KR101811589B1 - Apparatus and method for controlling a converter and hybrid uninterruptible power supply including the apparatus thereof - Google Patents

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백석민
이동주
황동옥
최제왕
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이태주
이태승
신기엽
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국제통신공업(주)
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Abstract

The present invention relates to a control apparatus using a system voltage, a DC link average voltage, and an AC voltage modulation index, a method for controlling a converter by using the apparatus, and an uninterruptible power apparatus including a converter control apparatus in controlling voltage-current of a bidirectional AC-DC converter in the uninterruptible power apparatus. The converter control apparatus comprises: a proportional integral controller; an adder; and a duty calculator.

Description

컨버터 제어 장치 및 방법 그리고 상기 컨버터 제어 장치를 포함하는 무정전 전원 장치 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING A CONVERTER AND HYBRID UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY INCLUDING THE APPARATUS THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an inverter control device and an inverter control device, and more particularly to an inverter control device and an inverter control device,

본 발명은 무정전 전원 장치 및 무정전 전원 장치 내의 컨버터의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양방향 AC-DC 컨버터의 전압-전류를 제어함에 있어, 계통 전압, DC 링크 평균 전압, 교류 전압 변조 지수를 이용하는 제어 장치, 상기 장치를 이용하여 컨버터를 제어하는 방법 및 상기 컨버터 제어 장치를 포함하는 무정전 전원 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a converter in an uninterruptible power supply apparatus and an uninterruptible power supply apparatus, and more particularly, to a system and method for controlling a voltage-current in a bidirectional AC- A method of controlling a converter using the apparatus, and an uninterruptible power supply including the converter control apparatus.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.

무정전 전원 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)는 정전이나 전원 측의 사고로부터 보호되어야 하는 중요한 부하에 대하여, 사고 발생으로 전기 회로의 전압이 차단 도는 급상승, 급하강되는 것을 방지하는 역할을 한다.The uninterruptible power supply (UPS) prevents the voltage of the electric circuit from rapidly increasing or decreasing due to the occurrence of an accident for a critical load which must be protected from a power failure or an accident at the power source side.

에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 전력 소모가 적은 때에 전력을 배터리에 저장해 두고, 전력 소모가 늘어나는 때에 저장해둔 전력을 이용할 수 있도록 하는 역할을 한다.An energy storage system (ESS) is used to store power in a battery when power consumption is low, and to use the stored power when power consumption increases.

이러한 무정전 전원 장치와 에너지 저장 시스템의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하는 에너지 저장 시스템 기능을 가진 무정전 전원 장치가 존재하며, 이러한 무정전 전원 장치에 있어서, 교류 전원이 정상적으로 공급되던 상태에서, 사고 발생으로 인한 비상전원 공급을 위한 동작으로 전환 시, 과도상태가 일정 시간 이상 지속되는 경우에는 부하에 전력 공급이 차단되어 문제가 발생할 수 있다.There is an uninterruptible power supply having an energy storage system function that can perform the functions of the uninterruptible power supply and the energy storage system at the same time. In this uninterruptible power supply, when the AC power is normally supplied, In case of transition to operation for emergency power supply, if the transient state lasts for a certain period of time, the power supply to the load may be cut off and a problem may occur.

따라서, 이러한 동작 전환 시 과도상태를 최소화하기 위한 방안이 요구된다.Therefore, there is a demand for a method for minimizing the transient state at the time of such operation change.

한국공개특허 제10-2016-0034460호 (명칭: 비상전원공급기능을 가지는 에너지저장시스템, 공개일 2016.03.30)Korean Patent Publication No. 10-2016-0034460 (entitled " Energy Storage System Having Emergency Power Supply Function, "

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 에너지 저장 시스템의 기능을 가지는 무정전 전원 장치를 제공하며, 아울러, 이러한 무정전 전원 장치의 모드 전환 시의 과도상태가 최소화되도록, 양방향 AC-DC 컨버터의 전압-전류를 제어하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides an uninterruptible power supply having the function of an energy storage system, and more particularly, to a voltage-current converter of a bidirectional AC-DC converter, And to provide an apparatus and method for controlling current.

보다 구체적으로, 본 발명에 의해 제공되는 컨버터 제어 장치 및 방법은, 계통 전압, DC 링크 평균 전압, 교류 전압 변조 지수를 이용하여 컨버터의 입력 전류를 제어함으로써 과도상태를 최소화하는데 그 목적이 있다.More particularly, the converter control apparatus and method provided by the present invention aims at minimizing the transient state by controlling the input current of the converter using the grid voltage, the DC link average voltage, and the AC voltage modulation index.

더하여, 본 발명은 양방향 AC-DC 컨버터의 전압-전류를 제어하는 장치를 포함하는 무정전 전원 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an uninterruptible power supply comprising an apparatus for controlling the voltage-current of a bidirectional AC-DC converter.

그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 AC-DC 컨버터를 제어하기 위한 컨버터 제어 장치는, 입력 전류 제어 기준값과 입력 전류값의 오차에 따른 전류 보상값을 출력하는 비례적분 제어기; 상기 전류 보상값을 입력받고, 상기 전류 보상값에 계통 전압을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성하여 출력하기 위한 가산기; 및 상기 듀티 제어 기준값을 입력받고, 상기 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력하는 듀티 산출기; 를 포함하여 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a converter control apparatus for controlling a bidirectional AC-DC converter according to an exemplary embodiment of the present invention includes a proportional integral A controller; An adder for receiving the current compensation value and further generating a duty control reference value by further compensating the system voltage for the current compensation value; A duty calculator that receives the duty control reference value and outputs duty information based on the duty control reference value; May be provided.

보다 구체적으로, 상기 가산기는, 상기 계통 전압을, 교류 전압 변조 지수를 DC 링크 평균 전압으로 나눈 값에 곱하여 산출한 값을 상기 전류 보상값에 더하여 상기 듀티 제어 기준값을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.More specifically, the adder may generate the duty control reference value by multiplying the system voltage by a value obtained by dividing the AC voltage modulation index by the DC link average voltage, and adding the calculated value to the current compensation value .

더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치를 포함하는 무정전 전원 장치는, 상기 컨버터 제어 장치의 구성을 포함하며, 계통전력으로부터 공급된 교류전력을 직류전력으로 변환하고, 양방향 DC-DC 컨버터로부터 공급된 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위한 양방향 AD-DC 컨버터; 상기 양방향 DC-DC 컨버터로부터 공급된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하에 공급하기 위한 DC-AC 인버터; 및 상기 양방향 DC-DC 컨버터로부터 공급된 직류전력을 배터리에 저장하고, 배터리로부터 공급된 직류전력을 상기 양방향 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-AC 인버터에 전달하기 위한 양방향 DC-DC 컨버터; 를 더 포함하여 제공될 수 있다.In addition, the uninterruptible power supply apparatus including the converter control apparatus according to the embodiment of the present invention includes the configuration of the converter control apparatus, and converts the AC power supplied from the grid power to DC power and outputs the AC power from the bidirectional DC- A bidirectional AD-DC converter for converting supplied DC power into AC power; A DC-AC inverter for converting DC power supplied from the bidirectional DC-DC converter into AC power and supplying the AC power to the load; And a bidirectional DC-DC converter for storing the DC power supplied from the bidirectional DC-DC converter in a battery and delivering the DC power supplied from the battery to the bidirectional DC-DC converter and the DC-AC inverter; May be further provided.

아울러, 양방향 AC-DC 컨버터의 제어 방법은, 입력 전류 제어 기준값과 입력 전류값의 오차에 따른 전류 보상값을 산출하는 단계; 상기 전류 보상값에 계통 전압을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성하는 단계; 및 상기 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력하는 단계; 를 포함할 수 있다. In addition, a method of controlling a bidirectional AC-DC converter includes calculating a current compensation value according to an error between an input current control reference value and an input current value; Further comprising compensating the grid voltage for the current compensation value to generate a duty control reference value; And outputting duty information based on the duty control reference value; . ≪ / RTI >

본 발명에 따르면, 에너지 저장 시스템의 기능을 가지는 무정전 전원 장치를 제공함으로써, 2대의 장치를 각각 운용함에 따른 비용을 감소시키며, 이러한 무정전 전원 장치의 모드 전환 시의 과도 상태를 최소화하여, 그 이용 효율을 높이고 부하를 보호할 수 있도록 한다.According to the present invention, by providing the uninterruptible power supply having the function of the energy storage system, it is possible to reduce the cost of operating each of the two units, minimize the transient state at the time of mode switching of the uninterruptible power supply, So that the load can be protected.

아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.In addition, various effects other than the above-described effects can be directly or implicitly disclosed in the detailed description according to the embodiment of the present invention to be described later.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치의 모드 전환을 나타내기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치의 주요 구성과 관련된 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치의 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치의 이용에 따른 과도 상태의 감소 효과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram showing the structure of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating mode switching of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram related to the main configuration of the uninterruptible power supply according to the embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a converter control apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are graphs illustrating the effect of reducing the transient state according to the use of the converter control apparatus according to the embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of controlling a converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the nature and advantages of the present invention, reference should be made to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.In the following description and the accompanying drawings, detailed description of well-known functions or constructions that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. It should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals as possible throughout the drawings.

이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the following description and drawings are not to be construed in an ordinary sense or a dictionary, and the inventor can properly define his or her invention as a concept of a term to be described in the best way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.Also, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. are used to describe various elements, and are used only for the purpose of distinguishing one element from another, Not used. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when referring to an element as being "connected" or "connected" to another element, it means that it can be connected or connected logically or physically. In other words, it is to be understood that although an element may be directly connected or connected to another element, there may be other elements in between, or indirectly connected or connected.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 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.It is also to be understood that the terms such as " comprising "or" having ", as used herein, are intended to specify the presence of stated features, integers, It should be understood that the foregoing does not preclude the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

그러면 먼저, 본 발명이 적용되기 위한 무정전 전원 장치의 구조 및 동작에 관하여 설명하도록 한다.First, the structure and operation of the uninterruptible power supply for applying the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing the structure of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 가지는 무정전 전원 장치(100)는, 양방향 AC-DC 컨버터(110), DC-AC 인버터(120), 양방향 DC-DC 컨버터(130) 및 컨버터 제어 장치(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an uninterruptible power supply 100 having an energy storage system function according to an embodiment of the present invention includes a bidirectional AC-DC converter 110, a DC-AC inverter 120, a bidirectional DC- (130) and a converter control device (150).

더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)는, 정상 운전 모드와 비상 전원 공급 모드를 전환하기 위한 스위치(140)를 더 포함할 수 있다.In addition, the uninterruptible power supply 100 according to the embodiment of the present invention may further include a switch 140 for switching between a normal operation mode and an emergency power supply mode.

도 1에서 AC Grid는 발전소 등으로부터 무정전 전원 장치(100)에 전력이 전달되도록 구성된 전력계통을 나타낸다. L1, L2, L3는 무정전 전원 장치(100)에 연결된 부하를 나타낸다.1, the AC Grid represents a power system configured to transfer power from the power plant to the uninterruptible power supply (UPS) 100. L1, L2, and L3 denote loads connected to the uninterruptible power supply (UPS) 100.

양방향 AC-DC 컨버터(110)는 전력계통으로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 DC-AC 인버터(120) 또는 양방향 DC-DC 컨버터(130)로 전달한다. 또한, 부하의 소모 전력이 증가하거나 정전이 발생하여 배터리(200)의 전력을 사용할 필요가 있는 경우에는 배터리(200)로부터 입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 전력계통에 전달한다.The bidirectional AC-DC converter 110 converts AC power input from the power system into DC power and transmits the DC power to the DC-AC inverter 120 or the bidirectional DC-DC converter 130. When the power consumption of the load increases or a power failure occurs and it is necessary to use the power of the battery 200, the DC power input from the battery 200 is converted into an AC power and transmitted to the power system.

DC-AC 인버터(120)는 양방향 AC-DC 컨버터(110)로부터 입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하(L1)에 전달하는 역할을 한다.The DC-AC inverter 120 converts DC power input from the bidirectional AC-DC converter 110 into AC power and transmits the AC power to the load L1.

양방향 DC-DC 컨버터(130)는 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 출력단과 DC-AC 인버터(120)의 입력단 사이에 연결된다. 양방향 DC-DC 컨버터(130)는 양방향 AC-DC 컨버터(110)로부터 입력된 직류전원을 배터리(200)에 저장한다. 또한, 부하의 소모 전력이 증가하거나 정전이 발생하여 배터리(200)의 전력을 사용할 필요가 있는 경우에는 배터리(200)로부터 입력되는 직류전원을 양방향 AC-DC 컨버터(110)에 전달한다.The bidirectional DC-DC converter 130 is connected between the output of the bidirectional AC-DC converter 110 and the input of the DC-AC inverter 120. The bidirectional DC-DC converter 130 stores the DC power input from the bidirectional AC-DC converter 110 in the battery 200. In addition, when the power consumption of the load increases or a power failure occurs and it is necessary to use the power of the battery 200, the DC power input from the battery 200 is transmitted to the bidirectional AC-DC converter 110.

컨버터 제어 장치(150)는 무정전 전원 장치(100)와 연결되거나 일체로 구성되어, 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 입력 전류 또는 출력 전압을 제어한다. 또한, 양방향 AC-DC 컨버터(110)에 포함된 스위칭 소자에 대하여 펄스 폭 변조를 통해 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 동작 모드를 변환할 수 있다.Converter control device 150 is coupled to or integrated with uninterruptible power supply 100 to control the input current or output voltage of bidirectional AC-DC converter 110. Further, the operation mode of the bidirectional AC-DC converter 110 can be changed through pulse width modulation with respect to the switching elements included in the bidirectional AC-DC converter 110.

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)에 대하여 개략적으로 설명하였다.As described above, the uninterruptible power supply 100 according to the embodiment of the present invention has been schematically described.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)의 동작 모드에 대하여 설명한다.Hereinafter, an operation mode of the uninterruptible power supply (UPS) 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)의 모드 전환을 나타내기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating mode switching of the uninterruptible power supply (UPS) 100 according to an embodiment of the present invention.

이하의 설명에서, 부하 L1과 L2는 정전 발생 시 부하의 고장이나 데이터 손실이 발생할 수 있어 보호의 필요성이 있는 부하이며, 부하 L3는 상대적으로 고장이나 데이터 손실 염려가 없어 정전 시 전력이 차단되는 부하로 가정하여 설명한다.In the following description, the loads L1 and L2 are loads that require protection because load failure or data loss may occur during a power failure, and load L3 is a load .

도 2의 (a)는, 무정전 전원 장치(100)가 정상 운전 모드로 동작하는 것을 나타낸다. 정상 운전 모드는 부하의 전력 소모가 크지 않아 전력계통의 전력을 부하에 전달함과 동시에 배터리(200)를 충전하기 위한 모드이다. 정상 운전 모드에서는, 양방향 AC-DC 컨버터(110)는 전력 계통으로부터 교류전원을 전달받아 직류전원으로 변환하여 DC-AC 인버터(120) 및 양방향 DC-DC 컨버터(130)로 전달한다. 또한, DC-AC 인버터(120)는 입력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하(L1)에 전달한다. 양방향 DC-DC 컨버터(130)는 입력된 직류전원을 배터리(200)에 저장한다. 또한, 정상 운전 모드에서는 전력계통으로 입력된 교류전력이 부하(L2, L3)에 전달된다.2 (a) shows that the UPS device 100 operates in the normal operation mode. The normal operation mode is a mode for charging the battery 200 while transferring power of the power system to the load because the power consumption of the load is not large. In the normal operation mode, the bidirectional AC-DC converter 110 receives the AC power from the power system, converts the AC power into DC power, and transmits the DC power to the DC-AC inverter 120 and the bidirectional DC-DC converter 130. In addition, the DC-AC inverter 120 converts the input DC power into an AC power and transfers it to the load L1. The bidirectional DC-DC converter 130 stores the input DC power into the battery 200. [ Also, in the normal operation mode, AC power input to the power system is transmitted to the loads L2 and L3.

도 2의 (b) 및 (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)가 포함하는 에너지 저장 시스템의 기능에 의해, 무정전 전원 장치(100)가 수요 관리 모드로 동작하는 것을 나타낸다. 수요 관리 모드에서는 부하(L1, L2, L3)의 전력 소모가 증가하여 배터리(200)의 전력이 부하(L1, L2, L3)에 공급된다. 다만 도 2의 (b)에서는 배터리(200)가 특정 부하(L1)에만 전력을 공급하며, 도 2의 (c)에서는 배터리(200)가 모든 부하(L1, L2, L3)에 전력을 공급하는 점에만 차이가 있다. 수요 관리 모드에서 양방향 DC-DC 컨버터(130)는 배터리(200)의 직류전원을 양방향 AC-DC 컨버터(110) 또는 DC-AC 인버터(120)로 전달한다. 또한, DC-AC 인버터(120)는 입력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하(L1)에 전달한다. 양방향 AC-DC 컨버터(110)는 도 2의 (b)에서는 양방향 DC-DC 인버터로(130)부터 직류전원을 전달받지 않고 전력계통으로부터 교류전원을 전달받는다. 도 2의 (c)에서는 양방향 DC-DC 인버터로(130)부터 직류전원을 전달받아 교류전원으로 변환하여 부하(L2, L3)에 전력을 전달한다.2 (b) and 2 (c) show that the uninterruptible power supply 100 operates in the demand management mode by the function of the energy storage system included in the UPS device 100 according to the embodiment of the present invention . In the demand management mode, the power consumption of the loads L1, L2, and L3 increases, and the power of the battery 200 is supplied to the loads L1, L2, and L3. 2 (b), the battery 200 supplies power only to the specific load L1. In FIG. 2 (c), the battery 200 supplies power to all the loads L1, L2 and L3 There is only difference in points. In the demand management mode, the bidirectional DC-DC converter 130 delivers the DC power of the battery 200 to the bidirectional AC-DC converter 110 or the DC-AC inverter 120. In addition, the DC-AC inverter 120 converts the input DC power into an AC power and transfers it to the load L1. The bidirectional AC-DC converter 110 receives the AC power from the power system without receiving the DC power from the bidirectional DC-DC inverter 130 in FIG. 2 (b). In FIG. 2 (c), the bidirectional DC-DC inverter 130 receives DC power from the inverter 130, converts the DC power into AC power, and transfers the power to the loads L2 and L3.

도 2의 (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)가 비상전원 공급 모드로 동작하는 것을 나타낸다. 비상전원 공급 모드는 전력계통으로부터 전원 공급이 차단된 상태로, 배터리(200)에 의해서 부하(L2, L1)가 동작하게 된다. 비상전원 공급 모드에서는, 양방향 AC-DC 컨버터(110)는 양방향 DC-DC 컨버터(130)로부터 직류전원을 전달받아 교류전원으로 변환하여 부하(L2)에 전력을 전달한다. 또한, 양방향 DC-DC 컨버터(130)는 배터리(200)의 직류전원을 양방향 AC-DC 컨버터(110) 또는 DC-AC 인버터(120)로 전달한다. 아울러, DC-AC 인버터(120)는 입력된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하(L1)에 전달한다.2C shows that the uninterruptible power supply 100 according to the embodiment of the present invention operates in the emergency power supply mode. In the emergency power supply mode, the load (L2, L1) is operated by the battery 200 while the power supply from the power system is cut off. In the emergency power supply mode, the bidirectional AC-DC converter 110 receives the DC power from the bidirectional DC-DC converter 130, converts the DC power into AC power, and transfers the power to the load L2. The bi-directional DC-DC converter 130 also transmits the DC power of the battery 200 to the bidirectional AC-DC converter 110 or the DC-AC inverter 120. In addition, the DC-AC inverter 120 converts the input DC power into AC power and transfers the AC power to the load L1.

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)의 동작 모드에 대하여 설명하였다.The operation modes of the uninterruptible power supply (UPS) 100 according to the embodiment of the present invention have been described above.

이하에서, 도 3을 참조하여 무정전 전원 장치(100)의 주요 구성에 대한 구체적인 회로 구성을 설명한다.Hereinafter, a specific circuit configuration of the main configuration of the UPS device 100 will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)의 주요 구성과 관련된 회로도이다.3 is a circuit diagram related to the main configuration of the uninterruptible power supply 100 according to the embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)는 정상 운전 모드와 비상 전원 공급 모드를 전환하기 위한 스위치(S15, S16, S17) 및 모드 전환을 위한 추가적인 스위치(S18, S19, S20, S21, S22, S23)를 포함한다. 스위치(S18, S19, S20)은 DC-AC 인버터(120)와 부하(L1) 사이에 위치하며, 스위치(S21, S22, S23)은 전력계통과 부하를 연결하는 바이패스 라인 상에 위치한다.3, an uninterruptible power supply (UPS) 100 according to an embodiment of the present invention includes switches S15, S16, and S17 for switching between a normal operation mode and an emergency power supply mode, and additional switches S18, S19, S20, S21, S22, S23). The switches S18, S19 and S20 are located between the DC-AC inverter 120 and the load L1, and the switches S21, S22 and S23 are located on the bypass line connecting the power system and the load.

양방향 AC-DC 컨버터(110)는 도시된 바와 같이 3상 3레벨 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 컨버터일 수 있다. 이러한 양방향 AC-DC 컨버터(110)는 펄스 폭 변조기의 동작에 따라 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 동작 모드를 전환시키는 복수의 스위칭 소자(S1 내지 S6)를 포함한다.The bidirectional AC-DC converter 110 may be a three-phase three-level PWM (Pulse Width Modulation) converter as shown. The bidirectional AC-DC converter 110 includes a plurality of switching elements S1 to S6 for switching the operation mode of the bidirectional AC-DC converter 110 according to the operation of the pulse width modulator.

DC-AC 인버터(120)는 도시된 바와 같이 3상 3레벨 PWM 인버터일 수 있다. 이러한 DC-AC 인버터(120)는 펄스 폭 변조기의 동작에 따라 DC-AC 인버터(120)의 동작 모드를 전환시키는 복수의 스위칭 소자(S9 내지 S14)를 포함한다.The DC-AC inverter 120 may be a three-phase three-level PWM inverter as shown. This DC-AC inverter 120 includes a plurality of switching elements S9 to S14 for switching the operation mode of the DC-AC inverter 120 in accordance with the operation of the pulse width modulator.

양방향 DC-DC 컨버터(130)는 도시된 바와 같이 양방향 AC-DC 컨버터(110)와 DC-AC 인버터(120) 사이에 위치하며, 스위칭 소자(S7, S8)의 동작에 의해 배터리(200)에 전력을 저장하거나 배터리(200)의 전력을 전달받는다.The bidirectional DC-DC converter 130 is located between the bidirectional AC-DC converter 110 and the DC-AC inverter 120 as shown in the figure and is connected to the battery 200 by the operation of the switching elements S7 and S8 And stores the electric power or receives the electric power of the battery 200.

도 3에서, Vga, Vgb, Vgc는 전력계통으로부터 공급되는 계통 전압이다. 도 3에서는 3상 3레벨 PWM 컨버터에 공급되는 교류 계통 전압이 각각 계통 A상 전압(Vga) 계통 B상 전압(Vgb), 계통 C상 전압(Vgc)으로 표현되어 있다.In Fig. 3, V ga , V gb , and V gc are the system voltages supplied from the power system. In FIG. 3, the AC system voltages supplied to the three-phase three-level PWM converter are represented by the system A phase voltage (V ga ) system B phase voltage (V gb ) and the system C phase voltage (V gc ), respectively.

Vdc는 DC 링크(Link) 전압으로, 양방향 DC-DC 컨버터(130)에 걸리는 직류 전압을 의미한다.V dc is a DC link voltage, which means a DC voltage applied to the bidirectional DC-DC converter 130.

Via, Vib, Vic는 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 각 상과 접지 사이의 전압으로, 각각 컨버터 A상 전압(Via), 컨버터 B상 전압(Vib), 컨버터 C상 전압(Vic)으로 지칭한다.V ia , V ib and V ic are voltages between the respective phases of the bidirectional AC-DC converter 110 and the ground and are respectively the voltage V aa of the converter A, the voltage B ib of the converter B, (V ic ).

Va, Vb, Vc는 DC-AC 인버터(120)의 각 상과 접지 사이의 전압으로, 각각 인버터 A상 전압(Va), 인버터 B상 전압(Vb), 인버터 C상 전압(Vc)으로 지칭한다.V a , V b and V c are the voltages between the phases of the DC-AC inverter 120 and the ground and are respectively the voltages of the inverter A phase voltage V a , the inverter B phase voltage V b , V c ).

Li는 입력 필터용 리액터, Ci는 입력 필터용 콘덴서로, 양방향 AC-DC 컨버터(110)에 입력되는 교류전원에 포함된 잡음을 제거한다.L i is a reactor for an input filter, C i is a capacitor for an input filter, and removes noise included in AC power input to the bidirectional AC-DC converter 110.

Lo는 출력 필터용 리액터, Co는 출력 필터용 콘덴서로, DC-AC 인버터(120)에서 출력된 교류전원에 포함된 잡음을 제거하여 부하에 잡음이 제거된 교류전원이 공급될 수 있도록 한다.L o is a reactor for an output filter and C o is a capacitor for an output filter and removes noise included in the AC power outputted from the DC-AC inverter 120 so that the AC power with noise removed from the load can be supplied to the load .

도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)는, DC-AC 인버터(120), 양방향 DC-DC 컨버터(130)를 제어하기 위한 제어 장치를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the uninterruptible power supply 100 according to the embodiment of the present invention may further include a controller for controlling the DC-AC inverter 120 and the bidirectional DC-DC converter 130.

또한, 본 발명의 무정전 전원 장치(100)는, 무변압기형으로 구성되어 낮은 부하 시 정격 운전 효율을 높일 수 있다.Further, the uninterruptible power supply 100 of the present invention is configured as a non-transformer type so that the rated operating efficiency can be improved when the load is low.

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 무정전 전원 장치(100)의 주요 구성에 대한 구체적인 회로 구성 및 그 역할에 대하여 설명하였다.The specific circuit configuration and the role of the main configuration of the UPS device 100 according to the embodiment of the present invention have been described above.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치(150)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the converter control device 150 according to the embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치(150)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치(150)는 DC 링크 전압 제어기(151), 위상 검출기(PLL, Phase-Locked Loop, 152), 3상 좌표 변환기(153), 하나 이상의 상 입력전류 제어기(154, 155, 156), 하나 이상의 상 출력전압 제어기(157), 펄스 폭 변조기(PWM, Pulse Width Modulator, 158)를 포함할 수 있다.4 is a configuration diagram of a converter control device 150 according to an embodiment of the present invention. 4, a converter controller 150 according to an embodiment of the present invention includes a DC link voltage controller 151, a phase-locked loop (PLL) 152, a three-phase coordinate converter 153, One or more phase output voltage controllers 157 and a PWM (Pulse Width Modulator) 158 may be included.

DC 링크 전압 제어기(151)는 양방향 AC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 DC 링크 전압(Vdc)을 일정하게 제어하기 위한 구성이다. DC 링크 전압 제어기(151)는 DC 링크 전압 측정값(Vdc)과 DC 링크 전압 제어 기준값(Vdc *)을 입력받아 오차값을 연산하고, 상기 오차값을 비례적분 제어기에 입력하여, 2상 전류값인 D축 전류 제어 기준값(Id *)을 출력한다. 이 때, 출력되는 D축 전류 제어 기준값(Id *)은 리미터(Limiter)에 의해 일정 값으로 제한될 수 있다.DC link voltage controller 151 is configured to control the DC link voltage V dc output from the bidirectional AC-DC converter 110 to be constant. The DC link voltage controller 151 receives the DC link voltage measurement value V dc and the DC link voltage control reference value V dc * and calculates an error value, inputs the error value to the proportional integral controller, And outputs the D-axis current control reference value I d * which is a current value. At this time, the output D-axis current control reference value I d * may be limited to a constant value by a limiter.

위상 검출기(152)는 입력된 각 상전압(Via, Vib, Vic)의 위상 또는 위상의 변화를 검출하기 위한 구성이다. 위상 검출기(152)는 위상 루프(phase lock loop)를 통해 각 상전압(Via, Vib, Vic)의 위상값(wt_a, wt_b, wt_c)을 검출하여 출력한다.The phase detector 152 is a configuration for detecting a change in phase or phase of each of the input phase voltages V ia , V ib , and V ic . The phase detector 152 detects and outputs the phase values wt_a, wt_b, and wt_c of the phase voltages V ia , V ib , and V ic through a phase lock loop.

3상 좌표 변환기(153)는 DC 링크 전압 제어기(151)로부터 입력받은 2상 형태의 D축 전류 제어 기준값(Id *)과 위상 검출기(152)로부터 입력받은 각 상전압(Via, Vib, Vic)의 위상값(wt_a, wt_b, wt_c)을 기반으로 3상 입력 전류 제어 기준값(ia *, ib *, ic *)을 출력하기 위한 구성이다. 3상 좌표 변환기(153)는 상기 D축 전류 제어 기준값(Id *), 각 상전압(Via, Vib, Vic)의 위상값(wt_a, wt_b, wt_c) 및 Q축 전류 제어 기준값(Iq *)을 입력받아 행렬 연산을 통해 3상 입력 전류 제어 기준값(ia *, ib *, ic *)을 출력한다. 이 때, Q축 전류 제어 기준값(Iq *)은 역률 제어를 위한 값이며, 입력값이 0인 경우에는 역률을 1로 제어할 수 있다.The three-phase coordinate converter 153 receives the two-phase D-axis current control reference value I d * input from the DC link voltage controller 151 and the phase voltages V ia and V ib , V ic) phase value (wt_a, wt_b, wt_c) 3-phase input current control reference value, based on the (i a *, i b * , a configuration for outputting a i c *). 3-phase coordinate converter 153 is the D-axis current control reference value (I d *), each phase voltage phase value (wt_a, wt_b, wt_c) and Q-axis current control reference value (V ia, V ib, V ic) ( I q * ) and outputs a three-phase input current control reference value (i a * , i b * , i c * ) through a matrix operation. At this time, the Q-axis current control reference value (I q * ) is a value for controlling the power factor, and when the input value is 0, the power factor can be controlled to 1.

하나 이상의 상 입력전류 제어기(154, 155, 156)은 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 펄스 폭 변조기(158)를 제어하기 위한 듀티 정보를 출력하기 위한 구성이다.One or more phase input current controllers 154, 155, and 156 are configured to output duty information for controlling the pulse width modulator 158 of the bidirectional AC-DC converter 110.

이하에서 A상 입력전류 제어기(154)를 기준으로 설명할 것이나. B상 입력전류 제어기(155) 및 C상 입력전류 제어기(156)는 A상 입력전류 제어기(154)와 동일한 구조로 이루어질 수 있으며, 입출력되는 각 값의 위상값을 제외한 값은 동일하게 적용될 수 있다.The following description will be made with reference to the A phase input current controller 154. The B-phase input current controller 155 and the C-phase input current controller 156 may have the same structure as the A-phase input current controller 154, and values except for the phase values of the input and output values may be applied equally .

A상 입력전류 제어기(154)는 가산기(154a, 154d), 비례적분 제어기(PI, Proportional-Integral Controller, 154b), 곱셈기(154c) 및 듀티 산출기(154e)를 포함할 수 있다.The A phase input current controller 154 may include adders 154a and 154d, a proportional-integral controller (PI) 154b, a multiplier 154c, and a duty calculator 154e.

A상 입력전류 제어기(154)는 3상 좌표 변환기(153)로부터 입력받은 입력 전류 제어 기준값(ia *)과 A상 입력 전류값(ia)의 오차값를 가산기(154a)를 통해 연산하여 비례적분 제어기(154b)에 입력한다.The A phase input current controller 154 calculates an error value between the input current control reference value i a * input from the three-phase coordinate converter 153 and the A phase input current value i a through an adder 154a, And inputs it to the integral controller 154b.

이후, A상 입력전류 제어기(154)는 비례적분 제어기(154b)를 통해 가산기(154a)로부터 입력받은 상기 오차값을 기반으로 전류 보상값을 출력한다.Thereafter, the A phase input current controller 154 outputs the current compensation value based on the error value received from the adder 154a via the proportional integral controller 154b.

다음으로, A상 입력전류 제어기(154)는 가산기(154d)를 통해 비례적분 제어기(154b)에서 출력된 전류 보상값에 A상 계통 전압(Vga)을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성한다.Next, the A-phase input current controller 154 further compares the A-phase voltage V ga with the current compensation value output from the proportional-plus-integral controller 154b through the adder 154d to generate a duty control reference value.

보다 구체적으로, A상 입력전류 제어기(154)는 곱셈기(154c)를 더 포함할 수 있으며, 곱셈기(154c)는 A상 계통 전압(Vga)을 교류 전압 변조 지수(AC_NOM_MODEX)를 DC 링크 평균 전압(avg_Vdc)으로 나눈 값과 곱하여 비례적분 제어기(154b)에서 출력된 전류 보상값을 더 보상하기 위한 값을 산출할 수 있다.More specifically, the A-phase input current controller 154 may further include a multiplier 154c, which multiplies the A-phase grid voltage V ga by the AC voltage modulation index AC_NOM_MODEX, (avg_V dc ), and calculate a value for further compensating the current compensation value output from the proportional-plus-integral controller 154b.

여기서 DC 링크 평균 전압(avg_Vdc)은 DC 링크 전압(Vdc)의 평균치로, 평균치를 구하기 위한 구간은 현재 시점을 기준으로 임의의 과거 일정 구간이 선택될 수 있다.Here, the DC link average voltage (avg_V dc ) is an average value of the DC link voltage (V dc ), and a period for obtaining an average value may be selected as a certain past period based on the current time point.

교류 전압 변조 지수(AC_NOM_MODEX)는 DC 링크 전압을 A상 계통 전압의 최대치로 나눈 값으로, 수식으로 표현하면 다음과 같다.The AC voltage modulation index (AC_NOM_MODEX) is a value obtained by dividing the DC link voltage by the maximum value of the A phase phase voltage.

Figure 112016116018097-pat00001
Figure 112016116018097-pat00001

다시 정리하면, 상기 가산기(154d)는, A상 계통 전압(Vga)을, 교류 전압 변조 지수(AC_NOM_MODEX)를 DC 링크 평균 전압(avg_Vdc)으로 나눈 값에 곱하여 산출한 값을 전류 보상값에 더하여 듀티 제어 기준값을 생성한다.In summary, the adder 154d multiplies the A-phase system voltage V ga by a value obtained by dividing the AC voltage modulation index AC_NOM_MODEX by the DC link average voltage avg_V dc to a current compensation value In addition, a duty control reference value is generated.

이후, A상 입력전류 제어기(154)는 듀티 산출기(154e)에 듀티 제어 기준값을 입력하고, 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력한다.Thereafter, the A-phase input current controller 154 inputs the duty control reference value to the duty calculator 154e, and outputs the duty information based on the duty control reference value.

듀티 정보는 사인파의 형태로 출력될 수 있으며, A상 입력전류 제어기(154)에서 출력된 듀티 정보는 펄스 폭 변조기(158)에 입력된다.The duty information output from the A phase input current controller 154 is input to the pulse width modulator 158. [

이와 같이 계통 전압을 전류 제어기에 피드 포워드(feed forward) 방식으로 보상함을 통해, 무정전 전원 장치(100)의 모드 전환 시 과도 상태를 최소화할 수 있다.By compensating the grid voltage to the current controller in a feed forward manner, the transient state of the UPS 100 can be minimized.

아울러, 도시되지는 않았으나, A상 입력전류 제어기(154)는 상기 듀티 정보를 입력받아 스위칭 시간 간격을 설정하고, 스위칭 시간 간격이 설정된 듀티 정보를 펄스 폭 변조기로 전달하는 리미터(limiter)를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the A-phase input current controller 154 further includes a limiter for receiving the duty information and setting a switching time interval and for transmitting the duty information having the switching time interval to the pulse width modulator can do.

펄스 폭 변조기(158)는 듀티 정보를 입력받아 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 켬과 끔을 제어하기 위한 구성이다. 도면에는 하나의 펄스 폭 변조기(158)만이 도시되었으나, 펄스 폭 변조기(158)는 각 상 입력전류 제어기(154, 155, 156)와 연결되어 3개의 펄스 폭 변조기가 존재하여 각 상 별로 스위칭 소자를 제어할 수 있다.The pulse width modulator 158 receives the duty information and controls the ON and OFF states of the switching elements S1 to S6. Although only one pulse width modulator 158 is shown in the figure, the pulse width modulator 158 is connected to each of the phase input current controllers 154, 155, and 156, so that three pulse width modulators exist, Can be controlled.

상 출력 전압 제어기(157)는 각 컨버터 상 전압(Via, Vib, Vic) 및 컨버터 상 전압 제어 기준값(Via *, Vib *, Vic *)의 오차값을 기반으로, 양방향 AC-DC 컨버터(110)의 펄스 폭 변조기(158)를 제어하기 위한 듀티 정보를 출력하기 위한 구성이다.Based on the error values of the converter phase voltages V ia , V ib , and V ic and the converter phase voltage control reference values V ia * , V ib * , and V ic * , the phase output voltage controller 157 generates bidirectional AC To output the duty information for controlling the pulse width modulator 158 of the DC-DC converter 110.

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치(150)의 구조에 대하여 설명하였다.The structure of the converter control device 150 according to the embodiment of the present invention has been described above.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치(150)의 이용에 따른 과도 상태의 감소 효과를 나타낸 그래프이다.5 and 6 are graphs showing the effect of reducing the transient state according to the use of the converter control device 150 according to the embodiment of the present invention.

도 5는, 도 2의 (a)와 같이 배터리(200)에 대한 충전이 이루어지는 정상 운전 모드에서 비상전원 공급 모드로 전환 시의 과도 상태를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a transient state at the time of switching from the normal operation mode in which the battery 200 is charged as shown in FIG. 2A to the emergency power supply mode.

도 5를 참조하면, 특정 시점에서 계통 전압(Vg) 및 계통 전류(Ig)가 차단되었음을 알 수 있으며, 전력계통으로부터의 전원 공급이 차단되었음에도 불구하고, 무정전 동작이 요구되는 부하 L1 및 L2의 전압과 전류(VL1, VL2, IL1, IL2)는 과도 상태가 거의 나타나지 않고 동작함을 알 수 있다. 5, it can be seen that the grid voltage (V g) and the grid current (I g) is cut off at a point in time, even though the power supply from the power system block, and load the uninterrupted operation required L1 and L2 The voltage and current (V L1 , V L2 , I L1 , and I L2 ) of the transistor Q1 operate almost without the transient state.

도 6은, 도 2의 (b) 또는 (c)와 같이 배터리(200)에 대한 방전이 이루어지는 수요 관리 모드에서 비상전원 공급 모드로 전환 시의 과도 상태를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a transient state at the time of switching from the demand management mode in which discharge is performed to the battery 200 to the emergency power supply mode as shown in FIG. 2 (b) or FIG. 2 (c).

수요 관리 모드에서는 전력계통으로부터의 전력 및 배터리(200)에 의한 전력이 동시에 공급 중이므로, 전력이 바로 차단되는 것은 아니나, 결과적으로는 전력계통으로부터의 전원 공급이 차단되어 계통 전압(Vg) 및 계통 전류(Ig)값은 0으로 수렴한다. 전력계통으로부터의 전원 공급이 차단되었음에도 불구하고, 도 5에서와 마찬가지로 무정전 동작이 요구되는 부하 L1 및 L2의 전압과 전류(VL1, VL2, IL1, IL2)는 과도 상태가 거의 나타나지 않고 동작하게 된다. The demand control mode, the power due to the power and the battery 200 from the power system because it is being fed at the same time, but are not electric power is immediately blocked, as a result, the power supply from the electric power system is cut off the grid voltage (V g) and the grid The current (I g ) value converges to zero. The voltage and currents (V L1 , V L2 , I L1 , I L2 ) of the loads L1 and L2 for which the uninterruptible operation is required are hardly shown in the transient state even though the power supply from the power system is cut off .

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of controlling a converter according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 먼저, 컨버터 제어 장치(150)는 입력 전류 제어 기준값과 입력 전류값의 오차에 따른 전류 보상값을 산출한다(S700).Referring to FIG. 7, first, the converter controller 150 calculates a current compensation value according to an error between an input current control reference value and an input current value (S700).

이후, 컨버터 제어 장치(150)는 상기 전류 보상값에 계통 전압을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성한다(S702).Then, the converter controller 150 further compensates the grid voltage for the current compensation value to generate a duty control reference value (S702).

보다 구체적으로, 컨버터 제어 장치(150)는, 상기 계통 전압을, 교류 전압 변조 지수를 DC 링크 평균 전압으로 나눈 값에 곱하여 산출한 값을 상기 전류 보상값에 더하여 상기 듀티 제어 기준값을 생성할 수 있다.More specifically, the converter control device 150 may generate the duty control reference value by adding the system voltage to a value obtained by multiplying the AC voltage modulation index by the DC link average voltage, to the current compensation value .

다음으로, 컨버터 제어 장치(150)는 상기 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력한다(S704).Next, the converter controller 150 outputs the duty information based on the duty control reference value (S704).

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터 제어 장치(100)에 의한 컨버터 제어 방법을 설명하였다.The converter control method by the converter control apparatus 100 according to the embodiment of the present invention has been described above.

본 명세서와 도면에서는 예시적인 장치 구성을 기술하고 있지만, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물은 다른 유형의 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다.Although the present specification and drawings illustrate exemplary device configurations, implementations of the functional operations and the subject matter described herein may be embodied in other types of digital electronic circuitry or include structures and their structural equivalents disclosed herein Firmware, or hardware, or a combination of one or more of the foregoing.

따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.Thus, although the present invention has been described in detail with reference to the above examples, those skilled in the art will appreciate that various modifications, changes, and modifications can be made thereto without departing from the scope of the present invention.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위에 의해 정하여져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments but should be defined by the claims.

본 발명은 에너지 저장 시스템의 기능을 포함하는 무정전 전원 장치 및 무정전 전원 장치 내의 양방향 AC-DC 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 계통 전압, DC 링크 평균 전압 및 교류 전압 변조 지수를 이용하여 무정전 전원 장치의 모드 전환 시 과도상태를 최소화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an uninterruptible power supply including the function of an energy storage system and a converter control apparatus for controlling a bidirectional AC-DC converter in an uninterruptible power supply, and more particularly to a converter control apparatus for controlling a system voltage, a DC link average voltage and an AC voltage modulation index 0001] The present invention relates to a method and an apparatus for minimizing a transient state when a mode of an uninterruptible power supply unit is changed by using an uninterruptible power supply.

본 발명에 의하면 비상전원의 공급이 필요한 경우 과도 상태를 최소화하여 부하의 고장이나 데이터 손실을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the supply of the emergency power source is required, the transient state can be minimized, and the failure of the load and the data loss can be prevented.

따라서, 상기의 장치 및 방법을 통해 산업 발전에 이바지할 수 있고, 더불어, 본 발명은 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.Therefore, the present invention can contribute to industrial development through the above-described apparatus and method, and the present invention is industrially applicable since it is not only possible to market or operate but is practically and practically possible.

100: 무정전 전원 장치
200: 배터리
110: 양방향 AC-DC 컨버터
120: DC-AC 인버터
130: 양방향 DC-DC 컨버터
150: 컨버터 제어 장치100: Uninterruptible power supply
200: Battery
110: Bi-directional AC-DC converter
120: DC-AC inverter
130: Bidirectional DC-DC Converter
150: Converter control device

Claims (8)

양방향 AC-DC 컨버터를 제어하기 위한 컨버터 제어 장치에 있어서,
입력 전류 제어 기준값과 입력 전류값의 오차에 따른 전류 보상값을 출력하는 비례적분 제어기;
상기 전류 보상값을 입력받고, 상기 전류 보상값에 계통 전압을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성하여 출력하기 위한 가산기; 및
상기 듀티 제어 기준값을 입력받고, 상기 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력하는 듀티 산출기;를 포함하고,
상기 가산기는,
상기 전류 보상값을 계통 전압, DC 링크 평균 전압 및 교류 전압 변조 지수를 기반으로 더 보상하여 상기 듀티 제어 기준값을 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.A converter control device for controlling a bidirectional AC-DC converter,
A proportional integral controller for outputting a current compensation value according to an error between an input current control reference value and an input current value;
An adder for receiving the current compensation value and further generating a duty control reference value by further compensating the system voltage for the current compensation value; And
And a duty calculator that receives the duty control reference value and outputs duty information based on the duty control reference value,
Wherein the adder comprises:
Wherein the duty compensation value is further compensated based on a system voltage, a DC link average voltage and an AC voltage modulation index to generate the duty control reference value. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가산기는,
상기 계통 전압을, 교류 전압 변조 지수를 DC 링크 평균 전압으로 나눈 값에 곱하여 산출한 값을 상기 전류 보상값에 더하여 상기 듀티 제어 기준값을 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the adder comprises:
Wherein the duty control reference value is generated by multiplying the system voltage by a value obtained by dividing an AC voltage modulation index by a DC link average voltage and adding the calculated value to the current compensation value. 제1항에 있어서,
상기 듀티 정보를 입력받아 스위칭 시간 간격을 설정하고, 스위칭 시간 간격이 설정된 듀티 정보를 펄스 폭 변조기로 전달하는 리미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a limiter for receiving the duty information to set a switching time interval and delivering the duty information having the switching time interval to the pulse width modulator. 양방향 AC-DC 컨버터 및 상기 양방향 AC-DC 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치를 포함하는 무정전 전원 장치에 있어서,
계통전력으로부터 공급된 교류전력을 직류전력으로 변환하고, 양방향 DC-DC 컨버터로부터 공급된 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위한 양방향 AC-DC 컨버터;
상기 양방향 DC-DC 컨버터로부터 공급된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하에 공급하기 위한 DC-AC 인버터; 및
상기 양방향 DC-DC 컨버터로부터 공급된 직류전력을 배터리에 저장하고, 배터리로부터 공급된 직류전력을 상기 양방향 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-AC 인버터에 전달하기 위한 양방향 DC-DC 컨버터;를 포함하고,
상기 양방향 AC-DC 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치는,
입력 전류 제어 기준값과 입력 전류값의 오차에 따른 전류 보상값을 출력하는 비례적분 제어기;
상기 전류 보상값을 입력받고, 상기 전류 보상값에 계통 전압을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성하여 출력하기 위한 가산기; 및
상기 듀티 제어 기준값을 입력받고, 상기 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력하는 듀티 산출기;를 포함하며,
상기 가산기는,
상기 계통 전압을, 교류 전압 변조 지수를 DC 링크 평균 전압으로 나눈 값에 곱하여 산출한 값을 상기 전류 보상값에 더하여 상기 듀티 제어 기준값을 생성하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.An uninterruptible power supply comprising a bidirectional AC-DC converter and a converter control device for controlling the bidirectional AC-DC converter,
A bidirectional AC-DC converter for converting the AC power supplied from the grid power to DC power and converting the DC power supplied from the bidirectional DC-DC converter to AC power;
A DC-AC inverter for converting DC power supplied from the bidirectional DC-DC converter into AC power and supplying the AC power to the load; And
And a bidirectional DC-DC converter for storing the DC power supplied from the bidirectional DC-DC converter in the battery and for transmitting the DC power supplied from the battery to the bidirectional DC-DC converter and the DC-AC inverter,
The converter control device for controlling the bidirectional AC-DC converter includes:
A proportional integral controller for outputting a current compensation value according to an error between an input current control reference value and an input current value;
An adder for receiving the current compensation value and further generating a duty control reference value by further compensating the system voltage for the current compensation value; And
And a duty calculator that receives the duty control reference value and outputs duty information based on the duty control reference value,
Wherein the adder comprises:
Wherein the duty control reference value is generated by multiplying the system voltage by a value obtained by dividing an AC voltage modulation index by a DC link average voltage and adding the calculated value to the current compensation value. 삭제delete 컨버터 제어 장치에 의한, 양방향 AC-DC 컨버터의 전압-전류를 제어하는 방법에 있어서,
입력 전류 제어 기준값과 입력 전류값의 오차에 따른 전류 보상값을 산출하는 단계;
상기 전류 보상값에 계통 전압을 더 보상하여 듀티 제어 기준값을 생성하는 단계; 및
상기 듀티 제어 기준값을 기반으로 듀티 정보를 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 듀티 제어 기준값을 생성하는 단계는,
상기 계통 전압을, 교류 전압 변조 지수를 DC 링크 평균 전압으로 나눈 값에 곱하여 산출한 값을 상기 전류 보상값에 더하여 상기 듀티 제어 기준값을 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.A method for controlling a voltage-current of a bidirectional AC-DC converter by a converter control device,
Calculating a current compensation value according to an error between an input current control reference value and an input current value;
Further comprising compensating the grid voltage for the current compensation value to generate a duty control reference value; And
And outputting duty information based on the duty control reference value,
Wherein the step of generating the duty control reference value comprises:
Wherein the duty control reference value is generated by multiplying the system voltage by a value obtained by dividing an AC voltage modulation index by a DC link average voltage and adding the calculated value to the current compensation value. 삭제delete
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008092719A (en) 2006-10-04 2008-04-17 Meidensha Corp Instantaneous voltage drop compensation device
JP2013090458A (en) 2011-10-18 2013-05-13 Nippon Soken Inc Electric power conversion device
KR101476099B1 (en) * 2014-04-25 2014-12-24 한국수자원공사 Hybrid transformerless uninterruptible power supply using 3-level power converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008092719A (en) 2006-10-04 2008-04-17 Meidensha Corp Instantaneous voltage drop compensation device
JP2013090458A (en) 2011-10-18 2013-05-13 Nippon Soken Inc Electric power conversion device
KR101476099B1 (en) * 2014-04-25 2014-12-24 한국수자원공사 Hybrid transformerless uninterruptible power supply using 3-level power converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101899767B1 (en) 2018-05-17 2018-09-19 (주)서울전원시스템 Uninterruptible power supply and controlling method for the same

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