KR101932679B1 - Power conversion apparatus and method for switching control - Google Patents

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Abstract

스위칭 제어를 위한 전력 변환 장치가 개시된다.　 본 발명에 따르면, 전력 변환 장치는, 입력측 컨버터부, 출력측 인버터부, 컨버터부의 입력 전류 및 인버터부의 출력 전압에 대한 복수의 섹터를 판별하는 섹터 판별부, 컨버터부의 입력 전류, 인버터부의 출력 전압 및 변조 지수(MI) 중 적어도 하나를 이용하여 합성 벡터 시간을 산출하는 합성 벡터 시간 산출부, 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 컨버터부의 스위칭 시퀀스 및 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하는 시퀀스 결정부 및 컨버터부 및 인버터부의 스위칭 시퀀스와, 합성 벡터 시간에 기초하여 컨버터부 및 인버터부의 스위칭 동작을 수행하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하며, 컨버터부의 스위칭 시퀀스는, 영벡터를 포함하지 않는다.　 이에 따라, 전력 변환 장치는 입력측 컨버터 및 출력측 인버터의 스위칭 시퀀스의 간소화를 통해 스위칭 절환이 최소화시킴으로써, 스위칭 시퀀스에 따라 스위칭 절환 시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있다.A power conversion device for switching control is disclosed. According to the present invention, the power conversion apparatus includes: an input side converter section, an output side inverter section, a sector discrimination section for discriminating a plurality of sectors with respect to an input current of the converter section and an output voltage of the inverter section, an input current of the converter section, (MI), a sequence determining section for determining a switching sequence of the converter section and a switching sequence of the inverter section for each of the plurality of sectors identified, a converter section and a converter section for determining a switching sequence of the inverter section, And a control signal generator for generating a control signal for performing a switching operation of the converter section and the inverter section on the basis of the synthesis switching time and the synthesis switching time and the switching sequence of the converter section does not include a zero vector. Accordingly, the power conversion apparatus minimizes the switching switching by simplifying the switching sequence of the input side converter and the output side inverter, thereby minimizing the power loss caused by the switching sequence according to the switching sequence.

Description

스위칭 제어를 위한 전력 변환 장치 및 방법{Power conversion apparatus and method for switching control}[0001] The present invention relates to a power conversion apparatus and method for switching control,

본 발명은 스위칭 제어를 위한 직류 링크 회로가 없는 직접형 AC/AC 전력 변환 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컨버터부의 영전류 스위칭이 가능한 전력 변환 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct type AC / AC power conversion apparatus without a DC link circuit for switching control, and more particularly, to a power conversion apparatus capable of switching a zero current of a converter section.

일반적으로 2 단계 직접형 전력 변환 시스템TSDPC(Two Stage Direct Power Converter)과 같은 전력 변환 장치는 간접형 AC/AC 전력변환시스템의 직류링크회로를 가상의 직류링크회로로 구성하여 대용량 시스템의 소형화 및 긴수명에 대한 장점을 가지고 있다.Generally, a power conversion device such as a two stage direct power conversion system (TSDPC) is composed of a DC link circuit of a direct type AC / AC power conversion system as a virtual DC link circuit, It has an advantage over life span.

일반적으로 3상 전력 변환 장치는 입력측 컨버터의 6개의 양방향 스위칭 소자와 출력측 인버터의 역병렬 다이오드가 달린 6개의 스위칭 소자를 제어하기 때문에 전체적으로 제어해야 할 반도체 전력 스위칭 소자는 18개가 된다.　 이 같은 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어기법은 9단계 혹은 11단계 스위칭 시퀀스를 일반적으로 사용한다.In general, the three-phase power conversion device controls six switching devices with six bidirectional switching devices on the input side converter and six switching devices with the anti-parallel diode on the output side inverter, so there are eighteen semiconductor power switching devices to be controlled as a whole. A control scheme for controlling such a power switching device generally uses a 9-stage or 11-stage switching sequence.

그러나, 이 같은 9단계 혹은 11단계 스위칭 시퀀스를 통해 입력측 컨버터 및 출력측 인버터의 스위칭 소자를 제어할 경우, 각 단계의 스위칭 절환에 따른 전력 손실이 발생되는 문제가 있다.However, when the switching elements of the input-side converter and the output-side inverter are controlled through such a 9-step or 11-step switching sequence, there is a problem that power loss occurs due to the switching of each stage.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 나아가, 본 발명은 전력 변환 장치의 입력측 컨버터 및 출력측 인버터의 스위칭 시퀀스의 간소화를 통해 스위칭 절환이 최소화되도록 함을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to further minimize switching switching by simplifying a switching sequence of an input-side converter and an output-side inverter of a power conversion apparatus.

나아가, 본 발명은 전력 변환 장치의 입력측 컨버터 및 출력측 인버터에서 스위칭 시퀀스에 따라 스위칭 절환 시 발생하는 전력 손실을 최소화하는 것을 목적으로 한다.Furthermore, the present invention aims at minimizing the power loss occurring in switching between the input side converter and the output side inverter according to the switching sequence of the power conversion apparatus.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 입력측 컨버터부, 출력측 인버터부, 상기 컨버터부의 입력 전류 및 상기 인버터부의 출력 전압에 대한 복수의 섹터를 판별하는 섹터 판별부, 상기 컨버터부의 입력 전류, 상기 인버터부의 출력 전압 및 변조 지수(MI) 중 적어도 하나를 이용하여 합성 벡터 시간을 산출하는 합성 벡터 시간 산출부, 상기 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하는 시퀀스 결정부 및 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스와, 상기 합성 벡터 시간에 기초하여 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 동작을 수행하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하며, 상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스는,　영벡터를 포함하지 않는다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus including an input side converter unit, an output side inverter unit, a sector discrimination unit for discriminating between an input current of the converter unit and a plurality of output voltages of the inverter unit, A synthesized vector time calculator for calculating a synthesized vector time using at least one of an input current of the converter unit, an output voltage of the inverter unit, and a modulation index (MI), a switching sequence of the converter unit for each of the plurality of sectors, A sequence determination unit for determining a switching sequence of the inverter unit and a control unit for generating a control signal for generating a control signal for performing a switching operation of the converter unit and the inverter unit based on the switching sequence of the converter unit and the inverter unit, Wherein the switching sequence of the converter section comprises: The not included.

그리고, 상기 전력 변환 장치가 3상 직접형 전력 변환 장치이면, 상기 컨버터부는 3상 교류를 직류로 변환하기 위한 전류형 컨버터로써 6개의 양방향 스위치를 포함하며, 상기 인터버부는 상기 직류를 3상 교류로 변환하기 위한 전압형 컨버터로써 역병령 다이오드를 포함하는 6개의 스위치를 포함할 수 있다.If the power converter is a three-phase direct current power converter, the converter unit is a current converter for converting a three-phase alternating current into a direct current, and includes six bidirectional switches, To-voltage converter, which may include six switches including a pn junction diode.

또한, 상기 시퀀스 결정부는, 상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 상기 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 5단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.The sequence determining unit may determine the switching sequence of the converter unit as a two-step switching sequence without a zero vector, and may determine the switching sequence of the output-side inverter unit as a five-step switching sequence including a zero vector and an effective vector.

그리고, 상기 시퀀스 결정부는, 상기 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 상기 전력 변환 장치가 6단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하며, 상기 6단계의 스위칭 시퀀스는, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제1 영벡터, 제2 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가질 수 있다.The sequence determining unit determines a switching sequence of the converter unit and the inverter unit so that the power converter has a six-step switching sequence by a combination of a two-step switching sequence of the converter unit and a five-step switching sequence of the inverter unit , The switching sequence of the six stages may have a switching sequence of a first valid vector, a second valid vector, a first zero vector, a second zero vector, a third valid vector, and a fourth valid vector sequence.

또한, 상기 시퀀스 결정부는, 상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 7단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.Also, the sequence determining unit may determine the switching sequence of the converter unit as a two-step switching sequence without a zero vector, and may determine the switching sequence of the inverter unit as a seven-step switching sequence including a zero vector and an effective vector.

그리고, 상기 시퀀스 결정부는, 상기 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 7단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 상기 전력 변환 장치가 8단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 상기 입력측 컨버터부 및 상기 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.The sequence determining unit may determine a switching sequence of the input side converter unit and the output side inverter unit so that the power converter has a switching sequence of eight stages by a combination of a two stage switching sequence of the converter unit and a seven stage switching sequence of the inverter unit You can decide.

또한, 상기 8단계의 스위칭 시퀀스는, 상기 판별된 복수의 섹터가 홀수이면, 기설정된 제1 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가지며, 상기 판별된 복수의 섹터가 짝수이면, 기설정된 제2 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제4 유효벡터, 제3 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가질 수 있다.If the determined plurality of sectors are odd, the switching sequence of the eighth step may include a first zero vector, a first effective vector, a second effective vector, a second zero vector, and a third zero vector based on a predetermined first condition. A second effective vector, a third effective vector, a fourth effective vector, and a fourth zero vector sequence, wherein if the determined plurality of sectors is an even number, Vector, a first valid vector, a second zero vector, a third zero vector, a fourth valid vector, a third valid vector, and a fourth zero vector sequence.

그리고, 상기 전력 변환 장치가 3상/단상 직접형 전력 변환 장치이면, 상기 컨버터부는 3상 교류 전압을 직류로 변환하기 위한 전류형 컨버터로써 6개의 양방향 스위치를 포함하며, 상기 인터버부는 상기 직류를 단상 교류로 변환하기 위한 전압형 컨버터로써 역병렬 다이오드를 포함하는 4개의 스위치를 포함할 수 있다.If the power conversion apparatus is a three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus, the converter unit is a current-type converter for converting a three-phase alternating voltage into a direct current and includes six bidirectional switches, And may include four switches including a reverse-parallel diode as a voltage-type converter for converting into a single-phase AC.

또한, 상기 시퀀스 결정부는, 상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2 단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영백터 및 유효벡터를 포함하는 5단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.The sequence determining unit may determine the switching sequence of the converter unit as a two-step switching sequence without a zero vector, and may determine the switching sequence of the inverter unit as a five-step switching sequence including a zero vector and an effective vector.

그리고, 상기 시퀀스 결정부는, 상기 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 상기 전력 변환 장치가 6단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하며, 상기 6단계의 스위칭 시퀀스는, 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제1 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제1 스위칭 시퀀스와, 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제2 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제2 스위칭 시퀀스 중 하나일 수 있다.The sequence determining unit determines a switching sequence of the converter unit and the inverter unit so that the power converter has a six-step switching sequence by a combination of a two-step switching sequence of the converter unit and a five-step switching sequence of the inverter unit , The switching sequence of the six stages includes a first switching sequence of a first zero vector, a second valid vector, a second zero vector, a third zero vector, a first valid vector, and a fourth zero vector sequence, , A first valid vector, a second zero vector, a third zero vector, a second valid vector, and a fourth zero vector sequence.

또한, 상기 합성 벡터 시간 산출을 위한 유효 벡터 시간 및 영벡터 시간을 산출하는 벡터 시간 산출부를 더 포함하며, 상기 벡터 시간 산출부는, 상기 컨버터부의 입력 전류 섹터 및 입력 전류 위상을 이용하여 입력 유효 벡터 시간을 산출하는 입력 벡터 시간 산출부, 상기 인버터부의 출력 전압 섹터, 출력 전압 위상 및 상기 변조 지수(MI)를 이용하여 출력 유효 벡터 시간 및 출력 영벡터 시간을 산출하는 출력 벡터 시간 산출부 및 상기 인버터부의 출력 전압을 이용하여 상기 변조 지수(MI)를 산출하는 변조 지수 산출부를 포함할 수 있다.The vector time calculator may further include a vector time calculator for calculating an effective vector time and a zero vector time for calculating the synthetic vector time using the input current sector and the input current phase of the converter, An output vector time calculating unit for calculating an output effective vector time and an output zero vector time using the output voltage sector, the output voltage phase and the modulation index (MI) of the inverter unit, And a modulation index calculating unit for calculating the modulation index (MI) using the output voltage.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 입력측 컨버터 및 출력측 인버터의 스위칭 시퀀스의 간소화를 통해 스위칭 절환이 최소화시킴으로써, 스위칭 시퀀스에 따라 스위칭 절환 시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to various embodiments of the present invention, the power conversion apparatus according to the present invention minimizes the switching switching by simplifying the switching sequence of the input side converter and the output side inverter, so that the power There is an effect that loss can be minimized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 블록도,
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 제1 회로도,
도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프 보호 회로가 부착된 3상 직접형 전력 변환 장치의 제2 회로도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프 보호 회로가 부착된 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력측 컨버터부의 양방향 스위칭 소자의 예시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 및 3상/단상 직접형 전력 변환 장치에서 입력측 컨버터부 및 출력측 인버터부의 공간벡터를 나타내는 예시도,
도 6은 종래의 전력 변환 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 예시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 컨버터부의 부분 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 시퀀스를 나타내는 예시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 전력 변환 장치의 컨버터부의 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 스퀀스를 나타내는 예시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 부분 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 파형을 나타내는 예시도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 부분 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장체의 부분 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전류 및 입력측 컨버터부의 스위칭 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 부분 영전류 스위칭 모드에서 출력선간 전압 및 출력 전류의 파형을 나타내는 예시도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 파형을 나타내는 예시도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압 및 입력측 컨버터부의 스위칭 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 출력선간 전압 및 출력 전류의 파형을 나타내는 예시도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 시퀀스를 나타내는 예시도,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전류 변환 장치에서 시뮬레이션 수행에 따른 출력 전류 및 출력선간전압의 파형을 나타내는 예시도,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전류 변환 장치에서 시뮬레이션 수행에 따른 직류링크전류 및 스위칭 신호의 파형을 나타내는 예시도,
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전류 변환 장치에서 시뮬레이션 수행에 따른 ZCS 동작 파형을 나타내는 예시도,
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치에서 한 주기 동안의 기존 제어기법과 부분 영전류 스위칭 절환 횟수 비교 결과를 나타내는 예시도,
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치에서 한 주기 동안의 기존 제어기법과 영전류 스위칭 절환 횟수 비교 결과를 나타내는 예시도,
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 스위치 제어 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 (a) is a first circuit diagram of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 (b) is a second circuit diagram of a three-phase direct current type power converter with a clamp protection circuit according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a circuit diagram of a three-phase / single-phase direct current type power conversion apparatus with a clamp protection circuit according to an embodiment of the present invention,
4 is an exemplary diagram illustrating a bidirectional switching device of an input side converter unit according to an embodiment of the present invention,
5 is an exemplary diagram showing space vectors of an input-side converter unit and an output-side inverter unit in a three-phase and three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention,
6 is an exemplary view showing a switching sequence of a conventional power conversion apparatus,
FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating a switching sequence for implementing partial zero current switching of a converter section of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention;
8 is an exemplary diagram illustrating a switching sequence for implementing zero current switching of a converter section of a three-phase power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention,
9 is a diagram showing waveforms of a virtual DC link voltage, a current, and a gate signal in a partial zero current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
10 is an exemplary diagram showing an enlarged waveform of a virtual DC link voltage, a current, and a gate signal in the partial zero current switching mode of the three-phase direct power converter according to the embodiment of the present invention,
11 is an exemplary diagram showing a virtual DC link current and an enlarged waveform of a switching gate signal of an input side converter unit in a partial zero current switching mode of a three-phase direct current power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention,
12 is an exemplary diagram showing a waveform of an output line voltage and an output current in a partial zero current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
13 is a diagram illustrating waveforms of a virtual DC link voltage, a current, and a gate signal in a zero current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
14 is an exemplary diagram showing an enlarged waveform of a virtual DC link voltage, current, and gate signal in a zero current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
15 is an exemplary view showing a magnified waveform of a virtual DC link voltage and a switching gate signal of an input-side converter unit in a zero-current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
16 is an exemplary diagram showing a waveform of an output line voltage and an output current in a zero current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention,
17 is an exemplary diagram illustrating a switching sequence for implementing zero current switching of a three-phase / single-phase direct current power converter according to an embodiment of the present invention;
18 is an exemplary view showing a waveform of an output current and an output line voltage according to a simulation performed in a three-phase / single-phase direct current converter according to an embodiment of the present invention;
FIG. 19 is a diagram illustrating waveforms of a DC link current and a switching signal according to a simulation performed in a three-phase / single-phase direct current converter according to an embodiment of the present invention;
20 is an exemplary diagram showing a ZCS operation waveform according to a simulation in a three-phase / single-phase direct current converter according to an embodiment of the present invention,
FIG. 21 is a diagram illustrating a result of a conventional controller method and a partial zero-current switching switching frequency comparison result for one cycle in a three-phase direct power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
22 is a diagram illustrating a result of a comparison between a conventional controller method and a zero-current switching switching frequency for one cycle in a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention.
23 is a flowchart of a switch control method of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 전력 변환 장치는 직류 링크 회로 없이 3상 교류 입력을 변환하는 AC/AC 전력 변환 장치이다.　 이 같은 전력 변환 장치는 실시예에 따라, 3상 직접형 전력 변환 장치이거나 또는 3상/단상 직접형 전력 변환 장치가 될 수 있다.As shown in Fig. 1, the power conversion apparatus is an AC / AC power conversion apparatus that converts a three-phase AC input without a DC link circuit. Such a power conversion device may be a three-phase direct power conversion device or a three-phase / single-phase direct power conversion device, according to an embodiment.

3상 직접형 전력 변환 장치는 직류 링크 회로 없이 3상 교류 입력을 3상 교류 출력으로 직접 변환하여 출력하는 장치가 될 수 있다.　 그리고, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 직류 링크 회로 없이 3상 교류 입력을 단상 교류 출력으로 직접 변환하여 출력하는 장치가 될 수 있다.A three-phase direct power converter can be a device that directly converts a three-phase AC input to a three-phase AC output without a DC link circuit. The three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus can be a device that directly converts a three-phase alternating current input into a single-phase alternating current output without a direct current link circuit.

이하에서는, 3상 직접형 전력 변환 장치로 이루어지진 전력 변환 장치 및 3상/단상 직접형 전력 변환 장치로 이루어진 전력 변환 장치에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a power conversion device composed of a three-phase direct power converter and a three-phase / single-phase direct power converter will be described in detail.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 제1 회로도이며, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프 보호 회로가 부착된 3상 직접형 전력 변환 장치의 제2 회로도이다.FIG. 2 (a) is a first circuit diagram of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) Type power converter.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 3상 직접형 전력 변환 장치는 직류 링크 회로 없이 3상 교류 입력을 3상 교류 출력으로 직접 변환하는 AC/AC 전력 변환 장치이다.　 이 같은 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부(110), 출력측 인버터부(120), 섹터 판별부(130), 시퀀스 결정부(140) 및 제어 신호 생성부(150)를 포함한다.As shown in FIG. 2 (a), the three-phase direct power converter is an AC / AC power converter that directly converts a three-phase AC input to a three-phase AC output without a DC link circuit. The three-phase direct current power conversion apparatus includes an input side converter unit 110, an output side inverter unit 120, a sector determination unit 130, a sequence determination unit 140, and a control signal generation unit 150.

입력측 컨버터부(110)는 4상한 운전을 위한 6개의 양방향 스위칭 소자를 포함하며, 출력측 인버터부(120)는 일반적인 전압형 인버터의 구조로 이루어진다.　 여기서, 출력측 인버터부(120)는 가령 2개의 스위칭 소자가 서로 직렬 연결되어 하나의 폴(pole)을 형성하며, 3개의 폴이 서로 병렬 연결되어 구성될 수 있다.　 이때, 3상의 교류 전압을 출력하기 위하여, 하나의 폴과 이웃하는 폴의 스위치 소자들은 상보적으로 동작하는 것이 바람직하다.The input-side converter unit 110 includes six bidirectional switching elements for four-quadrant operation, and the output-side inverter unit 120 includes a general voltage-type inverter. Here, the output-side inverter unit 120 may be constituted by, for example, two switching elements connected in series to form one pole, and three poles connected in parallel to each other. At this time, in order to output the AC voltage of three phases, it is preferable that the switching elements of one pole and the adjacent pole operate complementarily.

여기서, 상보적이란 하나의 폴에서 상단 스위칭 소자와 인접하는 폴의 하단 스위칭 소자를 동시에 턴 온 및 턴 오프시키되, 각각의 폴에서의 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자는 교차하여 턴 온 및 턴 오프시키는 것을 의미한다.Here, the complementary means that the upper switching element and the lower switching element of the adjacent pole are simultaneously turned on and off in one pole, and the upper switching element and the lower switching element in each pole are turned on and off .

한편, 입력측 컨버터부(110) 및 출력측 인버터부(120) 사이에 전류 방향 검출 회로가 형성된다.　 여기서, 전류 방향 검출 회로는 회생구간에서 스위칭 절환이 달라지는 회생구간을 파악하기 위한 회로로써, 이 같은 전류 방향 검출 회로는 가상의 직류 링크 회로에 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, a current direction detection circuit is formed between the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120. Here, the current direction detection circuit is a circuit for grasping the regeneration period in which the switching is changed in the regeneration period, and the current direction detection circuit is preferably provided in the virtual DC link circuit.

한편, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치는 소자 안정화 회로부(170)를 더 포함할 수 있다.　 이 같은 소자 안정화 회로부(170)는 입력 라인의 서지(Surge), 스위칭 절환에 따른 과전압 발생, 그리고 부하 셧다운에 의한 서지(Surge)로부터 전력 변환 장치의 스위칭 소자를 보호해 주는 역할을 수행한다.Meanwhile, as shown in FIG. 2 (b), the three-phase direct power converter according to the present invention may further include the device stabilization circuit unit 170. The device stabilization circuit unit 170 protects the switching device of the power conversion device from the surge of the input line, the overvoltage due to the switching switching, and the surge due to the load shutdown.

한편, 양방향 스위칭 소자는 다음과 같은 타입으로 구현될 수 있다.On the other hand, the bi-directional switching device can be implemented as the following type.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프 보호 회로가 부착된 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram of a three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus with a clamp protection circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 직류 링크 회로 없이 3상 교류 입력을 단상 교류 출력으로 직접 변환하는 AC/AC 전력 변환 장치이다.　 이 같은 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 상술한 3상 직접형 전력 변환 장치와 마찬가지로 입력측 컨버터부(110), 출력측 인버터부(120), 섹터 판별부(130), 시퀀스 결정부(140) 제어 신호 생성부(150) 및 소자 안정화 회로부(170)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus is an AC / AC power conversion apparatus that directly converts a three-phase AC input into a single-phase AC output without a DC link circuit. The three-phase / single-phase direct-current type power conversion apparatus includes an input-side converter unit 110, an output-side inverter unit 120, a sector determination unit 130, a sequence determination unit 140, A control signal generator 150 and a device stabilization circuit 170. [

입력측 컨버터부(110)는 4상한 운전을 위한 6개의 양방향 스위칭 소자를 포함하며, 출력측 인버터부(120)는 일반적인 단상 전압형 인버터의 구조로 이루어진다.　 즉, 출력측 인버터부(120)는 6개의 양방향 스위칭 소자를 포함하는 입력측 컨버터부(110)와 단상 계통 연결을 위한 4개의 단방향 스위칭 소자를 포함할 수 있다.The input-side converter unit 110 includes six bidirectional switching elements for four-quadrant operation, and the output-side inverter unit 120 includes a general single-phase voltage-type inverter. That is, the output side inverter unit 120 may include an input side converter unit 110 including six bidirectional switching devices and four unidirectional switching devices for single-phase system connection.

한편, 입력측 컨버터부(110) 및 출력측 인버터부(120) 사이에 전류 방향 검출 회로가 형성된다.　 여기서, 전류 방향 검출 회로는 회생구간에서 스위칭 절환이 달라지는 회생구간을 파악하기 위한 회로로써, 이 같은 전류 방향 검출 회로는 가상의 직류 링크 회로에 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, a current direction detection circuit is formed between the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120. Here, the current direction detection circuit is a circuit for grasping the regeneration period in which the switching is changed in the regeneration period, and the current direction detection circuit is preferably provided in the virtual DC link circuit.

소자 안정화 회로부(170)는 입력 라인의 서지(Surge), 스위칭 절환에 따른 과전압 발생, 그리고 부하 셧다운에 의한 서지(Surge)로부터 전력 변환 장치의 스위칭 소자를 보호해 주는 역할을 수행한다.The device stabilization circuit unit 170 protects the switching devices of the power conversion device from surges of an input line, overvoltage due to switching switching, and surge due to load shutdown.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력측 컨버터부의 양방향 스위칭 소자의 예시도이다.4 is an exemplary diagram illustrating a bidirectional switching device of an input side converter unit according to an embodiment of the present invention.

일반적으로, 양방향 스위칭 소자는 기존의 스위칭 소자(파워 MOSFET, IGBT 등)를 이용하여 구현할 수 있다.In general, a bi-directional switching device can be implemented using existing switching devices (power MOSFET, IGBT, etc.).

도 4의 (a)는 제1 타입의 양방향 스위칭 소자로써, 4개의 다이오드와 1개의 IGBT로 구성되고, 양방향 전류가 하나의 스위치로 도통하므로 다른 타입의 양방향 스위칭 소자에 비해 각 양방향 스위치에 하나의 게이트 드라이버만 요구되는 장점이 있다.　 반면, 제1 타입의 양방향 스위칭 소자의 각 도통경로에는 세 개의 스위치가 있기 때문에 다른 타입의 양방향 스위칭 소자에 비해 스위칭 손실이 가장 크며, 스위치에 흐르는 전류의 방향을 제어할 수 없는 단점이 있다.4 (a) is a first type of bidirectional switching device, which is composed of four diodes and one IGBT, and bidirectional current is conducted to one switch. As compared with other types of bidirectional switching devices, There is an advantage that only a gate driver is required. On the other hand, since there are three switches in each conduction path of the first type of bidirectional switching device, the switching loss is the largest compared with other types of bidirectional switching devices, and the direction of the current flowing in the switch can not be controlled.

도 4의 (b) 및 (c)는 제2 타입의 양방향 스위칭 소자로써, 2개의 다이오드와 2개의 IGBT를 조합하여 공통 이미터 혹은 공통 컬렉터로 구성되며, IGBT 각각은 영방향 전압에 대한 파괴를 막기 위한 다이오드가 역병렬로 연결된다.　 각 도통경로에는 2개의 스위치가 존재하므로 제1 타입의 양방향 스위칭 소자에 비해 스위칭 손실이 적다.4 (b) and 4 (c) are bidirectional switching elements of the second type, in which two diodes and two IGBTs are combined to form a common emitter or a common collector, and each of the IGBTs has a destruction Diodes for blocking are connected in anti-parallel. Since there are two switches in each conduction path, the switching loss is smaller than that of the first type of bidirectional switching elements.

한편, 도 4의 (b) 및 (c)의 양방향 스위칭 소자의 각 IGBT가 역방향 전압을 견딜 수 있을 경우, 도 3의 (d)와 같이, 2개의 IGBT로 양방향 스위칭 소자를 구성할 수 있으며, 이 경우, 나머지 타입의 양방향 스위칭 소자에 비해 스위칭 손실을 가장 최소화할 수 있다.Meanwhile, when each IGBT of the bidirectional switching device of FIGS. 4 (b) and 4 (c) can withstand a reverse voltage, a bidirectional switching device can be constituted by two IGBTs as shown in FIG. In this case, the switching loss can be minimized as compared with the other types of bidirectional switching devices.

한편, 섹터 판별부(130)는 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류 및 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 복수의 섹터를 판별한다.　 구체적으로, 입력측 컨버터부(110)는 위상 고정 루프(Phase locked loop : PLL)를 이용하여 입력측 컨버터부(110)에 입력된 3상의 전압으로부터 입력 위상을 검출하고, 출력측 인버터부(120)는 입력된 임의의 지령 전압으로부터 출력 위상을 검출한다.　 이 같이, 입력 위상 및 출력 위상이 검출되면, 섹터 판별부(130)는 입력 전류에 대한 공간벡터를 이용하여 기검출된 입력 위상으로부터 입력 전류에 대한 섹터를 판별하고, 출력 전압에 대한 공간벡터를 이용하여 기검출된 출력 위상으로부터 출력 전압에 대한 섹터를 판별한다.Meanwhile, the sector discriminator 130 discriminates a plurality of sectors of the input current of the input side converter unit 110 and the output voltage of the output side inverter unit 120. More specifically, the input side converter unit 110 detects an input phase from a voltage of three phases input to the input side converter unit 110 using a phase locked loop (PLL), and the output side inverter unit 120 detects an input phase And detects the output phase from any command voltage. When the input phase and the output phase are detected, the sector discriminator 130 discriminates a sector with respect to the input current from the input phase detected using the spatial vector of the input current, and calculates a space vector And determines the sector with respect to the output voltage from the detected output phase.

벡터 시간 산출부(160)는 합성 벡터 시간 산출을 위한 유효 벡터 시간 및 변조 지수를 산출한다.　 그리고, 합성 벡터 시간 산출부(170)는 벡터 시간 산출부(160)로부터 산출된 유효 벡터 시간 및 변조 지수에 기초하여 합성 벡터 시간을 산출한다.　 구체적으로, 합성 벡터 시간 산출을 위한 유효 벡터 시간 및 변조 지수 중 적어도 하나를 산출하는 벡터 시간 산출부(160)는 입력 벡터 시간 산출부(161), 출력 벡터 시간 산출부(163) 및 변조 지수 산출부(165)를 포함할 수 있다.The vector time calculator 160 calculates the effective vector time and the modulation index for the synthesis vector time calculation. The synthesized vector time calculator 170 calculates the synthesized vector time based on the effective vector time and the modulation index calculated by the vector time calculator 160. [ Specifically, the vector time calculating unit 160 for calculating at least one of the effective vector time and the modulation index for calculating the synthetic vector time includes an input vector time calculating unit 161, an output vector time calculating unit 163, (Not shown).

입력 벡터 시간 산출부(161)는 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류에 대한 섹터 및 입력 전류의 위상을 이용하여 입력 유효 벡터 시간을 산출한다.　 그리고, 출력 벡터 시간 산출부(163)는 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 섹터 및 출력 전압의 위상을 이용하여 출력 유효 벡터 시간을 산출한다.　 그리고, 변조 지수 산출부(165)는 입력 벡터 시간 산출부(161)로부터 산출된 입력 유효 벡터 시간과 출력 벡터 시간 산출부(163)로부터 산출된 출력 유효 벡터 시간과 함께 합성 벡터 시간을 산출하기 위한 변조 지수를 산출한다.The input vector time calculator 161 calculates the input effective vector time using the phase of the input current to the input current of the input side converter unit 110 and the phase of the input current. The output vector time calculator 163 calculates the output effective vector time using the phase of the sector and the output voltage with respect to the output voltage of the output inverter unit 120. [ The modulation index calculator 165 calculates the modulation vector of the input vector to calculate the composite vector time together with the input effective vector time calculated by the input vector time calculator 161 and the output valid vector time calculated by the output vector time calculator 163 The modulation index is calculated.

따라서, 합성 벡터 시간 산출부(170)는 입력 벡터 시간 산출부(161)로부터 산출된 입력 유효 벡터 시간, 출력 벡터 시간 산출부(163)로부터 산출된 출력 유효 벡터 시간 및 변조 지수 산출부(165)로부터 산출된 변조 지수(MI)를 이용하여 합성 벡터 시간을 산출할 수 있다.　 Therefore, the synthesized vector time calculating unit 170 calculates the input vector time calculated from the input vector time calculating unit 161, the output effective vector time calculated from the output vector time calculating unit 163, and the modulation index calculating unit 165, The composite vector time can be calculated using the modulation index MI calculated from the modulation index MI.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 및 3상/단상 직접형 전력 변환 장치에서 입력측 컨버터부 및 출력측 인버터부의 공간벡터를 나타내는 예시도이다.5 is a diagram illustrating space vectors of an input-side converter unit and an output-side inverter unit in a three-phase and three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 3상 직접형 전력 변환 장치에서 섹터 판별부(130)는 입력 전류에 대한 공간벡터를 이용하여 6개의 전류 섹터를 구분할 수 있다.　 또한, 섹터 판별부(130)는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 출력 전압에 대한 공간벡터를 이용하여 6개의 전압 섹터를 구분할 수 있다.　 이와 같이, 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 공간벡터 변조방식(SVPWM) 기법을 통해 제어할 경우, 입력측 컨버터부(110)와 출력측 인버터부(120)는 6개의 전류 섹터와 6개의 전압 섹터로 각각 구분될 수 있다.As shown in FIG. 5A, in the three-phase direct current power converter, the sector discriminator 130 can distinguish six current sectors using a space vector for an input current. Also, as shown in FIG. 5 (b), the sector discriminator 130 may divide six voltage sectors by using a space vector for the output voltage. When the power conversion apparatus according to the present invention is controlled through the SVPWM technique, the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120 are divided into six current sectors and six voltage sectors, respectively. Can be distinguished.

Figure 112016077368855-pat00001
Figure 112016077368855-pat00001

그리고, 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 공간벡터는 출력측 인버터부(120)가 3상으로 이루어질 경우(이하 3상 출력측 인버터부라 함) <수학식 2>과 같은 수식으로 표현될 수 있다. The space vector with respect to the output voltage of the output-side inverter unit 120 can be expressed by the following equation (2) when the output-side inverter unit 120 has three phases (hereinafter referred to as a three-phase output-side inverter unit) .

Figure 112016077368855-pat00002
Figure 112016077368855-pat00002

여기서, <수학식 2>는 3상 출력측 인버터부(120)이 공간벡터를 나타내는 수식으로써, θ1은 입력 전류에 대한 공간벡터의 위상이며, θ0은 출력 전압에 대한 공간벡터의 위상이다.In Equation (2), the three-phase output inverter unit 120 expresses a space vector, where? 1 is the phase of the space vector with respect to the input current, and? 0 is the phase of the space vector with respect to the output voltage.

한편, 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 입력 전류의 위상각과 출력 전압의 위상각을 동시에 고려한 섹터 정보가 필요하며, 이를 위해 입력측 컨버터부(110)의 전류 섹터와 3상 출력측 인버터부(120)의 전압 섹터를 합성하여 36개의 합성 섹터로 나누어 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)를 각각 제어할 수 있다.　 입력측 컨버터부(110)의 전류 섹터와 3상 출력측 인버터부(120)의 전압 섹터에 따른 합성 섹터 구성은 아래 <표 1>와 같다.Meanwhile, the power conversion apparatus according to the present invention needs sector information simultaneously considering the phase angle of the input current and the phase angle of the output voltage. For this purpose, the current sector of the input side converter unit 110 and the current sector of the three-phase output side inverter unit 120 The voltage sector is synthesized and divided into 36 synthesis sectors to control the input side converter unit 110 and the 3-phase output side inverter unit 120, respectively. The composite sector configuration according to the current sector of the input side converter unit 110 and the voltage sector of the three-phase output side inverter unit 120 is shown in Table 1 below.

컨버터부 입력전류 섹터Converter section input current sector 인버터부 출력전류 섹터Inverter output current sector 합성섹터Synthetic sector 1 ~ 61 to 6 1One 1 ~ 61 to 6 1 ~ 61 to 6 22 7 ~ 127-12 1 ~ 61 to 6 33 13 ~ 1813-18 1 ~ 61 to 6 44 19 ~ 2419-24 1 ~ 61 to 6 55 25 ~ 3025 to 30 1 ~ 61 to 6 66 31 ~ 3631-36

한편, 전술한 <수학식 1,2>로부터 입력 전류 및 출력 전압에 대한 공간벡터가 산출되면, 산출된 입력 전류 및 출력 전압에 대한 공간벡터에 기초하여 변조기법을 구현하기 위한 유효벡터 인가시간을 산출할 수 있다.　 변조기법을 구현하기 위한 유효벡터 인가시간은 아래 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다.　 즉, 입력 벡터 시간 산출부(161)와 출력 벡터 시간 산출부(163)는 <수학식 3>을 통해 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류에 대한 입력 유효 벡터 시간 및 3상 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 출력 유효 벡터 시간을 산출할 수 있다.Meanwhile, when the spatial vectors of the input current and the output voltage are calculated from Equations (1) and (2), the effective vector application time for implementing the modulation scheme based on the calculated spatial vector of the input current and the output voltage Can be calculated. The effective vector application time for implementing the modulation scheme can be expressed as Equation (3) below. That is, the input vector time calculating unit 161 and the output vector time calculating unit 163 calculate the input effective vector time for the input current of the input side converter unit 110 and the input effective vector time for the 3-phase output side inverter unit 120 The output effective vector time for the output voltage of the output terminal can be calculated.

Figure 112016077368855-pat00003
Figure 112016077368855-pat00003

여기서, Ti1, Ti2는 입력 유효 벡터 시간이며, Tv1,Tv2는 출력 벡터 시간이다. Here, Ti1 and Ti2 are input effective vector times, and Tv1 and Tv2 are output vector times.

이 같이, 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류에 대한 입력 유효 벡터 시간 및 3상 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 출력 유효 벡터 시간을 산출되면, 합성 벡터 시간 산출부(170)는 아래 <수학식 4>를 통해 전력 변환 장치의 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)에 사용될 합성 벡터 시간을 산출할 수 있다.Thus, when the input effective vector time for the input current of the input side converter unit 110 and the output effective vector time for the output voltage of the 3-phase output side inverter unit 120 are calculated, the synthetic vector time calculator 170 calculates The synthesis vector time to be used for the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 of the power conversion apparatus can be calculated through Equation (4).

Figure 112016077368855-pat00004
Figure 112016077368855-pat00004

여기서, Ts는 제어주기, T1 ~ T4는 합성 벡터 시간, T0는 합성 영벡터 인가시간, MI는 변조 지수, k는 출력섹터, i는 입력섹터이다.Here, Ts denotes a control cycle, T1 to T4 denotes a synthetic vector time, T0 denotes a synthetic zero vector application time, MI denotes a modulation index, k denotes an output sector, and i denotes an input sector.

한편, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치에서 출력측 인버터부(120)가 단상으로 이루어질 경우(이하 단상 출력측 인버터부라 함), 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 섹터 판별부(130)는 입력 전류에 대한 공간 벡터를 이용하여 6개의 전류 섹터를 구분할 수 있다. 또한, 섹터 판별부(130)는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 출력 전압에 대한 가상의 공간벡터를 만들고, 가상의 공간 벡터를 이용하여 2개의 섹터를 구분할 수 있다.　 여기서, 가상의 공간 벡터를 통해 구분된 2개의 섹터는 지령 전압의 상태양(+)과 음(-)에 따라 180도 위상차를 갖는 것이 바람직하다.5 (c), when the output side inverter unit 120 of the three-phase / single-phase direct current type power converter is of a single phase (hereinafter referred to as a single-phase output side inverter unit) Can be divided into six current sectors using a space vector for the input current. In addition, as shown in FIG. 5 (d), the sector discriminator 130 can create a virtual space vector for the output voltage and distinguish the two sectors using the virtual space vector. Here, it is preferable that the two sectors divided through the virtual space vector have a phase difference of 180 degrees according to the state quantity (+) and the negative state (-) of the command voltage.

따라서, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류에 대한 공간벡터는 3상 직접형 전력 변환 장치의 입력측 컨버터부(110)와 동일한 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있으며, 단상 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 공간벡터는 아래 <수학식 5>와 같이 표현될 수 있다.Therefore, the space vector for the input current of the input side converter unit 110 of the three-phase / single-phase direct current type power converter is expressed by Equation (1), which is the same as the input side converter unit 110 of the three- And the space vector with respect to the output voltage of the single-phase output-side inverter unit 120 can be expressed as Equation (5) below.

Figure 112016077368855-pat00005
Figure 112016077368855-pat00005

한편, 전술한 <수학식 1,5>로부터 입력 전류 및 출력 전압에 대한 공간벡터가 산출되면, 산출된 입력 전류 및 출력 전압에 대한 공간벡터에 기초하여 변조기법을 구현하기 위한 유효벡터 인가시간을 산출할 수 있다.　 변조기법을 구현하기 위한 유효벡터 인가시간은 아래 <수학식 6>과 같이 표현될 수 있다.　 즉, 입력 벡터 시간 산출부(161)와 출력 벡터 시간 산출부(163)는 아래 <수학식 6>을 통해 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류에 대한 입력 유효 벡터 시간 및 단상 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 출력 유효 벡터 시간을 산출할 수 있다.On the other hand, when the spatial vectors of the input current and the output voltage are calculated from Equations (1) and (5), the effective vector application time for implementing the modulation technique based on the calculated spatial vector of the input current and the output voltage Can be calculated. The effective vector application time for implementing the modulation scheme can be expressed as Equation (6) below. That is, the input vector time calculating unit 161 and the output vector time calculating unit 163 calculate the input effective vector time for the input current of the input side converter unit 110 and the input effective vector time for the single-phase output side inverter unit 120 The output effective vector time for the output voltage of the output terminal can be calculated.

Figure 112016077368855-pat00006
Figure 112016077368855-pat00006

이 같이, 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류에 대한 입력 유효 벡터 시간 및 3상 출력측 인버터부(120)의 출력 전압에 대한 출력 유효 벡터 시간을 산출되면, 합성 벡터 시간 산출부(170)는 아래 <수학식 7>을 통해 전력 변환 장치의 입력측 컨버터부(110) 및 단상 출력측 인버터부(120)에 사용될 합성 벡터 시간을 산출할 수 있다.Thus, when the input effective vector time for the input current of the input side converter unit 110 and the output effective vector time for the output voltage of the 3-phase output side inverter unit 120 are calculated, the synthetic vector time calculator 170 calculates The composite vector time to be used for the input side converter unit 110 and the single-phase output side inverter unit 120 of the power converter can be calculated through Equation (7).

Figure 112016077368855-pat00007
Figure 112016077368855-pat00007

이 같이, 입력측 컨버터부(110)와, 3상 혹은 단상 출력측 인버터부(120)에 대한 합성 벡터 시간이 산출되면, 제어 신호 생성부(150)는 합성 벡터 시간 산출부(170)로부터 산출된 합성 벡터 시간 및 및 영벡터 인가시간 동안 시퀀스 결정부(140)에 의해 결정된 입력측 컨버터부(110)와 3상 혹은 단상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스에 따라 동작을 수행하기 위한 제어 신호를 생성한다.When the synthesized vector time is calculated for the input side converter unit 110 and the three-phase or single-phase output side inverter unit 120, the control signal generator 150 generates the synthesized vector time from the synthesized vector time calculator 170 Generates a control signal for performing an operation according to the switching sequence of the input side converter unit 110 and the three-phase or single-phase output side inverter unit 120 determined by the sequence determination unit 140 during the vector time and the zero vector application time .

먼저, 3상 직접형 전력 변환 장치의 경우, 시퀀스 결정부(140)는 섹터 판별부(130)에 의해 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 결정한다.　 시퀀스 결정부(140)에 의해 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120) 각각에 대한 스위칭 시퀀스가 결정되면, 제어 신호 생성부(150)는 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스와, 기산출된 합성 벡터 시간에 따라 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 동작을 수행하기 위한 제어 신호를 생성한다.　 이에 따라, 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)는 제어 신호 생성부(150)를 통해 생성된 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.First, in the case of a three-phase direct power converter, the sequence determining unit 140 determines the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 for each of the plurality of sectors determined by the sector determination unit 130, Lt; / RTI &gt; When the sequence determining unit 140 determines the switching sequence for each of the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120, the control signal generation unit 150 generates the control signal based on the input side converter unit 110 and the three- Generates a control signal for performing the switching operation of the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 according to the switching sequence of the inverter unit 120 and the pre-calculated synthetic vector time. Accordingly, the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 can perform the switching operation according to the control signal generated through the control signal generation unit 150. [

한편, 전술한 시퀀스 결정부(140)는 다음과 같은 실시예를 통해 입력측 컨버터부(110) 및 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.The sequence determiner 140 may determine the switching sequence of the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120 through the following embodiments.

먼저, 3상 직접형 전력 변환 장치에서 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 컨버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 결정하는 동작에 대해서 설명하도록 한다.First, the operation of determining the switching sequence of the input side converter unit 110 and the three-phase output side converter unit 120 in the three-phase direct current power converter will be described.

일 실시예에 따라, 시퀀스 결정부(140)는 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 5단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.　 이 경우, 시퀀스 결정부(140)는 입력측 컨버터부(110)의 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부(120)의 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 전력 변환 장치가 6단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.According to one embodiment, the sequence determination unit 140 determines the switching sequence of the input side converter unit 110 as a two-stage switching sequence without a zero vector, and the switching sequence of the three-phase output side inverter unit 120 as a zero vector and It can be determined as a 5-step switching sequence including an effective vector. In this case, the sequence determination unit 140 determines that the power conversion apparatus has a six-stage switching sequence by combining the two-stage switching sequence of the input side converter unit 110 and the five-stage switching sequence of the three-phase output side inverter unit 120 The switching sequence of the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 can be determined.

여기서, 6단계의 스위칭 시퀀스는, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제1 영벡터, 제2 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가질 수 있으며, 복수의 섹터별로 동일한 패턴으로 이루어질 수 있다.Here, the switching sequence in the six stages may have a switching sequence of a first valid vector, a second valid vector, a first zero vector, a second zero vector, a third valid vector, and a fourth valid vector sequence, Can be made in the same pattern.

또다른 실시예에 따라, 시퀀스 결정부(140)는 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 7단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.　 이 경우, 시퀀스 결정부(140)는 입력측 컨버터부(110)의 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부(120)의 7단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 전력 변환 장치가 8단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.According to another embodiment, the sequence determination unit 140 determines the switching sequence of the input side converter unit 110 as a two-stage switching sequence without a zero vector, and the switching sequence of the three-phase output side inverter unit 120 as a zero- And a seven-step switching sequence including an effective vector. In this case, the sequence determining unit 140 may be configured such that the power conversion apparatus has an eight-step switching sequence by a combination of the two-stage switching sequence of the input side converter unit 110 and the seven-stage switching sequence of the three-phase output side inverter unit 120 The switching sequence of the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 can be determined.

이때, 시퀀스 결정부(140)는 1부터 36까지의 식별 정보가 부여된 복수의 섹터 의 식별 정보에 기초하여 8단계의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.　 구체적으로, 시퀀스 결정부(140)는 섹터 판별부(130)에 의해 판별된 복수의 섹터가 홀수이면, 제1 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 8단계 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다. 한편, 시퀀스 결정부(140)는 섹터 판별부(130)에 의해 판별된 복수의 섹터가 짝수이면, 제2 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제1 유효벡터, 제2 영백터, 제3 영벡터, 제4 유효벡터, 제3 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 8단계 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.At this time, the sequence determining unit 140 can determine the switching sequence of eight steps based on the identification information of the plurality of sectors to which the identification information from 1 to 36 is assigned. Specifically, when a plurality of sectors determined by the sector determination unit 130 are odd, the sequence determination unit 140 determines the first zero vector, the first effective vector, the second effective vector, and the second The eight-stage switching sequence of the zero vector, the third zero vector, the third effective vector, the fourth effective vector, and the fourth zero vector sequence. On the other hand, if the plurality of sectors determined by the sector determination unit 130 are even, the sequence determination unit 140 determines the first zero vector, the second effective vector, the first effective vector, Vector, a third zero vector, a fourth valid vector, a third valid vector, and a fourth zero vector sequence.

도 6은 종래의 전력 변환 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 예시도이다.6 is an exemplary diagram showing a switching sequence of a conventional power conversion apparatus.

일반적으로, 중간에 전력 버퍼 회로가 없이 입출력이 직접 연결된 전력 변환 장치는 입력과 출력의 벡터 인가시간을 합성하여 입출력의 제어가 동시에 이루어져야 한다.　 이를 위해, 합성된 벡터 인가시간은 4개의 유효벡터와 1개의 영벡터로 구성된다.　 따라서, 종래의 전력 변환 장치는 11분할의 스위칭 시퀀스의 제어기법 또는 9분할의 스위칭 시퀀스의 제어기법이 이용된다.In general, a power conversion device in which input and output are directly connected without a power buffer circuit in the middle must control the input and output by synthesizing the input time of the input and the output. To this end, the synthesized vector application time consists of four effective vectors and one zero vector. Therefore, in the conventional power conversion apparatus, a control scheme of a divide-by-11 switching sequence or a control scheme of a divide-by-9 switching sequence is used.

도 6의 (a)는 종래의 11분할 스위칭 시퀀스의 제어기법을 나타낸 것으로써, 제1 구간, 제6 구간 및 제11 구간에 영벡터가 이루어지며, 제2 내지 제5 구간 및 제7 내지 제10 구간에 유효 벡터가 이루어지는 형태의 시퀀스이다.　 따라서, 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)는 11분할 스위칭 시퀀스에 따라 11번의 스위칭 절환을 수행한다.　 도 6의 (b)는 종래의 9분할 스위칭 시퀀스의 제어기법을 나타낸 것으로써, 제1 내지 제4 구간 및 제6 내지 제9 구간에 유효 벡터가 이루어지며, 제5 구간에 영백터가 이루어지는 형태의 시퀀스이다.　 따라서, 입력측 컨버터부(110) 및 3상 출력측 인버터부(120)는 9분할 스위칭 시퀀스에 따라 9번의 스위칭 절환을 수행함으로써, 11분할 스위칭 시퀀스 제어기법에 비해 스위칭 절환 횟수가 감소되는 것을 알 수 있다.6A shows a control scheme of a conventional 11-division switching sequence. In FIG. 6A, a zero vector is formed in a first period, a sixth period and an eleventh period, and the second to fifth intervals and the seventh to 10 &lt; / RTI &gt; interval. Therefore, the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 perform the switching switching 11 times according to the 11-division switching sequence. FIG. 6B shows a control scheme of a conventional 9-division switching sequence. In FIG. 6B, the effective vectors are formed in the first to fourth and sixth to ninth intervals, &Lt; / RTI &gt; Accordingly, the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit 120 perform the switching switching 9 times according to the 9-division switching sequence, so that the number of switching times is reduced as compared with the 11-division switching sequence control technique .

그러나, 종래의 이 같은 스위칭 시퀀스 제어기법은 본 발명에 비해 스위칭 횟수가 많아 전력 손실이 발생하는 문제가 있다.However, the conventional switching sequence control technique has a problem of power loss due to a large number of switching times as compared with the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 컨버터부의 부분 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 시퀀스를 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary diagram illustrating a switching sequence for implementing partial zero current switching of a converter section of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 스위칭 시퀀스는 입력측 컨버터부(110)의 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부(120)의 영벡터 및 유효벡터에 대한 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 생성된 6단계 스위칭 시퀀스이다.　 이 같은 6단계 스위칭 시퀀스는 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제1 영벡터, 제2 영벡터, 제3 유효벡터 및 제4 유효벡터 순서의 시퀀스를 가진다.The switching sequence shown in FIG. 7 includes a 2-stage switching sequence without a zero vector of the input side converter unit 110 and a 6-stage switching sequence with a zero vector and a 5-step switching sequence for a valid vector of the 3-phase output side inverter unit 120 Step switching sequence. Such a six stage switching sequence has a sequence of a first valid vector, a second valid vector, a first zero vector, a second zero vector, a third valid vector, and a fourth valid vector sequence.

이 경우, 제1 섹터에 대한 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 패턴과 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴은 아래 <표 2 및 표 3>와 같으며, 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 패턴과 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴의 조합에 따른 6단계 스위칭 시퀀스는 아래 <표 4>와 같다.In this case, the switching pattern of the input side converter unit 110 and the switching pattern of the three-phase output side inverter unit 120 with respect to the first sector are as shown in Tables 2 and 3 below, and the switching of the input side converter unit 110 Phase switching sequence according to the combination of the pattern and the switching pattern of the three-phase output inverter unit 120 is shown in Table 4 below.

Ti1Ti1 Ti2Ti2 phase aphase a 1One 1One phase bphase b oo -1-One phase c위상 c -1-One 00

Tv1/2Tv1 / 2 Tv2/2Tv2 / 2 Tv0Tv0 Tv2/2Tv2 / 2 Tv1/2Tv1 / 2 phase aphase a 1One 1One 1One 1One 1One phase bphase b 00 1One 1One 1One 00 phase c위상 c 00 00 1One 00 00

T1T1 T2T2 T0/2T0 / 2 T0/2T0 / 2 T2T2 T1T1 input ainput a 1One 1One 1One 1One 1One 1One input binput b 00 00 00 -1-One -1-One -1-One input cinput c -1-One -1-One -1-One 00 00 00 output aoutput a 1One 1One 1One 1One 1One 1One output boutput b 00 1One 1One 1One 1One 00 output coutput c 00 00 1One 1One 00 00

위 <표 4>의 제1 및 제2 영벡터(T0/2) 구간에서 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 절환이 일어날 경우, 부분 영전류 스위칭(Partial Zero Current Switching : PZCS) 동작을 수행하여 스위칭 절환시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있으며, 나아가, 종래에 비해 스위칭 절환 횟수가 줄어들어 그에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있다.When the switching of the input side converter unit 110 occurs in the first and second zero vector (T0 / 2) sections of Table 4, the partial Zero Current Switching (PZCS) The power loss occurring at the time of switching can be minimized, and further, the number of switching times can be reduced compared to the prior art, so that the power loss can be minimized.

뿐만 아니라, <표 4>의 제1 또는 제4 유효백터(T1) 구간과 연속되는 이전 섹터 혹은 다음 섹터의 벡터 구간에서 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 절환이 일어날 경우, 부분 영전류 스위칭(Partial Zero Current Switching : PZCS) 동작을 수행함으로써, 전체 섹터별 스위칭 절환시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있으며, 나아가, 종래에 비해 전체 섹터별 스위칭 절환 횟수가 줄어들어 그에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있다.In addition, when the switching of the input side converter unit 110 occurs in the first or fourth valid vector T1 period of Table 4 or the vector period of the previous or succeeding sector, Zero Current Switching (PZCS) operation can be performed to minimize the power loss occurring when switching is performed by each sector. Further, the number of switching times of each sector can be reduced compared with the conventional technique, thereby minimizing the power loss.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 전력 변환 장치의 컨버터부의 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 스퀀스를 나타내는 예시도이다.FIG. 8 is an exemplary diagram illustrating a switching sequence for implementing zero current switching of a converter section of a three-phase power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

전술한 바와 같이, 시퀀스 결정부(140)는 섹터 판별부(130)에 의해 판별된 복수의 섹터의 개수에 기초하여 입력측 컨버터부(110)의 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부(120)의 영벡터 및 유효벡터에 대한 7단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 8단계의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.　 As described above, the sequence determining unit 140 determines whether or not the two-stage switching sequence without the zero vector of the input side converter unit 110 and the two-stage switching sequence without the zero vector of the input side converter unit 110 based on the number of sectors determined by the sector determination unit 130 The switching sequence of eight stages can be determined by a combination of the seven-stage switching sequence for the zero vector and the effective vector of the unit 120. [

구체적으로, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 섹터가 홀수인 경우, 스위칭 패턴<표 2>과 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴<표 3>의 조합에 따른 8단계 스위칭 시퀀스는 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제3 유효벡터. 제4 유효벡터 및 제4 영백터 순서의 시퀀스를 가진다.Specifically, as shown in FIG. 8A, when a plurality of sectors are odd, the switching pattern of Table 3 and the switching pattern of Table 3 of the 3-phase output inverter section 120 The step-switching sequence includes a first zero vector, a first valid vector, a second valid vector, a second zero vector, a third zero vector, and a third valid vector. A fourth valid vector and a fourth zero vector sequence.

복수의 섹터가 홀수인 경우, 제1 섹터에 있어서의 8단계 스위칭 시퀀스는 아래 <표 5>와 같다.If the plurality of sectors is an odd number, the eight-stage switching sequence in the first sector is as shown in Table 5 below.

T0/4T0 / 4 T2T2 T1T1 T0/4T0 / 4 T0/4T0 / 4 T4T4 T3T3 T0/4T0 / 4 input ainput a 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One input binput b 00 00 00 00 -1-One -1-One -1-One -1-One input cinput c -1-One -1-One -1-One -1-One 00 00 00 00 output aoutput a 00 1One 1One 1One 1One 1One 1One 00 output boutput b 00 00 1One 1One 1One 00 00 00 output coutput c 00 00 00 1One 1One 00 00 00

한편, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 섹터가 짝수인 경우, 스위칭 패턴<표 2>과 3상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴<표 3>의 조합에 따른 8단계 스위칭 시퀀스는 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제4 유효벡터. 제3 유효벡터 및 제4 영백터 순서의 시퀀스를 가진다.8 (b), when a plurality of sectors are even-numbered, the switching pattern of Table 3 and the switching pattern of Table 3 of the three-phase output inverter unit 120 are combined, The switching sequence includes a first zero vector, a second valid vector, a first valid vector, a second zero vector, a third zero vector, and a fourth valid vector. A third valid vector, and a fourth zero vector sequence.

복수의 섹터가 짝수인 경우인 경우, 섹터 7에 있어서의 8단계 스위칭 시퀀스는 아래 <표 6>과 같다.In the case where the plurality of sectors is an even number, the eight-stage switching sequence in the sector 7 is shown in Table 6 below.

T0/4T0 / 4 T2T2 T1T1 T0/4T0 / 4 T0/4T0 / 4 T4T4 T3T3 T0/4T0 / 4 input ainput a 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One input binput b 00 00 00 00 -1-One -1-One -1-One -1-One input cinput c -1-One -1-One -1-One -1-One 00 00 00 00 output aoutput a 00 00 1One 1One 1One 1One 00 00 output boutput b 00 1One 1One 1One 00 00 00 00 output coutput c 00 00 00 1One 1One 00 00 00

위 <표 5 및 표 6>의 제2 및 제3 영벡터(T0/4) 구간에서 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 절환이 일어날 경우, 영전류 스위칭(Zero Current Switching : ZCS) 동작을 수행하여 스위칭 절환시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있다.한편, 본 발명에 따른 부분 영전류 스위칭(PZCS) 기법을 이용하여 전력 변환 장치를 구동할 경우, 입력측 컨버터부(110)와 3상 출력측 인버터부(120)의 하드 스위칭 절환 및 부분 영전류 스위칭 기반으로 동작할 수 있으며, 이 같은 부분 영전류 스위칭 기법(PZCS)에 따른 스위칭 절환 횟수는 아래 <수학식 8>로부터 도출될 수 있다. When the switching of the input side converter unit 110 occurs in the second and third zero vector (T0 / 4) sections of Table 5 and Table 6, Zero Current Switching (ZCS) operation is performed When the power conversion apparatus is driven using the partial zero current switching (PZCS) technique according to the present invention, the input side converter unit 110 and the three-phase output side inverter unit And the partial switching current switching mode. The number of switching cycles according to the partial zero current switching technique (PZCS) can be derived from Equation (8) below.

Figure 112016077368855-pat00008
Figure 112016077368855-pat00008

여기서, Nin은 입력측 스위칭 절환 횟수, ,Nout은 출력측 스위칭 절환 횟수, Nprd는 제어 주기 시간당 스위칭 절환 횟수, Nfout는 출력 주파수 시간당 스위칭 절환 횟수, Nins는 입력 섹터 전환 횟수, Nout은 출력 섹터 전환 횟수, Nsc는 섹터 전환시 스위칭 절환 횟수(출력 주기 시간), NZCS는 영전류 스위칭 횟수(출력 주기 시간), Tprd는 제어 주기 시간, Nesl은 영전류 스위칭을 제외한 전력 변환 장치의 스위칭 전환 횟수(출력 주기 시간)가 될 수 있다.Where Nin is the number of switching cycles on the input side, Nout is the number of switching cycles on the output side, Nprd is the number of switching cycles per control cycle time, Nfout is the number of switching cycles per output frequency, Nins is the number of switching cycles of the input sector, (Output cycle time), Tprd is the control cycle time, Nesl is the switching frequency (output cycle time) of the power converter except for the zero current switching, .

아래 <표 7>은 기존 제어 기법 및 본 발명에 따른 부분 영전류 스위칭 기법에 따른 스위칭 절환 횟수에 대한 비교 관계를 나타낸 것이다.Table 7 below shows the comparison relation between the switching control method according to the conventional control technique and the partial zero current switching technique according to the present invention.

항목Item 스위칭 절환 횟수
Switching frequency
제어주기(1㎲)Control period (1 s) 출력 주파수(50Hz)Output frequency (50Hz) 기존 제어기법Existing control technique 전체 스위칭 절환 횟수Total number of switching cycles 2828 56245624 제안 제어기법Proposed control technique 전체 스위칭 절환 횟수Total number of switching cycles 2020 32483248 소프트 스위칭 횟수를 제외한 전체 스위칭 절환 횟수Total number of switching cycles except soft switching frequency 1212 24242424

아래 <표 8>은 입력 상용 주파수와 출력 주파수에 따른 기존 제어 기법 및 본 발명에 따른 부분 영전류 스위칭 기법에서의 스위칭 횟수의 관계를 나타내 것이다.Table 8 below shows the relationship between the number of switching times in the partial zero current switching technique according to the present invention and the existing control technique according to the input commercial frequency and the output frequency.

출력
주파수


Print
frequency


입력 상용 주파수에 따른 스위칭 절환 횟수Switching frequency according to the input commercial frequency 50Hz50Hz 60Hz60Hz case1
case1
case2
case2
case1
case1
case2
case2
case21case21 case22case22 case21case21 case22case22 10Hz10Hz 2800428004 1602816028 1202412024 2800428004 1602816028 1202412024 20Hz20Hz 1400814008 80328032 60246024 1400814008 80328032 60246024 30Hz30Hz 93459345 53695369 40244024 93459345 53695369 40244024 40Hz40Hz 70167016 40404040 30243024 70167016 40404040 30283028 50Hz50Hz 56245624 32483248 24242424 56205620 32443244 24282428 60Hz60Hz 46954695 27182718 20242024 46914691 27142714 20282028 70Hz70Hz 40324032 23412341 17381738 40284028 23372337 17421742 80Hz80Hz 35383538 20622062 15241524 35323532 20562056 15301530 90Hz90Hz 31553155 18451845 13571357 31473147 18371837 13631363 100Hz100Hz 28482848 16721672 12241224 28402840 16641664 12321232

여기서, case1은 기존 제어기법인 경우에 대한 스위칭 절환 횟수이며, case21은 제안 제어기법인 경우에 대한 전체 스위칭 절환 횟수이며, cass22는 제안 제어기법인 경우에 부분 영전류 스위칭 절환 횟수를 제외한 나머지 스위칭 절환 횟수이다.Here, Case 1 is the number of switching cycles for the conventional controller method, Case 21 is the total switching switching frequency for the case of the proposed controller method, and cass 22 is the switching switching frequency except for the partial zero current switching switching times in the case of the proposed controller method.

그리고, 영전류 스위칭 기법을 이용하여 전력 변환 장치를 구동할 경우, 입력측 컨버터부(110)의 모든 스위칭 절환은 영전류 스위칭 기반으로 동작할 수 있으며, 이 같은 부분 영전류 스위칭 기법(PZCS) 및 영전류 스위칭 기법(ZCS)에 따른 스위칭 절환 횟수는 아래 <수학식 9>으로부터 도출될 수 있다.When the power converter is driven using the zero current switching technique, all the switching operations of the input side converter unit 110 can be operated based on the zero current switching, and the partial zero current switching (PZCS) The number of switching cycles according to the current switching scheme (ZCS) can be derived from Equation (9) below.

Figure 112016077368855-pat00009
Figure 112016077368855-pat00009

여기서, Nin은 입력측 스위칭 절환 횟수, ,Nout은 출력측 스위칭 절환 횟수, Nprd는 제어 주기 시간당 스위칭 절환 횟수, Nfout는 출력 주파수 시간당 스위칭 절환 횟수, Nins는 입력 섹터 전환 횟수, Nouts은 출력 섹터 전환 횟수, Nsc는 섹터 전환시 스위칭 절환 횟수(출력 주기 시간), NZCS는 영전류 스위칭 횟수(출력 주기 시간), Tprd는 제어 주기 시간, Nesl은 영전류 스위칭을 제외한 전력 변환 장치의 스위칭 전환 횟수(출력 주기 시간)가 될 수 있다.아래 <표 9>는 기존 제어 기법 및 본 발명에 따른 영전류 스위칭 기법에 따른 스위칭 절환 횟수에 대한 비교 관계를 나타낸 것이다.Nout is the number of switching cycles per unit time of the output frequency, Nins is the number of switching cycles of the input sector, Nouts is the number of switching cycles of the output sector, Nsc is the switching frequency of the output sector, (Output cycle time), Tprd is the control cycle time, Nesl is the switching frequency (output cycle time) of the power converter except for the zero current switching, Table 9 below shows a comparison of the switching control times according to the conventional control technique and the zero current switching technique according to the present invention.

항목
Item
스위칭 절환 횟수Switching frequency 제어주기(1㎲)Control period (1 s) 출력 주파수(50Hz)Output frequency (50Hz) 기존 제어기법Existing control technique 전체 스위칭 절환 횟수Total number of switching cycles 2828 56245624 제안 제어기법
Proposed control technique
전체 스위칭 절환 횟수Total number of switching cycles 2020 32483248 소프트 스위칭 횟수를 제외한 전체 스위칭 절환 횟수Total number of switching cycles except soft switching frequency 1212 24002400

아래 <표 10>은 입력 상용 주파수와 출력 주파수에 따른 기존 제어 기법 및 본 발명에 따른 영전류 스위칭 기법에서의 스위칭 횟수의 관계를 나타내 것이다.Table 10 below shows the relationship between the number of switching times in the zero current switching technique according to the present invention and the existing control technique according to the input commercial frequency and the output frequency.

출력
주파수


Print
frequency


입력 상용 주파수에 따른 스위칭 절환 횟수Switching frequency according to the input commercial frequency 50Hz50Hz 60Hz60Hz case1
case1
case2
case2
case1
case1
case2
case2
case21case21 case22case22 case21case21 case22case22 10Hz10Hz 2800428004 2000420004 1200012000 2800428004 2000420004 1200012000 20Hz20Hz 1400814008 1000810008 60006000 1400814008 1000810008 60006000 30Hz30Hz 93459345 66786678 40004000 93459345 66786678 40004000 40Hz40Hz 70167016 50165016 30003000 70167016 50165016 30003000 50Hz50Hz 56245624 40244024 24002400 56205620 40204020 24002400 60Hz60Hz 46954695 33613361 20002000 46914691 33573357 20002000 70Hz70Hz 40324032 28892889 17141714 40284028 28852885 17141714 80Hz80Hz 35383538 25382538 15001500 35323532 25322532 15001500 90Hz90Hz 31553155 22662266 13331333 31473147 22582258 13331333 100Hz100Hz 28482848 20482048 12001200 28402840 20402040 12001200

여기서, case1은 기존 제어기법인 경우에 대한 스위칭 절환 횟수이며, case21은 제안 제어기법인 경우에 대한 전체 스위칭 절환 횟수이며, cass22는 제안 제어기법인 경우에 영전류 스위칭 절환 횟수를 제외한 나머지 스위칭 절환 횟수이다.Here, Case 1 is the number of switching cycles for the conventional controller method, Case 21 is the total number of switching cycles for the case of the proposed controller method, and cass 22 is the number of switching cycles except for the zero current switching frequency for the proposed controller method.

<시뮬레이션 해석 및 실험 해석><Simulation Analysis and Experimental Analysis>

본 발명에 따른 소프트 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM) 제어기법의 유효성을 검증하기 위하여 전류 변환 장치의 전체 회로 구성은 전술한 도 2와 같으며, 시뮬레이션 사양 조건은 아래 <표 11>과 같이 설정하였다.In order to verify the effectiveness of the soft switching based space vector modulation (SVPWM) control scheme according to the present invention, the overall circuit configuration of the current converter is as shown in FIG. 2, and the simulation specification conditions are as shown in Table 11 below Respectively.

item
item
valuevalue input power
input power
3 pahse AC 50V/50Hz3 chamse AC 50V / 50Hz switching device
switching device
IGBTIGBT 18ea18ea diodediode 18ea18ea load
load
resistanceresistance 5mH5mH inductanceinductance 5ohm5ohm control frequency
제어 주파수
10kHz10 kHz

<표 11>의 시뮬레이션 사용 조건을 이용하여 본 발명에 따른 소프트 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM) 제어기법으로 시뮬레이션 한 결과, 가상 직류링크회로의 전압과 입력측 컨버터부(110)의 게이트 신호의 휴지기간 전후에 따라 가상 직류링크전압과 게이트신호 사이에 2가지 패턴으로 스위칭 절환이 이루지며, 2가지 패턴으로 스위칭 절환이 이루어지는 입력측 컨버터부(110)의 3 상에 영전류 스위칭 동작이 이루지는 것을 알 수 있다.As a result of simulation using a soft switching based space vector modulation method (SVPWM) control technique using the simulation use conditions of Table 11, the voltage of the virtual DC link circuit and the gate signal of the input side converter unit 110 The switching operation is performed in two patterns between the virtual DC link voltage and the gate signal before and after the idle period and the zero current switching operation is performed on the three phases of the input side converter unit 110 in which switching is performed in two patterns Able to know.

　도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 부분 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 파형을 나타내는 예시도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 부분 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장체의 부분 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전류 및 입력측 컨버터부의 스위칭 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 부분 영전류 스위칭 모드에서 출력선간 전압 및 출력 전류의 파형을 나타내는 예시도이다.FIG. 9 is a diagram illustrating waveforms of a virtual DC link voltage, current, and gate signals in a partial zero current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention. Current and gate signals in the partial zero-current switching mode of the three-phase direct power converter according to the example. FIG. 11 is a diagram illustrating an enlarged waveform of the virtual DC link voltage, Phase direct current power switching device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a view showing an example of a virtual DC link current and an enlarged waveform of a switching gate signal of an input side converter portion in a partial zero- FIG. 4 is a diagram showing waveforms of an output line voltage and an output current in the zero current switching mode. FIG.

<표 11>의 시뮬레이션 사용 조건을 이용하여 본 발명에 따른 부분 영전류 스위칭 기반의 2단계 3상 직접형 전력 변환 장치(TSDPC)의 스위칭 제어 기법으로 시뮬레이션 한 결과, 도 9에 도시된 바와 같이, 상단에는 가상링크전압 및 전류와 하단에는 입력측 컨버터부(110)의 a상(R상)의 상단 게이트신호(q1)에 대한 출력 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.　 그리고, 도 9와 관련하여 시뮬레이션된 출력 파형으로부터 도 10과 같이, 상단에는 가상링크전압 및 전류와 하단에는 입력측 컨버터부(110)의 a상(R상)의 상단 게이트신호(q1)에 대한 확대된 출력 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, the simulation results of the switching control method of the two-stage three-phase direct power converter (TSDPC) based on the partial zero-current switching according to the present invention, It can be seen that the output waveform for the upper gate signal q1 of the a-phase (R-phase) of the input side converter unit 110 appears at the upper end of the virtual link voltage and current and at the lower end thereof. 9, the voltage of the virtual link and the current are supplied to the upper end and the lower end of the enlargement is connected to the upper end gate signal q1 of the a-phase (R-phase) of the input side converter unit 110 at the upper end as shown in Fig. It can be seen that the output waveform shown in FIG.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 도 9와 관련하여 시뮬레이션된 출력 파형으로부터 상단에는 가상링크전류 및 하단에는 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 게이트 신호에 대한 확대된 출력 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.　 또한, 부분 영전류 스위칭 기반의 2단계 직접형 전력 변환 장치(TSDPC)의 스위칭 제어 기법으로 시뮬레이션 한 결과, 도 12의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 출력선간 전압 및 출력 전류의 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.11, it can be seen from the output waveform simulated with reference to FIG. 9 that a virtual link current is present at the upper end and an enlarged output waveform for the switching gate signal of the input side converter unit 110 appears at the lower end . Also, as a result of simulation by a switching control technique of a two-stage direct power converter (TSDPC) based on a partial zero current switching, as shown in FIGS. 12A and 12B, It can be seen that the waveform appears.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 파형을 나타내는 예시도이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압, 전류 및 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도이며, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 가상 직류 링크 전압 및 입력측 컨버터부의 스위칭 게이트 신호의 확대 파형을 나타내는 예시도이며, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 모드에서 출력선간 전압 및 출력 전류의 파형을 나타내는 예시도이다.FIG. 13 is a diagram illustrating waveforms of a virtual DC link voltage, a current, and a gate signal in a zero-current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention. Current and gate signals in a zero-current switching mode of a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram illustrating an enlarged waveform of a virtual DC link voltage, FIG. 16 is a graph showing an example of a magnitude waveform of a virtual DC link voltage and a switching gate signal of an input side converter unit in a zero current switching mode of the apparatus. Line voltage and an output current waveform in FIG.

위 <표 11>의 시뮬레이션 사용 조건을 이용하여 본 발명에 따른 소프트 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM) 제어기법으로 시뮬레이션 한 결과, 도 13에 도시된 바와 같이, 상단에는 가상링크전압 및 전류와 하단에는 입력측 컨버터부(110)의 a상(R상)의 상단 게이트신호(q1)에 대한 출력 파형이 나타나며, 게이트신호(q1)의 휴지기간 전후에 따라 가상 직류링크전압과 게이트신호(q1) 사이에 2가지 패턴으로 스위칭 절환(A 영역, B 영역)이 일어나는 것을 알 수 있다.　 As a result of simulation using a soft switching based space vector modulation method (SVPWM) control technique according to the present invention using the simulation use conditions in Table 11, as shown in FIG. 13, An output waveform for the upper gate signal q1 of the a-phase (R-phase) of the input side converter unit 110 is shown at the lower end and a virtual DC link voltage and the gate signal q1 are generated before and after the idle period of the gate signal q1. (A region and B region) are generated in two patterns between the two patterns.

그리고, 도 14의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 도 13과 관련하여 시뮬레이션된 출력 파형으로부터 A 영역에 대한 확대된 출력 파형 및 B 영역에 대한 출력 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.　 As shown in Figs. 14 (a) and 14 (b), it can be seen that the output waveform for the A region and the output waveform for the B region appear from the simulated output waveform with reference to Fig.

또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 도 13과 관련하여 시뮬레이션된 출력 파형으로부터 상단에는 가상링크전류 및 하단에는 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 게이트 신호에 대한 확대된 출력 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.　 또한, 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM) 제어기법으로 시뮬레이션 한 결과, 도 16의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 출력선간 전압 및 출력 전류의 파형이 나타나는 것을 알 수 있다.　 이 같은 가상 직류링크전압과 게이트신호(q1) 사이에 스위칭 절환이 이루어진 A 영역 및 B 영역에서 영전류 스위칭 동작을 수행하는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, A 영역 및 B 영역에서 입력측 컨버터부(110)의 모든 스위칭 절환이 영전류 스위칭 동작을 수행하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 15, it can be seen from the output waveform simulated in FIG. 13 that a virtual link current is present at the upper end and an enlarged output waveform for the switching gate signal of the input side converter unit 110 appears at the lower end . Also, as a result of a simulation using a SVPWM control technique based on a zero-current switching, it can be seen that the waveform of the output line voltage and the output current appear as shown in Figs. 16A and 16B have. It can be seen that the zero current switching operation is performed in the A region and the B region in which the switching is performed between the virtual DC link voltage and the gate signal q1. Thus, in the A region and the B region, the input side converter unit 110 Quot;) &lt; / RTI &gt; performs a zero current switching operation.

이하에서는, 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 시퀀스를 결정하는 동작에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of determining the switching sequence for implementing the zero current switching of the three-phase / single-phase direct-type power inverter according to the present invention will be described in detail.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭을 구현하기 위한 스위칭 시퀀스를 나타내는 예시도이다.17 is an exemplary diagram illustrating a switching sequence for implementing zero current switching of a three-phase / single-phase direct current power converter according to an embodiment of the present invention.

도 17에 도시된 스위칭 시퀀스는 입력측 컨버터부(110)의 2단계 스위칭 시퀀스 및 단상 출력측 인버터부(120)의 영벡터 및 유효벡터에 대한 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 생성된 6단계 스위칭 시퀀스이다.　 The switching sequence shown in FIG. 17 is a six-step switching sequence generated by a combination of a two-step switching sequence of the input side converter unit 110 and a five-step switching sequence for the zero vector and the effective vector of the single-

입력측 컨버터부(110)의 스위칭 패턴과 단상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴은 아래 <표 12 및 표 13>과 같다.The switching pattern of the input side converter unit 110 and the switching pattern of the single-phase output side inverter unit 120 are shown in Tables 12 and 13 below.


T1T1 T2T2 phase R위상 R phase Sphase S phase Tphase T phase R위상 R phase Sphase S phase Tphase T sector1sector1 1One 00 -1-One 1One -1-One 00 sector2sector2 1One -1-One 00 00 -1-One 1One sector3sector3 00 -1-One 1One -1-One 00 1One sector4sector4 -1-One 00 1One -1-One 1One 00 sector5sector5 -1-One 1One 00 00 1One -1-One sector6sector6 00 1One -1-One 1One 00 -1-One

T0/4T0 / 4 T1T1 T0/2T0 / 2 T2T2 T0/4T0 / 4 phase Aphase A phase Bphase B phase Aphase A phase Bphase B phase Aphase A phase Bphase B phase Aphase A phase Bphase B phase Aphase A phase Bphase B sector1sector1 00 00 1One 00 1One 1One 1One 00 00 00 sector2sector2 00 00 00 1One 1One 1One 00 1One 00 00

　위 <표 12 및 표 13>과 같이, 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 패턴과 단상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴으로부터 다음과 같은 6단계의 스위칭 시퀀스가 결정될 수 있다.As shown in Table 12 and Table 13, the following six switching sequences can be determined from the switching pattern of the input side converter unit 110 and the switching pattern of the single-phase output side inverter unit 120 as follows.

실시예에 따라, 제1 섹터의 경우, 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 패턴과 단상 출력측 인버터부(120)의 스위칭 패턴으로부터 결정된 6단계의 스위칭 시퀀스는 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제1 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제1 스위칭 시퀀스 및 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제2 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제2 스위칭 시퀀스 중 하나일 수 있다.According to the embodiment, in the case of the first sector, the six-stage switching sequence determined from the switching pattern of the input side converter unit 110 and the switching pattern of the single-phase output side inverter unit 120 is the first zero vector, A second zero vector, a third zero vector, a first zero vector, a first zero vector, a first zero vector, a first zero vector, a first zero vector, a first zero vector, a first zero vector, May be one of the second switching sequences of the fourth zero vector sequence.

제1 스위칭 시퀀스인 경우, 아래 <표 14>와 같은 6단계의 스위칭 시퀀스로 이루어질 수 있다.In the case of the first switching sequence, the switching sequence may be a six-step switching sequence as shown in Table 14 below.

T0/4T0 / 4 T1T1 T0/4T0 / 4 T0/4T0 / 4 T2T2 T0/4T0 / 4 phase R위상 R 1One 1One 1One 00 00 00 phase Sphase S -1-One -1-One -1-One -1-One -1-One -1-One phase Tphase T 00 00 00 1One 1One 1One phase Aphase A 00 1One 1One 1One 1One 00 phase Bphase B 00 00 1One 1One 00 00

한편, 제2 스위칭 시퀀스인 경우, 아래 <표 15>와 같은 6단계의 스위칭 시퀀스로 이루어질 수 있다.On the other hand, in the case of the second switching sequence, the switching sequence may be a six-step switching sequence as shown in Table 15 below.

T0/4T0 / 4 T2T2 T0/4T0 / 4 T0/4T0 / 4 T1T1 T0/4T0 / 4 phase R위상 R 1One 1One 1One 00 00 00 phase Sphase S -1-One -1-One -1-One -1-One -1-One -1-One phase Tphase T 00 00 00 1One 1One 1One phase Aphase A 00 1One 1One 1One 1One 00 phase Bphase B 00 00 1One 1One 00 00

즉, 위 <표 14 및 표 15>와 같이, 단상 출력측 인버터부(120)는 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 절환이 일어나는 시점에 영벡터 구간을 만들어 준다.　 이에 따라, 단상 출력측 인버터부(120)에 영벡터 스위칭 상태로 제어되는 시점에 입력측 컨버터부(110)와 단상 출력측 인버터부(120) 사이에 전력 공급이 차단됨으로써, 출력측 컨버터부(110)는 모든 스위칭 동작이 영전류 스위칭되어 전류 방향 검출 없이 양방향 전력 제어를 할 수 있다.That is, as shown in Tables 14 and 15, the single-phase output inverter unit 120 generates a zero-vector interval at the time when the switching of the input-side converter unit 110 occurs. Accordingly, at the time of control of the single-phase output-side inverter unit 120 in the zero vector switching state, the supply of power is interrupted between the input-side converter unit 110 and the single-phase output-side inverter unit 120, The switching operation is switched to zero current so that bidirectional power control can be performed without detecting the current direction.

이하에서는, 시뮬레이션 결과를 통해 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM)의 제어 기법에 대한 유효성을 검증하도록 한다.Hereinafter, the validity of the SVPWM control method based on the zero current switching of the three-phase / single-phase direct type power converter is verified through simulation results.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전류 변환 장치에서 시뮬레이션 수행에 따른 출력 전류 및 출력선간전압의 파형을 나타내는 예시도이며, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전류 변환 장치에서 시뮬레이션 수행에 따른 직류링크전류 및 스위칭 신호의 파형을 나타내는 예시도이며, 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상/단상 직접형 전류 변환 장치에서 시뮬레이션 수행에 따른 ZCS 동작 파형을 나타내는 예시도이다.FIG. 18 is a diagram illustrating waveforms of an output current and an output line voltage according to simulation in a three-phase / single-phase direct current converter according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 20 is a diagram illustrating a waveform of a DC link current and a switching signal according to a simulation performed in a three-phase / single-phase direct current converter. FIG. Fig. 10 is an exemplary diagram showing a ZCS operation waveform according to performance;

<시뮬레이션 해석 및 실험 해석><Simulation Analysis and Experimental Analysis>

본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM)의 제어 기법에 대한 유효성을 검증하기 위해서 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 전체 회로 구성을 아래 <표 16>과 같은 시뮬레이션 사양 조건을 설정하였다.In order to verify the effectiveness of the SVPWM control method based on the zero current switching of the three-phase / single-phase direct power converter according to the present invention, the overall circuit configuration of the three-phase / single- The simulation specification conditions are set as shown in <Table 16> below.

itemitem simulation value심화 값 input voltage입력 전압 3-phase, 220V, 50Hz3-phase, 220V, 50Hz semiconductor wsitching devicessemiconductor wsitching devices 16-IGBYs with freewheeling diodes16-IGBYs with freewheeling diodes loadload 100 ohm, 10 mH100 ohms, 10 mH output frequency출력 주파수 50Hz50Hz switching sequence스위치 시퀀스 6-step6-step control frequency제어 주파수 10kHz10 kHz

위 <표 16>의 시뮬레이션 사용 조건을 이용하여 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치를 시뮬레이션한 결과, 도 18의 (a) 내지 (c)와 같은 출력 전류, 출력선간전압 및 출력선간전압(LPF)의 파형이 출력되는 것을 알 수 있다.　 즉, 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 입력측 컨버터(110)는 가상의 직류 링크 전류가 0인 경우, 도 18에 도시된 바와 같이, 스위칭 온/오프 동작을 수행하는 것을 알 수 있다.As a result of simulating the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus according to the present invention by using the simulation use conditions in Table 16, the output current, the output line voltage, and the output It can be seen that the waveform of the line-to-line voltage LPF is outputted. That is, the input-side converter 110 of the three-phase / single-phase direct-type power converter according to the present invention finds that the switching on / off operation is performed as shown in FIG. 18 when the virtual DC link current is zero .

그리고, 위 <표 16>의 시뮬레이션 사용 조건을 이용하여 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치를 시뮬레이션한 결과, 도 19의 (a) 내지 (c)와 같은 질류링크 전류, q1 스위칭 신호 및 스위칭 시퀀스 파형과 도 20의 (a) 내지 (c)와 같은 ZCS 동작이 파형이 출력되는 것을 알 수 있다.　 이 같은 출력 파형을 통해 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 입력측 컨버터부(110)에서 ZCS 동작이 수행되고 있음을 알 수 있다.As a result of simulating the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus according to the present invention using the simulation use conditions in Table 16, it can be seen that the rheological current, q1 switching It can be seen that the waveforms of the signal and switching sequence waveform and the ZCS operation as shown in Figs. 20 (a) to 20 (c) are outputted. It can be seen from this output waveform that the ZCS operation is being performed in the input side converter unit 110 of the 3-phase / single-phase direct type power converter.

이와 같이, 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치의 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM)의제어 기법을 통해 입력측 컨버터부(110)의 양방향 스위칭 소자들의 스위칭 손실을 최소하시킬 수 있으며, 기존의 전류방향 검출회로를 이용하지 않고도 입력측 컨버터부(110)의 양방향 스위칭 소자에 대한 스위칭 절환을 수행할 수 있다.　 나아가, 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부(110)의 모든 스위칭 절환이 영전류 스위칭으로 동작함으로써, 스위칭 손실을 최소하하여 전체 시스템의 효율을 높일 수 있다.As described above, the switching loss of the bidirectional switching elements of the input side converter unit 110 is minimized through the control method of the SVPWM based on the zero current switching of the three-phase / single-phase direct-type power inverter according to the present invention Switching of the bidirectional switching device of the input side converter unit 110 can be performed without using the conventional current direction detection circuit. Furthermore, in the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus according to the present invention, all the switching operations of the input-side converter unit 110 operate with the zero current switching, thereby minimizing the switching loss and increasing the efficiency of the entire system.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치에서 한 주기 동안의 기존 제어기법과 부분 영전류 스위칭 절환 횟수 비교 결과를 나타내는 예시도이다.FIG. 21 is a diagram illustrating a result of a conventional controller method and a partial zero-current switching switching frequency comparison result for one cycle in a three-phase direct power converter according to an embodiment of the present invention.

도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부분 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(TSDPC) 제어기법을 이용하여 3상 직접형 전력 변환 장치를 구동할 경우, 스위칭 절환 횟수가 종래의 제어 기법인 9 단계 스위칭 절환 기법에 비해 약 30 % 이상 감소되는 것을 알 수 있다.　 나아가, 본 발명에 따른 부분 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(TSDPC) 제어기법을 이용할 경우, 3상 직접형 전변 변환 장치의 효율 향상이 기대되며, 특히, 출력 주파수가 낮은 환경에서 더욱 큰 효과를 기대할 수 있다.As shown in FIG. 21, when the three-phase direct current type power converter is driven using the partial zero-current switching based space vector modulation (TSDPC) control technique according to the present invention, Which is about 30% lower than that of the 9-step switching switching method. Further, when a partial zero-current switching based space vector modulation (TSDPC) control technique according to the present invention is used, it is expected that the efficiency of the three-phase direct type front-end inverter is improved. In particular, Can be expected.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치에서 한 주기 동안의 기존 제어기법과 영전류 스위칭 절환 횟수 비교 결과를 나타내는 예시도이다.FIG. 22 is a diagram illustrating a result of a comparison between a conventional controller method and a zero-current switching switching frequency for one cycle in a three-phase direct power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안한 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM) 제어기법을 이용하여 3상 직접형 전력 변환 장치를 구동할 경우, 입력측 컨버터부(110)의 모든 스위칭 절환은 영전류 스위칭 동작으로 이루어지며, 제어주기에 따른 전체 스위칭 전환 횟수와 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 절환 횟수, 및 한 주기(50Hz)의 전체 스위칭 절환 횟수와 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 절환 횟수가 종래에 비해 감소되어 스위칭 절환에 따른 전력 손실이 종래에 비해 약 40% 이상 감소되며, 특히, 출력 주파수가 낮은 환경에서보다 큰 효과를 기대할 수 있다.　 나아가, 본 발명에 따른 영전류 스위칭 기반의 공간벡터 변조방식(SVPWM) 제어기법을 이용할 경우, 전력 변환 장치의 구성 및 제어 기법이 단순화되어, 전력 변환 장치의 안정화 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 21, when the three-phase direct current power conversion apparatus is driven using the SVPWM control scheme based on the zero current switching based on the present invention, all switching of the input side converter unit 110 The switching operation is performed by a zero current switching operation. The total switching switching frequency, the switching frequency of the input side converter unit 110, the total switching frequency of one cycle (50 Hz), the switching of the input side converter unit 110 The number of switching times is reduced as compared with the prior art, so that the power loss due to switching switching is reduced by about 40% or more compared to the conventional case, and a greater effect can be expected especially in an environment with low output frequency. Furthermore, when the zero-current switching based space vector modulation (SVPWM) control scheme according to the present invention is used, the configuration and control scheme of the power conversion apparatus are simplified, and the stability and reliability of the power conversion apparatus can be improved.

이하에서는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 스위칭 제어 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a switching control method of the power conversion apparatus according to the present invention will be described in detail.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 스위치 제어 방법의 흐름도이다.23 is a flowchart of a switch control method of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 23에 도시된 바와 같이, 전력 변환 장치는 직류 링크 회로 없이 3상 교류 입력을 변환하는 AC/AC 전력 변환 장치이다.　 이 같은 전력 변환 장치는 실시예에 따라, 3상 직접형 전력 변환 장치이거나 또는 3상/단상 직접형 전력 변환 장치가 될 수 있다.As shown in FIG. 23, the power conversion apparatus is an AC / AC power conversion apparatus that converts a three-phase AC input without a DC link circuit. Such a power conversion device may be a three-phase direct power conversion device or a three-phase / single-phase direct power conversion device, according to an embodiment.

이 같은 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 입력 전류 및 출력측 인버터부의 출력 전압에 대한 복수의 섹터를 판별한다(S2310).　 이후, 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부(110)의 입력 전류, 출력 인버터부(120)의 출력 전압 및 변조 지수(MI) 중 적어도 하나를 이용하여 합성 벡터 시간을 산출한다(S2320).　 이후, 전력 변환 장치는 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 입력측 컨버터부(110)의 스위칭 시퀀스 및 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스를 결정한다(S2330).　 이후, 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부(110) 및 출력측 인버터부(120)의 스위칭 시퀀스와,　합성 벡터 시간에 기초하여 입력측 컨버터부(110) 및 출력측 인버터부(120)의 스위칭 동작을 수행하기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호에 기초하여 입력측 컨버터부(110) 및 출력측 인버터부(120)의 스위칭 동작을 제어한다(S2340).Such a power conversion apparatus discriminates a plurality of sectors with respect to the input current of the input side converter unit and the output voltage of the output side inverter unit (S2310). Thereafter, the power conversion apparatus calculates a synthetic vector time using at least one of the input current of the input side converter unit 110, the output voltage of the output inverter unit 120, and the modulation index MI (S2320). Thereafter, the power conversion apparatus determines the switching sequence of the input side converter unit 110 and the switching sequence of the output side inverter unit 120 for each of the plurality of determined sectors (S2330). The power conversion apparatus includes a switching sequence of the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120 and a switching sequence for performing the switching operation of the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120 And controls a switching operation of the input side converter unit 110 and the output side inverter unit 120 based on the generated control signal (S2340).

실시예에 따라, 전력 변환 장치가 3상 직접형 전력 변환 장치인 경우, 입력측 컨버터는 4상한 운전을 위한 6개의 양방향 스위칭 소자를 포함하며, 출력측 인버터부(120)는 일반적인 전압형 인버터의 구조로 이루어진다.　 여기서, 출력측 인버터부(120)는 가령 2개의 스위칭 소자가 서로 직렬 연결되어 하나의 폴(pole)을 형성하며, 3개의 폴이 서로 병렬 연결되어 구성될 수 있다.　 이때, 3상의 교류 전압을 출력하기 위하여, 하나의 폴과 이웃하는 폴의 스위치 소자들은 상보적으로 동작하는 것이 바람직하다.According to the embodiment, when the power conversion apparatus is a three-phase direct power conversion apparatus, the input side converter includes six bidirectional switching elements for four-phase limit operation, and the output side inverter unit 120 is a structure of a general voltage type inverter . Here, the output-side inverter unit 120 may be constituted by, for example, two switching elements connected in series to form one pole, and three poles connected in parallel to each other. At this time, in order to output the AC voltage of three phases, it is preferable that the switching elements of one pole and the adjacent pole operate complementarily.

한편, 전력 변환 장치가 3상/단상 직접형 전력 변환 장치인 경우, 입력측 컨버터부(110)는 4상한 운전을 위한 6개의 양방향 스위칭 소자를 포함하며, 출력측 인버터부(120)는 일반적인 단상 전압형 인버터의 구조로 이루어진다.　 즉, 출력측 인버터부(120)는 6개의 양방향 스위칭 소자를 포함하는 입력측 컨버터부(110)와 단상 계통 연결을 위한 4개의 단방향 스위칭 소자를 포함할 수 있다.Meanwhile, when the power conversion apparatus is a three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus, the input side converter unit 110 includes six bidirectional switching elements for four-phase limit operation, and the output side inverter unit 120 includes a general single- Inverter structure. That is, the output side inverter unit 120 may include an input side converter unit 110 including six bidirectional switching devices and four unidirectional switching devices for single-phase system connection.

구체적으로, 전력 변환 장치가 3상 직접형 전력 변환 장치인 경우, 입력측 컨버터부의 입력 전류에 대한 공간벡터를 이용하여 6개의 전류 섹터를 구분하고, 출력측 인버터부(이하 3상 출력측 인버터부라 함)의 출력 전압에 대한 공간벡터를 이용하여 6개의 전압 섹터를 구분할 수 있다.　 이후, 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 입력 전류, 3상 출력측 인버터부의 출력 전류 및 변조 지수(MI) 중 적어도 하나에 기초하여 합성 벡터 시간을 산출한다.　 Specifically, when the power conversion apparatus is a three-phase direct-type power conversion apparatus, six current sectors are divided by using a space vector with respect to an input current of the input-side converter unit, and the output- Six voltage sectors can be distinguished by using the space vector for the output voltage. Thereafter, the three-phase direct current type power conversion apparatus calculates the combined vector time based on at least one of the input current of the input side converter unit, the output current of the three-phase output side inverter unit, and the modulation index (MI).

구체적으로, 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 입력 전류에 대한 섹터 및 입력 전류의 위상을 이용하여 입력 유효 벡터 시간을 산출한다.　 그리고, 3상 직접형 전력 변환 장치는 3상 출력측 인버터부의 출력 전압에 대한 섹터 및 출력 전압의 위상을 이용하여 출력 유효 벡터 시간을 산출한다.　 입력 유효 벡터 시간 및 출력 유효 벡터 시간이 산출되면, 3상 직접형 전력 변환 장치는 기산출된 입력 유효 벡터 시간 및 출력 유효 벡터 시간과, 변조 지수(MI)를 이용하여 합성 벡터 시간을 산출할 수 있다.Specifically, the three-phase direct current power conversion apparatus calculates the input effective vector time using the phase of the input current and the input current to the input current of the input side converter unit. The three-phase direct current type power conversion apparatus calculates the output effective vector time using the phases of the output voltage and the sector with respect to the output voltage of the three-phase output side inverter unit. When the input effective vector time and the output effective vector time are calculated, the three-phase direct power converter can calculate the synthetic vector time using the calculated input effective vector time and output effective vector time and the modulation index (MI) have.

이후, 3상 직접형 전력 변환 장치는 단계 S2310을 통해 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 입력측 컨버터부의 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정한다.　 이후, 3상 직접형 전력 변환 장치는 합성 벡터 시간 및 합성 영벡터 인가시간 동안 각 섹터별 결정된 입력측 컨버터부 및 3상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스에 따라 입력측 컨버터부 및 3상 출력측 인버터부의 스위칭 동작을 수행한다.Thereafter, the three-phase direct power converter determines the switching sequence of the input side converter unit and the switching sequence of the three-phase output side inverter unit for each of the plurality of sectors determined through step S2310. Then, the three-phase direct power converter performs the switching operation of the input side converter unit and the three-phase output side inverter unit according to the switching sequence of the input side converter unit and the three-phase output side inverter unit determined for each sector during the synthesis vector time and the synthesis zero vector application time do.

일 실시예에 따라, 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 3상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 5단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.　 이 경우, 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부의 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 3상 직접형 전력 변환 장치가 6단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 입력측 컨버터부 및 3상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.According to one embodiment, the three-phase direct power converter determines the switching sequence of the input side converter unit as a two-stage switching sequence without zero vector, and the switching sequence of the three-phase output side inverter unit is divided into five stages It can be determined by the switching sequence. In this case, the three-phase direct-current type power converter is a combination of the two-stage switching sequence of the input side converter unit and the five-stage switching sequence of the three-phase output side inverter unit so that the three- And the switching sequence of the three-phase output side inverter section can be determined.

여기서, 6단계의 스위칭 시퀀스는, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제1 영벡터, 제2 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가질 수 있으며, 복수의 섹터별로 동일한 패턴으로 이루어질 수 있다.Here, the switching sequence in the six stages may have a switching sequence of a first valid vector, a second valid vector, a first zero vector, a second zero vector, a third valid vector, and a fourth valid vector sequence, Can be made in the same pattern.

또다른 실시예에 따라, 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 3상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 7단계 스위칭 시퀀스로 결정할 수 있다.　 이 경우, 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부의 7단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 전력 변환 장치가 8단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 입력측 컨버터부 및 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.According to another embodiment, the three-phase direct power converter determines the switching sequence of the input side converter unit as a two-stage switching sequence without zero vector, and the switching sequence of the three-phase output side inverter unit is determined as 7 Step switching sequence. In this case, the three-phase direct power converter is a combination of the two-stage switching sequence of the input side converter unit and the seven-stage switching sequence of the three-phase output side inverter unit so that the power converter has eight- The switching sequence can be determined.

실시예에 따라, 3상 직접형 전력 번환 장치는 판별된 복수의 섹터가 홀수이면, 제1 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 8단계 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.　 한편, 3상 직접형 전력 변환 장치는 판별된 복수의 섹터가 짝수이면, 제2 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제1 유효벡터, 제2 영백터, 제3 영벡터, 제4 유효벡터, 제3 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 8단계 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 8단계의 스위칭 시퀀스는 복수의 섹터별로 동일한 패턴으로 이루어질 수 있다.According to the embodiment, when the determined plurality of sectors are odd-numbered, the three-phase direct vectoring unit converts the first zero vector, the first effective vector, the second effective vector, the second zero vector, The eight-stage switching sequence of the zero vector, the third valid vector, the fourth valid vector, and the fourth zero vector sequence may be determined. On the other hand, if the determined plurality of sectors are even-numbered, the three-phase direct current type power conversion apparatus converts the first zero vector, the second effective vector, the first effective vector, the second zero vector, A fourth valid vector, a third valid vector, and a fourth zero vector sequence. However, the present invention is not limited to this, and the switching sequence of eight stages may be formed in the same pattern for each of a plurality of sectors.

이와 같이, 본 발명에 따른 3상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스 및 3상 출력측 인버터부의 영벡터 및 유효벡터에 대한 5단계 스위칭 시퀀스 조합으로 생성된 6단계 스위칭 시퀀스 혹은 7단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 생성된 8단계 스위칭 시퀀스에 따라 입력측 컨버터부 및 3상 출력측 인버터부의 스위칭 동작을 수행한다.　 이에 따라, 3상 직접형 전력 변환 장치는 영벡터 구간에서 입력측 컨버터부의 스위칭 절환이 일어날 경우, 부분 영전류 스위칭(Partial Zero Current Switching : PZCS) 동작을 수행하여 스위칭 절환시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있으며, 종래에 비해 스위칭 절환 횟수가 줄어들어 그에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있다.As described above, the three-phase direct power converter according to the present invention includes the two-stage switching sequence without the zero vector of the input side converter unit and the six-stage switching sequence generated by the combination of the zero vector and the effective vector of the three- The switching operation of the input side converter unit and the 3-phase output side inverter unit is performed according to the 8-step switching sequence generated by the combination of the sequence or the 7-step switching sequence. Accordingly, when the switching of the input side converter unit occurs in the zero vector section, the three-phase direct current power conversion apparatus performs the partial Zero Current Switching (PZCS) operation to minimize the power loss occurring in switching switching And the number of switching cycles can be reduced compared with the prior art, so that the power loss can be minimized.

한편, 전력 변환 장치가 3상/단상 직접형 전력 변환 장치인 경우, 출력 전압에 대한 가상의 공간벡터를 만들고, 가상의 공간벡터를 이용하여 2개의 섹터를 구분할 수 있다.　 여기서, 가상의 공간 벡터를 통해 구분된 2개의 섹터는 지령 전압의 상태양(+)과 음(-)에 따라 180도 위상차를 갖는 것이 바람직하다.Meanwhile, when the power conversion apparatus is a three-phase / single-phase direct type power conversion apparatus, a virtual space vector with respect to an output voltage can be created, and two sectors can be distinguished using a virtual space vector. Here, it is preferable that the two sectors divided through the virtual space vector have a phase difference of 180 degrees according to the state quantity (+) and the negative state (-) of the command voltage.

즉, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 전술한 <수학식 1,5>로부터 입력 전류 및 출력 전압에 대한 공간벡터가 산출되면, 산출된 입력 전류 및 출력 전압에 대한 공간벡터에 기초하여 입력측 컨버터부의 입력 전류에 대한 입력 유효 벡터 시간 및 단상 출력측 인버터부의 출력 전압에 대한 출력 유효 벡터 시간을 산출할 수 있다.That is, when the space vector of the input current and the output voltage is calculated from Equations (1) and (5) described above, the three-phase / single-phase direct- The input effective vector time for the input current of the converter unit and the output effective vector time for the output voltage of the single-phase output-side inverter unit can be calculated.

이후, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 전술한 <수학식 7>에 기초하여 입력측 컨버터부 및 단상 출력측 인버터부에 사용될 합성 벡터 시간을 산출한다.　 이후, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 단계 S2310을 통해 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 입력측 컨버터부의 스위칭 시퀀스 및 단상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정한다.　 이후, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 각 섹터별 결정된 입력측 컨버터부 및 단상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스에 따라 입력측 컨버터부 및 단상 출력측 인버터부의 스위칭 동작을 수행한다.Thereafter, the 3-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus calculates the synthetic vector time to be used for the input-side converter unit and the single-phase output-side inverter unit based on Equation (7). Thereafter, the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus determines the switching sequence of the input-side converter unit and the switching sequence of the single-phase output-side inverter unit for each of the plurality of sectors determined through step S2310. Thereafter, the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus performs switching operations of the input side converter unit and the single-phase output side inverter unit according to the switching sequence of the input side converter unit and the single-phase output side inverter unit determined for each sector.

실시예에 따라, 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 입력측 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 단상 출력측 인버터부의 영벡터 및 유효벡터에 대한 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 생성된 6단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 입력측 컨버터부 및 단상 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정할 수 있다.According to the embodiment, the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus has a six-stage switching sequence generated by a combination of a two-stage switching sequence of the input side converter section and a five- stage switching sequence for the zero vector and the effective vector of the single- The switching sequence of the input side converter unit and the single-phase output side inverter unit can be determined.

실시예에 따라, 제1 섹터의 경우, 입력측 컨버터부의 스위칭 패턴과 단상 출력측 인버터부의 스위칭 패턴으로부터 결정된 6단계의 스위칭 시퀀스는 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제1 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제1 스위칭 시퀀스 및 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제2 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제2 스위칭 시퀀스 중 하나일 수 있다.According to the embodiment, in the case of the first sector, the six-stage switching sequence determined from the switching pattern of the input side converter portion and the switching pattern of the single-phase output side inverter portion is the first zero vector, the second effective vector, A second effective vector, a third zero vector, a second effective vector, and a fourth zero vector sequence, and a first zero vector, a first effective vector, a second zero vector, a third zero vector, May be one of the switching sequences.

이와 같이, 본 발명에 따른 3상/단상 직접형 전력 변환 장치는 단상 출력측 인버터부에 영벡터 스위칭 상태로 제어되는 시점에 입력측 컨버터부와 단상 출력측 인버터부 사이의 전력 공급을 차단시킴으로써, 출력측 컨버터부(110)의 모든 스위칭 동작이 영전류 스위칭되어 전류 방향 검출 없이 양방향 전력 제어를 할 수 있다.As described above, the three-phase / single-phase direct-type power conversion apparatus according to the present invention cuts off the power supply between the input side converter unit and the single-phase output side inverter unit at the time when the single-phase output side inverter unit is controlled in the zero vector switching state, All of the switching operations of the switching unit 110 are switched to zero current so that bi-directional power control can be performed without detecting the current direction.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. 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.

110 : 컨버터부 120 : 인버터부
130 : 섹터 판별부 140 : 시퀀스 결정부
150 : 제어 신호 생성부 160 : 벡터 시간 산출부
161 : 입력 유효 벡터 시간 산출부 163 : 출력 유효 벡터 시간 산출부
165 : 변조 지수부 170 : 합성 벡터 시간 산출부110: converter section 120: inverter section
130: sector discriminator 140: sequence determiner
150: control signal generator 160: vector time calculator
161: Input Effective Vector Time Calculation Unit 163: Output Effective Vector Time Calculation Unit
165: modulation index part 170: synthesis vector time calculation part

Claims (11)

영전류 스위칭이 가능한 전력 변환 장치에 있어서,
입력측 컨버터부;
출력측 인버터부;
상기 컨버터부의 입력 전류 및 상기 인버터부의 출력 전압에 대한 복수의 섹터를 판별하는 섹터 판별부;
상기 컨버터부의 입력 전류, 상기 인버터부의 출력 전압 및 변조 지수(MI) 중 적어도 하나를 이용하여 합성 벡터 시간을 산출하는 합성 벡터 시간 산출부;
상기 판별된 복수의 섹터 각각에 대해 상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하는 시퀀스 결정부; 및
상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스와, 상기 합성 벡터 시간에 기초하여 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 동작을 수행하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부;를 포함하며,
상기 시퀀스 결정부는,
상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하고, 상기 컨버터부가 영전류 스위칭이 가능하도록 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 스위칭 시퀀스로 결정하며,
상기 2단계 스위칭 시퀀스와, 상기 인버터부의 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 스위칭 시퀀스의 조합으로 상기 전력 변환 장치의 상기 컨버터부가 영전류 스위칭이 가능한 스위칭 시퀀스를 가지도록 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하는 전력 변환 장치.1. A power conversion device capable of zero current switching,
An input side converter unit;
An output side inverter unit;
A sector discrimination unit for discriminating a plurality of sectors with respect to an input current of the converter unit and an output voltage of the inverter unit;
A synthesized vector time calculator for calculating a synthesized vector time using at least one of an input current of the converter, an output voltage of the inverter, and a modulation index (MI);
A sequence determining unit for determining a switching sequence of the converter unit and a switching sequence of the inverter unit for each of the plurality of sectors determined; And
And a control signal generator for generating a control signal for performing a switching operation of the converter unit and the inverter unit based on the switching sequence of the converter unit and the inverter unit and the synthesized vector time,
Wherein the sequence determining unit comprises:
A switching sequence of the converter section is determined as a two-stage switching sequence without a zero vector, and the switching section of the inverter section is determined as a switching sequence including a zero vector and a valid vector so that the converter section can perform zero current switching,
Wherein the converter section of the power conversion apparatus has a switching sequence capable of switching the zero-current with a combination of the two-stage switching sequence and a switching sequence including a zero vector and an effective vector of the inverter section, the switching sequence of the converter section and the inverter section The power conversion device comprising: 제 1 항에 있어서,
상기 전력 변환 장치가 3상/3상 직접형 전력 변환 장치이고,
상기 컨버터부는 3상 교류를 직류로 변환하기 위한 전류형 컨버터로써 양방향 전력 제어가 가능한 6개의 양방향 스위치;를 포함하며,
상기 인버터부는 상기 직류를 3상 교류로 변환하기 위한 전압형 인버터로써 역병렬 다이오드를 포함하는 6개의 스위치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the power converter is a three-phase / three-phase direct power converter,
The converter unit includes six bidirectional switches capable of bi-directional power control as a current-type converter for converting three-phase alternating current into direct current,
The inverter unit includes six switches including an anti-parallel diode as a voltage-type inverter for converting the direct current into three-phase alternating current;
And the power conversion device. 삭제delete 삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 시퀀스 결정부는,
상기 컨버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터가 없는 2단계 스위칭 시퀀스로 결정하며, 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 영벡터 및 유효벡터를 포함하는 7단계 스위칭 시퀀스로 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the sequence determining unit comprises:
Wherein a switching sequence of the converter unit is determined as a two-stage switching sequence without a zero vector, and the switching sequence of the inverter unit is determined as a seven-stage switching sequence including a zero vector and an effective vector. 제 5 항에 있어서,
상기 시퀀스 결정부는,
상기 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 7단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 상기 전력 변환 장치가 8단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 상기 입력측 컨버터부 및 상기 출력측 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the sequence determining unit comprises:
Wherein the switching sequence of the input side converter unit and the output side inverter unit is determined so that the power conversion apparatus has a switching sequence of eight stages by a combination of a two stage switching sequence of the converter unit and a seven stage switching sequence of the inverter unit. Conversion device. 제 6 항에 있어서,
상기 8단계의 스위칭 시퀀스는,
상기 판별된 복수의 섹터가 홀수이면, 기설정된 제1 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제3 유효벡터, 제4 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가지며,
상기 판별된 복수의 섹터가 짝수이면, 기설정된 제2 조건에 기초하여 제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제4 유효벡터, 제3 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 스위칭 시퀀스를 가지는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method according to claim 6,
Wherein the switching sequence of the eight steps comprises:
A first effective vector, a second effective vector, a second zero vector, a third zero vector, a third effective vector, a fourth effective vector, a fourth effective vector, a third effective vector, a third effective vector, and a fourth effective vector based on a predetermined first condition. An effective vector and a fourth zero vector sequence,
A third effective vector, a third zero vector, a fourth effective vector, a third effective vector, a third effective vector, a third effective vector, a third zero vector, a third effective vector, and a third effective vector based on a predetermined second condition. An effective vector and a fourth zero vector sequence. 제 1 항에 있어서,
상기 전력 변환 장치가 3상/단상 직접형 전력 변환 장치이고,
상기 컨버터부는 3상 교류 전압을 직류로 변환하기 위한 전류형 컨버터로써 양방향 전력 제어가 가능한 6개의 양방향 스위치;를 포함하며,
상기 인버터부는 상기 직류를 단상 교류로 변환하기 위한 전압형 인버터로써 역병렬 다이오드를 포함하는 4개의 스위치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the power converter is a three-phase / single-phase direct power converter,
The converter unit includes a current-type converter for converting a three-phase alternating voltage into a direct current, and six bidirectional switches capable of bidirectional power control,
Wherein the inverter unit is a voltage-type inverter for converting the direct current into a single-phase AC; four switches including an anti-parallel diode;
And the power conversion device. 삭제delete 제 8 항에 있어서,
상기 시퀀스 결정부는,
상기 컨버터부의 2단계 스위칭 시퀀스 및 상기 인버터부의 5단계 스위칭 시퀀스의 조합으로 상기 전력 변환 장치가 6단계의 스위칭 시퀀스를 가지도록 상기 컨버터부 및 상기 인버터부의 스위칭 시퀀스를 결정하며,
상기 6단계의 스위칭 시퀀스는,
제1 영벡터, 제2 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제1 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제1 스위칭 시퀀스와,
제1 영벡터, 제1 유효벡터, 제2 영벡터, 제3 영벡터, 제2 유효벡터 및 제4 영벡터 순서의 제2 스위칭 시퀀스 중 하나인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the sequence determining unit comprises:
A switching sequence of the converter unit and the inverter unit is determined by the combination of the two-stage switching sequence of the converter unit and the five-step switching sequence of the inverter unit so that the power converter has six switching sequences,
In the switching sequence of the six steps,
A first switching sequence of a first zero vector, a second valid vector, a second zero vector, a third zero vector, a first valid vector, and a fourth zero vector sequence,
Wherein the second switching sequence is one of a first zero vector, a first effective vector, a second zero vector, a third zero vector, a second effective vector, and a fourth zero vector sequence. 제 1 항에 있어서,
상기 합성 벡터 시간 산출을 위한 유효 벡터 시간 및 영벡터 시간을 산출하는 벡터 시간 산출부;를 더 포함하며,
상기 벡터 시간 산출부는,
상기 컨버터부의 입력 전류 섹터 및 입력 전류 위상을 이용하여 입력 유효 벡터 시간을 산출하는 입력 벡터 시간 산출부;
상기 인버터부의 출력 전압 섹터, 출력 전압 위상 및 상기 변조 지수(MI)를 이용하여 출력 유효 벡터 시간 및 출력 영벡터 시간을 산출하는 출력 벡터 시간 산출부; 및
상기 인버터부의 출력 전압을 이용하여 상기 변조 지수(MI)를 산출하는 변조 지수 산출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method according to claim 1,
And a vector time calculator for calculating an effective vector time and a zero vector time for the synthetic vector time calculation,
Wherein the vector time calculating unit calculates,
An input vector time calculator for calculating an input effective vector time using an input current sector and an input current phase of the converter;
An output vector time calculator for calculating an output effective vector time and an output vector time using the output voltage sector, the output voltage phase and the modulation index (MI) of the inverter; And
A modulation index calculating unit for calculating the modulation index (MI) by using an output voltage of the inverter unit;
And the power conversion device.
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