KR102157700B1 - Power conversion device with protection circuit and control method of power conversion device - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a power conversion device having a protection circuit. The power conversion device having a protection circuit comprises: an alternating current (AC)-direct current (DC) converter unit which receives AC power and converts the AC power into a DC signal; and a DC-AC inverter which receives a voltage in a form of the DC signal converted from the AC-DC converter unit to convert the voltage into an AC voltage by applying PWM control to a switching element so as to output the same. The power conversion device having a protection circuit can perform an energy management system which converts and manages the power in AC and DC distribution connected to a battery management system (BMS) or an uninterruptible power supply (UPS) by interlocking with an automatic transfer switch (ATS) or charger. The AC-DC converter unit further includes a bridge diode converting the AC power into the DC signal, and a DC conversion unit having a PFC boost converter circuit boosting a DC voltage in a form of the DC signal. The DC conversion unit further includes the protection circuit which detects an abnormal state, immediately stops operation by blocking the PFC boost converter circuit in the abnormal state, and protects the PFC boost converter circuit and a bridge diode circuit.

Description

보호회로를 구비한 전력변환장치 및 전력변환장치의 제어방법{Power conversion device with protection circuit and control method of power conversion device}Power conversion device with protection circuit and control method of power conversion device

본 발명은 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로 및 부스트 컨버터 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부를 포함하는 전력 변환 장치에서, 보호회로로 이상 여부를 감지하여 차단할 수 있는 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로 및 부스트 컨버터 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a protection circuit and a boost converter control method that can be interlocked with a power conversion device, and more particularly, in a power conversion device including an AC-DC converter unit and a DC-AC inverter unit, by detecting an abnormality with a protection circuit It relates to a protection circuit and a boost converter control method that can be interlocked with a power conversion device that can be cut off.

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 컨버터는 별도의 보호회로가 마련되어 있지 않아 이상 상태 여부를 감지하지 못하고, 전원 공급이 차단되거나, 불안정 전압 또는 노이즈 발생시 컨버터의 내부 회로를 보호하지 못하는 문제가 있었다.However, the converter constituting the currently used power converter does not have a separate protection circuit, so it cannot detect whether there is an abnormal state, and there is a problem in that the internal circuit of the converter is not protected when the power supply is cut off or unstable voltage or noise occurs. .

따라서, 전술한 문제를 해결하기 위한 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로 및 부스트 컨버터 제어방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for research on a protection circuit and a boost converter control method that can be interlocked with a power conversion device to solve the above-described problem.

대한민국 공개 특허 제10-2016-0098894호(2016년08월19일 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0098894 (published on August 19, 2016)

본 발명의 목적은 AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부를 포함하되, AC-DC 컨버터부는 회로와 부품만으로 이루어진 아날로그 회로로 구현하고, 컨버터부의 이상 여부를 감지할 수 있는 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로 및 부스트 컨버터 제어방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to include an AC-DC converter unit and a DC-AC inverter unit, and the AC-DC converter unit is implemented as an analog circuit consisting of only circuits and parts, and can be interlocked with a power conversion device capable of detecting an abnormality in the converter unit. It is to provide a protection circuit and a boost converter control method.

또한 다른 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 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로 및 부스트 컨버터 제어방법을 제공하는 것이다.In addition, other purposes include the AC-DC converter unit and the DC-AC inverter unit, but the AC-DC converter unit is implemented as an analog circuit consisting of only circuits and parts, and the DC-AC inverter unit checks the stability of the output and abnormal conditions inside the power conversion device. And it is to provide a protection circuit and a boost converter control method capable of interlocking with a power conversion device composed of a digital circuit for power supply of internal elements.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로는, 교류 전원을 입력받아 직류 신호로 변환하는 AC-DC 컨버터부와, 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 있는 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로에 있어서, 상기 AC-DC 컨버터부는, 상기 교류 전원을 직류 신호로 변환시키는 브릿지 다이오드와, 직류 신호 형태의 직류 전압을 승압시키는 PFC 부스트 컨버터 회로를 구비하는 직류변환부;를 더 포함하며, 상기 직류변환부는 이상 상태 여부를 감지하고, 이상 상태에서 PFC 부스트 컨버터 회로를 차단하여 즉시 작동 정지하며, PFC 부스트 컨버터 회로 및 브릿지 다이오드 회로를 보호하는 보호회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The protection circuit interlockable with the power conversion device according to an embodiment of the present invention includes an AC-DC converter unit that receives AC power and converts it into a DC signal, and a voltage in the form of a DC signal converted from the AC-DC converter unit. It includes a DC-AC inverter that receives input, applies PWM control to the switching element, converts it to AC voltage, and outputs it. Energy management that converts and integrates power in AC and DC distribution connected to BMS or UPS by interlocking with ATS or charger A protection circuit interlockable with a power conversion device capable of performing a system function, wherein the AC-DC converter unit comprises: a bridge diode that converts the AC power into a DC signal, and a PFC boost converter that boosts a DC voltage in the form of a DC signal. It further includes a DC conversion unit having a circuit; further comprising, the DC conversion unit detects whether there is an abnormal state, shuts off the PFC boost converter circuit in the abnormal state to immediately stop operation, and protects the PFC boost converter circuit and the bridge diode circuit. It characterized in that it further comprises a protection circuit.

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, 회로 상에 돌입전류제한 저항, 릴레이 구동회로 및 릴레이가 구비되어, 상기 전력 변환 장치에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 저감하는 돌입전류저감회로를 더 포함하며, 상기 이상 상태는 입력전압이 불안정하거나 설정된 기준치 이하로 하락하거나 출력단에 역전압이 발생할 경우인 것을 특징으로 한다.In the above, further comprising an inrush current limiting resistor, a relay driving circuit and a relay provided on the circuit to reduce the inrush current generated when power is applied to the power conversion device, wherein the abnormal state is input It is characterized in that the voltage is unstable, falls below a set reference value, or a reverse voltage occurs at the output terminal.

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 부스트 컨버터의 제어 방법은, AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부 및 DC-DC 컨버터부를 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법에 있어서, 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 보호회로를 이용하여 이상 여부를 판단하는 단계; AC-DC 컨버터부는 이상 여부를 판단하여 이상 상태로 판단되면, PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어하는 단계; AC-DC 컨버터부는 이상이 아닌 정상으로 판단되면, AC-DC 컨버터부의 작동을 지속하고, DC-AC 인버터부에 출력전압 변환을 위한 직류 전원을 공급하며, 주기적으로 센서들을 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 controlling method of a boost converter 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, an AC power signal is input from the outside. Receiving and converting 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 is abnormal using a protection circuit; The AC-DC converter unit determines whether there is an abnormality and, when it is determined as an abnormal state, stops boosting of the PFC boost converter and controlling to cut off the supply voltage; If the AC-DC converter unit is determined to be normal and not abnormal, the AC-DC converter unit continues to operate, supplies DC power for output voltage conversion to the DC-AC inverter unit, and periodically checks whether it is normal through sensors. step; 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; And 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 the normal minimum limit.

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 every predetermined period to determine whether it is normal; 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; It includes more.

상기에 있어서, 상기 AC-DC 컨버터부는 외부에서 인가된 교류 전원 신호에 의해 발생되는 돌입전류를 억제하기 위해 돌입전류제한 저항을 계전기를 통하여 연결하는 단계; 상기 AC-DC 컨버터부의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 돌입전류제한 저항 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시키는 단계; 를 더 포함하며, 상기 이상 상태는 입력전압이 불안정하거나 설정된 기준치 이하로 하락하거나 출력단에 역전압이 발생할 경우인 것을 특징으로 한다.The method of claim 1, wherein the AC-DC converter unit comprises: connecting an inrush current limiting resistor through a relay to suppress an inrush current generated by an AC power signal applied from the outside; Operating the inrush current limiting resistor passing circuit and the PFC boost converter by supplying a step-down DC power to an internal element of the AC-DC converter unit; The abnormal state is characterized in that the input voltage is unstable, falls below a set reference value, or a reverse voltage occurs at the output terminal.

상기에 있어서, 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 포함한다.In the above, in the step of determining whether the DC-AC inverter unit has a normal sensing value, if it exceeds 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; do.

상기에 있어서, 상기 공급 전압을 차단하도록 제어하는 단계는, 상기 보호회로에서 전압 차단 신호를 수신하면 이상 상태로 판단하고, 보호회로 출력전압을 하이 상태에서 로우 상태로 전환하는 단계; 로우 상태가 설정된 시간동안 유지되면 PFC 부스트 컨버터 회로의 작동을 정지시키는 단계;를 더 포함한다.In the above, the controlling to cut off the supply voltage comprises: determining an abnormal state when a voltage cutoff signal is received by the protection circuit, and switching an output voltage of the protection circuit from a high state to a low state; If the low state is maintained for a set period of time, stopping the operation of the PFC boost converter circuit.

본 발명의 전력변환장치와 연동 가능한 보호회로는 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 protection circuit interlocked with the power conversion device of the present invention improves the internal stability of the power conversion device by configuring a digital circuit of the DC-AC inverter, and enhances the error detection capability. There is an advantage that can be implemented so that it can be linked with.

또한, AC-DC 컨버터부의 입력전압이 불안정 또는 기준치 이하로 하락하거나 ATS, 양방향변환장치 등과 같은 다른 모듈에 의해 출력단에 역전압이 발생할 경우, PFC 부스트 컨버터 회로를 즉시 작동 정지하여 AC-DC 컨버터를 보호하며, 연동기기의 안정성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, if the input voltage of the AC-DC converter is unstable or falls below the standard value, or a reverse voltage is generated at the output terminal by other modules such as ATS or bidirectional converters, the PFC boost converter circuit is immediately stopped to operate the AC-DC converter. It protects and has the effect of improving the stability of interlocking devices.

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, 양방향변환장치, 충전기 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, by interlocking with other modules such as ATS, bi-directional converter, charger, etc., including BMS (Battery Management System, Battery Management System), EMS (Energy Management System, Energy Management System), UPS (Uninterruptible Power Supply, Uninterruptible Power Supply), etc. It can be used as an ESS (Energy Storage System), and it can perform the function of an energy management system that converts and integrates power in AC and DC distribution connected to BMS or UPS.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치가 적용되는 전체 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 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 부스트 컨버터 제어 방법의 순서도이다.
도 5는 풀-브릿지 형태의 DC-AC 인버터부의 예를 나타낸 회로도이다.
도 6은 PWM 제어와 평균 출력 파형의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 전력 변환 장치의 정상동작모드와 가상동작모드 중 선택 제어하기 위한 내부 구성을 설명한 도면이다.
도 8은 전력 변환 장치의 제어 방법에서 AC-DC 컨버터부의 동작 과정의 다른 예를 나타낸 순서도이다.
도 9는 AC-DC 컨버터부의 동작 과정 중 보호 회로의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
도 10은 AC-DC 컨버터부 및 직류 변환부의 구성 및 부스트 컨버터의 보호회로를 설명하기 위한 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 a power conversion device.
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 flowcharts of a method for controlling a boost converter of 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.
FIG. 7 is a diagram illustrating an internal configuration for selecting and controlling a power conversion device between a normal operation mode and a virtual operation mode.
8 is a flowchart illustrating another example of an operation process of an AC-DC converter unit in a method of controlling a power conversion device.
9 is a flowchart illustrating an operation process of a protection circuit during an operation process of an AC-DC converter unit.
10 is a view for explaining the configuration of the AC-DC converter unit and the DC converter unit and the protection circuit of the boost converter.

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 장치가 적용되는 전체 구성을 보인 블록도이다.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.

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, 충전기 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 power conversion device 100 of the present invention includes an automatic transfer switch (ATS) 210, a charger 220, a battery 230, a two-way conversion device 240, and a remote control device 250 at a remote location. ESS, including BMS (Battery Management System, Battery Management System), EMS (Energy Management System, Energy Management System), UPS (Uninterruptible Power Supply, Uninterruptible Power Supply), etc., and can be connected to other modules such as ATS and charger. It can be used as (Energy Storage System, energy storage device), or it can perform the energy management system function in AC and DC distribution connected to BMS or UPS. That is, the power conversion device 100 may be configured as an integrated converter and an inverter to perform power conversion and integrated management functions.

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 power conversion device 100 and output power to the outside according to the command of the remote control device 250 when the commercial power supply 200 or AC 220V power is input, and the commercial power supply 200 However, when an abnormality occurs in the AC 220V power source or when manually switching to the battery discharge mode, power may be supplied from the power conversion device 100 and output.

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 양방향변환장치(240)를 거쳐 DC-AC 인버터부(120)에서 ATS(210)로 예컨대 AC 220V를 공급하여 출력을 내보낸다.Referring to FIG. 1, the battery 230 can be divided into charging and discharging according to the charging mode and the discharging mode of the power conversion device 100. When the battery 230 is discharged, the DC-AC For example, AC 220V is supplied from the inverter unit 120 to the ATS 210 and outputs the output.

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 battery 230, for example, DC 400V from the commercial power supply 200 to the ATS 210, the AC-DC converter 110 to the DC-AC inverter 120 and the bidirectional converter 240 Is supplied to finally supply charging power to the battery 230.

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 battery 230 is discharged, the bidirectional conversion device 240 boosts the voltage of the battery 230 (for example, boosts to DC 400V) and supplies it to the DC-AC inverter unit 120 of the power conversion device 100, and supplies the battery ( 230) The role of supplying to the charger 220 so that the battery 230 can be charged by stepping down the voltage (eg, DC 400V) supplied from the power conversion device 100 to the charger voltage (eg, DC 30V) during charging Can be done.

원격제어장치(250)는 전력 변환 장치(100) 및 양방향변환장치(240)를 통신(예 : CAN 통신 등)을 통해 감시 및 제어할 수 있다.The remote control device 250 may monitor and control the power conversion device 100 and the bi-directional conversion device 240 through communication (eg, CAN communication, etc.).

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 power conversion device 100 includes an AC-DC converter unit 110, a DC-AC inverter unit 120, and a DC-DC converter unit 130 in detail.

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-DC converter unit 110 serves to receive an AC signal from an AC power source (eg, AC 220V) such as a commercial power supply 200 or a generator and convert it into a DC (eg, about DC 400V) signal. It may be used in an external device 300 requiring power supply such as a battery management system (BMS) or DC power.

또한 AC-DC 컨버터부(110)는 PFC 부스트 컨버터 회로를 사용해 역률을 개선하고 전기 에너지의 효율성을 향상시킬 수 있다.In addition, the AC-DC converter unit 110 may improve power factor and improve the efficiency of electric energy using a PFC boost converter circuit.

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-DC converter unit 110 converts, for example, an AC 220V signal into about DC 311V through a bridge diode. Thereafter, the DC 311V is input to the DC-DC converter unit 130, converts the power input from the DC-DC converter unit 130 to DC 24V, and when input to the AC-DC converter unit 110, AC -The DC converter unit 110 boosts DC 311V to DC 400V by operating the boost converter using DC 24V and outputs it.

본 발명에서는 종래의 AC-DC 부스트 컨버터를 사용하는 대신에, PFC 부스트 컨버터 회로를 적용해 역률 개선, 고조파 성분 최소화, 출력 전압/전류 위상을 일치시킬 수 있다.In the present invention, instead of using a conventional AC-DC boost converter, a PFC boost converter circuit is applied to improve power factor, minimize harmonic components, and match 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-DC converter unit 110 further includes a DC converter 111 and an inrush current reduction circuit (not shown) internally.

직류변환부(111)는 교류를 직류로 변환시켜주는 역할을 수행하며, 도 10에 도시된 바와 같이, 교류를 직류로 변환시키는 주체로, 브릿지 다이오드(Bridge Diode, 115), PFC 부스트 컨버터 회로(미도시) 및 보호회로(116)를 내장하여 구비하고 있다.The DC converter 111 serves to convert AC into DC, and as shown in FIG. 10, as a main body converting AC into DC, a bridge diode 115, a PFC boost converter circuit ( (Not shown) and a protection circuit 116 are built-in.

브릿지 다이오드(115)는 상용전원(200) 및 발전기 등에서 출력하는 교류 전원(예 : AC 220V)을 정류해 예컨대 DC 311V로 변환하는 소자로 추가적인 전원 입력 없이 AC전원을 DC전원으로 변환시키는 역할을 수행한다.The bridge diode 115 is an element that rectifies AC power (e.g., AC 220V) output from the commercial power supply 200 and a generator, and converts it to DC 311V, and serves to convert AC power into DC power without additional power input. do.

PFC 부스트 컨버터 회로는 브릿지 다이오드(115)에서 출력하는 DC 311V를 DC 400V로 승압하고 유도성(L) 부하에 의한 전류, 전압 위상 차이를 보상하여 역률 최적화를 통해 전력 효율을 상승시키도록 회로를 구성한다.The PFC boost converter circuit is configured to increase power efficiency through power factor optimization by boosting DC 311V output from the bridge diode 115 to DC 400V and compensating for the current and voltage phase difference due to the inductive (L) load. do.

보호회로(116)는 입력전압이 불안정하거나 설정된 기준치 이하로 하락하거나 다른 모듈에 의해 출력단에 역전압이 발생할 경우, PFC 부스트 컨버터 회로를 차단하여 즉시 작동 정지하며, PFC 부스트 컨버터 회로 및 브릿지 다이오드(115) 회로를 보호할 수 있는 아날로그 형식의 회로이다.When the input voltage is unstable, falls below a set reference value, or a reverse voltage occurs at the output terminal by another module, the protection circuit 116 shuts off the PFC boost converter circuit and stops operation immediately, and the PFC boost converter circuit and the bridge diode 115 ) It is an analog type circuit that can protect the circuit.

또한, 보호회로(116)는 상용전원 외에도 ATS 신호를 입력받을 때도 입력전압을 감시할 수 있다.In addition, the protection circuit 116 may monitor the input voltage when receiving an ATS signal in addition to the commercial power source.

특히 전력 변환 장치(100) 내부의 AC-DC 컨버터부(110)는 타 모듈(ATS, 양방향변환기, 인버터 등)에 전원을 공급하는 역할을 하면서 다른 모듈(양방향변환장치)에서도 전원 공급을 할 수 있는 환경에서 작동할 수 있기 때문에, 이중으로 전원 공급이 되는 경우를 막기 위해 ATS에서 전원 절체(양방향변환장치 가동)를 시행하면서 AC-DC 컨버터부(110)의 전압 차단 신호를 출력했을 때 즉시 PFC 부스트 컨버터 회로의 작동을 멈출 수 있으며, 입력 전원이 불안정한 경우에도 PFC 부스트 컨버터 회로의 작동을 멈출 수 있도록 회로를 구성한다.In particular, the AC-DC converter unit 110 inside the power conversion device 100 serves to supply power to other modules (ATS, bidirectional converters, inverters, etc.) and can also supply power to other modules (bidirectional converters). Since it can be operated in an environment where power is present, the PFC immediately when the voltage cutoff signal of the AC-DC converter 110 is output while the ATS performs power transfer (bidirectional converter operation) to prevent the case of double power supply. It is possible to stop the operation of the boost converter circuit, and configure the circuit so that the operation of the PFC boost converter circuit can be stopped even when the input power is unstable.

돌입전류저감회로는 릴레이(112), 릴레이 구동회로(미도시) 및 돌입전류제한 저항(113)을 더 포함한다.The inrush current reduction circuit further includes a relay 112, a relay driving circuit (not shown), and an inrush current limiting resistor 113.

릴레이(112) 및 릴레이 구동회로는 전력 변환 장치(100)에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 저감하기 위해 회로상에 돌입전류제한 저항(113)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.The relay 112 and the relay driving circuit may serve to connect the inrush current limiting resistor 113 on the circuit in order to reduce the inrush current generated when power is applied to the power conversion device 100.

또한 릴레이(112) 및 릴레이 구동회로는 전력 변환 장치(100)의 전원이 완전히 안정화된 이후, 돌입전류제한 저항(113)이 작동할 경우 전력을 소비하므로 돌입전류제한 저항(113)을 사용하지 않도록 절체시켜 전력사용량을 줄일 수 있게 한다. 즉, 돌입전류가 소비된 이후 릴레이(112)는 돌입전류제한 저항(113)을 사용하지 않도록 개방되는 스위치 역할을 한다.Also, since the relay 112 and the relay driving circuit consume power when the inrush current limiting resistor 113 operates after the power of the power conversion device 100 is completely stabilized, the inrush current limiting resistor 113 is not used. Switch over to reduce power consumption. That is, after the inrush current is consumed, the relay 112 serves as a switch that is opened so that the inrush current limiting resistor 113 is not used.

돌입전류제한 저항(113)은 전력 변환 장치(100)에 전원 인가 시 순간적으로 정상 전류보다 큰 전류가 일시적으로 흐르는 돌입전류가 발생할 수 있는데, 이를 저항에서 소모함으로써 돌입전류가 다른 IC 및 다이오드 소자가 영향을 주지 않도록 보호하는 소자이다. When power is applied to the power conversion device 100, the inrush current limiting resistor 113 may momentarily generate an inrush current through which a current larger than the normal current flows temporarily.By consuming this in the resistor, ICs and diode elements having different inrush currents It is an element that protects it from affecting.

즉 돌입전류제한 저항(113)은 돌입전류가 발생할 경우 높은 전류로 인해 내부 계통이 손상될 수 있기 때문에 릴레이(112) 앞단에 돌입전류제한 저항(113)을 구비함으로써 돌입전류의 영향력을 줄일 수 있게 한 것이다.That is, since the inrush current limiting resistor 113 may damage the internal system due to a high current when an inrush current occurs, the inrush current limiting resistor 113 is provided in front of the relay 112 to reduce the influence of the inrush current. I did it.

또한, 돌입전류제한 저항(113)은 직,병렬로 연결된 저항이며, 전력 변환 장치(100)에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 소비하도록 설계한다.In addition, the inrush current limiting resistor 113 is a resistor connected in series or parallel, and is designed to consume an inrush current generated when power is applied to the power conversion device 100.

또한 돌입전류제한 저항(113)은 돌입전류제한 저항 통과 회로에서 돌입전류제한 저항에서 돌입전류를 소모한 이후 돌입전류제한 저항에서 추가적인 전력 소비를 하지 않도록 바이패스(BYPASS) 시켜주는 회로에 연결된다.In addition, the inrush current limiting resistor 113 is connected to a circuit that bypasses the inrush current limiting resistor so as not to consume additional power from the inrush current limiting resistor after consuming the inrush current in the inrush current limiting resistor pass circuit.

나아가 AC-DC 컨버터부(110)는 PFC 역률 개선, 보호회로(116)의 온/오프를 제어하고, 돌입전류제한 저항 및 돌입전류제한 저항 통과 회로를 제어하기 위한 제어부(114)를 더 포함할 수 있다.Further, the AC-DC converter unit 110 further includes a control unit 114 for controlling the PFC power factor improvement, on/off of the protection circuit 116, and controlling the inrush current limiting resistance and the inrush current limiting resistance passing circuit. I can.

보호회로(116)는 AC-DC 컨버터부(110)에 상용전원(예 : AC 220V)이 입력되면 보호회로(116) 내부의 전압이 일정 전압 이상 유지되며 보호회로(116) 출력전압은 하이(HIGH) 상태로 유지되며, 상용전원이 차단될 경우, 보호회로(116) 내부전압은 감소하게 되는데, 이때 설정된 특정 전압 이하로 떨어질 경우, 출력전압은 로우(LOW) 상태로 하강하고, AC-DC 컨버터부(110)에서 로우 상태의 출력전압을 감지하여 에러를 판단하도록 구성될 수 있다.When commercial power (eg, AC 220V) is input to the AC-DC converter unit 110, the protection circuit 116 maintains the voltage inside the protection circuit 116 over a certain voltage, and the output voltage of the protection circuit 116 is high ( HIGH) state, and when the commercial power is cut off, the internal voltage of the protection circuit 116 decreases, and when it falls below a set specific voltage, the output voltage falls to a low state, and AC-DC The converter unit 110 may be configured to detect an output voltage in a low state to determine an error.

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-AC inverter unit 120 can control 6kW of power, and receives a DC voltage from the AC-DC converter unit 110 and applies unipolar or bipolar PWM control to the switching element to alternating current. Outputs the output voltage and stabilizes the output voltage through monitoring and controlling the output voltage.

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-AC inverter unit 120 implements error detection capability by applying a program algorithm using a microcontroller unit (MCU), and detects whether the AC-DC converter unit 110 is abnormal, overpower detection, and temperature detection. Through this, the overall stability of the power conversion device 100 may be improved.

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-AC inverter unit 120 converts the direct current (DC) voltage supplied from the AC-DC converter unit 110 into an alternating current voltage (AC), and is implemented with software, a switching element, and an LC filter 124. .

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 commercial power supply 200, thereby increasing the stability of the power conversion devices 100 connected to the power converter and mitigating electrical collisions even when a power failure occurs.

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 control unit 121 operating at high speed, and has superior phase tracking capability and output voltage control capability than the existing inverter by using the SOGI-PLL method. have.

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-AC inverter unit 120 is determined by switching of a switching element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a MOSFET constituting the circuit of the DC-AC inverter unit 120.

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-AC inverter unit 120 may generate a virtual sine wave in which the RMS value is, for example, AC 220V in an internal program to control the output voltage in a no-load state.

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-AC inverter unit 120 multiplies according to the switching operation ratio of a switching element such as an IGBT or MOSFET according to a virtual sine wave and outputs an output voltage (eg, AC 220V) when input to the duty value of PWM control. .

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-AC inverter unit 120 first operates, an inrush current that reaches 5 to 8 times the rated current may occur. In this case, applying a soft start algorithm controls the amount of inrush current to improve the stability of the device. And alleviate excessive mechanical collision.

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-AC inverter unit 120 is designed to slowly increase the output voltage at a certain rate.

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 external device 300 that applies the output voltage output from the DC-AC inverter unit 120 is applied, the voltage drops, and thus the RMS value may also drop. At this time, the virtual sine wave and the current output value It is preferable to configure the control unit 121 so that the difference is calculated by measuring the RMS of, and the difference value is most rapidly converged to zero through PI control.

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.

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-AC inverter unit 120 may generate an error during high-speed control due to the characteristics of the PI controller, and thus an SOGI-PLL phase tracking method may be applied to compensate for this.

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-AC inverter unit 120 has an advantage that the data progress from input to output is constant for its own protection function, and uses a CPLD that can execute commands at a very high speed (in nanoseconds (ns)), By configuring an internal logic, it can have a protection function and a firmware's own security function.

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-AC inverter unit 120, as shown in Figure 2, internally the control unit 121, the sensor unit 122, the AC conversion unit 123, the LC filter 124, a DC bank (BANK, 125).

센서부(122)는 제어부(121)가 제어하기 위한 입력정보로 활용될 수 있으며, 센서부(122)는 전류센서, 온도센서 등을 포함할 수 있다.The sensor unit 122 may be used as input information for the control unit 121 to control, and the sensor unit 122 may include a current sensor, a temperature sensor, and the like.

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 control unit 121 serves to overall control the power conversion device 100 of the present invention. Accordingly, all sensing information of the power conversion device 100 is controlled by the controller 121, and the type of control includes, for example, voltage control, current limiting, temperature measurement, and the like.

제어부(121)는 센서부(122)에서 입력받은 정보를 토대로 하여 전력 변환 장치(100)의 전압을 제어하고 전류 및 온도를 감시한다.The controller 121 controls the voltage of the power conversion device 100 and monitors the current and temperature based on the information input from the sensor unit 122.

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 controller 121 may increase or decrease the output voltage by controlling the PWM signal to the switching element. Here, PWM stands for Pulse Width Modulation, and is a control method that controls the output voltage by controlling the duty of the pulse.

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 control unit 121 may have a different operating environment depending on the mode, and may select and control a normal operation mode (mode 1) or a virtual operation mode (mode 2).

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-DC converter unit 110 from the commercial power supply 200, the battery 230, etc. is above the normal minimum limit (eg, 130 V) to select a mode It can be judged based on information. If it is more than the normal value minimum limit, it operates in the normal operation mode, and when it is less than the normal value minimum limit, it operates in the virtual operation mode.

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 power conversion device 100 may further include an internal configuration as shown in FIG. 7, and will be described in detail with reference to FIG. 7 when there is an external input power supply. The AC inverter unit 120 operates by switching to a normal operation mode (mode 1) by operating a PLL (Phase-Locked Loop).

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 power conversion device 100 generates a frequency of 59.7 Hz and operates by switching to a virtual operation mode (mode 2).

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 commercial power supply 200. Generates and outputs a PWM signal by multiplying by 2 (maximum value of 220V AC).

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 control unit 121 includes a speaker or a display unit (not shown) when an abnormal voltage, current or temperature of the power conversion device 100 occurs, and includes a notification function to notify the outside visually or audibly using internal communication. I can.

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 AC conversion unit 123 serves to convert the DC voltage converted from the AC-DC converter unit 110 and transmitted or the DC voltage supplied from the battery 230, DC power supply 201, etc. to an appropriate AC voltage, It is designed to be switched on or off.

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 AC converter 123 may be configured in, for example, a full-bridge form or a half-bridge form as shown in FIG. 5.

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 controller 121, and this may be a control method performed by receiving input in the form of a PWM signal.

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 LC filter 124 generates noise every time a switching element operating as a PWM signal is converted, and this high-frequency noise causes a malfunction when transmitted to the power conversion device 100, so the DC-AC inverter unit ( 120) by installing the LC filter 124 at the output terminal of the circuit to remove high-frequency noise and convert the PWM waveform into an average voltage waveform.

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 L-C filter 124 may improve stability with the external device 300 connected to the power conversion device 100 by reducing noise generated by high-speed switching of the switching element.

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 DC bank 125 may be composed of a circuit with a capacitor connected in parallel for voltage stabilization and a resistor connected in series or parallel, and for voltage stabilization between the AC-DC converter unit 110 and the DC-AC inverter unit 120 Used as.

또한, DC 뱅크(125)는 입력전압이 이상이 생겨 일정 전압 이상으로 작동하면, 제어부(121)에서 제어 신호를 인가받아 돌입전류제한 저항(113)으로 연결해 전력변환기를 보호해주는 기능이 포함된다.In addition, the DC bank 125 includes a function of protecting the power converter by receiving a control signal from the controller 121 and connecting it to the inrush current limiting resistor 113 when the input voltage is abnormal and operates above a certain voltage.

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-DC converter unit 130 may function to step down the DC voltage applied from the AC-DC converter unit to supply power to the AC-DC converter unit and the internal elements used in the DC-AC inverter unit. And, for example, by using a buck converter that drops the voltage, high efficiency and electrical stability can be improved.

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-DC converter unit 110 in the control method of the power conversion device 100 according to an embodiment of the present invention.

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 commercial power supply 200 or a generator, and convert it into a DC (eg, about DC 400V) signal through a bridge diode of the AC-DC converter unit 110 (S300). , S302).

또한, 이때 인가된 교류 전원 신호에 의해 돌입전류가 발생할 수 있으므로, 돌입전류제한 저항(113)을 계전기를 통하여 연결한다(S304).In addition, since the inrush current may be generated by the applied AC power signal at this time, the inrush current limiting resistor 113 is connected through a relay (S304).

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-DC converter unit 130, the DC voltage converted by the AC-DC converter unit 110 is internally used in each AC-DC converter unit 110 and the DC-AC inverter unit 120 Step-down to supply DC power to the device (S306).

AC-DC 컨버터부(110)의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 정상 동작이 되면, 돌입전류제한 저항(113) 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시킨다(S308).When the stepped DC power is supplied to the internal element of the AC-DC converter unit 110 and performs normal operation, the inrush current limiting resistor 113 passing circuit and the PFC boost converter are operated (S308).

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-DC converter unit 110 determines whether an overcurrent or overvoltage state is normal using a current sensor and a voltage sensor (S314).

AC-DC 컨버터부(110)는 만약 과전류 또는 과전압 상태로 판단되면, PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어한다(S316).If the AC-DC converter unit 110 is determined to be in an overcurrent or overvoltage state, the PFC boost converter stops boosting and controls the supply voltage to be cut off (S316).

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-DC converter unit 110 supplies DC power for converting the output voltage to the DC-AC inverter unit 120, and periodically checks whether or not it is normal through sensors ( S318).

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-AC inverter unit 120 in the control method of the power conversion device 100 according to an embodiment of the present invention.

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-DC converter unit 130, when the step-down DC power for the internal element is supplied to the DC-AC inverter unit 120, the internal element operates normally.

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 controller 121 determines whether or not a preset normal sensing value is based on the sensing information (S406).

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-AC inverter unit 120 is stopped and a corresponding error is visually notified to the outside through a display unit (not shown) (S408).

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 (for example, 320V), and if it exceeds the normal value, the operation of the AC-DC converter 110 is stopped after a certain period of time, and the input voltage error The screen may be displayed through a display unit (not shown) (S410 and S412).

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 inverter unit 120 is applied to the AC-DC converter unit 110 from a commercial power supply 200, a battery, etc. to select and control between a normal operation mode (mode 1) and a virtual operation mode (mode 2). Whether or not the power supply voltage is more than the normal minimum limit (eg, 130 V) may be periodically determined (S414).

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-DC converter unit 110 is higher than the normal minimum limit, the control unit 121 executes a soft start function to suppress the inrush current generated during voltage conversion, and adjusts the phase of the applied power voltage. Synchronization is performed based on the reference, and mode 1 is operated (S416).

이후 제어부(121)는 지속적으로 일정 주기마다 센싱정보를 수집하여 정상 여부를 판단한다(S418).Thereafter, the control unit 121 continuously collects sensing information at regular intervals and determines whether it is normal (S418).

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-DC converter unit 110 is less than the normal value minimum limit, and if it is less than the normal value minimum limit, a virtual waveform is generated to operate phase synchronization itself, and the mode is switched to mode 2. (S420, S422, S424).

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-DC converter unit 110 in step S420 is greater than or equal to the normal minimum limit, the mode continues to be 1, and steps S418 and S420 are periodically performed to check whether the power is normal. .

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-DC converter unit 110 in step S414 is equal to or greater than the normal value minimum limit and is less than the normal value minimum limit, the controller 121 suppresses the inrush current generated during voltage conversion. The soft start function is executed, synchronization is performed based on the phase of the applied power supply voltage, and mode 2 is operated (S426).

이후 제어부(121)는 지속적으로 일정 주기마다 센싱정보를 수집하여 정상 여부를 확인한다(S428).Thereafter, the controller 121 continuously collects sensing information at regular intervals and checks whether it is normal (S428).

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-DC converter unit 110 is less than or equal to the normal value minimum limit, and when the power voltage is greater than or equal to the normal value minimum limit, externally applied power reference phase synchronization is performed to switch to mode 1, and the set After adjusting the synchronization variable, the mode is switched to 1 (S430, S432).

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-DC converter 110 is less than the normal minimum limit, the determination process of steps S428 and S430 is repeated to determine whether mode 1 can be continuously switched.

도 8은 전력 변환 장치의 제어 방법에서 AC-DC 컨버터부의 동작 과정의 다른 예를 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating another example of an operation process of an AC-DC converter unit in a method of controlling a power conversion device.

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(S500, S502).An AC (eg, AC 220V) power signal such as a commercial power supply 200 or a generator may be input and converted into a direct current (eg, about DC 400V) signal through a bridge diode of the AC-DC converter 110 (S500). , S502).

또한, 이때 인가된 교류 전원 신호에 의해 돌입전류가 발생할 수 있으므로, 돌입전류제한 저항(113)을 계전기를 통하여 연결한다(S504).In addition, since an inrush current may be generated by the applied AC power signal at this time, the inrush current limiting resistor 113 is connected through a relay (S504).

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(S506).Thereafter, by operating the DC-DC converter unit 130, the DC voltage converted by the AC-DC converter unit 110 is internally used in each AC-DC converter unit 110 and the DC-AC inverter unit 120 Step-down to supply DC power to the device (S506).

AC-DC 컨버터부(110)의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 정상 동작이 되면, 돌입전류제한 저항(113) 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시킨다(S508).When the stepped DC power is supplied to the internal element of the AC-DC converter unit 110 and performs normal operation, the inrush current limiting resistor 113 passing circuit and the PFC boost converter are operated (S508).

PFC 부스트 컨버터는 교류 전압이 변환된 직류 전압을 승압시킨다(S510).The PFC boost converter boosts the DC voltage converted from the AC voltage (S510).

이때, PFC 부스트 컨버터는 승압되는 과정에서 발생되는 돌입전류량을 제어하기 위해 소프트 스타트 알고리즘을 적용할 수 있다(S512).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 (S512).

이후, AC-DC 컨버터부(110)는 보호회로(116)를 이용하여 이상 여부를 판단한다(S514).Thereafter, the AC-DC converter unit 110 determines whether there is an abnormality using the protection circuit 116 (S514).

AC-DC 컨버터부(110)는 만약 이상 여부를 판단하여 이상 상태로 판단되면, PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어한다(S516).The AC-DC converter unit 110 determines whether there is an abnormality and, if it is determined as an abnormal state, stops the boosting of the PFC boost converter and controls to cut off the supply voltage (S516).

이상 상태는 입력전압이 불안정 또는 기준치 이하로 하락하거나 다른 모듈(ATS, 양방향변환장치, 인버터 등)에 의해 출력단에 역전압이 발생할 경우가 될 수 있다.An abnormal state may be when the input voltage is unstable or falls below the reference value, or a reverse voltage is generated at the output terminal by another module (ATS, bidirectional converter, inverter, etc.).

또한 AC-DC 컨버터부(110)는 이상이 아닌 정상으로 판단되면, AC-DC 컨버터부(110)의 작동을 지속하고, DC-AC 인버터부(120)에 출력전압 변환을 위한 직류 전원을 공급하며, 주기적으로 센서들을 통하여 정상 여부를 체크한다(S518).In addition, if the AC-DC converter unit 110 is determined to be normal and not abnormal, the AC-DC converter unit 110 continues to operate and supplies DC power for output voltage conversion to the DC-AC inverter unit 120. And, it checks whether it is normal through the sensors periodically (S518).

도 9는 AC-DC 컨버터부의 동작 과정 중 보호 회로의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.9 is a flowchart illustrating an operation process of a protection circuit during an operation process of an AC-DC converter unit.

AC-DC 컨버터부는 AC 전원 전압이 공급되어 브릿지 다이오드를 통하여 교류전압을 직류전압으로 변환하여 적정 출력을 유지할 수 있다(S600).The AC-DC converter unit is supplied with an AC power voltage and converts the AC voltage to a DC voltage through a bridge diode to maintain an appropriate output (S600).

이후 보호회로(116)는 일정 전압 이상이 유지되며, 보호회로(116)의 출력 전압은 하이 상태로 유지된다(S604).Thereafter, the protection circuit 116 is maintained above a certain voltage, and the output voltage of the protection circuit 116 is maintained in a high state (S604).

그리고 보호회로(116)는 상용전원의 차단 등으로 전압 차단 신호를 수신하는 이상 상태가 발생하면 보호회로(116) 내부전압이 감소하고, 설정된 기준치의 특정 전압 이하로 떨어지면, 보호회로 출력전압(작동파형)을 하이 상태에서 로우 상태로 전환한다(S606, S608).In addition, the protection circuit 116 reduces the internal voltage of the protection circuit 116 when an abnormal condition of receiving a voltage cutoff signal occurs due to interruption of the commercial power supply, and when it falls below a specific voltage of the set reference value, the protection circuit output voltage (operation Waveform) from the high state to the low state (S606, S608).

로우 상태가 설정된 시간동안 유지되면 PFC 부스트 컨버터 회로의 작동을 정지시킨다(S610).When the low state is maintained for a set time, the operation of the PFC boost converter circuit is stopped (S610).

100 ; 전력 변환 장치
110 ; AC-DC 컨버터부 111 ; 직류변환부
112 ; 릴레이 113 ; 돌입전류제한 저항
114 ; 제어부 115 ; 브릿지 다이오드
116 ; 보호회로
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-DC converter 111; DC converter
112; Relay 113; Inrush current limiting resistance
114; Control unit 115; Bridge diode
116; Protection circuit
120; DC-AC inverter unit 121; Control unit
122; Sensor unit 123; AC converter
124; LC filter 125; DC bank
130; DC-DC converter unit 200; Commercial power
201; DC power
210; ATS 220; charger
230; Battery 240; Two-way conversion device
250; Remote control device 300; External device

Claims (10)

교류 전원을 입력받아 직류 신호로 변환하는 AC-DC 컨버터부와, 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 수행하는 전력변환장치에 있어서,
상기 AC-DC 컨버터부는
상기 교류 전원을 직류 신호로 변환시키는 브릿지 다이오드와, 직류 신호 형태의 직류 전압을 승압시키는 PFC 부스트 컨버터 회로를 구비하는 직류변환부를 더 포함하며,
상기 직류변환부는
이상 상태 여부를 감지하고, 이상 상태에서 PFC 부스트 컨버터 회로를 차단하여 즉시 작동 정지하며, PFC 부스트 컨버터 회로 및 브릿지 다이오드 회로를 보호하는 보호회로를 더 포함하며,
상기 전력 변환 장치는
회로 상에 돌입전류제한 저항, 릴레이 구동회로 및 릴레이가 구비되어, 상기 전력 변환 장치에 전원 인가 시 발생하는 돌입전류를 저감하는 돌입전류저감회로를 더 포함하며,
상기 이상 상태는
입력전압이 불안정하거나, 설정된 기준치 이하로 하락하거나, 출력단에 역전압이 발생할 경우이며,
상기 보호회로는
상용전원의 전압 차단 신호를 수신하는 상기 이상 상태가 발생하면 보호회로 내부전압이 감소하고, 설정된 기준치의 특정 전압 이하로 떨어지면, 보호회로 출력전압을 하이 상태에서 로우 상태로 전환하여, 상기 PFC 부스트 컨버터 회로를 차단하고 즉시 작동 정지하는 것을 특징으로 하는, 보호회로를 구비한 전력변환장치.An AC-DC converter that receives AC power and converts it into a DC signal, and a DC that receives the voltage in the form of a DC signal converted from the AC-DC converter and applies PWM control to the switching element to convert it into AC voltage and output it. -In a power conversion device that includes an AC inverter unit and performs an energy management system function that converts and integrates power in AC and DC distribution connected to a BMS or UPS in connection with an ATS or a charger,
The AC-DC converter unit
Further comprising a DC converter having a bridge diode for converting the AC power into a DC signal and a PFC boost converter circuit for boosting a DC voltage in the form of a DC signal,
The DC converter
It detects whether there is an abnormal state, shuts off the PFC boost converter circuit in the abnormal state to immediately stop operation, and further includes a protection circuit protecting the PFC boost converter circuit and the bridge diode circuit,
The power conversion device
An inrush current limiting 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,
The above abnormal state is
The input voltage is unstable, falls below the set threshold, or reverse voltage occurs at the output terminal.
The protection circuit is
When the abnormal state of receiving the voltage cutoff signal of the commercial power source occurs, the internal voltage of the protection circuit decreases, and when it falls below a specific voltage of the set reference value, the output voltage of the protection circuit is switched from a high state to a low state, and the PFC boost converter A power conversion device with a protection circuit, characterized in that the circuit is cut off and immediately stopped. 제1항에 있어서,
상기 전력 변환 장치는
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, 보호회로를 구비한 전력변환장치.The method of claim 1,
The power conversion device
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 having a protection circuit further comprising a. 삭제delete 제1항에 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 뱅크
를 더 포함하는, 보호회로를 구비한 전력변환장치.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 having a protection circuit further comprising a. 제1항에 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 하는, 보호회로를 구비한 전력변환장치.The method of claim 1,
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 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 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 is a power conversion device with a protection circuit, characterized in that the synchronization is performed based on its own phase by generating a virtual waveform during voltage conversion. AC-DC 컨버터부, DC-AC 인버터부 및 DC-DC 컨버터부를 포함하며, 상기 AC-DC 컨버터부는 상기 교류 전원을 직류 신호로 변환시키는 브릿지 다이오드와, 직류 신호 형태의 직류 전압을 승압시키는 PFC 부스트 컨버터 회로를 구비하는 직류변환부를 더 포함하며, 상기 직류변환부는 이상 상태 여부를 감지하고, 이상 상태에서 PFC 부스트 컨버터 회로를 차단하여 즉시 작동 정지하며, PFC 부스트 컨버터 회로 및 브릿지 다이오드 회로를 보호하는 보호회로를 더 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법에 있어서,
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 상기 보호회로를 이용하여 이상 여부를 판단하는 단계;
AC-DC 컨버터부는 이상 여부를 판단하여 이상 상태로 판단되면, PFC 부스트 컨버터의 승압을 중단하고, 공급 전압을 차단하도록 제어하는 단계;
AC-DC 컨버터부는 이상이 아닌 정상으로 판단되면, AC-DC 컨버터부의 작동을 지속하고, DC-AC 인버터부에 출력전압 변환을 위한 직류 전원을 공급하며, 주기적으로 센서들을 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 포함하되,
상기 AC-DC 컨버터부는 외부에서 인가된 교류 전원 신호에 의해 발생되는 돌입전류를 억제하기 위해 돌입전류제한 저항을 계전기를 통하여 연결하는 단계;
상기 AC-DC 컨버터부의 내부 소자에 강압된 직류 전원이 공급되어 돌입전류제한 저항 통과 회로 및 PFC 부스트 컨버터를 동작시키는 단계;
를 더 포함하며,
상기 공급 전압을 차단하도록 제어하는 단계는,
상기 보호회로에서 전압 차단 신호를 수신하면 이상 상태로 판단하고, 보호회로 출력전압을 하이 상태에서 로우 상태로 전환하는 단계;
로우 상태가 설정된 시간동안 유지되면 PFC 부스트 컨버터 회로의 작동을 정지시키는 단계;
를 더 포함하며,
상기 이상 상태는 입력전압이 불안정하거나 설정된 기준치 이하로 하락하거나 출력단에 역전압이 발생할 경우인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.It includes an AC-DC converter unit, a DC-AC inverter unit and a DC-DC converter unit, wherein the AC-DC converter unit includes a bridge diode that converts the AC power into a DC signal, and a PFC boost that boosts a DC voltage in the form of a DC signal. Further comprising a DC conversion unit having a converter circuit, the DC conversion unit detects whether there is an abnormal state, shuts off the PFC boost converter circuit in the abnormal state to immediately stop operation, and protects the PFC boost converter circuit and the bridge diode circuit. In the control method of the power conversion device further comprising a circuit,
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 is abnormal using the protection circuit;
The AC-DC converter unit determines whether there is an abnormality and, when it is determined as an abnormal state, stops boosting of the PFC boost converter and controlling to cut off the supply voltage;
If the AC-DC converter unit is determined to be normal and not abnormal, the AC-DC converter unit continues to operate, supplies DC power for output voltage conversion to the DC-AC inverter unit, and periodically checks whether it is normal through sensors. step;
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;
If the power voltage applied to the AC-DC converter is greater than or equal to the normal minimum limit, performing synchronization based on the phase of the power voltage applied to the AC-DC converter; Including,
Connecting the inrush current limiting resistor through a relay to suppress the inrush current generated by the AC power signal applied from the outside of the AC-DC converter unit;
Operating the inrush current limiting resistor passing circuit and the PFC boost converter by supplying a step-down DC power to an internal element of the AC-DC converter unit;
It further includes,
Controlling to cut off the supply voltage,
Determining an abnormal state when receiving a voltage blocking signal from the protection circuit, and converting an output voltage of the protection circuit from a high state to a low state;
Stopping the operation of the PFC boost converter circuit when the low state is maintained for a set time;
It further includes,
The abnormal state is when the input voltage is unstable, falls below a set reference value, or a reverse voltage occurs at the output terminal. 제6항에 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 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. 삭제delete 제6항에 있어서,
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. 삭제delete
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