KR101804469B1 - UPS having 3 Phase 4 wire inverter with 3-leg - Google Patents

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Abstract

The present invention provides an uninterruptible power supply having a three-leg three-phase four-wire inverter. According to a desirable embodiment of the present invention, the uninterruptible power supply applies a three-phase four-wire three-leg inverter forming an output terminal of the uninterruptible power supply, and performs voltage control for each phase by having an additional voltage control module independently performing control for each of three phases not performing a three-phase integrated control method, thereby solving a load imbalance due to a load connected to the output terminal of each phase and solving a voltage imbalance between the phases due to the load balance so as to stably supply power within a specific voltage range.

Description

각 상 개별제어 기술을 탑재한 3 레그 3상 4선식 인버터를 구비하는 무정전 전원 장치{UPS having 3 Phase 4 wire inverter with 3-leg}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an UPS having three phase three-phase four-wire inverters,

본 발명은 무정전 전원 장치(UPS:Uninterruptible Power Supply)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 3 레그 3상 4선식 인버터를 구비하는 무정전 전원 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an uninterruptible power supply (UPS), and more particularly to an uninterruptible power supply including a three-legged three-phase four-wire inverter.

각종 정보통신 기기, 방송통신 설비, 철도/항공 설비 및 각종 플랜트의 제어장치와 같은 컴퓨터 기반의 장비들은 정전을 포함한 전원 장애에 취약하며, 이를 보호하기 위해 주로 무정전 전원 장치(UPS:Uninterruptible Power Supply)가 사용된다. Computer-based equipment such as various information and communication equipment, broadcasting communication equipment, railway / aviation equipment, and plant control devices are susceptible to power failure including power outage. In order to protect the equipment, uninterruptible power supply (UPS) Is used.

이러한 무정전 전원 장치들은 다양한 구조의 제품들이 상용화 되어 있으나 대표적인 구조는 도 1과 같이 교류입력 측의 AC를 DC로 바꾸는 정류부와 이를 다시 AC로 바꾸는 인버터가 직렬 연결된 On-Line 2중 변환 방식이다. 여기서 인버터는 도 2에 도시된 바와 같이 3상 3-Leg Full Bridge 구조를 가지며 출력에 Δ-Y 변압기를 통해 3상 4선식 전원을 출력하는 구조와 도 3에 도시된 바와 같이 3-Leg Half Bridge 방식의 인버터 구조등 2가지 방식이 사용되고 있으나 최근 무변압기형(Transformer-less) 구조가 일반화됨에 따라 도 3의 방식이 많이 사용되고 있다.These uninterruptible power supply units are commercially available in various structures, but a typical structure is an on-line double conversion system in which a rectifier unit for converting AC to AC on the AC input side and an inverter for converting AC to AC is connected in series as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the inverter has a three-phase 3-leg full bridge structure and a three-phase four-wire type power supply output through a Δ-Y transformer. Type inverter structure. However, since the transformer-less structure is generally used, the method of FIG. 3 is widely used.

3상4선식 출력을 공급하는 이 인버터는 DC 측에 중성점(Middle Point)을 만들어 교류출력의 중성점과 연결하고 각 상당 2개의 전력용 스위치, 즉, 6개의 스위치로 구성되며, 각 상에는 필터용 리액터를 통해서 3상 4선식 전원에 연결된다. This inverter, which supplies 3-phase 4-wire output, has a neutral point on the DC side and connects it with the neutral point of the AC output. It consists of 2 power switches, ie 6 switches, each corresponding to a filter reactor To a three-phase, four-wire power source.

한편, 3상 전원을 출력하는 인버터의 출력단에는 3상 부하들도 연결되지만, 최근에는 1상 부하들이 연결되는 경우가 많아, 최종적으로 3상 출력 인버터의 경우 출력 3상 전원의 각 상간의 부하 불평형으로 인한 전압 불평형 문제가 발생한다.On the other hand, although three-phase loads are connected to the output terminal of an inverter outputting three-phase power, in many cases, one-phase loads are connected in recent years. Finally, in the case of a three-phase output inverter, Voltage imbalance problem arises.

이러한 문제점을 해결하기 위한, 도 3에 도시된 종래 기술에서, 인버터를 제어하는 제어기(미도시 됨)는 인버터의 출력 전압 및 전류와 바이패스 전압을 측정하게 된다. 제어기는 측정된 정보로부터 필요한 제어연산을 수행하고, 그 결과에 따라서 인버터에 포함된 전력용 반도체 스위치를 제어하게 된다. 이러한 기존의 3-Leg 3상 4선식 인버터는 각상의 전압을 검출하더라도 결국 평균치로 제어하는 SVM 제어의 한계로 인해, 각 상간의 전압 불평형이 여전히 보상되지 못하는 단점이 있다.In order to solve this problem, in the prior art shown in FIG. 3, a controller (not shown) for controlling the inverter measures the output voltage and current of the inverter and the bypass voltage. The controller performs necessary control operations from the measured information and controls the power semiconductor switch included in the inverter according to the result. This conventional 3-Leg 3-phase 4-wire inverter has the disadvantage that the voltage imbalance between each phase can not be compensated due to the limit of the SVM control which controls the average value even if the voltage of each phase is detected.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 바와 같이, 3상 출력단 각각에 연결된 부하들의 차이로 인하여 발생하는, 각 상간 전압의 불평형을 해결할 수 있는 무정전 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an uninterruptible power supply apparatus capable of solving the unbalance of voltages between phases due to differences in loads connected to respective three-phase output stages.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치는, 상용 전원으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 출력하는 정류부; 상기 정류부에서 출력되는 직류 전원을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 축전지; 상기 정류부에서 출력하는 직류 전원 또는 상기 축전지에서 방전되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터; 및 상기 인버터에서 출력되는 3상 교류 전원이, 각 상마다 개별적으로 제어되도록 상기 인버터에 포함된 스위칭 소자를 제어하는 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an uninterruptible power supply apparatus including: a rectifier for rectifying and outputting an AC power input from a commercial power source to a DC power source; A storage battery for storing electric energy by using a DC power outputted from the rectifying part; An inverter for converting a DC power output from the rectifying unit or a DC power discharged from the battery into a three-phase AC power; And an inverter controller for outputting a control signal for controlling the switching elements included in the inverter such that the three-phase AC power output from the inverter is controlled separately for each phase.

또한, 상기 인버터 제어기는, 상기 인버터에서 출력되는 각 상의 전압의 크기 및 주파수를 제어하는 전압 제어신호를 출력하는 전압 제어부; 및 상기 전압 제어신호를, 상기 인버터에 포함된 3레그의 각 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 PWM 신호로 변환하는 SVPWM부를 포함할 수 있다.The inverter controller may further include: a voltage controller for outputting a voltage control signal for controlling the magnitude and frequency of voltage of each phase output from the inverter; And an SVPWM unit for converting the voltage control signal into a PWM signal for controlling on / off of the respective switching elements of the three legs included in the inverter.

또한, 상기 전압 제어부는, 기준 주파수를 각속도로 변환한 후 적분하여 내부 위상각(θ_int)을 생성하는 내부 위상각 생성수단; 상기 인버터에서 출력하는 제 1 상 전압(V_an)과 상기 내부 위상각(θ_int)을 입력받고, 제 1 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Va*을 상기 제 1 상 전압을 제어하는 전압 제어신호로서 출력하는 제 1 상 전압 제어 모듈; 상기 인버터에서 출력하는 제 2 상 전압(V_bn)과 상기 내부 위상각(θ_int)을 입력받고, 제 2 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Vb*을 상기 제 2 상 전압을 제어하는 전압 제어신호로서 출력하는 제 2 상 전압 제어 모듈; 및 상기 인버터에서 출력하는 제 3 상 전압(V_cn)과 상기 내부 위상각(θ_int)을 입력받고, 제 3 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Vc*을 상기 제 3 상 전압을 제어하는 전압 제어신호로서 출력하는 제 3 상 전압 제어 모듈;을 포함할 수 있다.Also, the voltage control unit may include internal phase angle generating means for converting the reference frequency to an angular velocity and then integrating the reference frequency to generate an internal phase angle? _Int; (V_an) outputted from the inverter and the internal phase angle (? _Int), and outputs a compensated reference voltage (Va *) for controlling the first phase output voltage to a voltage control signal A first phase voltage control module for outputting the first phase voltage control signal; A second phase voltage (V_bn) output from the inverter and the internal phase angle (? _Int), and a compensated reference voltage (Vb *) for controlling the second phase output voltage is supplied to a voltage control signal A second phase voltage control module for outputting the second phase voltage control signal; And a third phase voltage (V_cn) output from the inverter and the internal phase angle (? _Int), wherein the compensation reference voltage (Vc *) for controlling the third phase output voltage is controlled by a voltage control And a third phase voltage control module for outputting the third phase voltage as a signal.

또한, 상기 제 1 상 전압 제어 모듈, 상기 제 2 상 전압 제어 모듈, 및 상기 제 3 상 전압 제어 모듈 각각은, 상기 인버터에서 출력되는 해당 상의 출력 전압을 입력받고, 90도 위상이 지연된 상 전압의 α,β 성분을 출력하는 전역통과필터; 상기 전역통과필터로부터 α,β 성분을 입력받고, 상기 내부 위상각 생성수단으로부터 상기 내부 위상각을 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 해당 상의 전압 피크치를 나타내는 q축 전압 성분을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 및 해당 상의 q축 전압 성분과 해당 상의 전압기준치의 오차를 이용하여 보상기준전압을 계산하여 전압 제어신호로서 출력하는 전압 제어기를 포함할 수 있다.Each of the first phase voltage control module, the second phase voltage control module, and the third phase voltage control module receives the output voltage of the corresponding phase output from the inverter, a global pass filter for outputting the? and? components; A rotation synchronizing coordinate system converting unit that receives the internal phase angle from the internal phase angle generating unit and performs rotation synchronous coordinate system conversion to output a q-axis voltage component indicating a voltage peak value of the phase, A coordinate system conversion unit; And a voltage controller for calculating the compensated reference voltage using the error of the q-axis voltage component and the voltage reference value of the corresponding phase and outputting the compensated reference voltage as a voltage control signal.

또한, 상기 인버터 제어기는, 상기 인버터의 출력 전원을 상기 정류부의 입력단으로 공급하는 회생식 부하 시험 모드에서, 상기 인버터에서 출력되는 전류를 제어하는 전류 제어신호를 출력하는 전류 제어부; 및 상기 무정전 전원 장치의 운전 모드에 따라서 상기 전류 제어부에서 출력되는 상기 전류 제어신호 또는 상기 전압 제어부에서 출력되는 상기 전압 제어신호를 선택적으로 출력하는 절환부를 더 포함하고, 상기 SVPWM부는 상기 전류 제어신호 또는 상기 전압 제어신호를, 상기 인버터에 포함된 3레그의 각 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 PWM 신호로 변환하여 출력할 수 있다.The inverter controller further includes: a current controller for outputting a current control signal for controlling a current output from the inverter in a regenerative load test mode for supplying an output power of the inverter to an input terminal of the rectifier; And a switching unit selectively outputting the current control signal output from the current control unit or the voltage control signal output from the voltage control unit according to an operation mode of the uninterruptible power supply unit, The voltage control signal may be converted into a PWM signal for controlling ON / OFF of the respective switching elements of the three legs included in the inverter and output.

또한, 상기 전류 제어부는, 바이패스 회로의 입력단에 연결된 상용 전원의 위상과 동기화된 위상 정보를 출력하는 위상 고정 루프; 상기 위상 고정 루프에서 출력되는 위상각 정보를 이용하여, 상기 인버터의 각 상의 출력전류를 직류성분인 d축 및 q축 전류로 변환하여 출력하는 회전동기 좌표계 변환부; 및 상기 회전 동기 좌표계 변환부로부터 입력된 d축 및 q축 전류를 전류기준신호(I_dqe*)와 비교하고, 연산을 수행하여 각 상의 출력 기준 전압을 제어신호로서 생성하는 전류 제어기;를 포함할 수 있다.The current control unit may include: a phase locked loop for outputting phase information synchronized with a phase of a commercial power source connected to an input terminal of the bypass circuit; A rotation synchronous coordinate system converter for converting the output current of each phase of the inverter into d-axis and q-axis currents, which are direct current components, using the phase angle information output from the phase locked loop; And a current controller that compares the d-axis and q-axis currents input from the rotation synchronous coordinate system conversion unit with a current reference signal (I_dqe *) and performs an arithmetic operation to generate an output reference voltage of each phase as a control signal have.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치는, 바이패스 회로의 입력단과 부하 사이에 설치되어, 스위치 온되면 상용 전원을 바이패스 회로를 통해서 부하로 직접 전달하는 바이패스 스위치; 및 상기 인버터의 출력단과 부하 사이에 설치되어, 스위치 온되면 상기 인버터의 출력단과 부하 사이를 전기적으로 연결시키는 인버터 출력 스위치를 더 포함할 수 있다.The uninterruptible power supply according to a preferred embodiment of the present invention further includes a bypass switch provided between an input terminal of the bypass circuit and the load and directly transmitting the commercial power to the load through the bypass circuit when the bypass circuit is switched on; And an inverter output switch which is provided between an output end of the inverter and the load and electrically connects the output end of the inverter and the load when the switch is switched on.

또한, 상기 인버터 제어기는, 정상 운전 모드 또는 축전기 방전 모드에서 동작하던 중에 인버터 고장 또는 과부하가 발생한 경우, 상기 인버터 출력 스위치를 스위치 오프시키고 상기 바이패스 스위치를 스위치 온시켜, 상기 무정전 전원 장치가 바이패스 모드에서 상기 바이패스 회로를 통해서 상용 전원을 부하로 직접 전달하도록 제어할 수 있다.The inverter controller switches off the inverter output switch and switches on the bypass switch when the inverter fails or is overloaded while operating in the normal operation mode or the capacitor discharge mode so that the uninterruptible power supply is bypassed Mode, it is possible to directly control the commercial power supply to the load through the bypass circuit.

또한, 상기 인버터 제어기는, 회생식 부하 시험 모드에서, 상기 바이패스 스위치 및 상기 인버터 출력 스위치를 동시에 온 시켜, 상기 인버터의 출력 전력이 상기 바이패스 스위치를 통해서 상기 정류부의 입력단으로 회생되어 공급되도록 할 수 있다.In addition, the inverter controller turns on the bypass switch and the inverter output switch simultaneously in the regenerative load test mode so that the output power of the inverter is regenerated and supplied to the input of the rectifying part through the bypass switch .

본 발명은 무정전 전원 장치의 출력단을 구성하는 인버터로서 3상 4선식 3-Leg 인버터를 채용하고, 전압 제어를 수행함에 있어서, 3상 통합 제어 방식이 아닌, 3상의 각 상마다 독립적으로 제어를 수행하는 별도의 전압 제어 모듈을 구비하여 각 상마다 전압 제어를 수행함으로써, 각 상의 출력단에 연결된 부하에 의한 부하 불평형, 및 이로 인한 각 상간 전압의 불평형을 해소하여 규정 전압 범위의 안정적인 전원을 공급할 수 있다.The present invention adopts a three-phase four-wire type 3-leg inverter as an inverter constituting an output stage of an uninterruptible power supply and performs control independently for each phase of three phases, The voltage control is performed for each phase so that the unbalance of the load due to the load connected to the output terminal of each phase and the imbalance of the voltage between the phases due to the unbalance of the load can be solved to supply the stable power of the specified voltage range .

도 1은 무정전 전원장치(UPS) 구동 방식 중 대표적인 On-line 2중 변환 방식의 구성 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 출력의 Δ-Y 변압기를 통해 3상 4선식 출력을 제공하는 3상 3-Leg 구조 인버터의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제어기법을 적용하기 위한 3상 3-Leg 인버터의 전력 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 전체 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 3상 3-Leg 인버터의 각 상을 개별 제어 방식으로 제어하는 인버터 제어기의 세부 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing an example of a typical on-line dual conversion scheme among uninterruptible power supply (UPS) driving schemes.
2 shows a configuration of a three-phase 3-leg structure inverter that provides a three-phase four-wire output through a conventional Δ-Y transformer.
3 is a diagram illustrating a power circuit configuration of a three-phase 3-leg inverter for applying a preferred control technique of the present invention.
4 is a diagram showing an example of the overall configuration of an uninterruptible power supply apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an example of a detailed configuration of an inverter controller for controlling each phase of a three-phase 3-leg inverter in a separate control manner in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
6 to 8 are views for explaining the operation of the uninterruptible power supply according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 전체 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.4 is a diagram showing an example of the overall configuration of an uninterruptible power supply apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 3 레그 인버터를 내장하는 무정전 전원 장치(UPS)는, 입력단에 연결된 상용 전원 또는 디젤 발전기 등(이하 "상용 전원"으로 통칭함)으로부터 입력되는 교류 전원을 직류로 변환하는 정류부(105), 배터리(축전지)와 DC Link를 연결하는 배터리 컨버터(106), 직류단에서 DC Middle Point를 만들어 교류입력 측 및 교류 출력 측의 중성점과 연결되는 직류 평활 콘덴서부(107), DC Link와 연결되어 인버터 제어기(203)의 제어에 따라서 정류부(105)로부터 출력되는 직류 전원 또는 축전지로부터 출력되는 직류 전원을 교류로 변환하여 출력하는 인버터(108), 인버터(108)의 출력단에 배치되는 필터부(110,111), 인버터(108)와 필터부(110,111) 사이에 배치되어 인버터(108)에서 출력하는 각 상의 전류를 측정하는 전류 측정부(109, 229), 필터부(110,111)의 출력단에 배치되어 인버터(108)에서 출력하는 각 상의 전압을 측정하는 인버터 전압 측정부(228), 바이패스 모드에서 상용 전원과 연결되는 바이패스 입력단에 설치되어 상용 전원의 각 상의 전압을 측정하는 바이패스 전압 측정부(227), 정류부 제어기(200) 및 인버터 제어기(203)를 포함하여 구성된다. 4, an uninterruptible power supply (UPS) incorporating a three-phase four-wire 3-leg inverter according to a preferred embodiment of the present invention includes a commercial power source or a diesel generator connected to an input end A battery converter 106 for connecting a battery (a battery) and a DC link, and a DC middle point at a DC terminal to generate a neutral point at the AC input side and an AC output side A direct current smoothing capacitor unit 107 connected to the DC link and an inverter 108 connected to the DC link for converting the direct current power outputted from the rectifying unit 105 or the direct current power outputted from the battery into AC according to the control of the inverter controller 203 A current measuring unit 109 for measuring currents of respective phases output from the inverter 108 and disposed between the inverter 108 and the filter units 110 and 111; filter units 110 and 111 disposed at output terminals of the inverter 108; An inverter voltage measuring unit 228 disposed at an output terminal of the filter units 110 and 111 for measuring voltage of each phase output from the inverter 108 and a bypass input terminal connected to the commercial power supply in the bypass mode A bypass voltage measuring unit 227 for measuring the voltage of each phase of the commercial power supply, a rectifier controller 200 and an inverter controller 203.

또한, 본 발명의 무정전 전원 장치의 출력단과 인버터의 출력단 사이에 정지형 동기 절체 스위치(STS:Static Transfer Switch)인 인버터 출력 스위치(112)가 설치되고, 본 발명의 무정전 전원 장치의 출력단과 바이패스 입력단 사이에도 역시 정지형 동기 절체 스위치인 바이패스 스위치(116)가 설치된다. 정지형 동기 절체 스위치들(112,116)의 온/오프는 인버터(108)의 상태에 따라서 인버터 제어기(203)가 제어한다.An inverter output switch 112, which is a static type STS (Static Transfer Switch), is provided between the output terminal of the uninterruptible power supply unit of the present invention and the output terminal of the inverter. The output terminal of the uninterruptible power supply unit of the present invention, A bypass switch 116, which is also a static type synchronous switch, is provided. On / off of the stationary type synchronous switch 112 or 116 is controlled by the inverter controller 203 in accordance with the state of the inverter 108. [

정류부 제어기(200)는 무정전 전원 장치의 입력단에 연결된 상용 전원의 각 상의 전압(220)을 입력받고, 전류 센서(103)에서 측정한 정류부(105)로 입력되는 각 상의 전류를 입력받는다(221). The rectifier controller 200 receives the voltage 220 of each phase of the commercial power source connected to the input terminal of the uninterruptible power supply and receives the current of each phase input to the rectifier 105 measured by the current sensor 103 .

또한, 정류부 제어기(200)는 DC 링크 전압값(224), 축전지 전류 센서(119)에서 측정된 축전지 전류값(222) 및 축전지 전압값(223)을 입력받는다.The rectifier controller 200 receives the DC link voltage value 224, the battery current value 222 measured by the battery current sensor 119, and the battery voltage value 223.

정류부 제어기(200)는 입력된 측정값들에 따라서 정류부(105)에 포함된 6개의 전력 반도체 스위치들(Q1~Q3) 및 배터리 컨버터(106)에 포함되는 전력 반도체 스위치들(Q4)을 제어하는 제어신호(238,239,240,241)를 생성하여 정류부(105) 및 배터리 컨버터(106)로 출력하여 제어한다. 다만, 도 4에 도시된 정류부 제어기(200)의 기능은 일반적인 무정전 전원 장치에서 이용되는 정류부 제어기들의 기능과 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.The rectifier controller 200 controls the six power semiconductor switches Q1 to Q3 included in the rectifying unit 105 and the power semiconductor switches Q4 included in the battery converter 106 according to the input measured values Generates control signals 238, 239, 240, and 241, and outputs the control signals to the rectifying unit 105 and the battery converter 106 to be controlled. However, the function of the rectifier controller 200 shown in FIG. 4 is similar to that of the rectifier controller used in a conventional uninterruptible power supply, and thus a detailed description thereof will be omitted.

한편, 인버터 제어기(203)는 출력 전류 측정부(113, 230)로부터 무정전 전원 장치의 최종 출력단에서 부하로 출력되는 각 상의 출력 전류값을 입력받고, 인버터 전압 측정부(228)로부터 인버터(108)에서 출력되는 각 상의 출력 전압값을 입력받으며, 바이패스 전압 측정부(227)로부터 입력되는 바이패스 입력단에 연결된 상용 전원의 각 상의 전압값을 입력받는다. The inverter controller 203 receives the output current values of the respective phases output from the final output terminal of the uninterruptible power supply unit to the load from the output current measurement units 113 and 230 and receives the output current values from the inverter voltage measurement unit 228, And receives the voltage value of each phase of the commercial power source connected to the bypass input terminal inputted from the bypass voltage measuring unit 227. [

아울러, 인버터 제어기(203)는 입력된 측정값들을 이용하여 인버터(108)에 포함된 3개의 IGBT 팩(Q5~Q7) 내에 있는 6개의 스위치의 온/오프를 제어하는 제어신호(PWM 신호)를 생성하여 인버터(108)로 출력한다.In addition, the inverter controller 203 uses the input measured values to generate a control signal (PWM signal) for controlling on / off of the six switches in the three IGBT packs Q5 to Q7 included in the inverter 108 And outputs it to the inverter 108.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 3레그 인버터(108)에서, 직류입력 측에는 커패시터 뱅크(107)와 축전지 및 정류부(105)의 출력이 연결된다.In the three-phase four-wire three-leg inverter 108 according to the preferred embodiment of the present invention, the capacitor bank 107 and the output of the battery and rectifying unit 105 are connected to the DC input side.

본 발명의 인버터(108)는 3개의 레그를 포함하는 일반적인 3상 인버터와 동일한 물리적 방식으로 구현될 수 있다. 이렇게, 인버터(108)를 3상 4선식 3레그로 구현하여도, 인버터 제어기(203)에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어 알고리즘을 적용하여, 3상의 각 상마다 개별 제어를 수행하면, 3상 전압의 중성점을 조절할 수 있고, 이에 따라서 불평형 부하조건에서도 각 상간 전압의 불평형 문제를 해소할 수 있게 된다.The inverter 108 of the present invention can be implemented in the same physical manner as a general three-phase inverter including three legs. Even if the inverter 108 is implemented as three-phase four-wire type three-legs, if the control algorithm according to the preferred embodiment of the present invention is applied to the inverter controller 203 and individual control is performed for each phase of three phases, The neutral point of the phase voltage can be adjusted. Accordingly, it is possible to solve the problem of imbalance between the phases of each phase voltage even under unbalanced load conditions.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터 제어기(203)의 세부 구성을 도시하는 블록도이다. 도 5를 더 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터 제어기의 동작을 설명한다.5 is a block diagram showing the detailed configuration of the inverter controller 203 according to the preferred embodiment of the present invention. 5, the operation of the inverter controller according to the preferred embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 인버터 제어기(203)는 전압 제어부(360), 전류 제어부(370), 절환 로직(351,352) 및 SVPWM부(353)를 포함한다. The inverter controller 203 of the present invention includes a voltage control unit 360, a current control unit 370, switching logic units 351 and 352, and an SVP PWM unit 353.

각 구성요소들의 기능을 설명하면, 먼저, 전압 제어부(360)는 인버터 운전에 있어 직류 전원을 교류로 변환하여 부하에 안정적으로 공급할 때 동작하는 것으로서, 제 1 상 전압 제어 모듈(300), 제 2 상 전압 제어 모듈(310), 제 3 상 전압 제어 모듈(320), 및 내부 위상각 생성부(331,332)를 포함하여 구성된다. First, the voltage control unit 360 operates when the DC power is converted into AC and stably supplies the DC power to the load in the inverter operation. The voltage control unit 360 controls the first phase voltage control module 300, A phase voltage control module 310, a third phase voltage control module 320, and internal phase angle generation units 331 and 332.

여기서, 제 1 상 전압 제어 모듈(300)은 인버터(108)에서 출력하는 제 1 상 전압(V_an)과 후술하는 내부 위상각(θ_int)을 입력받아서 제 1 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Va* (307)을 제 1 상 전압 제어신호로서 출력한다. The first phase voltage control module 300 receives a first phase voltage V_an output from the inverter 108 and an internal phase angle θ_int to be described later to generate a compensation reference voltage Va * 307 as the first phase voltage control signal.

제 2 상 전압 제어 모듈(310)은 인버터(108)에서 출력하는 제 2 상 전압(V_bn)과 내부 위상각(θ_int)을 입력받아서 제 2 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Vb* (317)을 제 2 상 전압 제어신호로서 출력한다. The second phase voltage control module 310 receives the second phase voltage V_bn and the internal phase angle? _Int output from the inverter 108 and outputs a compensated reference voltage Vb * 317 for controlling the second phase output voltage ) As a second phase voltage control signal.

마찬가지로, 제 3 상 전압 제어 모듈(320)은 인버터(108)에서 출력하는 제 3 상 전압(V_cn)과 내부 위상각(θ_int)을 입력받아서 제 3 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Vc*(327)을 제 3 상 전압 제어신호로서 출력한다.Similarly, the third phase voltage control module 320 receives the third phase voltage V_cn and the internal phase angle? _Int output from the inverter 108 and outputs a compensated reference voltage Vc * for controlling the third phase output voltage, (327) as a third phase voltage control signal.

본 발명의 전압 제어부(360)는 종래 기술과 달리, 3상 전압의 통합값이 아닌, 3상 각각의 전압값을 각각에 대응되는 전압 제어 모듈(300,310,320)로 각각 입력하여, 각 상의 전압 제어를 위한 보상기준전압을 각각 출력함으로써, 각 상에서 발생하는 불평형 상태를 효과적으로 제어할 수 있다.The voltage control unit 360 of the present invention inputs voltage values of three phases, not the integrated value of the three-phase voltages, to the voltage control modules 300, 310 and 320 corresponding to the respective voltages, Respectively, so that the unbalanced state occurring at each phase can be effectively controlled.

도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 상 전압 제어 모듈(300), 제 2 상 전압 제어 모듈(310) 및 제 3 상 전압 제어 모듈(320)은 서로 독립적으로 각각 대응되는 상의 전압을 입력받아, 서로 독립적으로 α-β 변환을 수행하고, 회전동기 좌표계 변환을 수행한 후, q축 전압 성분과 대응되는 상의 전압기준치의 오차를 이용하여 보상기준전압을 계산하여 출력한다는 점에서 서로 구별된다. 다만, 각 전압 제어 모듈(300,310,320)의 세부 구성은 서로 동일하므로, 이하에서는 각 상의 전압 제어 모듈(300,310,320)의 기능을 각 모듈별로 구별하지 않고 설명한다.5, the first phase voltage control module 300, the second phase voltage control module 310, and the third phase voltage control module 320 independently receive voltages of phases corresponding to each other, And then calculates and outputs a compensated reference voltage using the error of the voltage reference value of the phase corresponding to the q-axis voltage component, and then outputs the compensated reference voltage. Since the detailed configurations of the voltage control modules 300, 310 and 320 are the same as each other, the functions of the voltage control modules 300, 310 and 320 of the respective phases will be described below without distinguishing each module.

먼저, 전압 제어부(360)는 기준 주파수(330)를 각속도로 변환(331)하고 이를 적분(332)하여 내부 위상각(θ_int)(333)을 생성하고, 생성된 내부 위상각(θ_int)(333)을 각 상의 전압 제어 모듈(300,310,320)로 출력한다.First, the voltage controller 360 converts the reference frequency 330 to an angular velocity 331, integrates it 332 to generate an internal phase angle 慮 _int 333, and generates the generated internal phase angle 慮 _int 333 To the voltage control modules 300, 310, and 320 of each phase.

한편, 인버터(108)에서 출력되고 인버터 전압 측정부(228)에서 측정된 각상의 출력 전압값(V_an, V_bn, V_cn)은 전역통과필터(301, 311, 321)에 입력되고, 전역통과필터(301, 311, 321)에서 위상이 90도 지연된 각 신호가 얻어지며, 이로부터 각상 전압의

Figure 112017064485009-pat00001
성분(302, 312, 322)이 회전 동기 좌표계 변환부(303, 313, 323)로 입력된다. The output voltage values V_an, V_bn, and V_cn of the respective phases output from the inverter 108 and measured by the inverter voltage measurement unit 228 are input to the global pass filters 301, 311, and 321, 301, 311, and 321) is obtained, and from this, a signal of each phase voltage
Figure 112017064485009-pat00001
The components 302, 312, and 322 are input to the rotation synchronous coordinate system conversion units 303, 313, and 323, respectively.

각 상의 회전 동기 좌표계 변환부(303, 313, 323)에서는 내부 위상각(θ_int)(333)을 이용하여 d-q 변환을 수행함으로써, 각 상에 대해서 d축, q축, o축 성분을 연산하게 된다. 전압 제어부(360)에서는 각 상의 전압 피크치를 나타내는 q축 전압 성분(304, 314, 324)만을 이용한다.The rotation synchronous coordinate system conversion units 303, 313, and 323 of each phase perform dq conversion using the internal phase angle (? _Int) 333 to calculate d-axis, q-axis, and o-axis components for each phase . The voltage control unit 360 uses only the q-axis voltage components 304, 314, and 324 that represent the voltage peak values of the respective phases.

전압 제어기(306, 316, 326)는 q축 전압 성분(304, 314, 324)과 각상 전압기준치(305, 315, 325)의 오차를 이용하여 보상기준전압(307, 317, 327)을 계산하여 출력한다. 이 3개의 각 상의 전압 제어기(306,316,326)의 출력(328)은 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)부(353)에서 인버터(108)의 3 레그에 포함된 각 스위치의 스위칭 신호(PWM 신호)(354)로 변환된 후, 인버터(108)의 각 레그에 포함된 스위칭 소자로 출력된다.The voltage controllers 306, 316 and 326 calculate the compensation reference voltages 307, 317 and 327 using the errors of the q-axis voltage components 304, 314 and 324 and the respective voltage reference values 305, 315 and 325 Output. The output 328 of the voltage controllers 306, 316 and 326 of these three phases is connected to the switching signal (PWM signal) 354 of each switch included in the three legs of the inverter 108 in the Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) And then output to the switching elements included in each leg of the inverter 108. [

이렇게, 본 발명의 전압 제어부(360)는 3상 전압의 통합값이 아닌, 3상 각각의 전압값을 대응되는 전압 제어 모듈(300,310,320)로 각각 입력하여, 각 상의 전압 제어를 위한 보상기준전압을 각각 출력함으로써, 각 상에서 발생하는 불평형 상태를 효과적으로 제어할 수 있다.In this way, the voltage controller 360 of the present invention inputs the voltage values of the three phases, not the integrated values of the three-phase voltages, to the corresponding voltage control modules 300, 310 and 320, Respectively, so that the unbalanced state occurring at each phase can be effectively controlled.

한편, 전류 제어부(370)는, 본 발명 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치가 회생식 부하 시험 모드에서 동작하는 경우에 인버터의 출력을 바이패스 회로를 통해 전원 측으로 회생시켜 부하시험을 하는 경우에 동작한다. On the other hand, when the uninterruptible power supply according to the preferred embodiment of the present invention is operated in the regenerative load test mode, the current controller 370 regenerates the output of the inverter to the power supply side through the bypass circuit, do.

전류제어를 위해서는 바이패스 입력단에 연결된 상용 전원과 인버터(108)에서 출력되는 전원간의 위상동기가 필요하게 되는데, 이를 위해서 위상고정루프(345)가 사용된다. 바이패스 입력 전압 측정부(227)에서 측정된, 바이패스 입력단에 연결된 상용 전원의 각 상의 전압값(340)이 회전 동기 좌표계 변환부(341)로 입력되고, 위상고정루프(345)는 회전 동기 좌표계 변환부(341)의 출력인 d축 전압(V_de)(342)을 이용하여, 바이패스 입력 전압 측정부(227)에서 측정된 전압과 동기화된 위상정보(θ_ut)(344)를 생성하여 회전 동기 좌표계 변환부(341,346)로 출력한다.For current control, phase synchronization between a commercial power source connected to the bypass input terminal and a power source output from the inverter 108 is required. For this purpose, a phase locked loop 345 is used. The voltage value 340 of each phase of the commercial power source connected to the bypass input terminal, which is measured by the bypass input voltage measuring unit 227, is input to the rotation synchronizing coordinate system converting unit 341. The phase locking loop 345, 341 synchronized with the voltage measured by the bypass input voltage measuring unit 227 by using the d-axis voltage V_de 342 which is the output of the coordinate system converting unit 341, And outputs it to the synchronous coordinate system conversion units 341 and 346.

한편, 회전 동기 좌표계 변환부(341)는 바이패스 입력 전압 측정부(227)에서 측정된 전압의 각상 전압(340)과 위상고정루프(345)의 출력인 위상정보(θ_ut)(344)를 이용하여 d축 전압을 위상고정루프(345)로 출력한다(342).The rotating synchronous coordinate system converting unit 341 uses the phase voltage information 340 of the voltage measured by the bypass input voltage measuring unit 227 and the phase information θ_ut 344 output from the phase locked loop 345 And outputs the d-axis voltage to the phase locked loop 345 (342).

회전 동기 좌표계 변환부(346)는 위상정보(344)를 이용하여 전류 측정부(109)로부터 입력된 인버터(108)의 각상 출력전류(Ia,Ib,Ic)(343)를 직류성분인 d축 및 q축 전류(347)로 변환하여 전류 제어기(348)로 출력하고, 전류 제어기(348)는 입력된 d축 및 q축 전류(347)를 전류기준신호(I_dqe*)와 비교하고, 연산을 수행하여 각 상의 출력기준전압(350)을 생성한다. The rotating synchronous coordinate system converting section 346 converts the phase output currents Ia, Ib and Ic 343 of the inverter 108 inputted from the current measuring section 109 to the d axis Axis current 347 and outputs it to the current controller 348. The current controller 348 compares the input d-axis and q-axis current 347 with the current reference signal I_dqe * Thereby generating an output reference voltage 350 of each phase.

전류 제어기(348)에서 출력되는 각 상의 출력 기준 전압(350)은 SVPWM부(353)에서 인버터(108)의 3 레그에 포함된 각 스위치의 스위칭 신호(PWM 신호)로 변환된 후, 인버터(108)의 각 레그에 포함된 스위칭 소자로 출력된다.The output reference voltage 350 of each phase output from the current controller 348 is converted from the SVPWM portion 353 into a switching signal (PWM signal) of each switch included in the three legs of the inverter 108, ) To the switching elements included in the respective legs.

절환로직(351, 352)은 무정전 전원 장치의 동작 모드에 따라서 전류 제어부(370)와 전압 제어부(360)의 출력을 선택하는 것으로서, 사용자가 회생식 부하 시험 모드를 수동으로 선택함으로서 절환이 가능하다. 즉, 절환로직(351, 352)은 평상시에는 전압 제어부(360)의 출력(328)이 SVPWM부(353)로 입력되도록 하다가, 사용자가 회생식 부하 시험 기능을 선택하면, 전압 제어부(360)의 출력(328) 대신에 전류 제어부(370)의 출력(350)이 SVPWM부(353)로 입력되도록 한다.The switching logic 351 and 352 select the output of the current control unit 370 and the voltage control unit 360 according to the operation mode of the uninterruptible power supply. The switching logic 351 and 352 can be switched by manually selecting a generation load test mode . That is, the switching logic 351 and 352 normally allow the output 328 of the voltage control unit 360 to be input to the SVPWM unit 353. When the user selects the repetitive load testing function, So that the output 350 of the current control unit 370 is inputted to the SVPWM unit 353 instead of the output 328.

다시 도 4를 참조하면, 상용 전원에서 직접 부하로 전원을 공급하는 바이패스 모드에서, 정지형 동기 절체 스위치들(112,116)이 모두 스위치 온(ON) 상태이고 인버터(108)가 동작하지 않는 Active Standby 상태에서 대기 중 상용 전원이 정전되어 축전지 방전 모드로의 전환하는 과정에 있어서, 인버터 제어기(203)는 바이패스 전압 측정부(227)에서 바이패스 입력단에 연결된 상용 전원의 전압을 측정함으로써 상용 전원의 정전 여부를 검출하고, 정전이 검출되면 전압, 주파수, 위상의 이상 정보를 이용하여 인버터(108)를 급속 기동시키고, 바이패스 스위치(116)를 오프하여 바이패스 출력 대신에 인버터(108) 출력이 부하로 공급되도록 제어한다. 이러한 운전모드와 정지형 스위치의 절체를 통해서 부하에는 순간 전압 강하나 정전이 없는 전력 공급이 가능해진다. Referring again to FIG. 4, in the bypass mode in which power is supplied from the commercial power source to the direct load, an active standby state in which all of the static type synchronous switch switches 112 and 116 are in the ON state and the inverter 108 is in the inoperative state The inverter controller 203 measures the voltage of the commercial power source connected to the bypass input terminal of the bypass voltage measuring unit 227 so that the commercial power source of the commercial power source And if the power failure is detected, the inverter 108 is rapidly activated using the abnormal information of the voltage, frequency, and phase, and the bypass switch 116 is turned off to output the output of the inverter 108 instead of the bypass output, . Through this operation mode and the switching of the stationary switch, it is possible to supply the load with no instantaneous voltage drop or power failure.

한편, 인버터(108)의 출력단에는 리액터(110)와 캐패시터(111)로 구성된 필터부가 설치된다. On the other hand, a filter unit composed of a reactor 110 and a capacitor 111 is installed at an output end of the inverter 108.

인버터(108)와 필터부(110,111) 사이에 설치된 전류 측정부(109)는 인버터(108)가 출력하는 각 상의 출력 전류를 측정하여 인버터 제어기(203)로 전달하고(229), 필터부(110,111)와 정지형 동기 절체 스위치인 인버터 출력 스위치(112) 사이에 설치된 인버터 전압 측정부(228)는 인버터(108)가 출력하는 각 상의 출력 전압을 측정하여 인버터 제어기(203)로 출력한다.The current measuring unit 109 provided between the inverter 108 and the filter units 110 and 111 measures the output current of each phase output from the inverter 108 and transmits the measured output current to the inverter controller 203 (229). The filter units 110 and 111 And the inverter output switch 112, which is a stationary type synchronous switch, measures the output voltage of each phase output from the inverter 108 and outputs the measured output voltage to the inverter controller 203.

바이패스 전압 측정부(227)는 상용 전원의 전압을 측정하여 인버터 제어기(203)로 출력하고, 상용 전원의 정전시 이를 급속히 감지하여 인버터(108)를 급속 기동시키게 된다.The bypass voltage measuring unit 227 measures the voltage of the commercial power supply and outputs the measured voltage to the inverter controller 203. The bypass voltage measuring unit 227 rapidly detects the commercial power supply when the commercial power supply fails to rapidly start the inverter.

인버터 제어기(203)는 인버터(108)의 출력 전압과 출력 전류, 바이패스 전압 측정부(227)에서 측정된 전압을 입력받아 내부의 연산을 통해 평상시에는 전압 제어부(360)를 동작시켜 독립운전(전압 및 주파수 제어) 모드로 운전하고, 회생식 부하 시험 운전 중에는 전류 제어부(370)를 동작시켜 계통연계 운전(전류제어 및 전력제어)을 선택하여 스위칭 제어 신호(PWM 제어 신호)(237)를 인버터(108)로 출력하여 스위칭을 제어한다. The inverter controller 203 receives the output voltage and the output current of the inverter 108 and the voltage measured by the bypass voltage measurement unit 227 and operates the voltage control unit 360 to perform independent operation (Current control and power control) by operating the current control unit 370 and controlling the switching control signal (PWM control signal) 237 in the inverter (108) to control switching.

도 6은 일반적인 On-Line 방식 무정전 전원 장치의 동작모드를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating an operation mode of a conventional on-line uninterruptible power supply.

도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 동작을 설명하면, 1. 정상 운전 모드에서는, 상용 전원 또는 발전기로부터 입력된 교류 전원이 정류부(105)를 거쳐 직류로 변환된 후 DC Link에 공급되며 여기에 축전지가 병렬로 연결되어 평상시 충전 및 정전시 방전을 하게 된다. 인버터(108)는 DC Link로부터 직류전력을 공급받아 교류로 변환한 후 출력하게 되며 이 과정에서 상용 전원측 교류입력의 전압, 주파수 변동, 노이즈 및 파형이 개선된 안정된 새로운 교류 출력 전압을 생성하게 된다.6, an operation of the uninterruptible power supply unit according to a preferred embodiment of the present invention will be described. In the normal operation mode, AC power inputted from a commercial power source or a generator is converted into a direct current through a rectifying unit 105 DC link, where the batteries are connected in parallel to discharge during normal charging and power outages. The inverter 108 receives the DC power from the DC link, converts the AC power into AC, and outputs the AC power. In this process, a stable new AC output voltage with improved voltage, frequency variation, noise, and waveform of the AC power input is generated.

이 때, 본 발명의 인버터(108)는 일반적인 3상 인버터와 같은 3개의 레그로 구성되는 3레그 형태로 구현되고, 인버터 제어기(203)는 3상의 각상을 개별로 제어하는 알고리즘에 따라서 동작함은 상술한 바와 같다. In this case, the inverter 108 of the present invention is implemented in the form of a three-leg structure composed of three legs such as a general three-phase inverter, and the inverter controller 203 operates according to an algorithm for individually controlling each phase of three phases As described above.

이렇게, 인버터(108)를 3상 4선식 3레그로 구현하여도 인버터 제어기(203)에 각상 개별 제어 알고리즘을 이용하여 제어를 수행함으로써 3상 전압의 중성점을 조절할 수 있고, 이에 따라서 불평형 부하조건에서도 각 상간 전압의 불평형 문제를 해소할 수 있게 된다.In this way, even if the inverter 108 is implemented as three-phase four-wire type three legs, the neutral point of the three-phase voltage can be controlled by controlling the inverter controller 203 using the respective control algorithms, It is possible to solve the problem of imbalance of the voltages between the phases.

한편, 무정전 전원 장치가 정상 운전 모드에서 동작 중에, 정류부(105)로 교류 전원을 출력하던 상용 전원의 정전이 감지되면 2. 축전지 방전 모드로 진행하고, 정류부(105)는 동작을 멈추게 되고 축전지가 방전하게 되며, 이 과정에서는 어떠한 절체 동작도 없이, 정류부(105)로부터 무정전 전원 장치 출력단으로의 전류의 흐름이, 축전지로부터 무정전 전원 장치 출력단으로 변경된다.Meanwhile, when the uninterruptible power supply unit is operating in the normal operation mode, when a power failure of the commercial power source, which is outputting the AC power to the rectifying unit 105, is detected, the operation proceeds to the secondary battery discharge mode, the rectifying unit 105 stops operating, The flow of current from the rectifying section 105 to the output terminal of the uninterruptible power supply unit is changed from the battery to the uninterruptible power supply unit output stage without any switching operation.

이 후, 상용 전원이 회복되면, 원래의 정상 운전 모드로 회복되면서 정류부(105)에서 출력되는 직류 전원은 인버터(108)로 제공되는 동시에 방전된 축전지를 재충전하는 3. 축전지 재충전 모드에서 동작한다.Thereafter, when the commercial power is restored, the DC power outputted from the rectifying part 105 is restored to the original normal operation mode and is supplied to the inverter 108 and at the same time, operates in the battery recharging mode 3. to recharge the discharged battery.

한편, 정상 운전 모드에서 동작중에 무정전 전원 장치 내부에 이상이 발생한 경우(예컨대, 인버터(108)가 고장난 경우 등) 또는 과부하가 발생한 경우, 무정전 전원 장치는 부하측을 보호하기 위해서 4. 바이패스 운전 모드로 진행하여, 인버터 제어기(203)가 인버터 출력 스위치(112)를 스위치 오프시키고 바이패스 스위치(116)를 스위치 온시켜, 인버터(108)를 통해서 부하측으로 제공하던 전원을 상용 전원으로부터 바이패스 회로를 통해서 부하측으로 직접 제공하도록 절체시킨다. 절체 과정은 무순단으로 이루어진다. 이를 위해 인버터(108)는 평상시 바이패스 입력단에 연결된 상용 전원(또는 발전기)과 동기 운전을 하게 되며, 무순단 절체는 인버터 출력 스위치(112)와 바이패스 스위치(116)를 짧은 구간 동안 Overwrap시켜 절체를 시킴으로서 구현한다.(도 7 참조)On the other hand, when an abnormality occurs in the uninterruptible power supply unit during operation in the normal operation mode (for example, when the inverter 108 fails) or when an overload occurs, the uninterruptible power supply unit protects the load side. The inverter controller 203 turns off the inverter output switch 112 and switches on the bypass switch 116 to switch the power supplied from the commercial power supply to the load side via the inverter 108 from the commercial power supply to the bypass circuit To the load side. The switching process consists of a discrete sequence. For this purpose, the inverter 108 performs synchronous operation with a commercial power supply (or a generator) normally connected to the bypass input terminal, and the non-stepped inverter 120 overwrites the inverter output switch 112 and the bypass switch 116 for a short period, (See FIG. 7).

한편, 도 4를 다시 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터(108)의 동작을 살펴보면, 먼저, 바이패스 모드에서 상용 전원이 정상적으로 공급되는 경우, 바이패스 스위치(116)는 온 상태에 있고 상용 전원으로부터 바이패스 회로를 통해서 출력단에 전력을 공급하는 상태에서 인버터 출력 스위치(112)는 오프 상태에 있다. Referring to FIG. 4 again, the operation of the inverter 108 according to the preferred embodiment of the present invention will be described. First, when the commercial power is normally supplied in the bypass mode, the bypass switch 116 is turned on And the inverter output switch 112 is in the off state in a state of supplying power from the commercial power source to the output terminal through the bypass circuit.

인버터 기동명령이 입력되면, 상용 전원으로부터 바이패스 회로를 통해서 공급되던 3상 전원은 정류부(105)를 통해서 인버터(108)의 입력단까지 제공되고, 인버터(108)가 정상기동하면 인버터 출력 스위치(112)가 온 되면서 바이패스 스위치(116)가 오프 되어 절체가 이루어지며 이 과정에서 약간의 Overwrap을 주어 무순단으로 절체하게 된다.(도 7 참조)When the inverter start command is input, the three-phase power supplied from the commercial power source through the bypass circuit is supplied to the input terminal of the inverter 108 through the rectifying part 105. When the inverter 108 is normally started, the inverter output switch 112 The bypass switch 116 is turned off and the transfer is performed. In this process, a little overwrap is given and the transfer is performed in a random order (see FIG. 7).

이 때, 인버터 제어기(203)는 바이패스 전압 측정부(227)로부터 입력되는 전압값을 이용하여 바이패스 회로의 입력단에 연결된 상용 전원이 정상적으로 전원을 공급하고 있는지 여부를 확인하고, 인버터(108)가 동기 추적 운전을 하도록 제어신호를 생성하여 인버터(108)로 출력한다.At this time, the inverter controller 203 checks whether or not the commercial power source connected to the input terminal of the bypass circuit normally supplies power, using the voltage value input from the bypass voltage measuring unit 227, And outputs the generated control signal to the inverter 108. The inverter 108 outputs the control signal to the inverter 108. [

한편, 인버터 출력전압 측정부(228)로부터 입력되는 전압값 및 인버터 출력 전류 측정부(109, 229)로부터 입력되는 전류값에 비정상적인 상태(전원 공급 중단, 전압 강하, 과전류 등)가 있음이 감지되면, 인버터(108)에 대한 스위칭은 급속히 차단되고, 인버터 출력 스위치(112)는 오프되고 바이패스 스위치(116)는 온되도록 제어함으로써, 인버터(108)로부터 부하측으로 전원이 공급되는 것을 차단하고, 바이패스 회로를 통해서 상용 전원이 부하측으로 전원을 공급하도록 하고, 이 절체과정에서 부하에 무정전으로 전원이 공급되도록 한다.On the other hand, if it is detected that there is an abnormal state (power supply interruption, voltage drop, overcurrent, etc.) in the voltage value input from the inverter output voltage measurement unit 228 and the current value input from the inverter output current measurement units 109 and 229 , The switching to the inverter 108 is rapidly cut off, the inverter output switch 112 is turned off and the bypass switch 116 is turned on to block the power supply from the inverter 108 to the load side, The commercial power supply supplies power to the load side through the pass circuit, and power is supplied to the load uninterruptedly in this switching process.

한편, 바이패스 스위치(116)가 온 된 상태(바이패스 모드)에서 회생식 부하 시험 모드가 선택되면, 인버터 제어기(203)는 바이패스 스위치(118) 및 인버터 출력 스위치(112)를 동시에 온 시켜, 인버터(108)가 상용 전원과 계통 연계형 운전 모드로 동작하도록 제어하여 필요한 만큼 인버터(108)에 전력을 흘려 줄 수 있으며, 이 전력은 바이패스 회로를 거쳐 입력단으로 회생되어 다시 정류부(105) 입력에 공급됨으로써, 저항 부하에 의한 에너지 손실 없이 인버터(108)에 대한 회생식 부하 시험이 가능하다.On the other hand, when the regenerative load test mode is selected in the bypass switch 116 (bypass mode), the inverter controller 203 turns on the bypass switch 118 and the inverter output switch 112 at the same time , The inverter 108 is controlled to operate in the grid-connected operation mode with the commercial power supply, and power is supplied to the inverter 108 as needed. This power is regenerated to the input terminal through the bypass circuit, It is possible to perform a repetitive load test on the inverter 108 without energy loss due to the resistance load.

이러한 회생식 부하 시험 기능은 중요한 부하를 안전하게 지키기 위해 무정전 전원 장치(UPS)의 성능을 평가할 때 대단히 유용하게 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 이러한 방식은 종래 기술에 따른 모의부하로 시험하는 방법보다, UPS 출력에 모의 부하를 설치하고 연결할 필요 없이 부하 시험을 수행함으로써 시간을 절감할 수 있고, 별도의 Load Bank 연결이 필요 없어 비용을 절감할 수 있으며, Load Bank 연결하여 실험하는 경우에 비하여 전력 소모가 크게 절감되고, 안정성 및 신뢰성이 증대되는 장점이 있다.(도 8 참조)These braking load test functions can be very useful when evaluating the performance of an uninterruptible power supply (UPS) to safeguard critical loads. This method according to the present invention can save time by performing a load test without installing and connecting a simulated load to the UPS output rather than a method of testing with a simulated load according to the prior art, The cost can be reduced, power consumption can be greatly reduced, stability and reliability can be increased compared with the case of experimenting with a load bank connection (see FIG. 8).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100 : 입력 차단기 101 : 입력 MC
102 : 입력 리엑터 103 : 전류 센서
104 : 입력 커패시터 105 : 정류부
106 : 배터리 컨버터 107 : 평활 콘덴서부
108 : 인버터 109 : 전류 측정부
110 : 인버터 리엑터 111 : 출력 커패시터
112 : 인버터 출력 스위치 113 : 출력 전류 측정부
114 : 차단기 115 : 바이패스 차단기
116 : 바이패스 스위치 117 : 축전지 차단기
118 : 축전지 휴즈 119 : 축전지 전류 측정부
120 : BUCK-BOOST 리엑터 121 : 로직전원 입력 변압기(출력)
122 : 로직전원 입력 변압기(바이패스)
200 : 정류부 제어기 201 : BUCK-BOOST 스위칭소자 드라이버
202 : 정류부 스위칭소자 드라이버 203 : 인버터 제어기
204 : 인버터 스위칭소자 드라이버 205 : 로직전원 공급기
206 : UPS 콘트롤부100: Input breaker 101: Input MC
102: input reactor 103: current sensor
104: Input capacitor 105:
106: Battery converter 107: Smoothing capacitor
108: inverter 109: current measuring unit
110: inverter reactor 111: output capacitor
112: inverter output switch 113: output current measuring unit
114: breaker 115: bypass breaker
116: Bypass switch 117: Battery breaker
118: Battery fuse 119: Battery current measuring unit
120: BUCK-BOOST Reactor 121: Logic Power Input Transformer (Output)
122: Logic Power Input Transformer (Bypass)
200: rectifier controller 201: BUCK-BOOST switching element driver
202: rectification part switching element driver 203: inverter controller
204: inverter switching element driver 205: logic power supply
206: UPS control unit

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 상용 전원으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 출력하는 정류부;
상기 정류부에서 출력되는 직류 전원을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 축전지;
상기 정류부에서 출력하는 직류 전원 또는 상기 축전지에서 방전되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터; 및
상기 인버터에서 출력되는 3상 교류 전원이, 각 상마다 개별적으로 제어되도록 상기 인버터에 포함된 스위칭 소자를 제어하는 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기;를 포함하고,

상기 인버터 제어기는
상기 인버터에서 출력되는 각 상의 전압의 크기 및 주파수를 제어하는 전압 제어신호를 출력하는 전압 제어부; 및
상기 전압 제어신호를, 상기 인버터에 포함된 3레그의 각 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 PWM 신호로 변환하는 SVPWM부를 포함하며,

상기 전압 제어부는
기준 주파수를 각속도로 변환한 후 적분하여 내부 위상각(θ_int)을 생성하는 내부 위상각 생성수단;
상기 인버터에서 출력하는 제 1 상 전압(V_an)과 상기 내부 위상각(θ_int)을 입력받고, 제 1 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Va*을 상기 제 1 상 전압을 제어하는 전압 제어신호로서 출력하는 제 1 상 전압 제어 모듈;
상기 인버터에서 출력하는 제 2 상 전압(V_bn)과 상기 내부 위상각(θ_int)을 입력받고, 제 2 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Vb*을 상기 제 2 상 전압을 제어하는 전압 제어신호로서 출력하는 제 2 상 전압 제어 모듈; 및
상기 인버터에서 출력하는 제 3 상 전압(V_cn)과 상기 내부 위상각(θ_int)을 입력받고, 제 3 상 출력 전압을 제어하기 위한 보상기준전압 Vc*을 상기 제 3 상 전압을 제어하는 전압 제어신호로서 출력하는 제 3 상 전압 제어 모듈;을 포함하고,
상기 제 1 상 전압 제어 모듈, 상기 제 2 상 전압 제어 모듈, 및 상기 제 3 상 전압 제어 모듈 각각은
상기 인버터에서 출력되는 해당 상의 출력 전압을 입력받고, 90도 위상이 지연된 상 전압의 α,β 성분을 출력하는 전역통과필터;
상기 전역통과필터로부터 α,β 성분을 입력받고, 상기 내부 위상각 생성수단으로부터 상기 내부 위상각을 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 해당 상의 전압 피크치를 나타내는 q축 전압 성분을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 및
해당 상의 q축 전압 성분과 해당 상의 전압기준치의 오차를 이용하여 보상기준전압을 계산하여 전압 제어신호로서 출력하는 전압 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.A rectifying unit for rectifying the AC power input from the commercial power source to DC power and outputting the AC power;
A storage battery for storing electric energy by using a DC power outputted from the rectifying part;
An inverter for converting a DC power output from the rectifying unit or a DC power discharged from the battery into a three-phase AC power; And
And an inverter controller for outputting a control signal for controlling the switching elements included in the inverter so that the three-phase AC power outputted from the inverter is controlled separately for each phase,

The inverter controller
A voltage controller for outputting a voltage control signal for controlling the magnitude and frequency of voltage of each phase output from the inverter; And
And an SVPWM section for converting the voltage control signal into a PWM signal for controlling ON / OFF of each switching element of the three legs included in the inverter,

The voltage control unit
Internal phase angle generating means for converting the reference frequency to an angular velocity and then integrating the reference frequency to generate an internal phase angle?
(V_an) outputted from the inverter and the internal phase angle (? _Int), and outputs a compensated reference voltage (Va *) for controlling the first phase output voltage to a voltage control signal A first phase voltage control module for outputting the first phase voltage control signal;
A second phase voltage (V_bn) output from the inverter and the internal phase angle (? _Int), and a compensated reference voltage (Vb *) for controlling the second phase output voltage is supplied to a voltage control signal A second phase voltage control module for outputting the second phase voltage control signal; And
A third phase voltage (V_cn) output from the inverter and the internal phase angle (? _Int), and a compensation reference voltage (Vc *) for controlling the third phase output voltage is supplied to a voltage control signal And a third phase voltage control module for outputting the third phase voltage,
Each of the first phase voltage control module, the second phase voltage control module, and the third phase voltage control module
An all-pass filter that receives an output voltage of the phase output from the inverter and outputs an?,? Component of a phase voltage delayed by 90 degrees;
A rotation synchronizing coordinate system converting unit that receives the internal phase angle from the internal phase angle generating unit and performs rotation synchronous coordinate system conversion to output a q-axis voltage component indicating a voltage peak value of the phase, A coordinate system conversion unit; And
And a voltage controller for calculating a compensation reference voltage by using an error between a q-axis voltage component of the corresponding phase and a voltage reference value on the corresponding phase, and outputting the compensated reference voltage as a voltage control signal. 제 4 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는
상기 인버터의 출력 전원을 상기 정류부의 입력단으로 공급하는 회생식 부하 시험 모드에서, 상기 인버터에서 출력되는 전류를 제어하는 전류 제어신호를 출력하는 전류 제어부; 및
상기 무정전 전원 장치의 운전 모드에 따라서 상기 전류 제어부에서 출력되는 상기 전류 제어신호 또는 상기 전압 제어부에서 출력되는 상기 전압 제어신호를 선택적으로 출력하는 절환부를 더 포함하고,
상기 SVPWM부는 상기 전류 제어신호 또는 상기 전압 제어신호를, 상기 인버터에 포함된 3레그의 각 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 PWM 신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.5. The inverter controller according to claim 4, wherein the inverter controller
A current controller for outputting a current control signal for controlling a current output from the inverter in a regenerative load test mode for supplying an output power of the inverter to an input terminal of the rectifier; And
Further comprising a switching unit for selectively outputting the current control signal output from the current control unit or the voltage control signal output from the voltage control unit according to an operation mode of the uninterruptible power supply unit,
Wherein the SVPWM unit converts the current control signal or the voltage control signal into a PWM signal for controlling ON / OFF of the respective switching elements of the three legs included in the inverter, and outputs the PWM signal. 제 5 항에 있어서, 상기 전류 제어부는
바이패스 회로의 입력단에 연결된 상용 전원의 위상과 동기화된 위상 정보를 출력하는 위상 고정 루프;
상기 위상 고정 루프에서 출력되는 위상각 정보를 이용하여, 상기 인버터의 각 상의 출력전류를 직류성분인 d축 및 q축 전류로 변환하여 출력하는 회전동기 좌표계 변환부; 및
상기 회전 동기 좌표계 변환부로부터 입력된 d축 및 q축 전류를 전류기준신호(I_dqe*)와 비교하고, 연산을 수행하여 각 상의 출력 기준 전압을 제어신호로서 생성하는 전류 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.6. The apparatus of claim 5, wherein the current controller
A phase locked loop for outputting phase information synchronized with a phase of a commercial power source connected to an input terminal of the bypass circuit;
A rotation synchronous coordinate system converter for converting the output current of each phase of the inverter into d-axis and q-axis currents, which are direct current components, using the phase angle information output from the phase locked loop; And
And a current controller for comparing the d-axis and q-axis currents input from the rotation synchronous coordinate system conversion unit with a current reference signal I_dqe * and performing an arithmetic operation to generate an output reference voltage of each phase as a control signal Uninterruptible power supply. 제 4 항에 있어서,
바이패스 회로의 입력단과 부하 사이에 설치되어, 스위치 온되면 상용 전원을 바이패스 회로를 통해서 부하로 직접 전달하는 바이패스 스위치; 및
상기 인버터의 출력단과 부하 사이에 설치되어, 스위치 온되면 상기 인버터의 출력단과 부하 사이를 전기적으로 연결시키는 인버터 출력 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.5. The method of claim 4,
A bypass switch provided between an input terminal of the bypass circuit and the load for directly transmitting the commercial power to the load through the bypass circuit when the switch circuit is switched on; And
Further comprising an inverter output switch provided between an output end of the inverter and the load for electrically connecting between an output end of the inverter and the load when the switch is switched on. 제 7 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는
정상 운전 모드 또는 축전기 방전 모드에서 동작하던 중에 인버터 고장 또는 과부하가 발생한 경우, 상기 인버터 출력 스위치를 스위치 오프시키고 상기 바이패스 스위치를 스위치 온시켜, 상기 무정전 전원 장치가 바이패스 모드에서 상기 바이패스 회로를 통해서 상용 전원을 부하로 직접 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.8. The inverter controller according to claim 7, wherein the inverter controller
The inverter output switch is switched off and the bypass switch is switched on when the inverter fails or an overload occurs during operation in the normal operation mode or the capacitor discharge mode so that the uninterruptible power supply unit switches the bypass circuit Wherein the control unit controls the power supply unit to directly transmit the commercial power to the load. 제 7 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는
회생식 부하 시험 모드에서, 상기 바이패스 스위치 및 상기 인버터 출력 스위치를 동시에 온 시켜, 상기 인버터의 출력 전력이 상기 바이패스 스위치를 통해서 상기 정류부의 입력단으로 회생되어 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.8. The inverter controller according to claim 7, wherein the inverter controller
The bypass switch and the inverter output switch are turned on at the same time so that the output power of the inverter is regenerated and supplied to the input terminal of the rectifying section through the bypass switch in the regenerative load test mode, .
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