KR101884892B1 - 전력제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 전력변환모듈에 형성된 직류링크부를 안정적으로 분리 및 연결할 수 있는 전력제어장치에 관한 것이다. 이러한 전력제어장치는 제1직류링크부를 포함하며, 제1교류전원에서 공급된 전력을 변환해 제1부하에 제공하는 제1전력변환모듈 및 제2직류링크부를 포함하며, 제2교류전원에서 공급된 전력을 변환해 제2부하에 제공하는 제2전력변환모듈을 포함하되 제1직류링크부는 제1충전부를 포함하여, 제1충전부를 제1직류링크부와 함께 충전 및 방전시키는 제1직류컨버터와 연결되고, 제2직류링크부는 제2충전부를 포함하여, 제2충전부를 제2직류링크부와 함께 충전 및 방전시키는 제2직류컨버터와 연결되며, 제1직류링크부와 제2직류링크부 사이에 개재되어, 제1직류링크부와 제2직류링크부의 전위차에 따라, 제1직류링크부와 제2직류링크부 사이의 전류경로를 개폐하는 차단모듈을 포함한다.

Description

전력제어장치{Apparatus for power control}
본 발명은 전력제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수 개의 전력변환모듈을 연결한 직류링크부를 안정적으로 분리 및 연결할 수 있는 전력제어장치에 관한 것이다.
선박에는 복수 개의 발전기, 전력변환장치 및 추진기 등을 비롯한 다양한 장치 등이 설치된다. 이러한 장치들은 각 발전기에서 발전된 전력을 부하로 전달할 수 있는 전력망으로 구축된다. 현재, 구축된 대다수의 전력망은 복수 개의 추진기가 복수 개의 고압스위치보드(HV SWBD)에 연결된 구조이다. 이러한 구조는 추진기의 구동 효율을 높일 수 있는 장점이 있는 반면, 역 전압 및 순간적인 단락 등에 따른 상황에 유연히 대응할 수 없는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위해 복수 개의 추진기에 연결된 각 전력변환장치의 직류링크단을 스위치로 연결한 구조가 대안으로 제시되었다. 이러한 대안은 어느 한쪽의 전력변환장치만으로 다른 한쪽의 전력변환장치에 연결된 추진기를 작동시킨다. 따라서, 어느 하나의 전력변환장치의 파손된 상황 및 추진기를 저부하로 구동시켜야 하는 상황 등에 유연하게 대응할 수 있다.
그러나, 이 대안은 직류링크부가 연결되어 전압과 전류가 항상 흐르고 있어 스위치 동작 시 아크(Arc)를 발생시켜, 스위치를 안정적으로 작동시키기 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 10-0722651 (2007.05.21)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수 개의 전력변환모듈에 각각 형성된 직류링크부를 아크 발생 없이 안정적으로 연결 및 분리하여, 직류링크부 간의 전류경로를 제어하는 전력제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전력제어장치는 제1직류링크부를 포함하며, 제1교류전원에서 공급된 전원을 변환해 제1부하에 제공하는 제1전력변환모듈 및
제2직류링크부를 포함하며, 제2교류전원에서 공급된 전원을 변환해 제2부하에 제공하는 제2전력변환모듈을 포함하되,
상기 제1직류링크부는 제1충전부를 포함하여, 상기 제1충전부를 상기 제1직류링크부와 함께 충전 및 방전시키는 제1직류컨버터와 연결되고, 상기 제2직류링크부는 제2충전부를 포함하여, 상기 제2충전부를 상기 제2직류링크부와 함께 충전 및 방전시키는 제2직류컨버터와 연결되며,
상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부 사이에 개재되어, 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부의 전위차에 따라, 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부 사이의 전류경로를 개폐하는 차단모듈을 포함한다.
상기 차단모듈은 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부의 전압을 측정하는 센서부, 상기 센서부에서 수신된 상기 전압의 값을 연산하는 제어부, 상기 제어부와 연결되어 작동하는 차단부 및 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부 사이의 전류경로를 형성하는 반도체세트부를 포함하여, 상기 제어부에서 상기 전위차가 있게 되면, 상기 차단부를 단락하고 상기 전위차가 없게 되면 상기 차단부를 개방할 수 있다.
상기 제1직류컨버터와 상기 제2직류컨버터는 다이오드, 상기 다이오드와 직렬 연결되는 인덕터, 상기 다이오드에 역병렬로 연결된 제1전력스위치반도체
및 상기 다이오드와 상기 인덕터 사이에 설치되는 제2전력스위치반도체를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 제1직류컨버터와 상기 제2직류컨버터에 연결되어 상기 제1충전부 및 상기 제2충전부의 충전 및 방전되는 전류를 제어하고, 상기 반도체세트부는 제1사이리스터와 제2사이리스터가 역병렬로 접속되어 양방향으로 상기 전류경로를 형성할 수 있다.
상기 제1전력변환모듈은 제1교류전원에서 인가 받은 교류를 정류하고 상기 제1직류링크부에 제공하는 제1컨버터, 상기 제1직류링크부에 병렬 연결되어 직류를 교류로 변환하는 제1인버터를 포함하고,
상기 제2전력변환모듈은 제2교류전원에서 인가 받은 교류를 정류하고 상기 제2직류링크부에 제공하는 제2컨버터, 상기 제2직류링크부에 병렬 연결되어 직류를 교류로 변환하는 제2인버터를 포함할 수 있다.
상기 제1컨버터와 상기 제2컨버터는 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 다이오드를 포함하는 복수 개의 다이오드부를 포함하되, 상기 복수 개의 다이오드부는 서로 병렬로 연결되고, 상기 제1교류전원과 상기 제2교류전원은 한 쌍의 다이오드 사이로 전원을 공급할 수 있다.
상기 제1인버터와 상기 제2인버터는 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 전력스위치반도체에 다이오드가 역병렬로 각각 연결된 복수 개의 전력스위치반도체세트부가 병렬 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 전력제어장치는 복수 개의 직류링크부를 아크(Arc)발생 없이 안전하게 연결 또는 분리하여, 복수 개의 직류링크부 간에 형성된 전류경로를 제어할 수 있다. 또한, 직류링크부를 신속하게 분리하여 어느 한쪽의 전력변환장치에 사고가 다른 한쪽의 전력변환장치에 영향을 끼치지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력제어장치가 설치된 전력계통을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 제1스위치보드에 제1전력변화장치가 설치되고, 제2스위치보드에 제2전력변환장치가 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 제1충전부와 제2충전부가 충전되는 상태를 나타난 도면이다.
도 4는 도 1의 제1충전부와 제2충전부가 방전되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 제1고압스위치보드에 전원이 인가되고, 제2고압스위치보드에 전원이 인가되지 않는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 차단모듈이 닫혀, 제1전력변환장치에서 제2전력변환장치로 전류가 흐르는 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 제2스위치보드에 전원이 인가되고, 차단부가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 제1전력변환장치에서 제2전력변환장치로 전류가 흐르지 않는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력제어장치가 설치된 전력계통에 대해 상세히 설명하고, 도 2를 참조하여 전력제어장치의 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력제어장치가 설치된 전력계통을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 제1스위치보드에 제1전력변화장치가 설치되고, 제2스위치보드에 제2전력변환장치가 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전력제어장치(1)는 제1전력변환모듈(100)과 제2전력변환모듈(200)사이에 설치된 차단모듈(300)을 이용해 양 전력변환모듈(100, 200) 사이에 형성된 전류경로를 안전하게 제어할 수 있다. 따라서, 제1전력변환모듈(100) 및 제2전력변환모듈(200)을 아크(Arc)발생 없이 분리 또는 연결해 작동시킬 수 있다. 이러한 전력제어장치(1)는 양 전력변환모듈(100, 200) 사이의 전류경로의 안전하게 개폐하며 양 전력변환모듈(100, 200)이 연동 및 분리되어 작동될 수 있도록 한다. 이를 통해, 전력제어장치(1)는 어느 한쪽의 전력변환장치에 사고가 발생하였을 때, 양 전력변환모듈(100, 200) 사이의 전류경로를 신속히 개방하여 사고 영향이 다른 한쪽의 전력변환장치에 끼치지 않도록 할 수 있다.
전력제어장치(1)는 제1고압스위치보드(S1)에 제1컨버터(110), 제1직류링크부(120), 제1직류컨버터(130) 및 제1인버터(140)등이 순차적으로 연결된 제1전력변환모듈(100)과 제2고압스위치보드(S2)에 제2컨버터(210), 제2직류링크부(220), 제2직류컨버터(230) 및 제2인버터(240)등이 순차적으로 연결된 제2전력변환모듈(200)과 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)를 연결하는 차단모듈(300)을 포함한다. 이러한 전력제어장치(1)는 선박, 플랜트 등에서 전력을 제어하는 기술분야에 다양하게 적용될 수 있다. 다만, 본 명세서 상에서는 설명의 편의상 선박에 설치된 것을 일 예로 하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 선박에는 전기를 생산하는 복수 개의 발전기와 발전기에서 생산된 전기를 부하에 분배하는 복수 개의 고압스위치보드가 설치된 전력망이 구축될 수 있다. 다시 말해, 선박에는 제1발전기(G1)와 제2발전기(G2)와 연결되어 각종 부하에 전기를 공급하는 제1고압스위치보드(S1) 그리고 제3발전기(G3)와 제4발전기(G4)가 연결되어 각종 부하에 전기를 공급하는 제2고압스위치보드(S2)등의 전력망이 구축될 수 있다.
전력망에 설치된 변압기는 발전기에서 생산된 전기를 저전압 소비부하의 정격전압으로 변환시키는 3상 6펄스 변압기(A12, A22)와 고전압 소비부하의 정격전압으로 변환시키는 6상 12펄스 변압기(A11, A21)가 될 수 있다. 그리고, 저전압 소비부하는 선박의 운항에 필요로 하는 각종 전력소비장치가 될 수 있고, 고전압 소비부하는 선박의 추진동력 및 방향을 제어하는 제1스러스터(L1), 제2스러스터(L2)등의 전력소비장치가 될 수 있다. 이러한 제1스러스터(L1)와 제2스러스터(L2)는 전력경류를 개폐하는 전력제어장치(1)에 연결되어 각각의 전력망으로부터 전원을 인가 받아 정상적으로 작동될 수 있고, 어느 한쪽의 전력망에 문제가 발생하여, 정상적으로 작동되지 않더라도 다른 한쪽의 전력망을 통해 모두 정상적으로 작동될 수 있다.
이하, 전력제어장치(1)가 포함하는 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.
제1전력변환모듈(100)와 제2전력변환모듈(200)은 모두 공급된 교류전력(교류전압 및 교류전류)을 부하에 적합한 교류전력으로 변환한다. 제1전력변환모듈(100)은 제1교류전원(A11)에서 인가된 교류를 정류하는 제1컨버터(110), 제1 컨버터(110)에서 변환된 직류를 저장하는 제1직류링크부(120), 제1직류링크부(120)와 함께 충/방전하며, 방전 시 충전 전압 이상의 전압을 출력하는 제1직류컨버터(130)를 포함한다. 그리고 제1직류링크부(120)에 병렬 연결되어 직류를 교류로 변환하는 제1인버터(140) 및 제1필터(150)등을 포함한다.
제2전력변환모듈(200)은 제2교류전원(A21)에서 인가된 교류를 정류하는 제2컨버터(210), 제2 컨버터(210)에서 변환된 직류를 저장하는 제2직류링크부(220), 제2직류링크부(220)와 함께 충/방전하며, 방전 시 충전 전압 이상의 전압을 출력하는 제2직류컨버터(230) 및 제2직류링크부(220)에 병렬 연결되어 직류를 교류로 변환하는 제2인버터(240) 및 제2필터(250)등을 포함한다.
이러한 제1전력변환모듈(100)과 제2전력변환모듈(200)은 구성요소간에 유기적인 작동으로 각각 제1교류전원(A11)에서 공급된 교류를 제1부하인 제1스러스터(L1)에 적합한 정격전류로 변환해 인가하고, 제2교류전원(A21)에서 공급된 교류를 제2부하인 제2스러스터(L2)에 적합한 정격전류로 변환해 인가한다.
제1컨버터(110)와 제2컨버터(210)는 교류전원에서 인가된 교류를 맥류로 정류한다. 이러한 제1컨버터(110) 및 제2컨버터(210)는 한 쌍의 다이오드가 서로 직렬로 연결된 복수 개의 다이오드부를 포함한다. 제1컨버터(110) 및 제2컨버터(210)는 복수 개의 다이오드부가 서로 병렬 연결된 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 제1컨버터(110)와 제2컨버터(210)는 각각 제1다이오드(D1, D19)와 제2다이오드(D2, D20)가 직렬로 연결된 제1다이오드부, 제3다이오드(D3, D21)와 제4다이오드(D4, D22)가 직렬로 연결된 제2다이오드부 및 제5다이오드(D5, 23)와 제6다이오드(D6, D24)가 직렬로 연결되어 제3다이오드부가 병렬로 연결된 구조와 제7다이오드(D7, D25)와 제8다이오드(D8, D26)가 직렬로 연결된 제4다이오드부, 제9다이오드(D9, D27)와 제10다이오드(D10, D28)가 직렬로 연결된 제5다이오드부 및 제11다이오드(D11, D29)와 제12다이오드(D12, D30)가 직렬로 연결된 제6다이오드부가 병렬로 연결된 구조가 연결된 구조로 형성될 수 있다. 제1컨버터(110)와 제2컨버터(210)는 한 쌍의 다이오드 사이를 통해 제1교류전원(A11)과 제2교류전원(A21)으로 전원을 공급받는다. 그리고, 공급된 교류를 정류하여 제1직류링크부(120), 제2직류링크부(220) 및 제1직류컨버터(130), 제2직류컨버터(230)에 공급한다. 이러한 제1컨버터(110)와 제2컨버터(210)는 다이오드와 같은 수동소자로 형성되는 구조로 한정되는 것은 아니며, IGBT와 같은 능동소자로 형성되는 구조로 형성될 수도 있다.
제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)는 각 컨버터(110, 210)에 병렬 연결되어, 각 컨버터(110, 210)에서 정류된 전하를 저장한다. 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)는 약 3000V의 전압을 충전할 수 있는 커패시터로 형성될 수 있다. 제1직류링크부(120)과 제2직류링크부(220)는 각 컨버터에서 인가되는 맥류로 인한 전압 변동을 억제하여 저장된 전하를 직류로 출력해 제1직류컨버터(130), 제2직류컨버터(230), 제1인버터(140) 및 제2인버터(240)에 인가할 수 있다.
제1직류컨버터(130)와 제2직류컨버터(230)는 차단모듈(300)과 연동하여, 각각 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전압의 크기를 조정한다. 이러한 제1직류컨버터(130)와 제2직류컨버터(230)는 제1전력스위치반도체(131, 231), 다이오드(132, 232), 제2전력스위치반도체(133, 233), 인덕터(134, 234) 및 충전부(135, 235) 등의 장치를 포함한다. 이러한 장치들의 특징 및 구조관계에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 충전부(135, 235)는 일단이 접지되고 타단이 인덕터(134, 234)의 일단과 연결되어 인덕터(134, 234)를 통해 유입되는 전하를 저장한다. 그리고 전장된 전하를 다시 인덕터(134, 234)로 방출한다. 인덕터(134, 234)는 일단이 충전부(135, 235)와 연결되고, 타단이 제2전력스위치반도체(133, 233)의 일단에 연결되어 제2전력스위치반도체(133,233)의 스위칭 작동에 따라 다양한 크기의 전압을 저장한다. 제2전력스위치반도체(133, 233)는 타단이 접지되고, 게이트 단이 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전위차를 측정한 차단모듈(300)과 연결되어 측정된 전위차에 따라 스위칭 작동한다. 그리고, 다이오드(132, 232)는 일단이 제2전력스위치반도체(133, 233)의 일단과 인덕터(134, 234)의 타단과 연결되고, 타단이 각 직류링크부(120, 220)와 연결되어, 각 충전부(135, 235)에서 각 직류링크부(120, 220)로 전하가 흐를 수 있도록 한다. 제1전력스위치반도체(131, 231)는 다이오드(132, 232)와 역병렬로 연결되어, 각 직류링크부(120, 220)에서 각 충전부(135, 235)로 전하가 흐를 수 있도록 한다. 즉, 제1직류컨버터(130) 및 제2직류컨버터(230)는 부스트(boost)컨버터 구조로 형성된다.
이러한 구조의 제1전력스위치반도체(131, 231)와 제2전력스위치반도체(133, 233)는 게이드 단에 인가되는 펄스 신호 따라 일정 시간 개방 및 단락하여 일정 듀티 사이클을 갖는 IBGT로 형성될 수 있다. 제2전력스위치반도체(133, 233)는 차단모듈(300)과 연결되고, 차단모듈(300)의 작동에 따라 듀티 사이클(Duty cycle)이 조절된다. 충전부(135, 235)는 제2전력스위치반도체(133, 233)의 조절된 듀티 사이클에 따라 충전부(135, 235)의 충전 전압을 출력한다. 출력된 전압은 각 인버터(140, 240) 및 차단모듈(300)에 인가된다.
제1인버터(140)와 제2인버터(240)는 각 직류링크부(120, 220)에 병렬 연결되어 각 직류링크부(120, 220)및 각 직류컨버터(130)에서 출력된 직류를 교류로 변환한다. 이러한 제1인버터(140)와 제2인버터(240)는 한 쌍의 전력스위치반도체에 다이오드가 역병렬로 각각 연결된 복수 개의 전력스위치반도체부를 포함하고, 전력스위치반도체부가 서로 직렬로 연결된 복수 개의 전력스위치반도체세트부를 포함하고, 복수 개의 전력스위치반도체세트부가 서로 병렬 연결된 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1인버터(140)와 제2인버터(240)는 각각 제3전력스위치반도체(T3, T9)와 제4전력스위치반도체(T4, T10)가 직렬로 연결된 제1전력스위치반도체부, 제5전력스위치반도체(T5, T11)와 제6전력스위치반도체(T6, T12)가 직렬로 연결된 제2전력스위치반도체부 및 제7전력스위치반도체(T7, T13)와 제8전력스위치반도체(T8, T14)가 직렬로 연결된 제3전력스위치반도체부가 병렬로 연결된 구조로 형성될 수 있다.
이와 같은 전력스위치반도체는 전술한 제1전력스위치반도체(131, 231) 및 제2전력스위치반도체(133, 233)와 동일하게 일정 듀티 사이클을 갖는 IGBT로 형성될 수 있다. 제1인버터(140)와 제2인버터(240)를 구성하는 복수 개의 전력스위치반도체세트부의 전력스위치반도체는 상보적으로 작동하여 직류링크부(120, 220)와 직류컨버터(140, 240)를 통해 인가된 직류 전원을 교류로 변환해 제1필터(150)와 제2필터(240)에 제공한다. 제1필터(150)와 제2필터(250)는 저항과 인덕터가 직렬로 연결되어, 제1인버터(140) 및 제2인버터(240)에서 인가되는 구형펄스를 보다 정현파에 가깝게 변형할 수 있다.
차단모듈(300)은 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전위차에 따라 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220) 사이의 전류경로를 용이하게 개폐할 수 있다. 차단모듈(300)은 센서부(310), 제어부(320), 차단부(330) 및 반도체세트부(340)등을 구성장치로 포함한다. 여기서, 센서부(310)는 제1직류링크부(120)의 일단과 제2직류링크부(220)의 일단에 설치되어 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전압 및 전류 등을 측정한다. 센서부(310)는 전기센서가 될 수 있다.
제어부(320)는 센서부(310)에서 측정된 전압 및 전류를 연산한다. 이러한 제어부(320)의 일측에는 제2전력스위치반도체(133, 233) 및 차단부(330)가 연결된다. 제어부(320)는 연산된 값을 통해 제2전력스위치반도체(133, 233) 및 차단부(330)를 작동시킨다. 이때, 제어부(320)는 정상상태에서 오차 없이 빠르게 반응하는 비례적분제어기가 될 수 있다. 제어부(320)는 센서부(310)를 통해 측정된 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간 전위차에 따라 제2전력스위치반도체(133, 233)를 제어한다. 그리고 제2전력스위치반도체(133, 233)를 제어하여 제1충전부(135) 및 제2충전부(235)의 충전 및 방전되는 전압의 크기를 조절한다. 차단부(330)는 전류경로를 물리적으로 개폐하는 차단기가 된다. 이러한, 차단부(330)는 진공을 소호매질로 하는 VI(Vaccum Interrupt)를 적용하여 신속히 개폐되는 진공차단기(VCB)로 형성될 수 있다.
반도체세트부(340)는 차단부(330)의 개폐와 연동하여 한번 통전되면, 통과전류가 0이 될 때까지 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간 양방향 전류경로를 형성한다. 이러한 반도체세트부(340)는 제1사이리스터와 제2사이리스터가 역병렬로 연결되어 양방향으로 전류가 흐를 수 있도록 하는 트라이액(TRIAC)으로 형성된다.
따라서, 차단모듈(300)은 센서부(310)에 의해 제1직류링크부(120)의 전압이 제2직류링크부(220)의 전압 보다 크게 측정되거나, 제2직류링크부(220)의 전압이 제1직류링크부(120)의 전압 보다 크게 측정되면, 반도체세트부(340)의 게이트단에 턴-온 신호를 인가하고, 차단부(330)를 단락하여 제1직류링크부(120)에서 제2직류링크부(220) 방향 또는 제2직류링크부(220)에서 제1직류링크부(120) 방향 즉, 양방향으로 전류가 흐르도록 할 수 있다. 그리고, 센서부(310)에 의해 측정된 제1직류링크부(120)의 전압과 제2직류링크부(220)의 전압이 같아지게 되면, 반도체세트부(340)의 게이트단에 턴-온 신호를 제거하고 차단기(330)를 개방하여 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간에 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 제1고압스위치보드(S1)와 제2고압스위치보드(S2)에 모두 전원이 인가되어, 각 고압스위치보드(S1)에 연결된 제1전력변환모듈(100)과 제2전력변환모듈(200)이 모두 작동되는 상태에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 제1충전부와 제2충전부가 충전되는 상태를 나타난 도면이고, 도 4는 도 1의 제1충전부와 제2충전부가 방전되는 상태를 나타낸 도면이다.
제1고압스위치보드(S1)에 제1발전기(G1)와 제2발전기(G2) 중 적어도 하나를 통해 전원이 인가되고, 제2고압스위치보드(S2)에 제3발전기(G3)와 제4발전기(G4) 중 적어도 하나를 통해 전원이 인가될 때, 제1직류컨버터(130)와 제2직류컨버터(230)의 제1전력스위치반도체(131, 231)는 도시되어 있지 않은 메인제어기에 의해 턴-온 된다. 제1전력스위치반도체(131, 231)는 각 컨버터(110, 210)에서 공급된 전류를 각 충전부(135, 235)로 흘려 보낸다. 이때, 제어부(320)는 제2전력스위치반도체(133, 233)의 듀티 사이클의 개방시간 및 단락시간의 비율을 조절하여 각 충전부(125, 235) 및 인덕터(134, 234)에 저장되는 전압의 크기를 조절한다. 이와 관련하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 각 충전부(125, 235)는 제2전력스위치반도체(133, 233)가 개방되었을 때, 각 직류링크부(120, 220)로부터 인가되는 전압 즉, 전기 에너지를 충전하고, 인덕터(134, 234)는 제2전력스위치반도체(133, 233)가 단락 되었을 때, 각 충전부(135,235)에서 제2전력스위치반도체(133,233)로 흐르는 전류의 전기 에너지를 저장한다. 각 충전부(125, 235)와 각 인덕터(134, 234)가 충전된 후 제2전력스위치반도체(133, 233)가 개방되면, 각 충전부(125, 235)와 각 인덕터(134, 234)에 축적된 전기 에너지는 더해져 출력된다. 따라서, 각 직류컨버터부(130, 230)는 충전부(125, 235) 충전된 전압 보다 큰 전압을 출력한다. 출력되는 전압은 제1전력스위치(131, 231)에 역병렬로 연결된 다이오드(132, 232)를 통해 각 인버터(140, 240) 및 차단모듈(300)에 인가된다.
이하, 도 5 및 도6를 참조하여, 제1고압스위치보드에 전원이 지속적으로 인가되고 제2고압스위치보드에 인가되는 전원이 차단되었을 때, 제1전력변환모듈에서 제2전력변환모듈로 전류가 흐르는 상태에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 1의 제1고압스위치보드에 전원이 인가되고, 제2고압스위치보드에 전원이 인가되지 않는 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 차단모듈이 닫혀, 제1전력변환장치에서 제2전력변환장치로 전류가 흐르는 상태를 나타낸 도면이다.
제1고압스위치보드(S1)에 전원이 지속적으로 인가되고, 제2고압스위치보드(S2)에 아무런 전원이 인가되지 않았을 때, 제1직류링크부(120)에 충전되는 전압은 제2직류링크부(220)에 충전된 전압보다 크게 된다. 이때, 제1전력스위치반도체(131, 231)는 턴-오프 한다. 따라서, 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간 전위차는 0보다 크게 유지된다.
제어부(320)는 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전위차에 대응하여 제1직류컨버터(130)의 제2전력스위치반도체(133)의 듀티 사이클의 단락 시간의 비율을 증가시켜 제1충전부(135)에서 출력되는 전압을 높인다. 그리고 제2직류컨버터(230)의 제2전력스위치반도체(233)의 듀티 사이클의 개방 시간의 비율을 증가시켜 제2충전부(235)에서 출력되는 전압을 낮춘다.
즉, 제어부(320)는 제2전력스위치반도체(133, 233)의 듀티 사이클을 제어해 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간에 전위차를 형성하고, 차단기(330)를 단락 시켜, 제1직류링크부(120)에서 제2직류링크부(220)방향으로 전류가 흐를 수 있도록 한다.
제어부(320)는 이와 같이 제1고압스위치보드(S1)에 전원이 형성되고, 제2고압스위치보드(S2)에 전원이 형성되지 않아 제1직류링크부(120)에서 제2직류링크부(220) 방향으로 흐르는 전류를 제어할 뿐만 아니라, 제2고압스위치보드(S2)에 전원이 형성되고, 제1고압스위치보드(S1)에 전원이 형성되지 않아, 제2직류링크단(220)에서 제1직류링크단(110)으로 전류 또한 제어할 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8를 참조하여, 제1고압스위치보드에 전원이 지속적으로 인가되고, 제2고압스위치보드에 다시 전원이 인가되어, 제1직류링크부와 제2직류링크부간 전위차가 0이 되어 제1전력변환모듈과 제2전력변환모듈로 사이에 전류가 흐르지 않게 되는 상태에 대해 구체적으로 설명한다.
도 7은 도 5의 제2스위치보드에 전원이 인가되고, 차단부가 개방된 상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 제1전력변환장치에서 제2전력변환장치로 전류가 흐르지 않는 상태를 나타낸 도면이다.
제1고압스위치보드(S1)에 전원이 지속적으로 인가되고, 제2고압스위치보드(S2)에 제3발전기(G3)와 제4발전기(G4) 중 적어도 하나를 통해 다시 전원이 인가될 때, 초기 제1직류링크부(120)의 전압이 제2직류링크부(220)의 전압 보다 큰 상태에서 시간경과에 따라 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전압의 크기는 비슷하게 된다. 양 직류링크부(120, 220)의 전압이 비슷하게 되면, 제1직류컨버터(130)와 제2직류컨버터(230)의 제1전력스위치반도체(131, 231)는 전술한 바와 같이 지속적으로 턴- 오프 상태를 유지하고, 센서부(310)는 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)의 전압을 지속적으로 측정한다. 제어부(320)는 센서부(310)에서 측정된 전압을 지속적으로 연산하고, 연산된 차이값이 설정값 이내, 일 예로 충전부의 충전용량인 50V 이내가 되면, 반도체세트부(340)에 인가되는 턴-온 신호를 중지한다. 아울러, 제어부(320)는 제1직류컨버터(130)의 제2전력스위치반도체(133)의 듀티 사이클의 개방시간의 비율을 증가시켜 제1충전부(135)에서 출력되는 전압을 낮추고 제2직류컨버터(230)의 제2전력스위치반도체(233)의 듀티 사이클 단락 시간의 비율을 증가시켜 제2충전부(235)에서 출력되는 전압을 높여 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간 전위차를 낮춘다. 즉, 제어부(320)는 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간 전위차가 0이 되도록 제2전력스위치반도체(133, 233)를 제어한다. 그리고, 제어부(320)는 전위차가 0이 되었을 때 차단부(330)를 개방시켜 제1직류링크부(120)와 제2직류링크부(220)간에 전류가 흐르지 않도록 한다.
이를 통해, 전력제어장치(1)는 제1직류링크부(110)와 제2직류링크부(120)간의 전위차가 0이 되었을 때, 양 전력변환모듈(100, 200) 사이의 전류경로를 아크 없이 안전하게 개방하여 양 전력변환모듈(100, 200)이 분리되어 작동될 수 있도록 한다. 그리고, 제1직류링크부(110)와 제2직류링크부(120)간의 전위차가 0 이상이 되었을 때, 양 전력변환모듈(100, 200) 사이를 안전하게 단락시켜 양 전력변환모듈(100, 200)이 연동되어 작동될 수 있도록 한다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 전력제어장치 100: 제1전력변환모듈
110: 제1컨버터 120: 제1직류링크부
130: 제1직류컨버터 131, 231: 제1전력스위치반도체
132, 232: 다이오드 133, 233: 제2전력스위치반도체
134, 234: 인덕터 135: 제1충전부
140: 제1인버터 150: 제1필터
200: 제2전력변환모듈 210: 제2컨버터
220: 제2직류링크부 230: 제2직류컨버터
240: 제2인버터 235: 제2충전부
250: 제2필터 300: 차단모듈
310: 센서부 320: 제어부
330: 차단부 340: 반도체세트부
G1, G2, G3, G4: 발전기 S1: 제1고압스위치보드
S2: 제2고압스위치보드 A11: 제1교류전원

Claims (7)

  1. 제1직류링크부를 포함하며, 제1교류전원에서 공급된 전원을 변환해 제1부하에 제공하는 제1전력변환모듈; 및
    제2직류링크부를 포함하며, 제2교류전원에서 공급된 전원을 변환해 제2부하에 제공하는 제2전력변환모듈을 포함하되,
    상기 제1직류링크부는 제1충전부를 포함하여, 상기 제1충전부를 상기 제1직류링크부와 함께 충전 및 방전시키는 제1직류컨버터와 연결되고, 상기 제2직류링크부는 제2충전부를 포함하여, 상기 제2충전부를 상기 제2직류링크부와 함께 충전 및 방전시키는 제2직류컨버터와 연결되며,
    상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부 사이에 개재되어, 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부의 전위차에 따라, 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부 사이의 전류경로를 개폐하는 차단모듈을 포함하는 전력제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단모듈은 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부의 전압을 측정하는 센서부, 상기 센서부에서 수신된 상기 전압의 값을 연산하는 제어부, 상기 제어부와 연결되어 작동하는 차단부 및 상기 제1직류링크부와 상기 제2직류링크부 사이의 전류경로를 형성하는 반도체세트부를 포함하여, 상기 제어부에서 상기 전위차가 있게 되면, 상기 차단부를 단락하고 상기 전위차가 없게 되면 상기 차단부를 개방하는 전력제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1직류컨버터와 상기 제2직류컨버터는 각각 다이오드, 상기 다이오드와 직렬 연결되는 인덕터, 상기 다이오드에 역병렬로 연결된 제1전력스위치반도체
    및 상기 다이오드와 상기 인덕터 사이에 설치되는 제2전력스위치반도체를 포함하는 전력제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 제1직류컨버터와 상기 제2직류컨버터에 연결되어 상기 제1충전부 및 상기 제2충전부의 충전 및 방전되는 전류를 제어하고, 상기 반도체세트부는 제1사이리스터와 제2사이리스터가 역병렬로 접속되어 양방향으로 상기 전류경로를 형성하는 전력제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1전력변환모듈은 제1교류전원에서 인가 받은 교류를 정류하고 상기 제1직류링크부에 제공하는 제1컨버터, 상기 제1직류링크부에 병렬 연결되어 직류를 교류로 변환하는 제1인버터를 포함하고,
    상기 제2전력변환모듈은 제2교류전원에서 인가 받은 교류를 정류하고 상기 제2직류링크부에 제공하는 제2컨버터, 상기 제2직류링크부에 병렬 연결되어 직류를 교류로 변환하는 제2인버터를 포함하는 전력제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1컨버터와 상기 제2컨버터는 각각 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 다이오드를 포함하는 복수 개의 다이오드부를 포함하되, 상기 복수 개의 다이오드부는 서로 병렬로 연결되고, 상기 제1교류전원과 상기 제2교류전원은 한 쌍의 다이오드 사이로 전원을 공급하는 전력제어장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1인버터와 상기 제2인버터는 각각 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 전력스위치반도체에 다이오드가 역병렬로 각각 연결된 복수 개의 전력스위치반도체세트부가 병렬 연결되는 전력제어장치.
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