KR102355107B1 - 복수의 주파수를 사용하여 전력의 흐름을 제어하는 전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 전력 전달 경로와 연결된 회로에서, 전압 또는 전류가 복수의 주파수를 갖도록 함으로써, 복수의 전력 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 각각 제어할 수 있는 전력 흐름 제어 시스템 및 제어 방법을 제공한다.

Description

복수의 주파수를 사용하여 전력의 흐름을 제어하는 전력 제어 시스템 및 방법{AC power conversion device and control method for controlling the power flow using multiple frequencies}

본 발명은 복수의 주파수를 사용하여 전력의 흐름을 제어하는 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

독립된 복수의 전력 시스템에서 전력의 흐름을 제어하는 방법과 장치는 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있으며, 그 일예로써 인버터, 모터 또는 모터-인버터 시스템을 시험하기 위한 장치가 있을 수 있다.

인버터를 시험하기 위한 종래의 장치의 일예는 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1을 참조하여 종래 인버터를 시험하기 위한 장치를 설명하면, 종래 인버터를 시험하기 위한 장치는 계통 전원(10), 인버터 시험용 1차측 전력변환장치(20), 인버터 시험용 2차측 전력변환장치(30) 및 시험대상 인버터(40)를 포함할 수 있다. 여기서 계통 전원(10), 인버터 시험용 1차측 전력변환장치(20)와 인버터 시험용 2차측 전력변환장치(30)는 3상 9선식 트랜스포머에 의해서 각각 절연되어, 3개의 전기 시스템을 구성한다.

시험대상 인버터(40)는 인버터 2차측 전력변환장치(30)로부터 직류 전압을 공급받는다.

인버터 시험용 1차측 전력변환장치(20)는 모터의 동작을 모사하는 에뮬레이터로, 교류 전류를 시험대상 인버터(40)와 주고받는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터 시험용 1차측 전력변환장치(20)는 트랜스포머(50)와 제1필터부(21)를 통해 연결된 AC-DC PWM 컨버터(22), AC-DC PWM 컨버터(22)의 출력인 직류 전압을 공급받아 모터의 구동에 따른 교류 전류를 생성하는 모터 에뮬레이터용 인버터(23) 및 제2필터부(24)를 포함한다.

또한, 인버터 시험용 2차측 전력변환장치(30)는 트랜스포머(50)와 제3필터부(31)를 통해 연결된 AC-DC PWM 컨버터(32), AC-DC PWM 컨버터(32), AC-DC PWM 컨버터(32)의 출력인 직류 전압을 공급받아 시험대상 인버터(40)가 요구하는 직류 전압으로 승압 또는 감압하는 DC-DC컨버터(33)를 포함할 수 있다.

상술한 종래 장치의 동작을 설명하면, 100kW로 시험대상 인버터(40)의 모터 구동 모드 시험을 할 때, 인버터 시험용 2차측 전력변환장치(30)가 100kW의 전력을 시험대상 인버터(40)에 공급하고, 시험대상 인버터(40)가 모터 역할을 하는 인버터 시험용 1차측 전력변환장치(20)에 100kW의 전력을 전달하며, 인버터 시험용 1차측 전력 변환장치(20)는 받은 100kW의 전력을 트랜스포머(50)를 통해 다시 인버터 시험용 2차측 전력변환장치(30)에 공급한다. 즉, 인버터 1차측 전력변환장치(20), 인버터 2차측 전력변환장치(30), 트랜스포머(100) 및 시험대상 인버터(40)를 통해 전력이 순환된다. 종래 장치를 이용해 모터 회생 모드 시험을 할 때는, 전력의 순환 방향은 앞서 설명한 케이스와 반대가 된다. 이와 같이 순환 전력을 이용해서 인버터를 시험함으로써, 이상적으로는 외부 전원의 도움 없이 지속적으로 인버터를 시험할 수 있으나, 인버터 1차측 전력변환장치(20), 인버터 2차측 전력변환장치(30) 등에서 손실이 발생하여 감소되는 소모 전력이 있으므로, 계통전원(10)은 시험 중 소모 전력분을 공급하거나, 시험 시작시 단계적으로 시험용 인버터의 출력 또는 입력 전력을 증가시키면서 필요한 전력만을 순환 전력에 일정기간 동안 추가한다.

도 2에는 모터와 인버터를 동시에 시험하기 위한 종래 장치의 일예가 도시되어 있다. 이는 도 1에 도시된 종래의 인버터 시험 장치와 마찬가지로 1차측 전력변환장치(60), 2차측 전력변환장치(70), 트랜스포머(50) 및 시험용 모터 및 인버터(80)를 통해 전력이 양방향으로 순환될 수 있다. 여기서 시험용 모터 및 인버터(80)에 포함되는 제1모터(81) 및 제1인버터(82)와 제2모터(83) 및 제2인버터(84) 중 하나가 한 쌍이 시험 대상이고, 다른 하나는 부하용으로 사용되거나, 둘 다 시험대상일 수 있다.

도 1과 도 2에 도시된 사례와 같이, 종래의 시스템에서는 계통 전원과 AC-DC PWM 컨버터의 DC 링크 간 계통 주파수 전압을 변조하여 전력을 전달하기 때문에, 계통 전원의 주파수인 50Hz 또는 60Hz에 해당하는 트랜스포머가 시험용 인버터의 최대 전력을 전달할 수 있어야 했다. 트랜스포머는 인가되는 전압 또는 전류의 주파수가 낮을수록 동일한 전력을 공급하기 위해 더 큰 코어를 구비해야 하는 점에서, 종래의 시스템은 고가의 대형 트랜스포머가 필요한 문제점이 있었다.

또한, 종래 시스템에서 사용되는 AC-DC PWM컨버터가 계통 전원과 연계되어 있고, 계통 전원의 역률 저하를 방지하기 위해 단위 역률로 운영되어야 하는 점에서, AC-DC PWM 컨버터(72)의 DC측 전압 제어 범위가 제한받게 되며, 따라서 시험대상 인버터가 필요로 하는 DC전압을 공급하기 위해서, 일반적으로 DC-DC 컨버터를 추가로 설치해야 하기 때문에, 시스템의 구현을 위한 비용 상승의 요인이 추가적으로 발생하는 문제점이 있었다.

한국 공개특허공보 제10-2020-0034866호

본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 전력 전달 경로와 연결된 회로에서, 전압 또는 전류가 복수의 주파수를 갖도록 함으로써, 복수의 전력 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 각각 제어할 수 있는 전력 흐름 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 큰 전력이 흐르는 경로에는 고주파로 전력을 전달하고, 상대적으로 적은 전력이 흐르는 경로에는 저주파로 전력을 전달할 수 있는 전력 흐름 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 큰 전력이 흐르는 경로에는 고주파로 전력을 전달하고, 고주파 트랜스포머를 구비함으로써, 저주파 트랜스포머에 비해서 동일 전력을 전달하는데 사이즈, 무게, 재료비를 절감할 수 있는 전력 흐름 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 계통 전원이 연결되는 저주파 경로에는 계통 전원의 주파수(저주파)로 전력을 전달하되, 전달되는 전력의 크기가 적은 회로 구조를 갖는 전력 흐름 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 적어도 하나의 전력 흐름 제어 시스템은 계통 전원과 분리하여 고주파로만 전력을 전달함으로써, 계통 전원의 단위 역률 유지를 위한 AC-DC 전력변환부(컨버터)의 제어에 대한 제약이 없는 점에서, 시험대상인 인버터 등이 필요로 하는 DC전압을 별도의 DC-DC컨버터 없이도 AC-DC 전력변환부가 공급할 수 있는 전력 흐름 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 전력 제어 시스템은, 전력의 흐름을 제어하는 전력 제어 시스템에 있어서, 복수의 전력 전달 경로와 일단이 연결된 제1전력흐름제어장치를 포함하고, 상기 제1전력흐름제어장치는 상기 일단의 전압인 제1전압(V1) 또는 상기 일단을 통해 흐르는 전류인 제1전류(I1)가 복수의 주파수(f1~fz)를 갖도록 함으로써, 상기 전력 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 전력 전달 경로 중 적어도 하나에 경로인 제1경로를 통해 제1전력흐름제어장치와 일단이 연결된 제2전력흐름제어장치를 포함하고, 상기 제1전력흐름제어장치와 상기 제2전력흐름제어장치는 서로 전력을 주고받을 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1경로를 제외한 상기 복수의 전력 전달 경로 중 적어도 하나의 경로인 제2경로를 통해 제1전력흐름제어장치와 일단이 연결되고, 전원과 타단이 연결된 제3전력흐름제어장치를 더 포함하며, 상기 제3전력흐름제어장치는, 상기 제2경로를 통해 상기 제1전력 흐름 제어 장치와 전원 사이에 양방향으로 전력을 전달할 수 있으며, 상기 제1전력흐름제어 장치 또는 상기 제2전력흐름제어장치는, 제2경로의 전력으로 제1경로의 전력을 증가시키거나 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 정상상태에서, 상기 제1경로의 전류는 소정의 제1주파수(fp~fq) 성분을 갖고, 전원와 제3전력흐름제어장치간 전류는 소정의 제2주파수(fm~fn) 성분을 가지며, 여기서, f1≤fm≤fn<fp≤fq≤fz 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3전력흐름제어장치는, 상기 제2주파수(fm~fn) 성분의 전류를 통과시키고, 상기 제1주파수(fp~fq) 성분의 전류의 통과를 제한하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1전력흐름제어장치와 상기 제2전력흐름제어장치 사이에 제1트랜스포머(610)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1트랜스포머 및 상기 제3전력흐름제어장치 사이와, 상기 제1트랜스포머 및 상기 제1전력흐름제어장치 사이에 구비되는 제4전력흐름제어장치를 더 포함하고, 상기 제4전력흐름제어장치는, 상기 제2주파수(fm~fn) 성분의 전류의 통과를 제한하고, 상기 제1주파수(fp~fq) 성분의 전류를 통과시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1경로의 전력은 상기 제1전력흐름제어장치, 상기 제1트랜스포머 및 상기 제2전력흐름제어장치를 통해서 순환될 수 있고, 상기 제1경로의 최대 전력은 상기 제2경로의 최대 전력보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3전력 흐름 제어 장치와 상기 전원사이에 제2트랜스포머를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1트랜스포머는 상기 제1주파수(fp~fq)에서 정격 용량을 갖고, 상기 제2트랜스포머는 상기 제2주파수(fm~fn)에서 정격 용량을 가지며, 상기 제1트랜스포머의 정격 용량이 상기 제2트랜스포머의 정격 용량보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1전력흐름제어장치 및 제2전력흐름제어장치는 각각 AC-DC 전력변환부를 포함하고, 상기 제3전력흐름제어장치는 저주파 대역 통과 필터(LPF), 밴드 패스 필터(BPF), 및 LCL 필터 중 어느 하나를 포함하며, 상기 제4전력흐름제어장치는 고주파 대역 통과 필터(HPF), 밴드 패스 필터(BPF) 및 CL 필터 중 어느 하나를 포함하고, 상기 전원은 교류 전원, 에너지 저장장치, 전원 공급장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1전력흐름제어장치의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 on 또는 off 하는 제1제어 신호 생성부와, 상기 제2전력흐름제어장치의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 on 또는 off 하는 제2제어 신호 생성부는 시간 동기화 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1전력흐름제어장치는, 상기 제1전압(V1) 및 상기 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 상기 제1주파수(fp~fq) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 상기 제1경로의 전력 흐름을 제어하고, 상기 제1전압(V1) 및 상기 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 상기 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 상기 제2경로의 전력 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2전력흐름제어장치는, 상기 일단의 전압인 제2전압(V2)이 상기 복수의 주파수(f1~fz)와 동일한 복수의 주파수(f1~fz)를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1전력흐름제어장치의 타단과 상기 제2전력흐름제어장치의 타단 사이에 시험대상이 구비되고, 상기 시험대상을 시험하는데 필요한 최대 전력이 상기 제2경로의 최대전력에 비해서 크며, 상기 시험대상을 시험하는데 필요한 전력에 따라서, 상기 제2전력흐름제어장치가 상기 제1경로의 전력을 제어하며, 상기 제1경로의 전력이 상기 시험대상을 시험하는데 필요한 전력과 차이가 있는 경우에, 그 차이에 해당하는 전력을 상기 제1전력흐름제어장치가 상기 제2경로의 전력을 제어하여 제1경로의 전력에 부가하거나 차감하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시험대상은 시험용 인버터이고, 상기 제1전력흐름제어장치와 제2전력흐름제어장치 중 어느 하나는 모터 모사용 인버터와 필터부를 더 포함하고, 상기 모터 모사용 인버터는 상기 모터 모사용 필터부를 통해서 상기 시험용 인버터의 AC측과 연결되며, 상기 제1전력 흐름 제어 장치와 제2전력 흐름 제어 장치 중 다른 하나는 상기 시험용 인버터의 DC측과 연결되고, 상기 모터 모사용 인버터는 가상 모터의 BACK EMF 전압을 모사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시험대상은 시험용 모터 및 시험용 인버터이고, 상기 시험용 인버터의 교류측은 시험용 모터에 연결되며, 상기 제1전력흐름제어 장치와 제2전력흐름제어장치 중 어느 하나는 부하용 인버터와 부하용 모터를 더 포함하고, 상기 부하용 모터의 회전축과 상기 시험용 모터의 회전축은 기계적으로 연결되며, 상기 제1전력흐름제어장치와 제2전력흐름제어장치 중 다른 하나는 상기 시험용 인버터의 DC측과 연결되고, 상기 부하용 인버터는 상기 부하용 모터를 통해 상기 시험용 모터에 토크를 인가하거나 상기 시험용 모터 또는 상기 부하용 모터의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

전원과 연결된 제3전력흐름제어장치 및 제2전력흐름제어장치의 일단과 연결된 제1트랜스포머와 일단이 연결된 제1전력흐름제어장치를 포함하는 전력 제어 시스템의 제어 방법에 있어서, 제어부가, (a) 상기 제1전력흐름제어장치 및 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 모두 OFF하는 단계, (b) 상기 단계(a)가 유지된 상태에서, 상기 전원 정보를 기초로 제1전력흐름제어장치의 제1기준 위상과, 제2전력흐름제어장치의 제2기준 위상을 설정하는 단계, (c) 상기 제1전력 흐름 제어 장치와 상기 제3전력 흐름 제어 장치가 연결된 제2경로에 대한 전력 요구량과, 상기 전원의 전압 및 전류 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 제1전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압인 제1전압(V1)의 소정의 제2주파수 성분의 지령치(V1-2)를 산출하는 단계, (d) 상기 제1트랜스포머의 상기 제2주파수의 전류가 흐르지 않도록, 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압인 제2전압(V2)의 상기 제2주파수 성분의 지령치(V2-2)를 산출하는 단계, (e) 상기 제1전력 흐름 제어 장치와 제2전력 흐름 제어 장치이 연결된 제1경로에 대한 전력 요구량과, 제1전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압과 제1경로의 전류 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 제1전압(V1) 및 상기 제2전압(V2)의 제1주파수 성분 각각의 지령치(V1-1, V2-1)를 산출하는 단계, (f) 상기 단계(c) 내지 (e)로부터 산출된 상기 제1전압의 제1및 2 주파수 성분의 지령치(V1-1, V1-2)를 기초로 제1전압(V1) 지령치를 생성하고, 상기 제2전압의 제 1, 2 주파수 성분(V2-1, V2-2)을 기초로 제2전압(V2) 지령치를 생성하는 단계 및 (g) 상기 제1전압 지령치와 상기 제1기준 위상을 기초로 상기 제1전력흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부에 스위치 제어 신호를 생성하고, 상기 제2전압 지령치와 상기 제2기준 위상을 기초로 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부에 스위치 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 복수의 전력 전달 경로와 연결된 회로에서, 전압 또는 전류가 복수의 주파수를 갖도록 함으로써, 복수의 전력 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 각각 제어할 수 있다.

(2) 큰 전력이 흐르는 경로에는 고주파로 전력ㅇ르 전달하고, 상대적으로 적은 전력이 흐르는 경로에는 저주파로 전력을 저낟ㄹ할 수 있다.

(3) 큰 전력이 흐르는 경로에는 고주파로 전력을 전달하고, 고주파 트랜스포머를 구비함으로써, 저주파 트랜스포머에 비해서 동일 전력을 전달하는데 있어서 트랜스포머의 사이즈, 무게를 절감하여, 비용적으로 유리한 효과가 있다.

(4) 계통 전원이 연결되는 저주파 경로에는 계통 전원의 주파수(저주파)로 전력을 전달하되, 전달되는 전력의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.

(5) 적어도 하나의 전력 흐름 제어 시스템은 계통 전원과 분리하여 고주파로만 전력을 전달함으로써, 계통 전원의 단위 역률 유지를 위한 AC-DC 전력 변환부(컨버터)의 제어에 대한 제약이 없는 점에서, 시험대상인 인버터 등이 필요로하는 DC전압을 공급하기 위한 부가적인 DC-DC컨버터(도 1 및 도 2에 각각 도시된 종래 시스템의 도번 33, 73의 구성)를 구비할 필요가 없어, 시스템의 부피를 감소시킬 수 있고 비용적으로 유리한 효과가 있다.

도 1은 종래 3개의 독립된 전력의 전력 전달 시스템의 일예이고,
도 2는 종래 3개의 독립된 전력의 전달 시스템의 다른 예이며,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전력 흐름 제어 시스템의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 회로도로, AC-DC 전력변환부들 사이에 인덕터 또는 트랜스포머가 구비된 시스템의 간략화된 회로이며,
도 5는 도 4의 회로에 있어서 AC-DC 전력변환부의 출력 전압(Va 또는 Vb)의 파형의 일예이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 제어 시스템의 개략도이며,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 전력 제어 시스템의 개략도이고,
도 8은 도 7에 도시된 블록을 회로화 시킨 실시예이고,
도 9는 도 8에서 자화 인덕턴스의 위치를 변경한 등가회로이며,
도 10은 도 7의 저주파 등가회로이고,
도 11은 도 7의 고주파 등가회로이며,
도 12는 본 발명의 제4실시예에 의한 전력 제어 시스템의 개략도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ∼사이에와 바로 ∼사이에 또는 ∼에 인접하는 과 ∼에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

[제1실시예]

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템은, 복수의 전력 전달 경로와 일단(101)이 연결된 제1전력흐름제어장치(100)를 포함한다.

제1전력흐름제어장치(100)는 일단(101)의 전압인 제1전압(V1)이 복수의 주파수(f1~fz)를 갖도록 제어 하거나, 일단(101)을 통해 흐르는 전류인 제1전류(I1)가 복수의 주파수(f1~fz)를 갖도록 제어함으로써, 전력 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 제어할 수 있다. 여기서, 전력 전달 경로는 단상, 삼상 또는 다상 회로일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템은, 제1전력흐름제어장치(100)와 제1경로(A)를 형성하는 제2전력흐름제어장치(200)를 더 포함할 수 있다. 제1전력흐름제어장치(100)는 제1경로(A)를 통해 제2전력흐름제어장치(200)와 전력을 주고받을 수 있다.

도 3에 도시된 제1전력흐름제어장치(100)의 일단(101)과 제2전력흐름제어장치(200)의 일단(201) 사이에는 연결 케이블에 의한 스트레이(stray) 인덕턴스가 존재할 수 있으며, 또한 별도의 인덕터가 구비될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템은, 제3전력흐름제어장치(300) 및 전원(10)을 더 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제3전력흐름제어장치(300)는 일단이 본 실시예의 복수의 전력 전달 경로 중, 제1경로(A)를 제외한 제2경로(B)를 통해 제1전력흐름제어장치(100)의 일단(101)과 연결되고, 타단(102)이 전원(10)과 연결될 수 있다. 제3전력흐름제어장치(300)는, 제2경로(B)를 통해 제1전력흐름제어장치(100)와 전원(10) 사이에 양방향으로 전력을 전달할 수 있으며, 제1전력흐름제어장치(100) 또는 제2전력흐름제어장치(200)는 제2경로(B)의 전력으로 제1경로(A)의 전력을 증감시킬 수 있다.

상기한 특징으로 인해, 본 실시예는 복수의 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 달리 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 3에 도시된 본 실시예는, 정상상태에서 제1경로(A)의 전류가 소정의 제1주파수(fp~fq) 성분을 가지고, 전원(10)과 제3전력흐름제어장치(300)간 전류는 소정의 제2주파수(fm~fn) 성분을 가진다. 여기서 f1≤fm≤fn≤fp≤fq≤fz일 수 있다.

제1경로의 제1주파수는 단일 주파수일 수 있고, 복수의 주파수를 포함하는 주파수 군일 수 있다. 이는 제2주파수 또한 마찬가지이다.

본 실시예에서 두 개의 주파수를 사용할 경우, f1=fm=fn=60Hz, fp=fq=fz=10kHz일 수 있다.

본 실시예에서 세 개의 주파수를 사용할 경우, f1=fm=fn=60Hz, fp=5kHz, fq=fz=20kHz일 수 있으며, 제2주파수는 60Hz일 수 있고, 제1주파수는 5kHz~20kHz의 범위의 적어도 하나 이상의 주파수 일 수 있다.

도 3에 도시된 제3전력흐름제어장치(300)는 제2주파수(fm~fn) 성분의 전류를 통과시키고, 제1주파수(fp~fq) 성분의 전류의 통과를 제한할 수 있다. 여기서 제1주파수 성분의 전류의 통과를 제한한다는 의미는, 제1주파수 성분을 가지는 전류를 전혀 흐르지 못하게 하는 경우 뿐 아니라, 원래의 크기에 비해서 상당히 작게 흐르도록 제한하는 것 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1주파수가 10kHz이고, 제3전력흐름제어장치(300)가 저주파 대역 통과 필터로서 cut off 주파수가 100~500Hz 등으로 설정되는 경우, 필터링되기 전의 10kHz 전류가 매우 작게 흐르는 경우를 포함할 수 있다.

제3전력흐름제어장치(300)는 제2주파수(fm~fn) 성분의 전류만을 통과시키도록 구성될 수 있으며, 이를 위해 제3전력흐름제어장치(300)는 저주파 대역 통과 필터(LPF), 밴드 패스 필터(BPF) 및 LCL 필터 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 전원(10)은 교류 전원, 에너지 저장 장치, 전원 공급장치 중 어느 하나일 수 있다.

제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200)는 상술한 바와 같은 동작, 즉 전력을 서로 주고받기 위해, AC-DC 전력변환부(110)를 포함할 수 있다. AC-DC 전력변환부는 AC-DC 컨버터(converter)일 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템은, 상기한 바와 같은 특징을 가짐으로써 계통 전원과 제2경로를 구성하는 제1전력흐름제어장치(100) 및 제2전력흐름제어장치(200)를 분리하여 고주파로만 전력을 전달함으로써, 계통 전원의 단위 역률 유지를 위한 AC-DC 전력변환부(컨버터)의 제어에 대한 제약이 없는 점에서, 시험대상인 인버터 등이 필요로 하는 DC전압을 공급하기 위한 부가적인 DC-DC컨버터(33, 73)를 구비할 필요가 없는 장점을 가질 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템은 제1전력흐름제어장치(100)에 포함되는 AC-DC 전력변환부의 스위치를 on 또는 off하면서, AC-DC 전력변환부에서 출력되는 AC 전류 또는 전압의 위상을 변환시키는 제1제어신호생성부와, 제2전력흐름제어장치(200)에 포함되는 AC-DC 전력변환부의 스위치를 on 또는 off하면서, AC-DC 전력변환부에서 출력되는 AC 전류 또는 전압의 위상을 변환시키는 제2제어신호생성부를 포함하는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.

제1전력흐름제어장치(100)는 제1전압(V1) 및 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 제1주파수(fp~fq) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 제1경로(A)의 전력 흐름을 제어하고, 제1전압(V1) 및 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 제2경로(B)의 전력 흐름을 제어할 수 있다.

제1전력흐름제어장치(100)는 제1전압(V1) 및 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 제1주파수(fp~fq) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 제1경로(A)의 전력 흐름을 제어하고, 제1전압(V1) 및 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 제2경로(B)의 전력 흐름을 제어할 수 있다.

제1전력흐름제어장치(100)는 전원(10)의 전압과 전류의 위상이 동일하도록, 제1전압(V1) 또는 제1전류(I1) 중 적어도 하나의 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제1전력흐름제어장치(100)는 전원(10)의 전압과 전류의 위상이 동일하도록, 제1전압(V1) 또는 제1전류(I1) 중 적어도 하나의 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 전원(10)의 전압과 전류의 위상이 동일한 것은 단위 역률로 제어되는 것을 의미한다.

제2전력흐름제어장치(200)는 일단(201)의 전압인 제2전압(V2)이 복수의 주파수(f1~fz)와 복수의 주파수(f1~fz)를 가질 수 있다.

제어부(400)에 포함되는 제1제어신호생성부와 제2제어신호생성부는 서로 시간 동기화될 수 있다. 여기서 시간 동기화란, 제1전력흐름제어장치(100)의 AC-DC 전력변환부와 제2전력흐름제어장치(200)의 AC-DC 전력변환부의 전압 제어 지령간 동기화로, 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200) 사이에 배치되는 트랜스포머가 이상적으로 1:1의 Y-Y 또는 ??-?? 결선이고, 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200)의 제어 지령이 동일한 전압 제어 지령인 경우, 양자가 동일한 전압이 발생되어 제1트랜스포머(610)의 양단에 걸리는 전압차가 0이 되어 전류가 흐르지 않고, 가상의 절연이 이루어지는 것을 의미한다.

도 4는 본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 회로도로서, AC-DC 전력변환부들 사이에 인덕터 또는 트랜스포머가 구비된 시스템의 간략화된 회로를 도시한 것이다. 즉, 제1전력흐름제어장치(100) 및 제2전력흐름제어장치(200)의 AC-DC 전력변환부의 AC측 전압을 각각 Va, Vb라고 할 때, 그 사이에 구비된 케이블의 스트레이 인덕턴스, 또는 별도의 인덕터, 또는 트랜스포머의 리키지 인덕턴스 양단에 걸리는 전압을 Vab라 한다. 도 5는 도 4의 회로에 있어서 AC-DC 전력변환부의 출력 전압(Va 또는 Vb)의 파형의 일예를 도시한 것으로, 제1주파수와 제2주파수를 포함한 전압파형이다. 여기서 Va와 Vb가 모두 동일한 파형이라면 Vab는 항상 0으로, Va와 Vb간에 전류가 흐르지 않게 된다. 또한 Va 또는 Vb에서 제1주파수 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 변경하면, Vab는 제1주파수 성분은 0이 아니게 되고, 제2주파수 성분은 0이 되고, 따라서 제1주파수 성분의 전류가 흐르게 되며, 제1주파수 전류와 전압에 의한 전력이 전달된다. 반면, 제1주파수 성분의 전류와 제2주파수 성분 전압의 곱에 의한 고주파 전력은 평균이 0이므로 전달되지 않는다. 도 4와 도 5에서는 설명의 편의를 위하여 단상회로를 나타내었으나, 단상회로 뿐 아닌 삼상회로도 동일할 수 있다.

[제2실시예]

도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 제어 시스템을 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 제어 시스템은, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 전력 제어 시스템에서 제1트랜스포머(610)를 더 포함할 수 있다.

제1트랜스포머(610)는 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200) 사이에 배치되어 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200)를 서로 별개로 절연시킨다.

제1경로(A)의 전력은 제1전력흐름제어장치(100), 제1트랜스포머(610) 및 제2전력흐름제어장치(200)를 통해서 순환될 수 있고, 제1경로(A)의 최대 전력은 제2경로(B)의 최대 전력보다 클 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 의한 전력 제어 시스템은 이러한 특징들로 인하여, 큰 전력이 흐르는 경로에는 고주파로 전력을 전달하고, 고주파 트랜스포머인 제1트랜스포머(610)를 구비함으로써, 저주파 트랜스포머에 비해 동일 전력을 전달하는데 사이즈, 무게, 재료비를 절감할 수 있다. 또한, 계통 전원이 연결되는 저주파 경로에는 계통 전원의 주파수(저주파)로 전력을 전달하되, 전달되는 전력의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.

제2전력흐름제어장치(200)는 제1트랜스포머(610)의 결선(Y-??, Y-Y, ??-??) 및 턴비와, 제1전압(V1)의 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기 및 위상을 기초로 제2전압(V2)의 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기 및 위상을 조정하여, 제2주파수(fm~fn)를 갖는 저류가 제1트랜스포머(610)를 통해서 흐르지 않도록 하고, 제2전압(V2) 및 제2전류(I2)의 제1주파수(fp~fq) 성분의 크기 및 위상 중 적어도 어느 하나를 조정하여, 제1주파수(fp~fq)를 갖는 전류가 제1트랜스포머(610)를 통해서 흐르도록 함으로써, 제1경로(A)의 전력 흐름을 제어할 수 있다.

[제3실시예]

도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 전력 제어 시스템을 도시한 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 전력 제어 시스템은, 앞서 설명한 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 제어 시스템에서 전원(10)과 제3전력흐름제어장치(300) 사이에 배치되는 제2트랜스포머(620)를 더 포함할 수 있다.

도 8, 도 9, 도 10 과 도 11을 참조하면, 본 실시예에서 회로가 간소화되는 과정을 설명할 수 있다. 도 8은 도 7에 도시된 블록을 회로화한 것이다.

전원(10)은 계통 전압 소스(801)로 나타내었으며, 제1전력흐름제어장치(100)의 일단(101) 전압의 고주파 성분은 고주파 전압 소스(805), 저주파 성분은 저주파 전압 소스(806)로 나타내었다. 또한, 제2전력흐름제어장치(200)의 일단(201) 전압의 고주파 성분은 고주파 전압 소스(809), 저주파 성분은 저주파 전압 소스(810)로 나타내었다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 제2트랜스포머(620)는 이상적인 트랜스포머(802)와 1차 측 누설인턱턴스, 자화 인덕턴스, 2차 측 누설인덕턴스가 포함된 T 등가회로(803)로 표현할 수 있다. 제1트랜스포머(610) 또한, 이상적인 트랜스포머(407)와 1차 측 누설인덕턴스, 자화 인덕턴스, 2차 측 누설인덕턴스가 포함된 T 등가회로(408)로 표현 할 수 있다.

제3전력흐름제어장치(300)는 LCL필터를 일예로 도시하였다.

일반적으로 트랜스포머에서 자화 인덕턴스가 누설 인덕턴스보다 큰 값을 갖기 때문에 누설 인덕턴스에서 발생하는 전압 강하는 무시할 수 있다. 그러므로 도 8에서 자화 인덕턴스의 위치를 도 9와 같이 변경할 수 있다.

제3전력흐름제어장치(300)의 일예인 LCL필터(404)는 저주파 대역은 통과시키고, 고주파 대역을 차단하는 장치이다. 그러면 제1전력흐름제어장치(100)의 일단(101) 전압의 고주파 성분은 차단되고, 저주파 성분은 통과한다. 저주파 대역에서 회로를 해석하면, 저주파 전압 소스(406)는 보존되고 고주파 전압 소스(805)가 제거될 수 있다. 또한 제1전력흐름제어장치(100)의 일단(101) 전압의 저주파 전압 소스(806)는 제2전력흐름제어장치(200)의 일단(201) 전압의 저주파 전압 소스(806)는 제2전력흐름제어장치(200)의 일단(201)의 저주파 전압 소스(810)와 크기, 위상, 주파수가 일치하기 때문에 전류가 흐르지 않는 개방 회로로 간주할 수 있다. 또한 도 9의 제2트랜스포머(620)의 이상적인 트랜스포머(802) 1차 측 전압(801)은 1차 측과 2차 측의 권선비를 고려하여 2차 측으로 넘겨서 해석할 수 있다. 그러면 저주파 등가회로는 도 10과 같이 도시할 수 있다.

제3전력흐름제어장치(300)의 일예인 LCL필터(804)는 고주파 대역을 차단하는 장치이기 때문에, 고주파 대역에서는 개방회로로 간주할 수 있다. 또한, 제1트랜스포머(610)의 양단에 인가되는 저주파 전압소스들(806, 810)은 임피던스 양단에 인가되는 동일한 전압원이기 때문에 단락회로로 간주할 수 있다. 또한 제1트랜스포머(610)의 이상적인 트랜스포머(807)의 1차 측 전압(805, 806)은 2차 측으로 넘겨서 해석할 수 있다. 그러면 고주파 등가회로는 도 11과 같이 도시될 수 있다.

제1트랜스포머(610)는 제1주파수(fp~fq)에서 정격용량을 갖고, 제2트랜스포머(620)는 제2주파수(fm~fn)에서 정격 용량을 가지며, 제1트랜스포머(610)의 정격 용량(VA)이 제2트랜스포머(620)의 정격 용량(VA)에 비해서 큰 것을 특징으로 할 수 있다.

[제4실시예]

도 12는 본 발명의 제4실시예에 의한 전력 제어 시스템을 도시한 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 의한 전력 제어 시스템은 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예에 의한 전력 제어 시스템에서 제1트랜스포머(610) 및 제3전력흐름제어장치(300) 사이와, 제1트랜스포머(610) 및 제1전력흐름제어장치(100) 사이에 구비되는 제4전력흐름제어장치(700)를 더 포함할 수 있다.

제1전력흐름제어장치(100)와 제3전력흐름제어장치(300) 사이에는 제1주파수와 제2주파수가 성분이 함께 존재한다. 제4전력흐름제어장치(700)는 상대적으로 저주파 대역인 제2주파수(fm~fn) 성분의 통과를 제한하고, 제1주파수(fp~fq) 성분의 전류를 통과시킨다. 따라서 제4전력흐름제어장치(700)와 제1트랜스포머(610) 사이에는 고주파인 제1주파수 성분만이 존재하여, 제1트랜스포머(610)의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

제4전력흐름제어장치(700)는 상술한 바와 같은 동작을 위해, 고주파 대역 통과 필터(HPF), 밴드 패스 필터(BPF) 및 CL 필터 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

[제5실시예]

제1전력흐름제어장치(100)의 타단(102)과 제2전력흐름제어장치(200)의 타단(202) 사이에 시험대상(500)이 구비되고, 시험대상을 시험하는데 필요한 최대 전력이 제2경로(B)의 최대 전력에 비해서 크다. 시험대상을 시험하는데 필요한 전력에 따라서, 제2전력흐름제어장치(200)가 제1경로(A)의 전력을 제어하며, 제1경로(A)의 전력이 시험대상을 시험하는데 필요한 전력과 차이가 있는 경우에, 그 차이에 해당하는 전력을 제1전력흐름제어장치(100)가 제2경로(B)의 전력을 제어하여 제1경로(A)의 전력에 부가하거나 차감할 수 있다.

시험대상(500)은 시험용 인버터이고, 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200) 중 어느 하나는 모터 모사용 인버터와 필터부를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서는 제1전력흐름제어장치(100)가 모터 모사용 인버터(120)를 포함하며, 모터 모사용 인버터(120)와 시험대상(500)의 AC측 사이에는 모터 모사용 필터부(510)가 배치될 수 있다. 모터 모사용 필터부(510)는 LCL필터를 포함할 수 있다. 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200) 중 다른 하나는 시험대상(500)의 DC측과 연결되고, 모터 모사용 인버터(120)는 가상 모터의 BACK EMF전압을 모사할 수 있다.

또한 시험대상(500)은 시험용 모터 및 시험용 인버터를 포함할 수 있고, 시험용 인버터의 교류측은 시험용 모터에 연결되며, 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200) 중 어느 하나는 부하용 인버터와 부하용 모터를 더 포함하고, 부하용 모터의 회전축과 시험용 모터의 회전축은 기계적으로 연결되며, 제1전력흐름제어장치(100)와 제2전력흐름제어장치(200) 중 다른 하나는 시험용 인버터의 DC측과 연결되고, 부하용 인버터는 부하용 모터를 통해 시험용 모터에 토크를 인가하거나 시험용 모터 또는 부하용 모터의 회전속도를 제어할 수 있다.

[제6실시예]

전원과 연결된 제3전력흐름제어장치 및 제2전력흐름제어장치의 일단과 연결된 제1트랜스포머와 일단이 연결된 제1전력흐름제어장치를 포함하는 전력 제어 시스템의 제어 방법에 있어서,

제어부가, (a) 상기 제1전력흐름제어장치 및 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 모두 OFF하는 단계, (b) 상기 단계(a)가 유지된 상태에서, 상기 전원 정보를 기초로 제1전력흐름제어장치의 제1기준 위상과, 제2전력흐름제어장치의 제2기준 위상을 설정하는 단계, (c) 상기 제1전력 흐름 제어 장치와 상기 제3전력 흐름 제어 장치가 연결된 제2경로에 대한 전력 요구량과, 상기 전원의 전압 및 전류 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 제1전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압인 제1전압(V1)의 소정의 제2주파수 성분의 지령치(V1-2)를 산출하는 단계, (d) 상기 제1트랜스포머의 상기 제2주파수의 전류가 흐르지 않도록, 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압인 제2전압(V2)의 상기 제2주파수 성분의 지령치(V2-2)를 산출하는 단계, (e) 상기 제1전력 흐름 제어 장치와 제2전력 흐름 제어 장치이 연결된 제1경로에 대한 전력 요구량과, 제1전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압과 제1경로의 전류 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 제1전압(V1) 및 상기 제2전압(V2)의 제1주파수 성분 각각의 지령치(V1-1, V2-1)를 산출하는 단계, (f) 상기 단계(c) 내지 (e)로부터 산출된 상기 제1전압의 제1및 2 주파수 성분의 지령치(V1-1, V1-2)를 기초로 제1전압(V1) 지령치를 생성하고, 상기 제2전압의 제 1, 2 주파수 성분(V2-1, V2-2)을 기초로 제2전압(V2) 지령치를 생성하는 단계 및 (g) 상기 제1전압 지령치와 상기 제1기준 위상을 기초로 상기 제1전력흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부에 스위치 제어 신호를 생성하고, 상기 제2전압 지령치와 상기 제2기준 위상을 기초로 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부에 스위치 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (b) 단계는, (b-1) 전원(10)이 제3전력흐름제어장치(300)를 통해 제1전력흐름제어장치(100)에 인가된 전압의 위상을 기준으로 제1기준 위상을 설정하는 단계, (b-2) 전원(10)이 제3전력흐름제어장치(300) 및 제1트랜스포머(610)를 통해 제2전력흐름제어장치(200)에 인가된 전압의 위상을 기준으로 제2기준 위상을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (d) 단계와 (e) 단계 사이에, (d2) 시험대상의 전력 요구량, 시험대상에 인가되는 제1전력흐름제어장치(100) 또는 제2전력흐름제어장치(200)의 DC전압의 제어 오차 중 적어도 하나를 기초로 제1경로(A)에 대한 전력 요구량을 산출하는 단계, (d3) 제1경로(A)에 대한 전력 요구량과 현재 제1경로(A)의 전력을 비교하여, 그 차이를 기초로 제2경로(B)에 대한 전력 요구량을 산출하는 단계를 구비할 수 있다.

여기서, 전원(10)과 제3전력흐름제어장치(300) 사이에 제2트랜스포머(620)가 구비된 것, 제3전력흐름제어장치(300)는 저주파 대역 통과 필터(LPF), 밴드 패스 필터(BPF), 및 LCL필터 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 제2주파수는 전원(10)의 전압의 주파수와 동일한 것, 전원(10)의 전압과 전류의 위상이 동일하도록 제어되는 것, 및 제1주파수는 제2주파수보다 클 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

A : 제1경로
B : 제2경로
10 : 전원
20 : 인버터 시험용 1차측 전력변환장치
21 : 제1필터부
22 : AC-DC PWM 컨버터
23 : 모터 에뮬레이터용 인버터
24 : 제2필터부
30 : 인버터 시험용 2차측 전력변환장치
31 : 제3필터부
32 : AC-DC PWM 컨버터
33 : DC-DC 컨버터
40 : 시험대상 인버터
50 : 트랜스포머
60 : 1차측 전력변환장치
70 : 2차측 전력변환장치
80 : 시험용 모터 및 인버터
81 : 제1모터
82 : 제1인버터
83 : 제2모터
84 : 제2인버터
100 : 제1전력흐름제어장치
101 : 제1전력흐름제어장치의 일단
102 : 제2전력흐름제어장치의 타단
110 : AC-DC PWM 컨버터
120 : 모터 모사용 인버터
200 : 제2전력흐름제어장치
201 : 제2전력흐름제어장치의 일단
202 : 제2전력흐름제어장치의 타단
300 : 제3전력흐름제어장치
400 : 제어부
410 : 제1트랜스포머
420 : 제2트랜스포머
500 : 시험대상
510 : 모터 모사용 필터부
610 : 제1트랜스포머
620 : 제2트랜스포머
700 : 제4전력흐름제어장치

Claims (18)

1. 전력의 흐름을 제어하는 전력 제어 시스템에 있어서,
   복수의 전력 전달 경로(A, B)와 일단이 연결된 제1전력흐름제어장치(100)를 포함하고;
   상기 제1전력흐름제어장치(100)는
   상기 일단의 전압인 제1전압(V1) 또는 상기 일단을 통해 흐르는 전류인 제1전류(I1)가 복수의 주파수(f1~fz) 성분을 포함함으로써 상기 전력 전달 경로 각각 또는 일부에 대하여 전력의 흐름을 제어하고;
   상기 복수의 전력 전달 경로 중 적어도 하나에 경로인 제1경로를 통해 제1전력흐름제어장치와 일단이 연결된 제2전력흐름제어장치(200)를 포함하고;
   상기 제1전력흐름제어장치(100)와 상기 제2전력흐름제어장치(200)는 서로 전력을 주고 받을 수 있으며,
   상기 제1경로를 제외한 상기 복수의 전력 전달 경로 중 적어도 하나의 경로인 제2경로를 통해 제1전력흐름제어장치(100)와 일단이 연결되고,
   전원과 타단이 연결된 제3전력흐름제어장치(300);를 더 포함하며,
   상기 제3전력흐름제어장치(300)는,
   상기 제2경로를 통해 상기 제1전력 흐름 제어 장치(100)와 전원 사이에 양방향으로 전력을 전달할 수 있으며;
   상기 제1전력흐름제어 장치 또는 상기 제2전력흐름제어장치(200)는, 제2경로의 전력으로 제1경로의 전력을 증가시키거나 감소시킬 수 있는 것;
   을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   정상상태에서,
   상기 제1경로의 전류는 소정의 제1주파수(fp~fq) 성분을 포함하고;
   전원과 제3전력흐름제어장치(300)간 전류는 소정의 제2주파수(fm~fn) 성분을 포함하며,
   여기서, f1≤fm≤fn<fp≤fq≤fz 인 것;
   을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제3전력흐름제어장치(300)는,
   상기 제2주파수(fm~fn) 성분의 전류를 통과시키고;
   상기 제1주파수(fp~fq) 성분의 전류의 통과를 제한하는 것;
   을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1전력흐름제어장치와 상기 제2전력흐름제어장치(200) 사이에 제1트랜스포머(610)를 더 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1트랜스포머 및 상기 제3전력흐름제어장치(300) 사이와, 상기 제1트랜스포머 및 상기 제1전력흐름제어장치 사이에 구비되는 제4전력흐름제어장치(700);를 더 포함하고,
   상기 제4전력흐름제어장치(700)는,
   상기 제2주파수(fm~fn) 성분의 전류의 통과를 제한하고,
   상기 제1주파수(fp~fq) 성분의 전류를 통과시키는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1경로의 전력은 상기 제1전력흐름제어장치, 상기 제1트랜스포머 및 상기 제2전력흐름제어장치(200)를 통해서 순환될 수 있고;
   상기 제1경로의 최대 전력은 상기 제2경로의 최대 전력보다 큰 것;
   을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 제3전력 흐름 제어 장치와 상기 전원사이에 제2트랜스포머(620)를 더 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1트랜스포머는 상기 제1주파수(fp~fq)에서 정격 용량을 갖고;
    상기 제2트랜스포머는 상기 제2주파수(fm~fn)에서 정격 용량을 가지며;
    상기 제1트랜스포머의 정격 용량이 상기 제2트랜스포머의 정격 용량보다 큰 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1전력흐름제어장치 및 제2전력흐름제어장치(200)는 각각 AC-DC 전력변환부를 포함하고;
    상기 제3전력흐름제어장치(300)는 저주파 대역 통과 필터(LPF), 밴드 패스 필터(BPF), 및 LCL 필터 중 어느 하나를 포함하며;
    상기 제4전력흐름제어장치(700)는 고주파 대역 통과 필터(HPF), 밴드 패스 필터(BPF) 및 CL 필터 중 어느 하나를 포함하고;
    상기 전원은 교류 전원, 에너지 저장장치, 전원 공급장치 중 어느 하나인 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전력흐름제어장치의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 on 또는 off 하는 제1제어 신호 생성부와,
    상기 제2전력흐름제어장치(200)의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 on 또는 off 하는 제2제어 신호 생성부는 시간 동기화 되는 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
13. 제4항에 있어서,
    상기 제1전력흐름제어장치는,
    상기 제1전압(V1) 및 상기 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 상기 제1주파수(fp~fq) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 상기 제1경로의 전력 흐름을 제어하고;
    상기 제1전압(V1) 및 상기 제1전류(I1) 중 적어도 어느 하나의 상기 제2주파수(fm~fn) 성분의 크기와 위상 중 적어도 하나를 조정함으로써, 상기 제2경로의 전력 흐름을 제어하는 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
14. 제9항에 있어서,
    상기 제2전력흐름제어장치(200)는,
    상기 일단의 전압인 제2전압(V2)이 상기 복수의 주파수(f1~fz)와 동일한 복수의 주파수(f1~fz)를 갖는 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
15. 제1항, 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전력흐름제어장치의 타단과 상기 제2전력흐름제어장치(200)의 타단 사이에 시험대상이 구비되고;
    상기 시험대상을 시험하는데 필요한 최대 전력이 상기 제2경로의 최대전력에 비해서 크며;
    상기 시험대상을 시험하는데 필요한 전력에 따라서, 상기 제2전력흐름제어장치(200)가 상기 제1경로의 전력을 제어하며;
    상기 제1경로의 전력이 상기 시험대상을 시험하는데 필요한 전력과 차이가 있는 경우에, 그 차이에 해당하는 전력을 상기 제1전력흐름제어장치가 상기 제2경로의 전력을 제어하여 제1경로의 전력에 부가하거나 차감하는 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 시험대상은 시험용 인버터이고;
    상기 제1전력흐름제어장치와 제2전력흐름제어장치(200) 중 어느 하나는 모터 모사용 인버터와 필터부를 더 포함하고;
    상기 모터 모사용 인버터는 상기 모터 모사용 필터부를 통해서 상기 시험용 인버터의 AC측과 연결되며;
    상기 제1전력 흐름 제어 장치(100)와 제2전력 흐름 제어 장치 중 다른 하나는 상기 시험용 인버터의 DC측과 연결되고;
    상기 모터 모사용 인버터는 가상 모터의 BACK EMF 전압을 모사하는 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
17. 제15항에 있어서,
    상기 시험대상은 시험용 모터 및 시험용 인버터이고;
    상기 시험용 인버터의 교류측은 시험용 모터에 연결되며;
    상기 제1전력흐름제어 장치와 제2전력흐름제어장치(200) 중 어느 하나는 부하용 인버터와 부하용 모터를 더 포함하고;
    상기 부하용 모터의 회전축과 상기 시험용 모터의 회전축은 기계적으로 연결되며;
    상기 제1전력흐름제어장치와 제2전력흐름제어장치(200) 중 다른 하나는 상기 시험용 인버터의 DC측과 연결되고;
    상기 부하용 인버터는 상기 부하용 모터를 통해 상기 시험용 모터에 토크를 인가하거나 상기 시험용 모터 또는 상기 부하용 모터의 회전속도를 제어하는 것;
    을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
    
18. 제2전력흐름제어장치(200)의 일단과 연결된 제1트랜스포머(610), 또는 제2전력흐름제어장치(200)의 일단과 연결된 제4전력흐름제어장치(700) 또는 제2전력흐름제어장치(200)의 일단과 상기 제1트랜스포머(610)을 통해 연결된 제4전력흐름제어장치(700); 및 전원과 연결된 제3전력흐름제어장치(300);와 일단이 연결된 제1전력흐름제어장치를 포함하는 전력 제어 시스템의 제어 방법에 있어서,
    제어부가,
    (a) 상기 제1전력흐름제어장치 및 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부의 스위치를 모두 OFF하는 단계;
    (b) 상기 단계(a)가 유지된 상태에서, 전원 정보를 기초로 제1전력흐름제어장치의 제1기준 위상과, 제2전력흐름제어장치(200)의 제2기준 위상을 설정하는 단계;
    (c) 상기 제1전력 흐름 제어 장치(100)와 상기 제3전력 흐름 제어 장치가 연결된 제2경로에 대한 전력 요구량과, 상기 전원의 전압 및 전류 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 제1전력 흐름 제어 장치(100)의 일단의 전압인 제1전압(V1)의 소정의 제2주파수 성분의 지령치(V1-2)를 산출하는 단계;
    (d) 상기 제1트랜스포머의 상기 제2주파수의 전류가 흐르지 않도록, 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 일단의 전압인 제2전압(V2)의 상기 제2주파수 성분의 지령치(V2-2)를 산출하는 단계;
    (e) 상기 제1전력 흐름 제어 장치(100)와 제2전력 흐름 제어 장치이 연결된 제1경로에 대한 전력 요구량과, 제1전력 흐름 제어 장치(100)의 일단의 전압과 제1경로의 전류 정보 중 적어도 하나를 기초로,
    상기 제1전압(V1) 및 상기 제2전압(V2)의 제1주파수 성분 각각의 지령치(V1-1, V2-1)를 산출하는 단계;
    (f) 상기 단계(c) 내지 (e)로부터 산출된 상기 제1전압의 제1및 2 주파수 성분의 지령치(V1-1, V1-2)를 기초로 제1전압(V1) 지령치를 생성하고, 상기 제2전압의 제 1, 2 주파수 성분(V2-1, V2-2)을 기초로 제2전압(V2) 지령치를 생성하는 단계; 및
    (g) 상기 제1전압 지령치와 상기 제1기준 위상을 기초로 상기 제1전력흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부에 스위치 제어 신호를 생성하고,
    상기 제2전압 지령치와 상기 제2기준 위상을 기초로 상기 제2전력 흐름 제어 장치의 AC-DC 전력변환부에 스위치 제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 전력 제어 시스템의 제어 방법.

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