KR102149824B1 - Power conversion device and control method of the device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 변환 장치 및 그 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부를 포함하여 전력 변환 및 통합 관리 기능을 제공하는 전력 변환 장치 및 그 장치의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device and a control method of the device, and more particularly, a power conversion device including an AC-DC converter unit and a DC-AC inverter unit to provide power conversion and integrated management functions, and control of the device. It's about how.
전력변환기는 상용전원, 발전기, 배터리 등 다양한 전원을 받아들여 사회에서 주로 사용되는 AC 220V로 변환시키는 장비로서, 배터리 방전 시에 ATS(Automatic Transfer Switch)에 AC 220V를 공급하여 출력을 내보내고, 충전 시 양방향변환장치 및 충전기에 DC 400V를 공급해 충전 전력을 공급한다.Power converter is an equipment that accepts various power sources such as commercial power, generator, and battery and converts it into AC 220V, which is mainly used in society.When the battery is discharged, it supplies AC 220V to the ATS (Automatic Transfer Switch) to output the output, and when charging. DC 400V is supplied to the bidirectional converter and charger to supply charging power.
그러나, 현재 사용되고 있는 전력변환기를 구성하는 컨버터 및 인버터는 별도로 구성되어 통합 관리 기능이 부족하다.However, the converter and the inverter constituting the currently used power converter are configured separately and lack integrated management functions.
특히 인버터부를 디지털 회로를 구성하고 있지 않아 내부 안정성이 떨어지고, 에러 검출 능력이 부족하며, 돌입전류가 발생하였을 때 억제할 수 있는 기능이 미비하며, 인버터의 전압 변환시 외부에서 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행할 수 없는 비정상 동작 상황에서 인버터 구동을 수행할 수 없는 문제가 있었다.In particular, since the inverter does not have a digital circuit, the internal stability is low, the error detection capability is insufficient, and the function to suppress the inrush current occurs is insufficient, and the phase of the externally applied power supply voltage is adjusted when converting the voltage of the inverter. There is a problem that the inverter cannot be driven in an abnormal operation situation where synchronization cannot be performed as a reference.
따라서, 전술한 문제를 해결하기 위한 전력 변환 장치 및 그 장치의 제어 방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a study on a power conversion device and a control method of the device to solve the above-described problem.
본 발명의 목적은 AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부를 포함하되, AC-DC 컨버터부는 회로와 부품만으로 이루어진 아날로그 회로로 구현하고, DC-AC 인버터부는 출력의 안정성과 전력 변환 장치 내부 이상 상태 점검 및 내부 소자 전력 공급 등을 위해 디지털 회로로 구성한 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to include an AC-DC converter unit and a DC-AC inverter unit, wherein the AC-DC converter unit is implemented as an analog circuit consisting of only circuits and parts, and the DC-AC inverter unit provides stability of the output and an abnormal state inside the power conversion device. It is to provide a power conversion device composed of digital circuits for inspection and power supply of internal elements.
또한, 본 발명의 다른 목적은 내부 안정성이 높고, 에러 검출 능력을 구비하며, 돌입전류가 발생하였을 때 억제할 수 있는 기능이 포함되며, 인버터의 전압 변환시 외부에서 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행할 수 없는 동작 상황에서도 가상동작모드를 통하여 인버터 구동을 수행할 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention includes a function that has high internal stability, has an error detection capability, and can suppress when an inrush current occurs, based on the phase of the externally applied power supply voltage when converting the voltage of the inverter. It is to provide a power conversion device capable of driving an inverter through a virtual operation mode even in an operation situation in which synchronization cannot be performed.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 교류 전원을 입력받아 직류 신호로 변환하는 AC-DC 컨버터부; 상기 AC-DC 컨버터부로부터 변환된 직류 신호 형태의 전압을 입력받아 스위칭 소자에 PWM 제어를 적용해 교류 전압으로 변환하여 출력하는 DC-AC 인버터부; 를 포함하며, ATS 또는 충전기와 연동하여 BMS 또는 UPS와 연결되는 교류 및 직류 배전에서 전력 변환 및 통합 관리하는 에너지 관리 시스템 기능을 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.A power conversion device according to an embodiment of the present invention includes: an AC-DC converter configured to receive an AC power and convert it into a DC signal; A DC-AC inverter for receiving a voltage in the form of a DC signal converted from the AC-DC converter, applying PWM control to a switching element, and converting it into an AC voltage and outputting the converted voltage; It includes, and is characterized in that it is possible to perform an energy management system function for power conversion and integrated management in AC and DC distribution connected to the BMS or UPS in connection with the ATS or the charger.
상기에 있어서, 상기 AC-DC 컨버터부에서 인가받은 DC 전압을 상기 AC-DC 컨버터부 및 상기 DC-AC 인버터부에 사용되는 내부 소자에 전원을 공급할 수 있도록 강압하는 DC-DC 컨버터부;를 더 포함한다.The method of claim 1, further comprising: a DC-DC converter for stepping down the DC voltage applied from the AC-DC converter to supply power to the AC-DC converter and the internal elements used in the DC-AC inverter. Include.
상기에 있어서, 상기 AC-DC 컨버터부는, 상기 교류(AC) 전원을 직류(DC) 신호로 변환시켜주는 역할을 수행하기 위해 브릿지 다이오드와, 직류 신호 형태의 직류 전압을 승압시키는 PFC 부스트 컨버터를 구비하는 직류변환부; 회로 상에 방전 저항, 릴레이 구동회로 및 릴레이가 구비되어, 상기 전력 변환 장치에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 저감하는 돌입전류저감회로를 더 포함한다.In the above, the AC-DC converter unit includes a bridge diode and a PFC boost converter for boosting a DC voltage in the form of a DC signal to perform a role of converting the AC power to a DC signal. A DC converter; A discharge resistor, a relay driving circuit, and a relay are provided on the circuit, and further includes an inrush current reduction circuit for reducing an inrush current generated when power is applied to the power conversion device.
상기에 있어서, 상기 DC-AC 인버터부는, 전압센서, 전류센서 또는 온도센서를 구비하여 센싱정보를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지된 센싱정보를 토대로 하여 전력 변환 장치의 전압, 전류 또는 온도를 제어하는 제어부; 상기 AC-DC 컨버터부에서 변환되어 전송된 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환시키며, 풀-브릿지 형태 또는 하프-브릿지 형태로 회로가 구성되는 교류변환부; 상기 DC-AC 인버터부의 출력단에 구비하여 고주파 잡음을 제거하고 PWM 파형을 평균 전압 파형으로 변환하는 L-C 필터; 상기 AC-DC 컨버터부와 DC-AC 인버터부 사이에 배치되어, 전압 안정화 회로를 구성하는 DC 뱅크를 더 포함한다.In the above, the DC-AC inverter unit, a sensor unit that includes a voltage sensor, a current sensor or a temperature sensor to detect sensing information; A control unit controlling voltage, current, or temperature of the power conversion device based on sensing information detected by the sensor unit; An AC converter configured to convert the DC voltage transmitted by the AC-DC converter into an AC voltage, and configured a circuit in a full-bridge form or a half-bridge form; An L-C filter provided at an output terminal of the DC-AC inverter to remove high-frequency noise and convert a PWM waveform into an average voltage waveform; It is disposed between the AC-DC converter unit and the DC-AC inverter unit, further includes a DC bank constituting a voltage stabilization circuit.
상기에 있어서, 상기 DC-AC 인버터부는, 모드를 선택하기 위해 외부의 상용전원으로부터 상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인지 여부를 주기적으로 수집되는 센싱정보를 토대로 판단하며, 정상값최소한도 이상인 경우, 정상동작모드로 동작하고, 정상값최소한도 이하인 경우, 가상동작모드로 동작하며, 상기 정상동작모드는 전압 변환시 외부에서 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하며, 상기 가상동작모드는 전압 변환시 가상 파형을 생성하여 자체 위상 기준으로 동기화를 수행하는 것을 특징으로 한다.In the above, the DC-AC inverter unit determines whether or not the power voltage applied to the AC-DC converter from an external commercial power source is greater than or equal to a normal value minimum limit in order to select a mode based on sensing information collected periodically. If it is more than the normal minimum limit, it operates in the normal operation mode, and when it is less than the normal value minimum, it operates in a virtual operation mode, and the normal operation mode synchronizes based on the phase of the externally applied power supply voltage during voltage conversion. The virtual operation mode is characterized in that during voltage conversion, a virtual waveform is generated and synchronization is performed based on its own phase.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법은, AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부 및 DC-DC 컨버터부를 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법에 있어서,외부로부터 교류 전원 신호를 입력받아 AC-DC 컨버터부의 브릿지 다이오드를 통해 직류 신호로 변환하는 단계;상기 DC-DC 컨버터부를 동작시켜, 상기 AC-DC 컨버터부에서 변환된 DC 전압을 상기 AC-DC 컨버터부 및 DC-AC 인버터부의 내부 소자에 직류 전원을 공급하도록 강압하는 단계;상기 AC-DC 컨버터부는 전류센서 및 전압센서를 이용하여 과전류 또는 과전압 상태인지 정상 여부를 판단하는 단계;상기 AC-DC 컨버터부는 전류 및 전압 상태가 정상으로 판단되면, DC-AC 인버터부에 출력전압 변환을 위한 직류 전원을 공급하며, 주기적으로 상기 전압센서 및 전류센서를 통하여 정상 여부를 체크하는 단계;상기 DC-AC 인버터부는 온도센서, 전압센서 및 전류센서의 센싱정보를 저장하는 단계;상기 DC-AC 인버터부는 상기 센싱정보를 토대로 기설정된 정상 센싱값 여부를 판단하는 단계;상기 DC-AC 인버터부는 정상동작모드와 가상동작모드 중 선택 제어하기 위해 외부의 상용전원로부터 상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인지 여부를 주기적으로 판단하는 단계;상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인 경우, 상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하는 단계;를 포함한다.In the control method of a power conversion device according to an embodiment of the present invention, in the control method of a power conversion device including an AC-DC converter unit, a DC-AC inverter unit and a DC-DC converter unit, AC power signal from the outside Received input and converted into a DC signal through a bridge diode of an AC-DC converter; By operating the DC-DC converter, the DC voltage converted by the AC-DC converter is converted into the AC-DC converter and a DC-AC inverter. Step down to supply DC power to a negative internal element; The AC-DC converter unit determining whether the overcurrent or overvoltage state is normal using a current sensor and a voltage sensor; The AC-DC converter unit current and voltage state If it is determined that it is normal, supplying DC power for converting the output voltage to the DC-AC inverter unit, and periodically checking whether it is normal through the voltage sensor and the current sensor; The DC-AC inverter unit is a temperature sensor, a voltage sensor. And storing sensing information of the current sensor; determining whether the DC-AC inverter unit has a preset normal sensing value based on the sensing information; and controlling the selection of a normal operation mode and a virtual operation mode by the DC-AC inverter unit Periodically determining whether a power voltage applied to the AC-DC converter from an external commercial power source is greater than or equal to the normal minimum limit; When the power voltage applied to the AC-DC converter is greater than or equal to the normal minimum limit And performing synchronization based on the phase of the power voltage applied to the AC-DC converter.
상기에 있어서, 상기 DC-AC 인버터부는 지속적으로 일정 주기마다 센싱정보를 수집하여 정상 여부를 판단하는 단계;상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이하인지 여부를 판단하여, 정상값최소한도 이하인 경우 가상 파형을 생성하여 위상 동기화를 자체적으로 동작시키고, 가상동작모드로 전환하는 단계;를 더 포함한다.In the above, the DC-AC inverter unit continuously collecting sensing information at regular intervals to determine whether it is normal; determining whether the power voltage applied to the AC-DC converter is below a normal minimum limit, If it is less than the normal value minimum limit, generating a virtual waveform to operate the phase synchronization itself, and switching to the virtual operation mode; further includes.
상기에 있어서, 상기 AC-DC 컨버터부는 외부에서 인가된 교류 전원 신호에 의해 발생되는 돌입전류를 억제하기 위해 방전 저항을 계전기를 통하여 연결하는 단계;상기 AC-DC 컨버터부의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 방전저항 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시키는 단계;상기 AC-DC 컨버터부는 과전류 또는 과전압 상태인지 정상 여부를 판단 단계에서, 과전류 또는 과전압 상태로 판단되면, 상기 PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어하는 단계;를 더 포함한다.The method of claim 1, wherein the AC-DC converter unit connects a discharge resistor through a relay to suppress an inrush current generated by an externally applied AC power signal; DC power stepped down to an internal element of the AC-DC converter unit Is supplied to operate the discharge resistance passing circuit and the PFC boost converter; In determining whether the AC-DC converter unit is in an overcurrent or overvoltage state, when it is determined as an overcurrent or overvoltage state, the boosting of the PFC boost converter is stopped. And controlling to cut off the supply voltage.
상기에 있어서, DC-AC 인버터부의 정상 센싱값 여부 판단 단계에서, 정상 센싱값 범위를 벗어난 경우, DC-AC 인버터부의 동작을 정지하고 해당 오류를 외부에 시각적으로 알리는 단계;상기 전압센서를 통하여 입력 직류 전압이 정상값최대한도 이하인지 판단하고, 정상값을 초과하는 경우 일정시간 후 AC-DC 컨버터부의 동작을 정지시키고, 입력 전압 오류 화면을 표시하는 단계;를 더 포함한다.In the above, in the step of determining whether a normal sensing value of the DC-AC inverter unit is outside the normal sensing value range, stopping the operation of the DC-AC inverter unit and visually notifying the corresponding error to the outside; input through the voltage sensor It further includes a step of determining whether the DC voltage is less than or equal to the normal value maximum limit, stopping the operation of the AC-DC converter after a predetermined time when it exceeds the normal value, and displaying an input voltage error screen.
본 발명의 전력 변환 장치 및 그 장치의 제어 방법은 DC-AC 인버터부를 디지털 회로를 구성함으로써 전력 변환 장치 내부 안정성 향상, 에러검출 능력을 강화하였고 상용전원, 발전기, 배터리 등 다양한 입력에 대응하고 추가적으로 다른 모듈과 연동할 수 있도록 구현할 수 있는 장점이 있다.The power conversion device of the present invention and the control method thereof include a digital circuit of the DC-AC inverter unit to improve the internal stability of the power conversion device and enhance the error detection capability, and respond to various inputs such as commercial power, generator, and battery, and additionally There is an advantage that can be implemented so that it can be linked with modules.
또한, 풀-브릿지 또는 하프-브릿지 형태로 된 스위칭 소자에 소프트웨어를 통해 PWM 신호를 인가해 직류를 사인파 형태의 AC로 변환시켜 출력 파형이 상용전원의 파형을 따라가게 함으로써 전력변환기에 연결된 전력 변환 장치들의 안정성을 높이고 정전 발생 시에도 전기적 충돌을 완화할 수 있다.In addition, a PWM signal is applied to the switching element in the form of a full-bridge or half-bridge through software to convert DC into AC in the form of a sine wave, so that the output waveform follows the waveform of the commercial power supply, thereby connecting the power converter to the power converter. It can increase the stability of the device and alleviate electrical collision even in the event of a power outage.
또한, DC-AC 인버터부가 처음 작동할 때 돌입전류가 발생할 수 있는데, 출력전압을 천천히 상승시키도록 한 알고리즘을 적용함으로써, 돌입전류량을 제어하여 기기의 안정성을 향상시키고 과도한 기계적 충돌을 완화할 수 있다.In addition, an inrush current may occur when the DC-AC inverter is first operated. By applying an algorithm that slowly increases the output voltage, the stability of the device can be improved and excessive mechanical collisions can be alleviated by controlling the amount of inrush current. .
또한, ATS 등 타 모듈과 연동하여 BMS(Battery Management System, 배터리관리시스템),EMS(Energy Management System,에너지관리시스템), UPS(Uninterruptible Power Supply, 무정전전원장치) 등을 포함한 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)로 사용할 수 있으며, BMS 또는 UPS와 연결되는 교류 및 직류 배전에서 전력 변환 및 통합 관리하는 에너지관리시스템 기능을 수행할 수도 있다.In addition, ESS (Energy Storage System), including BMS (Battery Management System, Battery Management System), EMS (Energy Management System, Energy Management System), UPS (Uninterruptible Power Supply, Uninterruptible Power Supply), etc., in conjunction with other modules such as ATS, It can be used as an energy storage device), and it can perform the function of an energy management system that converts and integrates power in AC and DC distribution connected to a BMS or UPS.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치가 적용되는 전체 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 전력 변환 장치의 세부 구성을 보인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법에서 AC-DC 컨버터부의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 제어 방법에서 DC-AC 인버터부의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5는 풀-브릿지 형태의 DC-AC 인버터부의 예를 나타낸 회로도이다.
도 6은 PWM 제어와 평균 출력 파형의 예를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing an overall configuration to which a power conversion device according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a block diagram showing a detailed configuration of the power conversion device of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation process of an AC-DC converter unit in a method of controlling a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are flow charts illustrating an operation process of a DC-AC inverter unit in a method for controlling a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram showing an example of a full-bridge type DC-AC inverter.
6 is a diagram showing an example of PWM control and average output waveforms.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. Other embodiments included within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but it will be said that this is also included within the scope of the inventive concept. In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described with the same reference numerals.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)가 적용되는 전체 구성을 보인 블록도이다.1 is a block diagram showing an overall configuration to which a
본 발명의 전력 변환 장치(100)는 도 1을 참조하면, ATS(Automatic Transfer Switch, 210), 충전기(220), 배터리(230), 양방향변환장치(240) 및 원격지의 원격제어장치(250)와 연결될 수 있으며, ATS, 배터리 등 타 모듈과 연동하여 BMS(Battery Management System, 배터리관리시스템),EMS(Energy Management System,에너지관리시스템), UPS(Uninterruptible Power Supply, 무정전전원장치) 등을 포함한 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)로 사용하거나, BMS 또는 UPS와 연결되는 교류 및 직류 배전에서 에너지관리시스템 기능을 수행할 수 있다. 즉, 전력 변환 장치(100)는 컨버터 및 인버터가 통합으로 구성되어 전력 변환 및 통합 관리 기능을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
ATS(210)는 상용전원(200)이나 AC 220V 전원 입력 시 원격제어장치(250)의 명령에 따라 전력 변환 장치(100)로 전원 공급 및 외부로 전원 출력을 할 수 있으며, 상용전원(200)이나 AC 220V 전원에 이상이 생기거나 수동으로 배터리 방전 모드로 전환 시 전력 변환 장치(100)로부터 전원을 공급받아 출력할 수도 있다.The ATS 210 can supply power to the
또한, ATS(210)는 가동 중 입력 변경(절체)시 출력이 연속적으로 이루어지도록(무정전, 무순단) 제어할 수도 있다.In addition, the ATS 210 may control the output to be continuously performed (uninterruptible or non-interruptible) when input is changed (transferred) during operation.
배터리(230)는 도 1을 참조하면, 전력 변환 장치(100)의 충전모드와 방전모드에 따라 충방전을 구분할 수 있는데, 배터리(230) 방전 시에는 양방향 변환장치(240)를 거쳐 DC-AC 인버터부(120)에서 ATS(210)로 예컨대 AC 220V를 공급하여 출력을 내보낸다.Referring to FIG. 1, the
또한, 배터리(230) 충전 시에는 상용전원(200)으로부터 ATS(210)를 거쳐, AC-DC 컨버터부(110)에서 DC-AC 인버터부(120) 및 양방향변환장치(240)에 예컨대 DC 400V를 공급해 최종적으로 배터리(230)에 충전 전력을 공급한다.In addition, when charging the
양방향변환장치(240)는 배터리(230) 방전 시 배터리(230) 전압을 승압(예: DC 400V로 승압)시켜 전력 변환 장치(100)의 DC-AC 인버터부(120)에 공급하고, 배터리(230) 충전 시 전력 변환 장치(100)에서 공급받은 전압(예 : DC 400V)을 충전기용 전압(예 : DC 30V)으로 강압시켜 배터리(230)를 충전할 수 있도록 충전기(220)에 공급하는 역할을 수행할 수 있다.When the
원격제어장치(250)는 전력 변환 장치(240)를 통신(예 : CAN 통신 등)을 통해 감시 및 제어할 수 있다.The
전력 변환 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 세부적으로 AC-DC 컨버터부(110), DC-AC 인버터부(120) 및 DC-DC 컨버터부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
AC-DC 컨버터부(110)는 상용전원(200)이나 발전기 등의 교류 전원(예 : AC 220V)의 교류 신호를 입력받아 직류(예: 약 DC 400V) 신호로 변환해주는 역할을 하며, 이를 통해 배터리 관리 시스템(BMS)이나 직류 전원 등 전력 공급이 필요한 외부 장치(300)에 사용될 수 있다.The AC-
또한 AC-DC 컨버터부(110)는 PFC 부스트 컨버터를 사용해 역률을 개선하고 전기 에너지의 효율성을 향상시킬 수 있다.In addition, the AC-
AC-DC 컨버터부(110)는 예를 들어 AC 220V의 신호가 들어오면 브릿지 다이오드를 통해 약 DC 311V로 변환한다. 이후 이 DC 311V는 DC-DC 컨버터부(130)로 입력되고, DC-DC 컨버터부(130)에서 입력받은 전원을 DC 24V로 변환하고, AC-DC 컨버터부(110)로 입력하게 되면, AC-DC 컨버터부(110)는 DC 24V를 사용해 부스트 컨버터를 작동시켜 DC 311V를 DC 400V로 승압하여 출력한다.The AC-
본 발명에서는 종래의 AC-DC 부스트 컨버터를 사용하는 대신에, PFC 부스트 컨버터를 적용해 역률 개선, 고조파 성분 최소화, 출력 전압/전류 위상을 일치시킬 수 있다.In the present invention, instead of using the conventional AC-DC boost converter, a PFC boost converter can be applied to improve power factor, minimize harmonic components, and match the output voltage/current phase.
AC-DC 컨버터부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부적으로 직류변환부(111), 돌입전류저감회로(미도시)를 더 포함한다.As shown in FIG. 2, the AC-
직류변환부(111)는 교류를 직류로 변환시켜주는 역할을 수행하며, 교류를 직류로 변환시키는 주체로, 브릿지 다이오드(Bridge Diode)와 PFC 부스트 컨버터를 내장하여 구비하고 있다.The
돌입전류저감회로는 릴레이(112), 릴레이 구동회로(미도시) 및 방전저항(113)을 더 포함한다.The inrush current reduction circuit further includes a
릴레이(112) 및 릴레이 구동회로는 전력 변환 장치(100)에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 저감하기 위해 회로상에 방전저항(113)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.The
또한 릴레이(112) 및 릴레이 구동회로는 전력 변환 장치(100)의 전원이 완전히 안정화된 이후, 방전저항(113)이 작동할 경우 전력을 소비하므로 방전저항(113)을 사용하지 않도록 절체시켜 전력사용량을 줄일 수 있게 한다. 즉, 돌입전류가 소비된 이후 릴레이(112)는 방전저항(113)을 사용하지 않도록 개방되는 스위치 역할을 한다.Also, since the
방전저항(113)은 전력 변환 장치(100)에 전원 인가 시 순간적으로 정상 전류보다 큰 전류가 일시적으로 흐르는 돌입전류가 발생할 수 있는데, 돌입전류가 발생할 경우 높은 전류로 인해 내부 계통이 손상될 수 있기 때문에 릴레이(112) 앞단에 방전저항(113)을 구비함으로써 돌입전류의 영향력을 줄일 수 있게 한 것이다.When power is applied to the
또한, 방전저항(113)은 직,병렬로 연결된 저항이며, 전력 변환 장치(100)에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 소비하도록 설계한다.In addition, the
DC-AC 인버터부(120)는 6kW의 전력을 제어할 수 있으며, DC 전압을 AC-DC 컨버터부(110)에서 입력받아 스위칭 소자에 단극(Unipolar) 또는 양극(Bipolar) PWM 제어를 적용해 교류 출력전압을 출력하고, 출력 전압 감시 및 제어를 통해 출력 전압 안정화를 수행한다.The DC-
또한 DC-AC 인버터부(120)는 MCU(Micro Controller Unit)를 사용해 프로그램 알고리즘을 적용하여 오류 검출 능력을 구현하고, AC-DC 컨버터부(110)의 이상 여부, 과출력 감지, 온도 감지 등을 통해 전력 변환 장치(100)의 전체 안정성을 향상할 수 있다.In addition, the DC-
또한, DC-AC 인버터부(120)는 AC-DC 컨버터부(110)에서 공급받은 직류(DC) 전압을 교류전압(AC)으로 변환시키며, 소프트웨어와 스위칭 소자 그리고 L-C 필터(124)로 구현한다.In addition, the DC-
이때 스위칭 소자의 회로 구성은 도 5에 도시된 바와 같은 풀-브릿지 또는 하프-브릿지 형태로 구성될 수 있으며, 스위칭 소자에 소프트웨어를 통해 도 6과 같은 PWM 신호를 인가해 직류를 사인파 형태의 AC로 변환시킨다. 출력 파형은 상용전원(200)의 파형을 따라감으로써 전력변환기에 연결된 전력 변환 장치(100)들의 안정성을 높이고 정전 발생 시에도 전기적 충돌을 완화할 수 있다.At this time, the circuit configuration of the switching element may be configured in the form of a full-bridge or half-bridge as shown in FIG. 5, and a PWM signal as shown in FIG. 6 is applied to the switching element through software to convert a direct current to an AC in a sine wave form. Convert. The output waveform follows the waveform of the
특히, 고속으로 동작하는 제어부(121)를 사용해 인버터 제어속도, 에러 검출 능력, 에러 보정 능력이 뛰어나며, SOGI-PLL방식을 사용함으로써 기존에 사용된 인버터보다 뛰어난 위상 추종 능력과 출력전압 제어 능력을 가지고 있다.In particular, it has excellent inverter control speed, error detection capability, and error correction capability using the
또한, DC-AC 인버터부(120)의 출력전압은 DC-AC 인버터부(120)의 회로를 구성하는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 또는 MOSFET 등과 같은 스위칭 소자의 스위칭에 의해 정해진다.In addition, the output voltage of the DC-
또한, DC-AC 인버터부(120)는 무부하 상태에서 출력전압을 제어하기 위해 내부 프로그램에서 RMS 값이 예컨대 교류 220V가 되도록 하는 가상 사인파를 만들 수 있다.In addition, the DC-
그리고, DC-AC 인버터부(120)는 가상 사인파에 따라 IGBT 또는 MOSFET 등과 같은 스위칭 소자의 스위칭 동작 비율에 맞게 곱하여 PWM제어의 듀티값에 입력 시, 출력전압(예 : 교류 220V)이 출력되게 한다.In addition, the DC-
DC-AC 인버터부(120)가 처음 작동할 때 정격전류의 5~8배에 달하는 돌입전류가 발생할 수 있는데, 이때 소프트 스타트(Soft Start) 알고리즘을 적용하면 돌입전류량을 제어하여 기기의 안정성을 향상시키고 과도한 기계적 충돌을 완화시킬 수 있다.When the DC-
즉, DC-AC 인버터부(120)에 적용한 소프트 스타트 알고리즘은 출력전압을 일정 비율로 천천히 상승시키도록 설계하는 것이다.That is, the soft start algorithm applied to the DC-
DC-AC 인버터부(120)에서 출력되는 출력전압을 인가하는 외부 장치(300)와 같은 부하(load)가 걸리게 되면 전압이 떨어지게 되고, 따라서 RMS 값도 떨어질 수 있으므로, 이때 가상 사인파와 현재 출력 값의 RMS를 측정해 차이를 계산하고, 이 차이 값이 PI제어를 통해 0으로 가장 빠르게 수렴할 수 있도록 제어부(121)를 구성하는 것이 바람직하다.When a load such as the
PI 제어기의 출력값은 가상 사인파와 곱해져 제2의 가상 사인파를 생성하며, 이는 다시 PWM제어의 듀티값에 입력되어 출력전압을 제어할 수 있게 된다.The output value of the PI controller is multiplied with the virtual sine wave to generate a second virtual sine wave, which is input to the duty value of PWM control to control the output voltage.
본 발명에서 PID(비례 적분 미분)제어가 아닌 PI 제어를 사용한 이유는 D(미분)제어 추가 시 시스템의 응답속도를 개선하는 장점이 있지만, 인버터의 노이즈 등 특성에 의해 에러가 발생할 가능성이 크고, 이로 인한 오버슈트가 발생되는 특성이 있기 때문이다.The reason for using PI control rather than PID (proportional integral derivative) control in the present invention is that it has the advantage of improving the response speed of the system when D (differential) control is added, but there is a high possibility that errors may occur due to characteristics such as noise of the inverter. This is because there is a characteristic that overshoot occurs.
또한 DC-AC 인버터부(120)는 60Hz 출력주파수를 가지므로, PI 제어만으로도 충분한 응답특성을 얻을 수 있다.In addition, since the DC-
또한 DC-AC 인버터부(120)는 PI 제어기 특성상 고속 제어 시에는 오차가 발생될 수 있어, 이를 보완하기 위해 SOGI-PLL 위상 추종 방법을 적용할 수 있다.In addition, the DC-
기본적으로 사용되는 PLL은 입력 및 출력의 불안정 전압이 발생하면 위상을 정확하게 추종하지 못하는 문제가 발생하기 때문에, SOGI-PLL을 적용하며, SOGI-PLL은 왜곡 현상을 약하게 하는 특성이 있고, 입력 신호와 피드백된 출력 신호의 차이를 90℃의 위상차를 가진 신호로 출력하여 회전좌표계로 동기화시켜 PLL을 하여 불평형 전압 발생 시에도 정상적으로 위상 추종이 가능하게 한다.Basically used PLL has a problem that does not accurately follow the phase when unstable voltages of input and output occur, so SOGI-PLL is applied, and SOGI-PLL has a characteristic of reducing distortion and The difference between the feedback output signal is output as a signal with a phase difference of 90°C and is synchronized with the rotational coordinate system to perform a PLL to enable normal phase tracking even when an unbalanced voltage occurs.
나아가 DC-AC 인버터부(120)는 자체 보호 기능을 위해 입력에서 출력까지의 데이터 진행이 일정한 것이 장점으로, 매우 빠른 속도(나노초(ns) 단위)로 명령을 수행할 수 있는 CPLD를 사용하고, 내부 로직(Logic)을 구성하여 보호기능 및 펌웨어 자체 보안 기능을 가질 수 있다.Further, the DC-
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 세부 구성을 보인 블록도이다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
또한, DC-AC 인버터부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부적으로 제어부(121), 센서부(122), 교류변환부(123), L-C 필터(124), DC 뱅크(BANK, 125)를 더 포함한다.In addition, the DC-
센서부(122)는 제어부(121)가 제어하기 위한 입력정보로 활용될 수 있으며, 센서부(122)는 전류센서, 온도센서 등을 포함할 수 있다.The
제어부(121)는 본 발명의 전력 변환 장치(100)를 전반적으로 제어하는 역할을 한다. 따라서 전력 변환 장치(100)의 모든 센싱정보가 제어부(121)에서 제어되며, 제어 종류는 예컨대 전압 제어, 전류 제한, 온도 측정 등으로 이루어진다.The
제어부(121)는 센서부(122)에서 입력받은 정보를 토대로 하여 전력 변환 장치(100)의 전압을 제어하고 전류 및 온도를 감시한다.The
이때, 제어부(121)의 출력 전압 제어는 스위칭 소자에 PWM 신호를 제어함으로써 출력 전압을 높이거나 낮출 수 있다. 여기서 PWM은 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)를 의미하며, 펄스의 폭(duty)을 제어하여 출력전압을 제어하는 제어 방식이다.In this case, the output voltage control of the
또한, 제어부(121)는 모드에 따라 동작 환경이 달라질 수 있는데, 정상동작모드(모드 1)와 가상동작모드(모드 2) 중 선택 제어할 수 있다.In addition, the
모드를 선택하기 위해 상용전원(200), 배터리(230) 등으로부터 AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도(예: 130 V)이상인지 여부를 주기적으로 수집되는 센싱정보를 토대로 판단할 수 있다. 정상값최소한도 이상인 경우, 정상동작모드로 동작하고, 정상값최소한도 이하인 경우, 가상동작모드로 동작한다.Sensing that periodically collects whether or not the power voltage applied to the AC-
또한 정상동작모드는 전압 변환시 외부에서 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하며, 가상동작모드는 전압 변환시 가상 파형을 생성하여 자체 위상 기준으로 동기화를 수행할 수 있게 설계된다.In addition, the normal operation mode performs synchronization based on the phase of the externally applied power voltage during voltage conversion, and the virtual operation mode is designed to perform synchronization based on its own phase by generating a virtual waveform during voltage conversion.
정상동작모드와 가상동작모드 중 선택 제어하기 위해 전력 변환 장치(100)는 도 7과 같은 내부 구성을 더 포함할 수 있으며, 도 7을 참조하여 상세하게 설명하면, 외부 입력 전원이 있을 경우 DC-AC 인버터부(120)는 PLL(Phase-Locked Loop, 위상고정루프)을 동작시켜 정상동작모드(모드 1)로 전환하여 작동한다.In order to select and control between the normal operation mode and the virtual operation mode, the
만약 외부 입력 전원이 없을 경우 전력 변환 장치(100) 내부에서 59.7Hz의 주파수를 생성하고 가상동작모드(모드 2)로 전환하여 작동한다.If there is no external input power, the
도 7의 파형 생성기(SIN Wave Generator)는 모드 1에서 외부 입력 전원의 PLL 출력값 또는 모드 2에서 자체 주파수를 기반으로 사인파를 생성하고 그 크기는 상용전원(200)의 AC 220V와 동일하도록 220*√2(AC 220V의 최댓값)를 곱하여 PWM 신호를 생성 및 출력한다.The SIN Wave Generator of FIG. 7 generates a sine wave based on the PLL output value of the external input power in mode 1 or its own frequency in mode 2, and its size is 220*√ so that it is the same as AC 220V of the
상기 PWM 신호는 출력 전압이 피드백되면 파형 생성기의 출력값과 PI제어기의 출력값을 곱 연산하여 출력하도록 설정한다.When the output voltage is fed back, the PWM signal is set to be output by multiplying the output value of the waveform generator and the output value of the PI controller.
나아가 제어부(121)는 전력 변환 장치(100)의 전압, 전류 또는 온도 이상 발생 시 스피커 또는 표시부(미도시)를 구비하여, 내부 통신을 이용하여 외부에 시각적 또는 청각적으로 알리는 알림 기능을 포함할 수 있다.Furthermore, the
교류변환부(123)는 AC-DC 컨버터부(110)에서 변환되어 전송된 직류 전압 또는 배터리(230), 직류 전원(201) 등에서 공급되는 직류 전압을 다시 적정한 교류 전압으로 변환시키는 역할을 하며, 스위칭을 통해 켜거나 끌 수 있게 설계된다.The
교류변환부(123)의 회로 구성 형태는 예컨대 도 5에 도시된 바와 같은 풀-브릿지 형태 또는 하프-브릿지 형태로 구성될 수 있다.The circuit configuration form of the
도 5와 같이 예시로 나타낸 풀-브릿지 제어는 제어부(121)에서 신호를 받아 작동하며 이는 PWM 신호 형태로 입력받아 수행되는 제어 방식이 될 수 있다.The full-bridge control shown as an example as shown in FIG. 5 operates by receiving a signal from the
L-C 필터(124)는 PWM 신호로 작동하는 스위칭 소자가 변환될 때마다 잡음이 발생하는데, 이런 고주파의 잡음은 전력 변환 장치(100)에 전달될 경우 오작동을 일으키는 원인이 되므로 DC-AC 인버터부(120)의 회로상 출력단에 L-C 필터(124)를 장착함으로써 고주파 잡음을 제거하고 PWM 파형을 평균 전압 파형으로 변환한다.The
또한, L-C 필터(124)는 스위칭 소자의 고속 스위칭에 의해 생기는 노이즈를 경감시키는 역할로 전력 변환 장치(100)에 연결되는 외부 장치(300)와의 안정성을 높일 수 있다.In addition, the
특히 고주파 잡음을 제거할 수 있는 LPF(Low Pass Filter, 저역통과필터)를 이용해 특정 주파수 값 이상을 컷오프(CUTOFF)시켜 노이즈 차단을 할 수 있게 한다.In particular, by using LPF (Low Pass Filter) that can remove high-frequency noise, it cuts off more than a specific frequency value to cut off noise.
DC 뱅크(125)는 전압 안정화를 위해 병렬로 연결된 콘덴서와 직,병렬로 연결된 저항으로 회로가 구성될 수 있으며 AC-DC 컨버터부(110)와 DC-AC 인버터부(120)의 사이에서 전압 안정용으로 사용한다.The
또한, DC 뱅크(125)는 입력전압이 이상이 생겨 일정 전압 이상으로 작동하면, 제어부(121)에서 제어 신호를 인가받아 방전저항(113)으로 연결해 전력변환기를 보호해주는 기능이 포함된다.In addition, the
DC-DC 컨버터부(130)는 AC-DC 컨버터부에서 인가받은 DC 전압을 상기 AC-DC 컨버터부 및 상기 DC-AC 인버터부에 사용되는 내부 소자에 전원을 공급할 수 있도록 강압하는 기능을 할 수 있으며, 예컨대 전압을 강하시키는 벅 컨버터를 사용함으로써, 높은 효율을 구현시키고, 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.The DC-
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)의 제어 방법에서 AC-DC 컨버터부(110)의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.3 is a flow chart showing an operation process of the AC-
상용전원(200)이나 발전기 등의 교류(예 : AC 220V) 전원 신호를 입력받아 AC-DC 컨버터부(110)의 브릿지 다이오드를 통해 직류(예: 약 DC 400V) 신호로 변환할 수 있다(S300, S302).It is possible to receive an AC (eg, AC 220V) power signal such as a
또한, 이때 인가된 교류 전원 신호에 의해 돌입전류가 발생할 수 있으므로, 방전저항(113)을 계전기를 통하여 연결한다(S304).In addition, since an inrush current may be generated by the applied AC power signal at this time, the
이후, DC-DC 컨버터부(130)를 동작시켜, AC-DC 컨버터부(110)에서 변환된 DC 전압을 각 AC-DC 컨버터부(110) 및 DC-AC 인버터부(120)에 사용되는 내부 소자에 직류 전원을 공급할 수 있도록 강압한다(S306).Thereafter, by operating the DC-
AC-DC 컨버터부(110)의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 정상 동작이 되면, 방전저항(113) 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시킨다(S308).When the DC power is supplied to the internal element of the AC-
PFC 부스트 컨버터는 교류 전압이 변환된 직류 전압을 승압시킨다(S310).The PFC boost converter boosts the DC voltage converted from the AC voltage (S310).
이때, PFC 부스트 컨버터는 승압되는 과정에서 발생되는 돌입전류량을 제어하기 위해 소프트 스타트 알고리즘을 적용할 수 있다(S312).At this time, the PFC boost converter may apply a soft start algorithm to control the amount of inrush current generated during the step-up process (S312).
이후, AC-DC 컨버터부(110)는 전류센서 및 전압센서를 이용하여 과전류 또는 과전압 상태인지 정상 여부를 판단한다(S314).Thereafter, the AC-
AC-DC 컨버터부(110)는 만약 과전류 또는 과전압 상태로 판단되면, PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어한다(S316).If the AC-
AC-DC 컨버터부(110)는 전류 및 전압 상태가 정상으로 판단되면, DC-AC 인버터부(120)에 출력전압 변환을 위한 직류 전원을 공급하며, 주기적으로 센서들을 통하여 정상 여부를 체크한다(S318).When it is determined that the current and voltage states are normal, the AC-
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)의 제어 방법에서 DC-AC 인버터부(120)의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.4A to 4C are flowcharts illustrating an operation process of the DC-
먼저 DC-DC 컨버터부(130) 동작에 의해, 강압된 내부 소자용 직류 전원이 DC-AC 인버터부(120)에 공급되면 내부소자가 정상 동작한다.First, by the operation of the DC-
내부 프로그램의 시스템의 기본 설정 및 변수가 초기화된다(S400, S402).The basic settings and variables of the system of the internal program are initialized (S400, S402).
또한, 온도센서, 전압센서 및 전류센서의 센싱정보를 저장한다(S404).In addition, sensing information of the temperature sensor, voltage sensor, and current sensor is stored (S404).
제어부(121)는 센싱정보를 토대로 기설정된 정상 센싱값 여부를 판단한다(S406).The
만약 정상 센싱값 범위를 벗어난 경우, DC-AC 인버터부(120)의 동작을 정지하고 해당 오류를 표시부(미도시)를 통하여 외부에 시각적으로 알린다(S408).If it is out of the normal sensing value range, the operation of the DC-
또한, 전압센서를 통하여 입력 직류 전압이 정상값최대한도(예 : 320V) 이하인지 판단하고, 정상값을 초과하는 경우 일정시간 후 AC-DC 컨버터부(110)의 동작을 정지시키고, 입력 전압 오류 화면을 표시부(미도시)를 통하여 표시할 수 있다(S410, S412).In addition, through a voltage sensor, it is determined whether the input DC voltage is below the normal maximum limit (eg, 320V), and if it exceeds the normal value, the operation of the AC-
또한 DC-AC 인버터부(120)는 정상동작모드(모드 1)와 가상동작모드(모드 2) 중 선택 제어하기 위해 상용전원(200), 배터리 등으로부터 AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도(예: 130 V)이상인지 여부를 주기적으로 판단할 수 있다(S414).In addition, the DC-
AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인 경우, 제어부(121)는 전압 변환시 발생하는 돌입전류를 억제하기 위해 소프트 스타트 기능을 실행하며, 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하고, 모드 1을 동작한다(S416).When the power voltage applied to the AC-
이후 제어부(121)는 지속적으로 일정 주기마다 센싱정보를 수집하여 정상 여부를 판단한다(S418).Thereafter, the
다시 AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이하인지 여부를 판단하여, 정상값최소한도 이하인 경우 가상 파형을 생성하여 위상 동기화를 자체적으로 동작시키고, 모드 2로 전환시킨다(S420, S422, S424).Again, it is determined whether the power voltage applied to the AC-
또한, S420 단계에서 AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인 경우에는 모드 1로 계속 진행하며, 주기적으로 S418 단계 및 S420 단계를 수행하여 정상 여부를 체크할 수 있다.In addition, if the power voltage applied to the AC-
한편, 앞서 S414 단계에서 AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인지 판단해서 정상값최소한도 이하인 경우, 제어부(121)는 전압 변환시 발생하는 돌입전류를 억제하기 위해 소프트 스타트 기능을 실행하며, 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하고 모드 2를 동작시킨다(S426).On the other hand, if the power voltage applied to the AC-
이후 제어부(121)는 지속적으로 일정 주기마다 센싱정보를 수집하여 정상 여부를 확인한다(S428).Thereafter, the
다시 AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이하인지 여부를 판단하여 정상값최소한도 이상인 경우, 모드 1로 전환하기 위해 외부 인가되는 전원 기준 위상 동기화를 실행하고, 설정된 동기화 변수로 조정한 다음 모드 1로 전환한다(S430, S432).Again, it is determined whether the power voltage applied to the AC-
만약, AC-DC 컨버터부(110)에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이하인 경우, 지속적으로 모드 1 전환 가능 여부를 판단하기 위해 S428 단계 및 S430 단계의 판단 과정을 반복한다.If the power voltage applied to the AC-
100 ; 전력 변환 장치
110 ; AC-DC 컨버터부 111 ; 직류변환부
112 ; 릴레이 113 ; 방전저항
120 ; DC-AC 인버터부 121 ; 제어부
122 ; 센서부 123 ; 교류변환부
124 ; L-C 필터 125 ; DC 뱅크
130 ; DC-DC 컨버터부 200 ; 상용전원
201 ; 직류 전원
210 ; ATS 220 ; 충전기
230 ; 배터리 240 ; 양방향변환장치
250 ; 원격제어장치 300 ; 외부 장치100; Power conversion device
110; AC-
112;
120; DC-
122;
124;
130; DC-
201; DC power
210;
230;
250;
Claims (9)
상기 AC-DC 컨버터부로부터 변환된 직류 신호 형태의 전압을 입력받아 스위칭 소자에 PWM 제어를 적용해 교류 전압으로 변환하여 출력하는 DC-AC 인버터부를 포함하며,
ATS 또는 충전기와 연동하여 BMS 또는 UPS와 연결되는 교류 및 직류 배전에서 전력 변환 및 통합 관리하는 에너지관리시스템 기능을 수행할 수 있으며,
상기 AC-DC 컨버터부는,
상기 교류 전원을 직류 신호로 변환시키는 브릿지 다이오드와, 직류 신호 형태의 직류 전압을 승압시키는 PFC 부스트 컨버터를 구비하는 직류변환부;
회로 상에 방전 저항, 릴레이 구동회로 및 릴레이가 구비되어, 전력 변환 장치에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 저감하는 돌입전류저감회로를 더 포함하며,
상기 PFC 부스트 컨버터를 적용해 역률 개선, 고조파 성분 최소화, 출력 전압/전류 위상을 일치시킬 수 있으며,
상기 DC-AC 인버터부는,
모드를 선택하기 위해 외부의 상용전원으로부터 상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인지 여부를 주기적으로 수집되는 센싱정보를 토대로 판단하며,
정상값최소한도 이상인 경우, PLL(Phase-Locked Loop, 위상고정루프)을 동작시켜 정상동작모드로 전환하여 동작하고, 정상값최소한도 이하인 경우, 가상동작모드로 동작하며,
상기 정상동작모드는 전압 변환시 외부에서 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하며,
상기 가상동작모드는 전압 변환시 가상 파형을 생성하여 자체 위상 기준으로 동기화를 수행하며,
SOGI-PLL방식을 사용하여 위상 추종함으로써 입력 신호와 피드백된 출력 신호의 차이를 일정 각도의 위상차를 가진 신호로 출력하여 회전좌표계로 동기화시켜 PLL을 하여 불평형 전압 발생 시에도 정상적으로 위상 추종이 가능하게 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.AC-DC converter unit for receiving an AC power input and converting the DC signal; And
It includes a DC-AC inverter that receives the voltage in the form of a DC signal converted from the AC-DC converter unit, applies PWM control to the switching element, converts it into an AC voltage, and outputs it,
In conjunction with ATS or charger, it can perform the energy management system function that converts and integrates power in AC and DC distribution connected to BMS or UPS.
The AC-DC converter unit,
A DC converter including a bridge diode for converting the AC power into a DC signal and a PFC boost converter for boosting a DC voltage in the form of a DC signal;
A discharge resistor, a relay driving circuit and a relay are provided on the circuit, further comprising an inrush current reduction circuit for reducing an inrush current generated when power is applied to the power conversion device,
By applying the above PFC boost converter, it is possible to improve power factor, minimize harmonic components, and match the output voltage/current phase.
The DC-AC inverter unit,
In order to select a mode, it is determined based on periodically collected sensing information whether or not the power voltage applied to the AC-DC converter from an external commercial power source is above the normal minimum limit,
If it is above the minimum limit of the normal value, it operates by operating the PLL (Phase-Locked Loop) to switch to the normal operation mode, and when it is less than the minimum limit of the normal value, it operates in the virtual operation mode.
The normal operation mode performs synchronization based on the phase of the externally applied power supply voltage during voltage conversion,
The virtual operation mode generates a virtual waveform during voltage conversion and performs synchronization based on its own phase,
By following the phase using the SOGI-PLL method, the difference between the input signal and the fed back output signal is output as a signal with a phase difference of a certain angle and synchronized with the rotational coordinate system to perform PLL to enable normal phase tracking even when an unbalanced voltage occurs. Power conversion device, characterized in that capable of.
상기 AC-DC 컨버터부에서 인가받은 DC 전압을 상기 AC-DC 컨버터부 및 상기 DC-AC 인버터부에 사용되는 내부 소자에 전원을 공급할 수 있도록 강압하는 DC-DC 컨버터부;
를 더 포함하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
A DC-DC converter for stepping down the DC voltage applied from the AC-DC converter to supply power to the AC-DC converter and internal devices used in the DC-AC inverter;
Power conversion device further comprising a.
상기 DC-AC 인버터부는,
전압센서, 전류센서 또는 온도센서를 구비하여 센싱정보를 감지하는 센서부;
상기 센서부에서 감지된 센싱정보를 토대로 하여 전력 변환 장치의 전압, 전류 또는 온도를 제어하는 제어부;
상기 AC-DC 컨버터부에서 변환되어 전송된 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환시키며, 풀-브릿지 형태 또는 하프-브릿지 형태로 회로가 구성되는 교류변환부;
상기 DC-AC 인버터부의 출력단에 구비하여 고주파 잡음을 제거하고 PWM 파형을 평균 전압 파형으로 변환하는 L-C 필터;
상기 AC-DC 컨버터부와 DC-AC 인버터부 사이에 배치되어, 전압 안정화 회로를 구성하는 DC 뱅크
를 더 포함하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
The DC-AC inverter unit,
A sensor unit including a voltage sensor, a current sensor, or a temperature sensor to detect sensing information;
A control unit controlling voltage, current, or temperature of the power conversion device based on sensing information detected by the sensor unit;
An AC converter configured to convert the DC voltage transmitted by the AC-DC converter into an AC voltage, and configured a circuit in a full-bridge form or a half-bridge form;
An LC filter provided at the output terminal of the DC-AC inverter to remove high frequency noise and convert a PWM waveform into an average voltage waveform;
DC bank disposed between the AC-DC converter unit and the DC-AC inverter unit to form a voltage stabilization circuit
Power conversion device further comprising a.
외부로부터 교류 전원 신호를 입력받아 상기 AC-DC 컨버터부의 브릿지 다이오드를 통해 직류 신호로 변환하는 단계;
상기 DC-DC 컨버터부를 동작시켜, 상기 AC-DC 컨버터부에서 변환된 DC 전압을 상기 AC-DC 컨버터부 및 DC-AC 인버터부의 내부 소자에 직류 전원을 공급하도록 강압하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부는 전류센서 및 전압센서를 이용하여 과전류 또는 과전압 상태인지 정상 여부를 판단하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부는 전류 및 전압 상태가 정상으로 판단되면, 상기 DC-AC 인버터부에 출력전압 변환을 위한 직류 전원을 공급하며, 주기적으로 상기 전압센서 및 전류센서를 통하여 정상 여부를 체크하는 단계;
상기 DC-AC 인버터부는 온도센서, 전압센서 및 전류센서의 센싱정보를 저장하는 단계;
상기 DC-AC 인버터부는 상기 센싱정보를 토대로 기설정된 정상 센싱값 여부를 판단하는 단계;
상기 DC-AC 인버터부는 정상동작모드와 가상동작모드 중 선택 제어하기 위해 외부의 상용전원로부터 상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인지 여부를 주기적으로 판단하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이상인 경우, 상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압의 위상을 기준으로 동기화를 수행하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부는 외부에서 인가된 교류 전원 신호에 의해 발생되는 돌입전류를 억제하기 위해 방전 저항을 계전기를 통하여 연결하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 방전저항 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시키는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부는 과전류 또는 과전압 상태인지 정상 여부를 판단 단계에서, 과전류 또는 과전압 상태로 판단되면, 상기 PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어하는 단계;를 포함하며,
상기 PFC 부스트 컨버터를 적용해 역률 개선, 고조파 성분 최소화, 출력 전압/전류 위상을 일치시킬 수 있으며,
상기 정상값최소한도 이상인지 여부를 주기적으로 판단시, 정상값최소한도 이상인 경우, PLL(Phase-Locked Loop, 위상고정루프)을 동작시켜 정상동작모드로 전환하여 동작하고, 정상값최소한도 이하인 경우, 가상동작모드로 동작하며,
SOGI-PLL 방식을 사용하여 위상 추종함으로써 입력 신호와 피드백된 출력 신호의 차이를 일정 각도의 위상차를 가진 신호로 출력하여 회전좌표계로 동기화시켜 PLL을 하여 불평형 전압 발생 시에도 정상적으로 위상 추종이 가능하게 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.In the control method of a power conversion device including an AC-DC converter unit, a DC-AC inverter unit and a DC-DC converter unit,
Receiving an AC power signal from the outside and converting it into a DC signal through a bridge diode of the AC-DC converter unit;
Stepping down the DC voltage converted by the AC-DC converter to supply DC power to internal elements of the AC-DC converter and DC-AC inverter by operating the DC-DC converter;
Determining whether the AC-DC converter unit is in an overcurrent or overvoltage state using a current sensor and a voltage sensor;
When the AC-DC converter unit determines that the current and voltage states are normal, supplying DC power for converting the output voltage to the DC-AC inverter unit, and periodically checking whether the current and voltage are normal through the voltage sensor and the current sensor. ;
The DC-AC inverter unit storing sensing information of a temperature sensor, a voltage sensor, and a current sensor;
Determining whether the DC-AC inverter unit has a preset normal sensing value based on the sensing information;
Periodically determining whether a power voltage applied to the AC-DC converter from an external commercial power source is equal to or greater than a normal minimum limit in order to select and control between a normal operation mode and a virtual operation mode;
Performing synchronization based on the phase of the power voltage applied to the AC-DC converter when the power voltage applied to the AC-DC converter is greater than or equal to a normal minimum limit;
Connecting a discharge resistor through a relay to suppress an inrush current generated by an AC power signal applied from the outside of the AC-DC converter unit;
Operating a discharge resistance passing circuit and a PFC boost converter by supplying a step-down DC power to an internal element of the AC-DC converter unit;
In the step of determining whether the AC-DC converter unit is in an overcurrent or an overvoltage state, if it is determined as an overcurrent or an overvoltage state, controlling the PFC boost converter to stop boosting and cut off the supply voltage; and
By applying the above PFC boost converter, it is possible to improve power factor, minimize harmonic components, and match the output voltage/current phase.
When periodically determining whether the normal value is above the minimum limit, if it is above the normal value minimum limit, activates PLL (Phase-Locked Loop, phase-locked loop) to switch to the normal operation mode and operates, and when it is below the normal value minimum limit. , Operates in virtual operation mode,
By following the phase using the SOGI-PLL method, the difference between the input signal and the fed back output signal is output as a signal with a phase difference of a certain angle and synchronized with the rotational coordinate system to perform PLL to enable normal phase tracking even when an unbalanced voltage occurs. A control method of a power conversion device, characterized in that capable of.
상기 DC-AC 인버터부는 지속적으로 일정 주기마다 센싱정보를 수집하여 정상 여부를 판단하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부에 인가된 전원 전압이 정상값최소한도 이하인지 여부를 판단하여, 정상값최소한도 이하인 경우 가상 파형을 생성하여 위상 동기화를 자체적으로 동작시키고, 가상동작모드로 전환하는 단계;를 더 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법.The method of claim 6,
Determining whether the DC-AC inverter unit is normal by continuously collecting sensing information at regular intervals;
Determining whether the power supply voltage applied to the AC-DC converter is less than or equal to the normal minimum limit, generating a virtual waveform when the power supply voltage is less than or equal to the normal minimum limit, operating phase synchronization by itself, and converting to a virtual operation mode; Control method of a power conversion device further comprising a.
상기 DC-AC 인버터부의 정상 센싱값 여부 판단 단계에서, 정상 센싱값 범위를 벗어난 경우, 상기 DC-AC 인버터부의 동작을 정지하고 해당 오류를 외부에 시각적으로 알리는 단계;
상기 전압센서를 통하여 입력 직류 전압이 정상값최대한도 이하인지 판단하고, 정상값을 초과하는 경우 일정시간 후 상기 AC-DC 컨버터부의 동작을 정지시키고, 입력 전압 오류 화면을 표시하는 단계;를 더 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법.The method of claim 6,
In the step of determining whether the DC-AC inverter unit has a normal sensing value, if it is out of the normal sensing value range, stopping the operation of the DC-AC inverter unit and visually notifying the error to the outside;
Determining whether the input DC voltage is less than or equal to the normal value maximum limit through the voltage sensor, stopping the operation of the AC-DC converter unit after a predetermined time when the normal value exceeds the normal value, and displaying an input voltage error screen; How to control the power conversion device.
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