KR101420231B1 - 크레인 용도의 회생형 컨버터에서 결상 및 ３상 불평형 감지 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 움직이는 크레인에 장착되어 크레인이 가속할 때는 모터에 에너지를 공급하고 감속할 때 생기는 회생에너지를 계통으로 보내는 역할을 하는 컨버터에서, 크레인이 움직이면서 트롤리바(trolley bar)를 통해서 3상 전원을 공급받을 때 생길 수 있는 3상 중 한 상이나 두상, 또는 모든 상의 결상 및 3상의 불평형을 감지하고 수학적인 일련의 계산을 통해 비이상적인 3상 조건을 결정하여 그에 맞게 적절히 제어할 수 있는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 크레인 제어 방법에 관한 것이다.

Description

크레인 용도의 회생형 컨버터에서 결상 및 ３상 불평형 감지 및 제어 방법{Method of Sense and Control for Open Phase and 3-Phase Unbalance in Regenerative Converter of Crane}

본 발명은 크레인 용도의 회생형 컨버터의 크레인 제어 방법에 관한 것으로서, 특히, 움직이는 크레인에 장착되는 컨버터로 공급되는 3상 전원의 결상 상태, 불평형 정도, 정상 상태를 감지하고 제어하는 방법에 관한 것이다.

각상에 2개씩 총 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor) 소자를 사용하여 스위칭을 통하여 DC 링크 전압을 형성한 다음 부하 쪽에 전력이 필요할 때는 IGBT 브릿지를 통하여 계통에서 DC 링크로 전력이 전해지며, 크레인이 감속하여 부하 쪽에서 전력이 DC 링크 쪽으로 넘어 올 때도 IGBT 브릿지를 제어하여 계통으로 전력을 보내는 컨버터가 개발되어 상용화 되어 있다.

기존 방식에서 계통 3상 중 한상이나 두상, 또는 모든 상이 결상되거나 제어가 불가능할 정도의 불평형이 발생하였는데도 이를 감지하지 못하고 제어를 계속적으로 시도하면 계통이 무한 소스로 동작하여 IGBT나 게이트 드라이버가 파괴될 위험이 있다.

3상 AC/DC 컨버터 시스템은 모터 구동 드라이버, 계통 연계형 풍력발전기 등 광범위하게 사용되는 구성품이지만 움직이는 크레인에 장착되는 컨버터인 경우 시스템 보호를 위해 비정상 3상 조건을 정확하게 감지하고 그에 맞는 제어 동작을 결정하는 것이 매우 중요하다. 크레인은 움직이면서 트롤리바를 통해서 3상 전원을 공급받고 제어 동작으로 스위칭을 하고 있기 때문에 결상이나 3상 불평형은 다양한 형태로 발생하며 기존 시스템은 이를 판단하여 제어하는 방법을 구현하지 않았다.

도 1은 본 발명의 대상이 되는 일반적인 크레인 시스템의 전경을 나타낸 것으로, 크레인 용도의 회생형 컨버터가 탑재되는 크레인 몸체(11), 목표 대상물(14)에 접근하고 상승 시키는 호이스트(12), 접촉식 전원장치인 트롤리 바(13) 등을 포함한다.

종래의 크레인 몸체(11)에 탑재되는 컨버터에서는, 도 2와 같이, IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor) 브릿지(24)를 사용하여 스위칭을 통하여 DC 링크 전압을 형성한 다음 호이스트(12)의 모터와 같은 부하(25) 쪽에 전력이 필요할 때는 IGBT 브릿지(24)를 통하여 계통 전원(21)에서 DC 링크로 전력이 전해지며, 부하(25)쪽에서 전력이 DC 링크 쪽으로 넘어 올 때도 IGBT 브릿지(24)를 제어하여 계통으로 전력을 보내는 컨버터가 개발되어 상용화 되어 있다. 이러한 종래의 컨버터에는, 3상 전원(21)의 위상을 감지하는 PLL(Phase Locked Loop)(22), DC 링크 전압 제어를 위한 전압 제어 루틴(26), DC 링크 캐패시터를 충전하기 위한 전류 제어 루틴(27), PWM(Pulse Width Moduation) 루틴(28) 등을 포함하며 각각의 알고리즘 들은 학계에 상세히 보고되고 있다.

이와 같은 방식의 컨버터가 움직이는 크레인에 장착되어 동작할 때, 계통 전원이 컨버터로 불평형하게 공급된다면, 예를 들어, 3상 중 한상이나 두상, 또는 모든 상의 결상이 생길 경우 제어가 불완전하게 동작할 위험성이 있다. 도 3는 3상 전원이 불평형하게 공급될 때 IGBT 브릿지 3상 컨버터의 오류 동작 파형을 나타낸 것으로, DC 링크 전압(31), 부하쪽에서 계통으로 전해져 오는 전류(32), 3상 전원(33)에서 36 구간에서 불평형이 발생하고 있다. 34는 3상 좌표계를 정지 좌표계 α-β축으로 변환한 다음 회전 좌표계 d-q 축으로 변환한 q축 전압을 나타낸 것으로, q축 전압은 3상 계통이 평형 상태에 있으면 3상 전원의 피크(peak) 값으로 일정하게 유지되지만, 결상이 발생하면 일정한 값에서 벗어나는 값을 가지게 된다. 35 구간에서는 컨버터 입력 3상이 평형상태에서 부하 쪽에서 DC 링크로 넘어오는 전류를 컨버터가 정상적으로 동작하여 DC 링크 전압을 일정하게 유지하지만, 36구간에서는 입력 3상이 불평형 상태가 되어 컨버터 제어 동작의 오류가 발생하여 DC 링크 전압이 한계 값을 넘어서는 현상이 발생하였고, 3상 계통이 다시 정상으로 된 이 후 일정 시간이 경과 한 이 후 정상동작으로 복귀한다. 오류 동작 구간에서 계통에 흐르는 전류가 급격히 증가하여 IGBT와 게이트 드라이브가 파괴될 수 있으며, 보호모드의 동작으로 제어가 중단 될 수 있다. 또한 컨버터 제어의 중단으로 DC 링크 전압이 상승하여 캐패시터가 파괴되는 위험성이 있다. 트롤리바(Trolley Bar)를 통하여 3상 전원을 공급받는 크레인이나 승강기에서는 흔히 발생하는 결상이나 불평형 문제 때문에 이와 같은 방식을 적용할 때는 3상의 결상 및 불평형을 감지하고 이에 따른 제어방법을 선택하는 것이 무엇보다 중요하다.

도 4는 크레인이 움직이면서 트롤리바를 통하여 공급받는 3상 전원의 다양한 형태를 나타낸 것이다. 41은 평형상태의 3상 전원이며, 42는 각 상의 진폭이 서로 다른 불평형 상태의 3상 전원이며, 44는 3상 평형상태(43)에서 제어 도중 한상의 결상이 발생할 경우의 파형으로, 제어 동작으로 스위칭이 일어나는 도중에 결상이 발생하기 때문에 그 파형은 다양한 형태로 발생할 수 있다. 46은 3상 평형상태(45)에서 제어 도중 2상의 결상이 발생할 경우의 파형으로 한상의 결상과 마찬가지로 그 형태가 다양하다. 이와 같은 다양한 형태의 3상 전원의 상태를 판정하고 그에 맞는 제어 방법을 강구하여야 할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 움직이는 크레인에 장착되어 크레인이 가속할 때는 모터에 에너지를 공급하고 감속할 때 생기는 회생에너지를 계통으로 보내는 역할을 하는 컨버터에서, 크레인이 움직이면서 트롤리바(trolley bar)를 통해서 3상 전원을 공급받을 때 생길 수 있는 3상 중 한 상이나 두상, 또는 모든 상의 결상 및 3상의 불평형을 감지하고 수학적인 일련의 계산을 통해 비이상적인 3상 조건을 결정하여 그에 맞게 적절히 제어할 수 있는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 크레인 제어 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명의 일면에 따른, 크레인에 장착되어 부하에 에너지를 공급하고 회생에너지를 계통으로 보내는 기능 제어를 수행하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법에 있어서, PLL(Phase Locked Loop)을 이용하여 3상 전원에 대한 회전 좌표계 상으로 dq 변환한 결과 중 q축 상의 성분 Vq에 대하여 밴드 스톱 필터(band stop filter)로 Vq의 DC 성분과 AC 성분을 추출하는 단계; 상기 Vq의 DC 성분 V_q ^DC에 대하여 FFT(Fast Fourier Transformation)를 수행하여 FFT 결과의 진폭값 V_{q _ DC} ^FFT을 출력하는 단계; 및 상기 제어를 수행 중 상기 V_q ^DC 및 상기 V_{q _ DC} ^FFT을 기초로, 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 결상 상태나 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 진폭이 다른 불평형 상태를 판단하여, 상기 제어의 정지를 제어하거나 상기 제어의 정지로부터 재개를 제어하는 단계를 포함한다.

상기 제어하는 단계에서, 상기 V_{q _ DC} ^FFT이 '0'이 아니고 문턱값(V^TH ₁) 보다 큰 상태가 미리 정한 시간 이상 지속되는 상기 결상 상태에서 상기 제어의 정지를 수행할 수 있다.

상기 제어하는 단계에서, 상기 V_{q _ DC} ^FFT이 문턱값(V^TH ₁) 이하인 상기 불평형 상태에서 상기 V_q ^DC에 대하여 미리 설정한 제어 가능영역과 제어 불능 영역 중 어느 영역에 있는지 여부를 판단하여, 상기 제어 불능 영역에 미리 정한 시간 이상 지속되면 상기 제어의 정지를 수행할 수 있다.

상기 제어하는 단계에서, 상기 제어의 정지 중에, 상기 V_{q _ DC} ^FFT 이 문턱값(V^TH ₁) 이하이고, 상기 V_q ^DC에 대하여 미리 설정한 제어 가능영역과 제어 불능 영역 중 어느 영역에 있는지 여부를 판단하여, 상기 제어 가능 영역에 미리 정한 시간 이상 지속되면 상기 제어의 재개를 수행할 수 있다.

상기 제어 가능영역은 상기 3상 전원의 평형 상태의 상기 V_q ^DC의 값과 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 사이의 영역이고, 상기 제어 불능 영역은, 상기 V_q ^DC가 상기 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 이하인 영역이다.

상기 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂)은 상기 불평형 상태에서의 상기 V_q ^DC의 최저값(V^uL _unb) 보다 안정성을 고려하여 일정값(V^TH ₂) 크게 한 값이다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 크레인에 장착되어 부하에 에너지를 공급하고 회생에너지를 계통으로 보내는 기능 제어를 수행하는 크레인 용도의 회생형 컨버터에 있어서, PLL(Phase Locked Loop)을 이용하여 3상 전원에 대한 회전 좌표계 상으로 dq 변환하는 변환 수단; 상기 dq 변환한 결과 중 q축 상의 성분 Vq에 대하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하는 밴드 스톱 필터(band stop filter); 상기 Vq의 DC 성분 V_q ^DC에 대하여 FFT(Fast Fourier Transformation)를 수행하여 FFT 결과의 진폭값 V_{q _ DC} ^FFT을 출력하는 FFT 수단; 및 상기 제어를 수행 중 상기 V_q ^DC 및 상기 V_{q_DC} ^FFT을 기초로, 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 결상 상태나 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 진폭이 다른 불평형 상태를 판단하여, 상기 제어의 정지를 제어하거나 상기 제어의 정지로부터 재개를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터의 크레인 제어 방법에 따르면, 움직이는 크레인에 장착되어 3상 교류전원에서 DC를 만드는 컨버터에서 크레인이 가속할 때는 DC 링크에서 전력을 공급하며 감속할 때는 DC 링크에서 계통으로 전력이 전달되는 회생형 컨버터 동작할 때, 움직이면서 3상 전원을 공급받기 때문에 생기는 3상 결상 및 불평형을 감지하여 제어 가능한 영역과 제어 위험 영역을 감지하여 제어 위험 영역에서 제어 동작을 지속하는 위험성을 사전에 제거하여 제어동작의 안정성을 확보할 수 있도록 하였다.

도 1은 일반적인 크레인 시스템의 전경을 나타낸다.
도 2는 크레인에 장착되는 일반적인 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 컨버터에 3상 전원이 불평형하게 공급될 때 IGBT 브릿지 3상 컨버터의 오류 동작에 대한 파형도이다.
도 4는 크레인이 움직이면서 트롤리바를 통하여 공급받는 3상 전원의 다양한 형태를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터에서 3상 전원의 정지좌표계에서 회전좌표계로의 변환의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다양한 3상 조건에서의 dq 변환 파형도이다.
도 7은 dq 변환 후 AC성분 DC성분 분리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 dq변환 중 Vq의 AC 성분 DC 성분을 구분한 파형도이다.
도 9는 dq변환 Vq의 DC 성분의 FFT 파형도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터에서 변환 과정 흐름도이다.
도 11은 Vq의 DC 성분에 따른 제어 가능영역과 불능 영역을 나타낸다.
도 12는 제어 스톱 결정 흐름도이다.
도 13은 제어 스톱 후 제어 재개 과정 흐름도이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터는, 도 1과 같이 움직이는 크레인에 장착되어 크레인(호이스트)이 가속할 때는 모터에 에너지를 공급하고 감속할 때 생기는 회생에너지를 계통으로 보내는 역할을 하는 AC/DC 컨버터(AC-to-DC Converter)이며, 크레인이 움직이면서 트롤리바(trolley bar)를 통해서 3상 전원을 공급받을 때 생길 수 있는 3상 중 한 상이나 두상, 또는 모든 상의 결상 및 3상의 불평형을 감지하고 수학적인 일련의 계산을 통해 비이상적인 3상 조건을 결정하여 그에 맞게 적절히 호이스트의 모터와 같은 부하를 제어할 수 있도록 하였다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터에서 3상 전원의 정지좌표계에서 회전좌표계로의 변환의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터에서는 소정의 변환 수단(도 10의 110참조)을 통하여 PLL(Phase Locked Loop)을 동작시켜 220V 3상 전원 v_sa, v_sb, v_sc의 각 위상 (a,b,c)를 정지 좌표계 α-β축 상의 위상으로 변환할 수 있으며(51), 정지 좌표계 상의 위상 (α, β)를 다시 [수학식2]와 같이 회전 좌표계 d-q축 상의 위상으로 변환할 수 있다(52). 이에 따라 평형상태의 3상인 경우 d 축 값은 '0', q 축 값은 3상 전원의 피크 값

으로 일정한 값을 갖도록 할 수 있다.

도 6은 다양한 3상 조건에서의 dq 변환 파형도이다. 도4에서도 제시한 다양한 형태의 3상 전원을 도 5와 같이 좌표변환 한 파형을 나타낸 것이다. 평형상태의 3상인 경우 61과 같이 d 축 값은 '0', q 축 값은 3상 전원의 피크 값으로 일정한 값을 갖고, 62는 각 상의 진폭이 서로 다른 불평형 상태의 3상 전원인 경우 d축, q축 값이 일정한 값을 갖지 않고 어떤 주파수를 가지고 진동하는 것을 나타낸다. 64는 3상 평형상태(63)에서 제어 도중 한 상의 결상이 발생할 경우의 파형으로 62와 마찬가지로 d축, q축이 일정한 값을 가지지 않음을 알 수 있으며, 62와는 다르게 랜덤한 값으로 진동하는 것을 알 수 있다. 66은 3상 평형상태(65)에서 제어 도중 2상의 결상이 발생할 경우의 파형으로 한 상의 결상과 마찬가지로 일정한 값을 가지지 않고 진동하는 것을 알 수 있다.

도 6과 같이 결상과 불평형 상태에서 dq 변환 결과 d축 또는 q축 값인 V⁺ _dq은 DC(Direct Current) 성분 V^DC _dq과 AC(Alternating Current) 성분 V^AC _dq으로 구성되어 있다. DC 성분과 AC 성분을 분류하여 그 파형을 관찰하면, 반시계 방향으로 ω_s로 회전하는 (dq)⁺축에서 [수학식1]과 같이 DC 성분 V⁺ _{dq +}과 AC 성분 V^- _{dq -}으로 나타낼 수 있다. 여기서 V^- _{dq -}는 시계 방향으로 ω_s로 회전하는 (dq)^- 축에서의 음의 순열(negative sequence) 값이다. [수학식1]으로부터 도7과 같이 dq 변환 결과 V⁺ _dq (Vd 또는Vq)의 신호에 대하여 중심 주파수 2ω_s의 일정 대역을 제거하는 밴드 스톱 필터(band stop filter)(도 10의 120참조)를 사용하여 [수학식1]의 음의 순열(negative sequence) 값을 없애주면 DC 성분 V^DC _dq(Vd 또는Vq의 DC 성분)을 얻을 수 있고, V⁺ _dq 에서 V^DC _dq 를 빼주어 AC 성분V^AC _dq (Vd 또는Vq의 AC 성분)을 획득할 수 있다(도 10의 130 참조). 밴드 스톱 필터(band stop filter)의 전달함수는 [수학식2]와 같이 나타낼 수 있다. B는 필터계수, 중심 주파수 ω_c=2ω_s 이다.

[수학식1]

[수학식2]

특히, 이와 같이 밴드 스톱 필터(band stop filter)에서 출력되는 성분들 중 Vq의 DC 성분 V^DC _q과 AC 성분 V^AC _q 을 추출한 파형도가 도 8에 도시되어 있다. 평형상태의 3상인 경우 dq 변환 결과 V⁺ _dq 중 Vq 축 값은, 3상 전원의 피크 값으로 일정한 값을 갖기 때문에 Vq의 DC 성분 V^DC _q은 3상 전원의 피크 값을 갖고(81), AC 성분 V^AC _q은 당연하게 '0'의 값을 갖는다(82). 각 상의 진폭이 서로 다른 불평형 상태의 3상 전원인 경우 Vq축 값이 일정한 값을 갖지 않고 어떤 주파수를 가지고 진동하기 때문에 83과 같은 DC 성분과 84와 같은 AC 성분으로 나타난다. 이 때의 DC 성분의 값은 3상 평형상태의 DC 값보다 작으며 3상의 불평형 정도가 클 수록 DC 값은 작아지고 AC 성분의 진폭은 커진다. 여기서 Vq의 DC 성분을 제어 가능 영역을 결정하는 값으로 설정하며, 제어가 가능한 Vq의 최저값을 설정한다. 본 발명에서는 한 상의 진폭이 '0'이 되는 불평형 상태 값을 Vq의 DC 성분의 최저값으로 정하였다.

3상 평형상태에서 제어 도중 한 상의 결상이 발생할 경우 Vq의 DC 성분(85), AC 성분(86)이 일정하지 않은 값을 갖는다. 3상 평형상태에서 제어 도중 2상의 결상이 발생할 경우 한 상의 결상과 마찬가지로 일정한 값을 가지지 않고 진동(87, 88)하는 것을 알 수 있다.

도면 8로부터 정상상태, 결상이 아닌 불평형상태, 및 결상 상태는 Vq의 DC 성분으로 구분할 수 있음을 알 수 있다. 이것을 보다 명확하게 하기 위해서 Vq의 DC 성분에 대하여 FFT(Fast Fourier Transformation) 수단(도 10의 140참조)을 통하여 FFT를 수행하여 그 결과(V_{q _ DC} ^FFT)를 생성한다(도 10의 150참조). FFT는 어떤 파형을 sin 함수의 합으로 나타낼 때 진폭과 위상각을 찾기 위하여 수학적인 함수를 사용하며, 예를 들어 100sin(ωt+π/6)의 함수를 FFT하면 진폭 100, 위상각 π/6을 구해줄 수 있다. 본 발명에서는 Vq의 위상각 정보는 사용하지 않고 FFT결과의 진폭만을 사용한다. 또한, 이와 같은 V_q ^DC, V_{q _ DC} ^FFT이 도 13, 도 14와 같이 최종 판단에 사용된다.

도 9는 dq변환 Vq의 DC 성분의 FFT 파형도이다. 도 9에서 평형상태의 3상인 경우 91과 같이 FFT 한 후 진폭은 '0'의 값을 갖는다. 서로 다른 불평형 상태의 3상 전원인 경우 92와 같이 진폭은 '0'의 값을 갖는다. 한 상이 결상이 발생할 경우 '0'이 아닌 양의 진폭(93)을 갖는 것을 알 수 있다. 2상의 결상이 발생할 경우 한 상의 결상과 마찬가지로 양의 진폭(94)를 가지는 것을 알 수 있다.

도 11은 Vq의 DC 성분에 따른 제어 가능영역과 제어 불능 영역을 나타낸다. 111은 3상이 평형한 상태의 Vq의 DC 성분으로서, 3상이 결상은 아니지만 진폭이 서로 다르면서 불평형이 되면 Vq의 DC 성분이 점점 작아지면서 제어가 불가능한 최저 경계점(112)에 이르게 된다. 안정성을 고려하여 최저 경계점(112)(V^uL _unb) 보다 일정값(V^TH ₂) 큰 113의 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 에서 3상이 평형할 때의 값(111) 사이의 Vq의 DC 성분 값을 제어 가능 영역으로 설정하고, 문턱값(113) 이하는 제어 불능 영역으로 설정한다.

도 12는 제어 스톱 결정 흐름도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터는, 크레인에 장착되어 크레인(호이스트)이 가속할 때는 부하에 에너지를 공급하고 감속할 때 생기는 회생에너지를 계통으로 보내는 기능 제어를 수행하면서, 도 12와 같이, 위에서 결정한 Vq의 DC 성분 값V_q ^DC, Vq의 DC 성분의 FFT 결과 V_{q _ DC} ^FFT를 기초로, 3상 전원 중 한 상이나 두상, 또는 모든 상의 결상 및 3상의 불평형을 감지하여, 크레인 호이스트의 모터와 같은 부하에 대한 제어를 정지(stop)할 수 있다.

먼저, 컨버터의 소정의 제어부는, Vq의 DC 성분을 FFT한 결과의 진폭값 V_{q_DC} ^FFT이 '0'이 아니고 문턱값(V^TH ₁) 보다 크면(121), 결상 조건에 해당하여 이 조건이 일정시간 지속되는지 C₁ 카운터를 통해서 판단하되, 일정 시간 주기로 계수하는 C₁ 카운터의 계수값이 미리 설정한 값(C^TH ₁) 보다 크면 부하에 대한 제어를 정지(stop)할 수 있다(122).

Vq의 DC 성분을 FFT한 결과의 진폭값 V_{q _ DC} ^FFT이 문턱값(V^TH ₁) 이하이면(121), 결상이 아닌 불평형 상태로서 Vq의 DC 성분 V_q ^DC이 불평형 제어 최저 경계점(V^uL _unb)에서 안정성을 고려한 문턱값(V^TH ₂)을 더한 값, 즉, 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 보다 작고, 이 조건이 일정 시간 지속되면 부하에 대한 제어를 정지(stop)할 수 있다(123). 즉, 이 조건이 일정시간 지속되는지 C₂ 카운터를 통해서 판단하되, 일정 시간 주기로 계수하는 C₂ 카운터의 계수값이 미리 설정한 값(C^TH ₂) 보다 크면 부하에 대한 제어를 정지(stop)할 수 있다.

도 13은 제어 스톱 후 제어 재개 과정 흐름도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 크레인 용도의 회생형 컨버터는, 위와 같이 부하에 대한 제어를 정지(stop)시킨 후, 도 13과 같이, 위에서 결정한 Vq의 DC 성분 값V_q ^DC, Vq의 DC 성분의 FFT 결과 V_{q_DC} ^FFT를 기초로, 3상 전원 중 한 상이나 두상, 또는 모든 상의 결상 및 3상의 불평형을 감지하여, 크레인 호이스트의 모터와 같은 부하에 대한 제어를 재개(resume)할 수 있다.

도 13과 같이 컨버터의 소정의 제어부는, Vq의 DC 성분을 FFT한 결과의 진폭값 V_{q _ DC} ^FFT이 문턱값(V^TH ₁) 이하이고, Vq의 DC 성분 V_q ^DC이 불평형 제어 최저 경계점(V^uL _unb)에서 안정성을 고려한 문턱값(V^TH ₂)을 더한 값, 즉, 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 이상이 일정 시간 지속되면 부하에 대한 제어를 재개할 수 있다. 즉, 이 조건이 일정시간 지속되는지 C₃ 카운터를 통해서 판단하되, 일정 시간 주기로 계수하는 C₃ 카운터의 계수값이 미리 설정한 값(C^TH ₃) 보다 크면 부하에 대한 제어를 재개할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

d-q변환 수단(110)
밴드 스톱 필터(band stop filter)(120)
FFT(Fast Fourier Transformation) 수단(140)

Claims (7)

1. 크레인에 장착되어 부하에 에너지를 공급하고 회생에너지를 계통으로 보내는 기능 제어를 수행하는 크레인 용도의 회생형 컨버터에서의 제어 방법에 있어서,
   PLL(Phase Locked Loop)을 이용하여 3상 전원에 대한 회전 좌표계 상으로 dq 변환한 결과 중 q축 상의 성분 Vq에 대하여 밴드 스톱 필터(band stop filter)로 Vq의 DC 성분과 AC 성분을 추출하는 단계;
   상기 Vq의 DC 성분 V_q ^DC에 대하여 FFT(Fast Fourier Transformation)를 수행하여 FFT 결과의 진폭값 V_{q_DC} ^FFT을 출력하는 단계; 및
   상기 기능 제어를 수행 중 상기 V_q ^DC 및 상기 V_{q_DC} ^FFT을 기초로, 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 결상 상태나 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 진폭이 다른 불평형 상태를 판단하여, 상기 부하에 대한 제어를 정지하거나 재개하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부하에 대한 제어를 정지하거나 재개하는 단계에서,
   상기 V_{q_DC} ^FFT이 '0'이 아니고 문턱값(V^TH ₁) 보다 큰 상태가 미리 정한 시간 이상 지속되는 상기 결상 상태에서 상기 부하에 대한 제어를 정지하는 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 부하에 대한 제어를 정지하거나 재개하는 단계에서,
   상기 V_{q_DC} ^FFT이 문턱값(V^TH ₁) 이하인 상기 불평형 상태에서 상기 V_q ^DC에 대하여 미리 설정한 제어 가능영역과 제어 불능 영역 중 어느 영역에 있는지 여부를 판단하여, 상기 제어 불능 영역에 미리 정한 시간 이상 지속되면 상기 부하에 대한 제어를 정지하는 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 부하에 대한 제어를 정지하거나 재개하는 단계에서,
   상기 부하에 대한 제어의 정지 중에, 상기 V_{q_DC} ^FFT 이 문턱값(V^TH ₁) 이하이고, 상기 V_q ^DC에 대하여 미리 설정한 제어 가능영역과 제어 불능 영역 중 어느 영역에 있는지 여부를 판단하여, 상기 제어 가능 영역에 미리 정한 시간 이상 지속되면 상기 부하에 대한 제어를 재개하는 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제어 가능영역은 상기 3상 전원의 평형 상태의 상기 V_q ^DC의 값과 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 사이의 영역이고, 상기 제어 불능 영역은, 상기 V_q ^DC가 상기 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂) 이하인 영역인 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 문턱값(V^uL _unb+V^TH ₂)은 상기 불평형 상태에서의 상기 V_q ^DC의 최저값(V^uL _unb) 보다 안정성을 고려하여 일정값(V^TH ₂) 크게 한 값인 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터의 제어 방법.
7. 크레인에 장착되어 부하에 에너지를 공급하고 회생에너지를 계통으로 보내는 기능 제어를 수행하는 크레인 용도의 회생형 컨버터에 있어서,
   PLL(Phase Locked Loop)을 이용하여 3상 전원에 대한 회전 좌표계 상으로 dq 변환하는 변환 수단;
   상기 dq 변환한 결과 중 q축 상의 성분 Vq에 대하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하는 밴드 스톱 필터(band stop filter);
   상기 Vq의 DC 성분 V_q ^DC에 대하여 FFT(Fast Fourier Transformation)를 수행하여 FFT 결과의 진폭값 V_{q_DC} ^FFT을 출력하는 FFT 수단; 및
   상기 기능 제어를 수행 중 상기 V_q ^DC 및 상기 V_{q_DC} ^FFT을 기초로, 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 결상 상태나 상기 3상 전원 중 어느 하나 이상의 진폭이 다른 불평형 상태를 판단하여, 상기 부하에 대한 제어를 정지하거나 재개하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 크레인 용도의 회생형 컨버터.

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