소자를 이용하여 저항을 제어하는 기법에 이용된다. 계통측(Grid Side)에 LVRT(Low Voltage Ride Through) 상황이 발생할 경우 계통측 전압이 강하(Drop)되기 때문에 발전기측(Generator Side)에서 생성된 전력이 계통측으로 온전히 전달되지 못한다. 이는 직류링크 전압(DC Link Voltage)을 상승시켜서 전력반도체를 소손시키는 원인이 된다. 이를 막기 위해서 전력반도체 소자를 이용하여 다이나믹 제동저항에서 전력을 소모시켜서 컨버터를 보호해 주게 된다. Dynamic braking resistors are used in the technique of controlling the resistance using power semiconductor devices. When the LVRT (Low Voltage Ride Through) condition occurs on the grid side, the grid side voltage drops so that power generated on the generator side is not completely transferred to the grid side. This causes the power semiconductor to be burned out by increasing the DC link voltage. To prevent this, a power semiconductor device is used to protect the converter by consuming power from the dynamic braking resistor.

직류링크 커패시터가 연결되어 있는 직류링크단은 일정한 전압으로 제어되는데, 컨버터 초기 동작시 직류링크단에는 전압이 충전되어 있지 않다. 전압이 충전되어 있지 않은 상태에서 전압제어를 시작하면 순간적으로 큰 전류가 필요하기 때문에 전압을 제어하는 과정에서 전력반도체가 소손되는 사고가 발생할 수 있다. 이를 미연에 방지하기 위해 전압제어 하기 전에 직류링크단을 충전시켜주게 되는데 이 때 초기충전저항을 이용하여 저항을 통해 전류가 흐르게 하여 직류링크단을 충전시켜 준다.The DC link stage to which the DC link capacitor is connected is controlled to a constant voltage. During the initial operation of the converter, the DC link stage is not charged with voltage. If the voltage control is started while the voltage is not charged, a large current is required instantaneously, which may cause an accident that the power semiconductor is burned out during the voltage control. To prevent this, the DC link stage is charged before voltage control. At this time, the initial link resistance is used to charge the DC link stage by allowing current to flow through the resistor.

방전저항은 직류링크단에 연결되어 있는 저항으로 초기충전저항, 다이나믹 제동저항과는 다르게 항상 직류링크단에 연결되어 있다. 방전저항을 통해 소모되는 전력은 매우 작은 값으로 직류링크단의 안정적인 제어에 기여한다. 또한 컨버터가 동작하지 않을 때 직류링크 전압을 방전시킬 때 이용된다.The discharge resistor is a resistor connected to the DC link stage. Unlike the initial charge resistance and the dynamic braking resistor, the discharge resistor is always connected to the DC link stage. The power consumed through the discharge resistor is very small, contributing to the stable control of the DC link stage. It is also used to discharge the DC link voltage when the converter is not operating.

현재 컨버터 시스템에서는 다이나믹 제동저항, 초기충전저항, 방전저항에 대하여 각각 다른 종류의 저항이 이용되고 있다. 다이나믹 제동저항의 경우 순간적으로 많은 양의 전력을 소모하여야 하기 때문에 저항값이 작은 대신이 정격전력량(W)은 클 필요가 있다. 따라서, 그 부피가 매우 큰 편이나 저항값 자체는 작다. 초기충전저항의 경우 충전시간이 오래 걸리면 안 되기 때문에 순간적으로 큰 전류를 흘려주기 위해 저항값은 작은 편이며, 소모되는 전력량은 중요하지 않으므로 정격전력량은 작다. 따라서, 그 부피가 작아도 충분하다. 방전저항의 경우 직류링크단에서 방전저항쪽으로 전류가 많이 흐르면 안 되기 때문에 저항값이 크다. 하지만 소모되는 전력량이 클 필요가 없기 때문에 정격전력량은 작다. 각 저항들의 특성을 정리하면 다음과 같다. In current converter systems, different types of resistors are used for dynamic braking resistors, initial charge resistors, and discharge resistors. In the case of the dynamic braking resistor, it is necessary to consume a large amount of power instantaneously, so the rated power amount (W) needs to be large instead of having a small resistance value. Therefore, the volume is very large, but the resistance value itself is small. In the case of the initial charging resistance, the charging time should not be long, so the resistance value is small in order to flow a large current instantaneously, and the power consumption is not important, so the rated power is small. Therefore, the volume is small enough. In the case of discharge resistance, the resistance value is large because a large amount of current must not flow from the DC link stage toward the discharge resistance. However, because the power consumption does not need to be large, the rated power is small. The characteristics of each resistor are summarized as follows.

정격전력량 : 다이나믹 제동저항 >>> 방전저항 > 초기충전저항Rated power: Dynamic braking resistor >>> Discharge resistance> Initial charge resistance

저항값 : 방전저항 >>> 다이나믹 제동저항 = 초기충전저항Resistance value: discharge resistance >>> dynamic braking resistance = initial charge resistance

이처럼 다이나믹 제동저항, 초기충전저항, 방전저항의 특성이 서로 다르기 때문에 현재 컨버터 시스템에서는 각 저항들이 서로 분리되어 각각 따로 설치되어 있다. As such, the dynamic braking resistor, initial charge resistor, and discharge resistor have different characteristics, and therefore, in the current converter system, the resistors are separated from each other and installed separately.

도 1은 현재 컨버터 시스템에서 저항들이 설치되어 있는 위치를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing a position where resistors are installed in a current converter system.

도 1을 참조하면, 방전저항(30)과 초기충전저항(20)은 컨버터 시스템(1)의 제어부에 설치되어 있으며, 다이나믹 제동저항(10)은 컨버터 시스템(1)의 상부에 설치되어 있다. Referring to FIG. 1, the discharge resistor 30 and the initial charge resistor 20 are installed in the control unit of the converter system 1, and the dynamic braking resistor 10 is installed above the converter system 1.

컨버터 시스템의 상부에 설치되는 구조의 다이니믹 제동저항(10)은 설치 및 유지 보수가 어려운 구조이며, 풍력 발전 시스템의 타워 내에 설치될 경우 컨버터 시스템의 높이를 높이는 구조가 된다. 따라서, 컨버터 시스템 내에 설치될 경우 표준설계에 적합하지 않은 구조이며, 냉각이 쉽지 않은 문제점이 있다. The dynamic braking resistor 10 of the structure installed on the upper portion of the converter system is a structure that is difficult to install and maintain, and when installed in the tower of the wind power generation system is a structure to increase the height of the converter system. Therefore, when installed in the converter system is a structure that is not suitable for the standard design, there is a problem that cooling is not easy.

또한, 방전저항 역시 컨버터 시스템 제어부의 발열 요인이 되고 있으며, 풍력 발전 시스템의 안정화를 위해서는 컨버터 시스템의 발열 문제를 해결하는 것이 중요한 부분으로 부각되고 있다. In addition, the discharge resistance is also a heat generation factor of the converter system control unit, and to stabilize the wind power generation system, it is emerging as an important part to solve the heat generation problem of the converter system.

본 발명은 다이나믹 제동저항, 초기충전저항, 제동저항을 하나의 저항 모듈로 단일화하고 컨버터 시스템의 하부에 설치하여 냉각 구조의 개선 없이도 저항의 냉각 효율이 향상되고 전체 부피를 줄일 수 있어 컨버터의 소형화가 가능한 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템을 제공하기 위한 것이다. According to the present invention, the dynamic braking resistor, the initial charging resistor, and the braking resistor are unified into one resistor module and installed in the lower part of the converter system, thereby improving the cooling efficiency of the resistor and reducing the total volume without improving the cooling structure. It is to provide a converter system that includes a singulated resistor module as much as possible.

본 발명은 단일 전력반도체 소자를 이용하여 저항 모듈 내 각 저항소자들의 동작을 제어함으로써 컨버터 전력 손실을 저감시키는 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a converter system including a unified resistor module that reduces converter power loss by controlling the operation of each resistor in the resistor module using a single power semiconductor device.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템에 있어서, 상기 저항 모듈은, 복수의 저항판이 병렬 연결된 다이나믹 제동저항; 컨택터를 통해 직류링크단을 초기충전하는 초기충전저항; 상기 직류링크단에 연결되어 소정의 전력 손실을 발생시키는 방전저항; 및 상기 다이나믹 제동저항의 동작을 제어하는 탑 스위치와 상기 방전저항의 동작을 제어하는 바텀 스위치를 포함하는 제어 IGBT를 포함하는 컨버터 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a converter system including a single resistor module, the resistor module, a dynamic braking resistor is connected to a plurality of resistor plates in parallel; Initial charging resistance for initial charging the DC link stage through the contactor; A discharge resistor connected to the DC link terminal to generate a predetermined power loss; And a control IGBT including a top switch controlling the operation of the dynamic braking resistor and a bottom switch controlling the operation of the discharge resistor.

상기 탑 스위치 및 상기 바텀 스위치는 상보적으로 동작하여 임의의 시점에 하나의 스위치만이 턴온될 수 있다.The top switch and the bottom switch operate complementarily so that only one switch may be turned on at any time.

상기 탑 스위치가 상기 바텀 스위치에 비해 높은 동작 우선도를 가질 수 있다.The top switch may have a higher operating priority than the bottom switch.

상기 컨택터는 상기 컨버터 시스템이 기동할 때 상기 직류링크단을 초기충전시킬 때에 턴온되고 그 외에는 턴오프되며, 상기 제어 IGBT는 LVRT 상황에서 상기 탑 스위치를 턴온하고, 직류링크 전압이 제어 전압의 허용 전압 마진 이상 상승한 경우에는 상기 바텀 스위치를 턴온할 수 있다.The contactor is turned on upon initial charging of the DC link stage when the converter system is started up and otherwise turned off, the control IGBT turns on the top switch in an LVRT situation, and the DC link voltage is an allowable voltage of the control voltage. When the margin rises, the bottom switch may be turned on.

상기 제어 IGBT는 상기 직류링크 전압이 상기 제어 전압의 허용 전압 마진 범위 이내인 경우에 일정 주기마다 한번씩 상기 바텀 스위치를 턴온할 수 있다.The control IGBT may turn on the bottom switch once every predetermined period when the DC link voltage is within an allowable voltage margin range of the control voltage.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 다이나믹 제동저항, 초기충전저항, 제동저항을 하나의 저항 모듈로 단일화하고 컨버터 시스템의 하부에 설치하여 냉각 구조의 개선 없이도 저항의 냉각 효율이 향상되고 전체 부피를 줄일 수 있어 컨버터의 소형화가 가능하다. According to an embodiment of the present invention, the dynamic braking resistor, the initial charge resistor, and the braking resistor are unified into one resistor module and installed in the lower part of the converter system, thereby improving the cooling efficiency of the resistor and reducing the total volume without improving the cooling structure. Therefore, the converter can be miniaturized.

또한, 단일 전력반도체 소자를 이용하여 저항 모듈 내 각 저항소자들의 동작을 제어함으로써 컨버터 전력 손실을 저감시키는 효과가 있다. In addition, there is an effect of reducing the converter power loss by controlling the operation of each resistance element in the resistance module using a single power semiconductor element.

도 1은 현재 컨버터 시스템에서 저항들이 설치되어 있는 위치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈의 내부 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈의 회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템의 구성을 나타낸 도면. 1 is a diagram showing a position where resistors are installed in a current converter system;
2 is a view showing the internal structure of a unified resistor module according to an embodiment of the present invention,
3 is a circuit diagram of a unified resistor module according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram showing the configuration of a converter system including a unified resistor module according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms " part, "" module," and "group ", etc. in the specification mean units for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software .

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈의 내부 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈의 회로도이다. 2 is a view showing the internal structure of a single resistor module according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a circuit diagram of a single resistor module according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈(100)은 다이나믹 제동저항(110a~110e, 이하 '110'으로 통칭함), 초기충전저항(120), 방전저항(130)을 포함하며, 하부에 제어 전력반도체 소자(이하 '제어 IGBT'라 함)(140)가 배치된 구조를 가진다. 2, the unified resistor module 100 according to an embodiment of the present invention is a dynamic braking resistor (110a ~ 110e, hereinafter referred to as '110'), the initial charge resistance 120, the discharge resistor 130 ), And has a structure in which a control power semiconductor device (hereinafter referred to as "control IGBT") 140 is disposed below.

다이나믹 제동저항(110)은 케이블(150)에 연결된 복수의 저항판(110a~110e)의 병렬 합으로 이루어지며, 저항판(110a~110e)은 기존의 다이나믹 제동저항에 포함되던 저항판과 비교할 때 가로와 세로 길이가 연장되고 높이가 낮아진 납작한 형상을 가지도록 할 수 있다. The dynamic braking resistor 110 is formed of a parallel sum of a plurality of resistor plates 110a to 110e connected to the cable 150, and the resistor plates 110a to 110e are compared with the resistor plates included in the existing dynamic braking resistor. It can have a flat shape with extended length and length and low height.

병렬 연결된 복수의 저항판 중 하나 이상의 저항판(110a~110e)에 대하여 초기충전 시퀀스를 구성하여 초기충전저항(120)으로서 기능하게 할 수 있다. An initial charge sequence may be configured with respect to one or more resistor plates 110a to 110e of the plurality of resistor plates connected in parallel to function as the initial charge resistor 120.

방전저항(130)은 높은 저항값을 가진 저항판을 이용하기 때문에 전원 단자(+ 단자, - 단자)를 별도로 구성하고 있다. Since the discharge resistor 130 uses a resistor plate having a high resistance value, a power supply terminal (+ terminal,-terminal) is separately configured.

방전저항(130)의 경우 항상 직류링크단에 연결되어 있기 때문에 일정 크기의 전력 손실(예를 들어, 약 1kW 정도)을 항상 발생시킨다. 1kW의 경우 컨버터 시스템의 전체 전력 손실량의 약 1.3%에 해당하는 값으로, 결코 작은 값이 아니다. 따라서, 이러한 전력 손실을 방지하기 위해 제어 IGBT(140)를 이용한다. Since the discharge resistor 130 is always connected to the DC link terminal, it generates a certain amount of power loss (for example, about 1 kW). At 1kW, it is about 1.3% of the total power dissipation in the converter system, which is never small. Thus, control IGBT 140 is used to prevent such power loss.

제어 IGBT(140)는 저항 모듈(100)의 하부에 위치하며, 냉각 유로를 통해 흐르는 냉각 유체(예를 들어, 냉각수)에 의해 냉각되는 수냉식 냉각 구조로 구성되어 그 발열이 제거될 수 있다. The control IGBT 140 may be positioned below the resistance module 100 and may be configured of a water-cooled cooling structure cooled by a cooling fluid (for example, cooling water) flowing through the cooling flow path, thereby removing heat generation.

제어 IGBT(130)는 탑 스위치(Top Switch)와 바텀 스위치(Bottom Switch)를 포함하며, 탑 스위치는 다이나믹 제동저항(110) 제어에 사용되고, 바텀 스위치는 방전저항(130) 제어에 사용된다. 여기서, 바텀 스위치는 일정 주기(예를 들어, 10초)마다 한번씩 턴온되도록 동작 프로그램이 설계되어 있을 수 있다.The control IGBT 130 includes a top switch and a bottom switch. The top switch is used to control the dynamic braking resistor 110, and the bottom switch is used to control the discharge resistor 130. Here, the operation program may be designed such that the bottom switch is turned on once every certain period (for example, 10 seconds).

IGBT의 특성 상 탑 스위치와 바텀 스위치는 상보적으로 동작하여 동시에 턴온(Turn On)되지 않기 때문에, 적절한 신호 인가를 통해 다이나믹 제동저항(110)과 방전저항(130)을 각각 제어할 수 있다. 이 경우 방전저항(130)이 항상 직류링크단에 연결되어 있는 것이 아니기 때문에 컨버터 시스템의 전체 전력 손실량을 저감시킬 수 있다.Because of the characteristics of the IGBT, the top switch and the bottom switch operate complementarily and are not turned on at the same time. Accordingly, the dynamic braking resistor 110 and the discharge resistor 130 may be controlled through appropriate signal application. In this case, since the discharge resistor 130 is not always connected to the DC link terminal, the total power loss of the converter system can be reduced.

다만, 이 경우 탑 스위치와 바텀 스위치는 동시에 동작할 수 없다. 즉, 임의의 시점에 탑 스위치 및 바텀 스위치 중 어느 하나만이 턴온되기 때문에 동작 우선도를 부여할 필요가 있다. 스위치의 동작 우선도는 다이나믹 제동저항(110)과 연결되어 있는 탑 스위치에 부여하는 것이 바람직한데, 이는 계통사고 발생 시 다이나믹 제동저항(110)이 동작하지 않으면 IGBT 소자의 소손으로 이어질 수 있기 때문이다. In this case, however, the top switch and the bottom switch cannot operate simultaneously. That is, since only one of the top switch and the bottom switch is turned on at any time, it is necessary to give an operation priority. It is preferable to give the operation priority of the switch to the top switch connected to the dynamic braking resistor 110, because if the dynamic braking resistor 110 does not operate in the event of a system accident, the IGBT element may be damaged. .

도 3을 참조하면, 단일화된 저항 모듈(100)의 내부 회로도가 도시되어 있다. Referring to FIG. 3, an internal circuit diagram of the unified resistor module 100 is shown.

탑 스위치(132)가 클로즈(Close)되는 경우 전류는 다이나믹 제동저항(110)을 통해 흐르며, 방전저항(130) 쪽으로는 전류가 흐르지 않는다. 바텀 스위치(134)가 클로즈되는 경우에는 전류가 방전저항(130)을 통해 흐르게 된다. When the top switch 132 is closed, current flows through the dynamic braking resistor 110, and no current flows toward the discharge resistor 130. When the bottom switch 134 is closed, current flows through the discharge resistor 130.

각 스위치는 동시에 클로즈되지 않으므로, 쇼트 회로(Short Circuit)가 만들어질 경우가 없어, 컨버터 시스템 제어부에서는 각 상황에 따라 다이나믹 제동저항(110)과 방전저항(130)을 독립적으로 제어할 수 있다. Since each switch is not closed at the same time, a short circuit is not generated, and therefore, the converter system controller may independently control the dynamic braking resistor 110 and the discharge resistor 130 according to each situation.

다이나믹 제동저항(110)은 LVRT 상황이 발생할 경우를 대비해 설치되어 있는 저항 소자로서, 컨버터 시스템 제어부에서 LVRT 상황을 감지한 경우에 한하여 동작하도록 제어할 수 있다. The dynamic braking resistor 110 is a resistor installed in case of an LVRT situation, and may be controlled to operate only when the converter system controller detects an LVRT condition.

방전저항(130)은 항상 직류링크단에 연결되어 있어 컨버터 시스템이 동작하는 동안 지속적으로 전력을 손실시킨다. 방전저항(130)이 직류링크 전압의 안정적인 제어에 기여하지만, 그 효과가 크지 않고 급격한 전압 상승에는 대처가 힘들게 된다. The discharge resistor 130 is always connected to the DC link stage to continuously lose power while the converter system is operating. Although the discharge resistor 130 contributes to the stable control of the DC link voltage, the effect is not great and it is difficult to cope with a sudden voltage rise.

따라서, 컨버터 시스템 제어부는 직류링크 전압이 제어 전압의 허용 전압 마진(예를 들어, ±10V 마진)으로 제어되고 있을 경우에는 정상 상태로 판단하고, 제어 IGBT(130)의 스위치를 모두 오픈(Open) 상태로 둔다. 직류링크 전압이 예를 들어 제어 전압의 양(+)의 허용 전압 마진(10V) 이상 상승하였을 경우에는 바텀 스위치를 클로즈시켜 방전저항(130)을 통해 전류가 흐르게 하여 직류링크 전압을 낮추어 준다. Accordingly, the converter system controller determines that the DC link voltage is in a normal state when the DC link voltage is controlled by the allowable voltage margin of the control voltage (for example, ± 10V margin), and opens all the switches of the control IGBT 130. Leave it as it is. For example, when the DC link voltage rises above the allowable voltage margin (10V) of the control voltage, the bottom switch is closed to allow a current to flow through the discharge resistor 130 to lower the DC link voltage.

만약 LVRT 사고 등으로 인해 직류링크 전압이 예를 들어 제어 전압의 100V 이상 상승한다면 탑 스위치를 클로즈시켜 다이나믹 제동저항(110)을 통해 전류가 흐르게 하여 직류링크 전압을 방전시킨다. If the DC link voltage rises above 100 V, for example, due to an LVRT accident, the top switch is closed to allow current to flow through the dynamic braking resistor 110 to discharge the DC link voltage.

이 경우 평상시에는 직류링크 전압이 제어 전압의 허용 전압 마진(±10V 마진) 범위에서 정상적으로 제어되고 있기 때문에, 기존 컨버터 시스템에 비해 방전저항에서 소모되는 전력이 적어 컨버터 시스템의 효율 향상에 기여하게 된다. In this case, since the DC link voltage is normally controlled within the allowable voltage margin (± 10V margin) of the control voltage, less power is consumed in the discharge resistor than the conventional converter system, thereby contributing to the efficiency improvement of the converter system.

초기충전저항(120)은 다이나믹 제동저항(110)으로 이용될 저항판(110a~110e)과는 연결하지 않고 별도의 단자를 제작하여 분리시킨다. The initial charge resistor 120 does not connect with the resistor plates 110a to 110e to be used as the dynamic braking resistor 110 to make a separate terminal to separate.

초기충전회로는 다음과 같다. 선간전압의 차이에 따라 직류링크단이 충전되게 되는데, 예를 들어, 선간전압이 690V인 경우 직류링크단은 교류 선간전압의 피크치만큼 충전되게 되어 있으므로 대략 975V까지 충전되게 된다. 전술한 것과 같이 탑 스위치와 바텀 스위치는 동시에 클로즈되지 않으며, 초기충전저항(120)에 연결된 컨택터(122, 124)의 경우 컨버터 시스템의 초기 충전시에만 턴온되며, 초기충전이 완료되면 이후에는 항상 턴오프(Turn Off)되어 있게 된다. The initial charging circuit is as follows. The DC link stage is charged according to the difference between line voltages. For example, when the line voltage is 690V, the DC link stage is charged up to approximately 975V since the DC link stage is charged by the peak value of the AC line voltage. As described above, the top switch and the bottom switch are not closed at the same time, and the contactors 122 and 124 connected to the initial charging resistor 120 are turned on only at the initial charging of the converter system, and always after the initial charging is completed. Turned off (Turn Off).

즉, 다이나믹 제동저항(110)은 제어 IGBT(130)의 탑 스위치(132)가 턴온되어 있는 경우에만(즉, LVRT 상황 시에만) 동작하며, 방전저항(130)은 바텀 스위치(134)가 턴온되어 있는 경우에만(예를 들어, 직류링크 전압이 제어 전압보다 양의 허용 전압 마진 이상 상승될 경우에만) 동작한다. 초기충전저항(120)은 컨버터 시스템이 기동할 때 직류링크단을 초기충전시킬 때에만 동작하게 된다. That is, the dynamic braking resistor 110 operates only when the top switch 132 of the control IGBT 130 is turned on (that is, only in an LVRT situation), and the discharge resistor 130 is turned on by the bottom switch 134. Only if it is configured (for example, if the DC link voltage rises above the allowable voltage margin by more than the control voltage). The initial charge resistor 120 operates only when the DC link stage is initially charged when the converter system is started.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram illustrating a configuration of a converter system including a single resistor module according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템(200)은 하부에 단일화된 저항 모듈(100)이 설치된다. 단일화된 저항 모듈(100)은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이 다이나믹 제동저항, 초기충전저항, 방전저항 및 이들 저항의 동작을 제어하는 제어 IGBT를 포함한다. Referring to FIG. 4, the converter system 200 according to the exemplary embodiment of the present invention is provided with a united resistor module 100 at a lower portion thereof. The unified resistor module 100 includes a dynamic braking resistor, an initial charge resistor, a discharge resistor and a control IGBT for controlling the operation of these resistors as described with reference to FIGS. 2 and 3.

도 4를 참조하면, 컨버터 시스템(200), 저항 모듈(100), 케이스(205), IGBT 스택부(210), 리액터부(220), 냉각팬부(230), 열교환기부(240), 덕트(250), 가림판(260), 버스바(bus bar)(280), 공냉식 쿨러(300), 단위 모듈(400)이 도시되어 있다. Referring to FIG. 4, the converter system 200, the resistance module 100, the case 205, the IGBT stack 210, the reactor 220, the cooling fan 230, the heat exchanger 240, and the duct ( 250, a blanking plate 260, a bus bar 280, an air cooled cooler 300, and a unit module 400 are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템(200)은 냉각팬부와 열교환기부를 포함하는 공냉식 쿨러가 단일 모듈로 구성되어 있어 냉각 효율이 향상되고, 최상부에 위치하고 있어 공기의 대류 현상을 이용하여 공기의 순환이 훨씬 원활히 이루어지는 것을 특징으로 한다. In the converter system 200 according to the exemplary embodiment of the present invention, an air-cooled cooler including a cooling fan unit and a heat exchanger unit is configured as a single module, and thus the cooling efficiency is improved. It is characterized by a much smoother circulation.

공냉식 쿨러(300)는 냉각팬부(230) 및 열교환기부(240)를 포함한다. The air-cooled cooler 300 includes a cooling fan 230 and a heat exchanger 240.

열교환기부(240)는 외부에서 유입되는 냉각수를 이용하여 내부 유로를 따라 순환하는 공기를 냉각시키며, 냉각팬부(230)는 열교환기부(240)에서 냉각된 공기를 내부 유로를 따라 진행시킨다. The heat exchanger unit 240 cools the air circulating along the inner flow path using the cooling water introduced from the outside, and the cooling fan unit 230 advances the air cooled in the heat exchanger unit 240 along the inner flow path.

냉각팬부(230)가 열교환기부(240)의 상부에 위치하고 있으며, 공냉식 쿨러(300)가 복수의 단위 모듈(400) 상부에 위치하고 있어 열교환기부(240)에 의해 냉각된 공기가 냉각팬부(230)에 의해 하 방향으로 전달되어 복수의 단위 모듈(400) 각각에 전달될 수 있다. The cooling fan unit 230 is located above the heat exchanger unit 240, and the air cooling cooler 300 is positioned above the plurality of unit modules 400, so that the air cooled by the heat exchanger unit 240 is cooled by the cooling fan unit 230. By passing in the downward direction may be delivered to each of the plurality of unit modules 400.

단일 모듈화된 공냉식 쿨러(300)는 컨버터 시스템(200) 내 최상부에 위치하고 있으면서 덕트(250)를 통해 복수의 단위 모듈(400) 각각에 냉각된 공기를 전달한다. 덕트(250)는 전도성이 없는 금속 물질로 제조되며, 복수의 단위 모듈(400)의 상부면을 모두 커버할 수 있도록 한다. The single modular air-cooled cooler 300 delivers cooled air to each of the plurality of unit modules 400 through the duct 250 while being located at the top of the converter system 200. Duct 250 is made of a non-conductive metal material, so as to cover all of the upper surface of the plurality of unit modules 400.

열교환기부(240)에서 냉각된 공기는 덕트(250)에 의해 우선적으로 각 단위 모듈(400)의 상부층에 위치하는 리액터부(220)에 전달된다. 그리고 리액터부(220)를 통과한 공기는 가림판(260)에 의해 하부층의 IGBT 스택부(210)로 진행하지 못하고 복수의 단위 모듈(400) 사이의 공간으로 진행하여 버스바(280)로 전달되고, 이후 최하부에 위치하는 저항 모듈(100)로 전달된다. The air cooled in the heat exchanger unit 240 is first delivered to the reactor unit 220 positioned in the upper layer of each unit module 400 by the duct 250. In addition, the air passing through the reactor unit 220 does not proceed to the IGBT stack unit 210 of the lower layer by the shielding plate 260, but proceeds to a space between the plurality of unit modules 400 and is transferred to the bus bar 280. Then, it is transmitted to the resistance module 100 located at the bottom.

버스바(280) 및 저항 모듈(100)을 거치면서 뜨거워진 공기는 케이스(205)와 단위 모듈(400) 사이에 설계된 유로를 따라 컨버터 시스템(200) 상부로 이동하게 된다. 이 때 뜨거워진 공기는 상층으로 이동하고 냉각된 공기는 하층으로 이동하는 공기의 대류 현상을 이용하기 때문에 공기의 순환이 기존 방식보다 훨씬 원활하게 이루어지게 된다.The air heated while passing through the bus bar 280 and the resistance module 100 is moved above the converter system 200 along a flow path designed between the case 205 and the unit module 400. At this time, the hot air moves to the upper layer and the cooled air uses the convection phenomenon of the air moving to the lower layer, so that the circulation of the air is performed more smoothly than the conventional method.

도 1에 도시된 기존 구조와 비교할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 시스템(200)은 그 구조가 단순화됨에 따라 시스템의 전체 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 저항 모듈(100)이 컨버터 시스템(200)의 내부에 위치함으로써 공기에 의해 공냉식으로 다이나믹 제동저항, 방전저항 등이 냉각될 수 있어 저항 소자 자체의 전체 부피를 줄일 수도 있다. Compared with the existing structure shown in FIG. 1, the converter system 200 according to an embodiment of the present invention has an advantage of reducing the overall volume of the system as the structure thereof is simplified. In addition, since the resistor module 100 is located inside the converter system 200, the dynamic braking resistor and the discharge resistor may be cooled by air, thereby reducing the total volume of the resistor element itself.

기존 구조에서 다이나믹 제동저항의 부피가 큰 이유는 순간적으로 많은 에너지를 소모시키므로 정격전력이 크기 때문이었다. 즉, 발열로 인해 저항 소자가 파괴되는 것을 막기 위해 그 부피를 키우게 되는데, 공기로 냉각하게 되는 경우 냉각으로 인해 발열이 줄어들기 때문에 다이나믹 제동저항의 부피를 줄일 수 있어 컨버터 시스템(200)의 소형화에 기여할 수 있다. The reason why the volume of the dynamic braking resistor is large in the existing structure is that it consumes a lot of energy instantaneously, so the rated power is large. That is, the volume of the resistor is increased to prevent destruction of the resistance element due to heat generation. When cooling with air, the volume of the dynamic braking resistor can be reduced since the heat generation is reduced due to cooling, thereby miniaturizing the converter system 200. Can contribute.

또한, 제어 IGBT를 저항 모듈(200) 내에 포함시킴으로써, 제어선에 해당하는 케이블의 길이를 줄일 수 있어 전력반도체 소자를 보호하는데 유리하게 된다. 이는 케이블의 길이가 길어질 경우 케이블로 인한 인덕턴스 값이 커져서 급격하게 전류가 인입될 경우, V = L * di/dt 에 의해 스파이크 전압이 발생하여 전력반도체 소자를 파괴시킬 수 있기 때문이다. In addition, by including the control IGBT in the resistance module 200, it is possible to reduce the length of the cable corresponding to the control line, which is advantageous to protect the power semiconductor device. This is because if the cable length is increased, the inductance value due to the cable is increased, and if the current is rapidly drawn, a spike voltage may be generated by V = L * di / dt, which may destroy the power semiconductor device.

기존 컨버터 시스템에서는 다이나믹 제동저항이 컨버터 시스템의 상부에 위치하고 있어 자연풍 이외에는 다이나믹 제동저항을 냉각시킬 방법이 없었다. 컨버터 시스템이 설치되는 타워 내부의 경우 바람도 잘 통하지 않으므로, 현실적으로는 다이나믹 제동저항을 냉각시키는 것이 용이하지 않다. In the conventional converter system, the dynamic braking resistor is located at the top of the converter system, so there is no way to cool the dynamic braking resistor except natural wind. The wind inside the tower where the converter system is installed does not work well, so in reality it is not easy to cool the dynamic braking resistor.

하지만, 본 발명에서와 같이 다이나믹 제동저항을 포함하는 저항 모듈을 컨버터 시스템(200)의 내부에 설치할 경우 냉각팬을 통한 공냉식 냉각 구조를 이용할 수 있어 다이나믹 제동저항의 냉각이 용이하게 된다. 이로 인해 다이나믹 제동저항의 전체 부피를 줄일 수 있으며, 상대적으로 열에 약한 소자를 이용할 수 있어 원가 절감에도 유리한 장점이 있다. However, when the resistance module including the dynamic braking resistor is installed in the converter system 200 as in the present invention, an air-cooled cooling structure can be used through a cooling fan, thereby facilitating the cooling of the dynamic braking resistor. As a result, the overall volume of the dynamic braking resistor can be reduced, and a relatively low thermal element can be used, which is advantageous in cost reduction.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 저항 모듈 110a~110e: 다이나믹 제동저항
120: 초기충전저항 130: 방전저항
140: 제어 IGBT 150: 케이블
122, 124: 컨택터 132: 탑 스위치
134: 바텀 스위치 200: 컨버터 시스템
205: 케이스 210: IGBT 스택부
220: 리액터부 230: 냉각팬부
240: 열교환기부 250: 덕트
260: 가림판 280: 버스바100: resistor module 110a ~ 110e: dynamic braking resistor
120: initial charge resistance 130: discharge resistance
140: control IGBT 150: cable
122, 124: contactor 132: top switch
134: bottom switch 200: converter system
205: Case 210: IGBT Stack
220: reactor portion 230: cooling fan portion
240: heat exchanger unit 250: duct
260: blind plate 280: busbar

Claims (5)

삭제delete 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템에 있어서,
상기 저항 모듈은,
복수의 저항판이 병렬 연결된 다이나믹 제동저항;
컨택터를 통해 직류링크단을 초기충전하는 초기충전저항;
상기 직류링크단에 연결되어 소정의 전력 손실을 발생시키는 방전저항; 및
상기 다이나믹 제동저항의 동작을 제어하는 탑 스위치와 상기 방전저항의 동작을 제어하는 바텀 스위치를 구비하는 제어 IGBT를 포함하되,
상기 탑 스위치 및 상기 바텀 스위치는 상보적으로 동작하여 임의의 시점에 하나의 스위치만이 턴온되는 컨버터 시스템. A converter system comprising a unified resistor module,
The resistor module,
A dynamic braking resistor in which a plurality of resistor plates are connected in parallel;
Initial charging resistance for initial charging the DC link stage through the contactor;
A discharge resistor connected to the DC link terminal to generate a predetermined power loss; And
And a control IGBT having a top switch controlling an operation of the dynamic braking resistor and a bottom switch controlling an operation of the discharge resistor.
And the top switch and the bottom switch operate complementarily such that only one switch is turned on at any time. 제2항에 있어서,
상기 탑 스위치가 상기 바텀 스위치에 비해 높은 동작 우선도를 가지는 컨버터 시스템. 3. The method of claim 2,
And the top switch has a higher operational priority than the bottom switch. 단일화된 저항 모듈을 포함하는 컨버터 시스템에 있어서,
상기 저항 모듈은,
복수의 저항판이 병렬 연결된 다이나믹 제동저항;
컨택터를 통해 직류링크단을 초기충전하는 초기충전저항;
상기 직류링크단에 연결되어 소정의 전력 손실을 발생시키는 방전저항; 및
상기 다이나믹 제동저항의 동작을 제어하는 탑 스위치와 상기 방전저항의 동작을 제어하는 바텀 스위치를 구비하는 제어 IGBT를 포함하되,
상기 컨택터는 상기 컨버터 시스템이 기동할 때 상기 직류링크단을 초기충전시킬 때에 턴온되고 그 외에는 턴오프되며,
상기 제어 IGBT는 LVRT(Low Voltage Ride Through) 상황에서 상기 탑 스위치를 턴온하고, 직류링크 전압이 제어 전압의 허용 전압 마진 이상 상승한 경우에는 상기 바텀 스위치를 턴온하는 컨버터 시스템.A converter system comprising a unified resistor module,
The resistor module,
A dynamic braking resistor in which a plurality of resistor plates are connected in parallel;
Initial charging resistance for initial charging the DC link stage through the contactor;
A discharge resistor connected to the DC link terminal to generate a predetermined power loss; And
And a control IGBT having a top switch controlling an operation of the dynamic braking resistor and a bottom switch controlling an operation of the discharge resistor.
The contactor is turned on when initially charging the DC link stage when the converter system is started up, otherwise it is turned off,
The control IGBT turns on the top switch in a low voltage ride through (LVRT) situation, and turns on the bottom switch when the DC link voltage rises above the allowable voltage margin of the control voltage. 제4항에 있어서,
상기 제어 IGBT는 상기 직류링크 전압이 상기 제어 전압의 허용 전압 마진 범위 이내인 경우에 일정 주기마다 한번씩 상기 바텀 스위치를 턴온하는 컨버터 시스템.
5. The method of claim 4,
And the control IGBT turns on the bottom switch once every predetermined period when the DC link voltage is within an allowable voltage margin of the control voltage.
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