KR102393893B1 - 전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로 - Google Patents

전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로 Download PDF

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Abstract

전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 시험 회로는, 복수의 서브 모듈을 포함하는 서브모듈 시험부, 상기 서브모듈 시험부에 연결되어 상기 서브모듈 시험부에 전압을 인가하는 전원 공급부, 상기 복수의 서브 모듈에 연결되어 상기 복수의 서브 모듈을 충전하는 충전원, 상기 복수의 서브 모듈의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부, 및, 상기 복수의 서브 모듈의 동작을 각각 제어하는 복수의 서브 제어기에 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기가 동작하면, 상기 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기의 정상 동작 여부를 결정하는 메인 제어기를 포함한다.

Description

전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로{Test circuit for submodule performance test in a power compensator}
본 발명은, 전력보상장치의 정상 동작 여부를 저전력으로 확인할 수 있는, 전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로 및 그 시험방법에 관한 것이다.
산업이 발전하고 인구가 증가함에 따라 전력 수요는 급증하는데 반해, 전력생산에는 한계가 있다.
이에 따라, 생산지에서 생성된 전력을 손실 없이 안정적으로 수요지로 공급하기 위한 전력계통이 점차 중요해지고 있다.
전력조류와 계통전압, 안정도 향상을 위한 FACTS(Flexible AC Transmission System) 설비의 필요성이 대두되고 있다. FACTS 설비 중 3세대로 불리는 전력보상장치의 일종인 STATCOM(STATic synchronous COMpensator) 설비는 전력계통에 병렬로 병입되어 전력계통에서 필요로 하는 무효전력 및 유효전력을 보상해 주고 있다.
도 1은 일반적인 전력계통시스템을 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 전력계통시스템(10)은 전력생성원(20), 전력계통(30), 부하(40) 및 다수의 전력보상장치(50)를 포함할 수 있다.
전력생성원(20)은 전력을 생성하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 생성하는 생산자로 이해될 수 있다.
전력계통(30)은 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 부하(40)로 송전하도록 하여 주는 전력선, 철탑, 피뢰기, 애자 등을 포함하는 일체의 설비를 의미할 수 있다.
부하(40)는 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 소비하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 소비하는 소비자로 이해될 수 있다.
전력보상장치(50)는 전력계통(30)에 연계되어, 전력계통(30)으로 흐르는 전력 중에서 유효전력 또는 무효전력의 공급 또는 부족에 따라 해당 유효전력 또는 무효전력을 보상하여 주는 장치일 수 있다.
전력보상장치(50)는 다수의 서브모듈로 구성되는데, 이러한 서브모듈에 대한 서브모듈 성능시험이 요구된다.
즉 서브 모듈에 실제 사용환경과 유사한 전압 및 전류 스트레스 환경을 조성함으로써, 서브 모듈에 대한 서브모듈 성능 시험이 수행된다. 이러한 성능 시험을 수행하는 회로를 전력 보상장치의 서브 모듈 성능 시험을 위한 합성 시험회로라고 명칭할 수 있다.
한편 서브 모듈의 성능 시험에서, 고전압 및 고전류가 요구된다. 예를 들어 테스트 전압은 최대 2000V까지, 테스트 전류는 최대 1500A까지 될 수 있다.
따라서, 고전압, 고전류를 이용한 테스트 이전에, 서브 모듈의 제어를 수행하는 전자기기 들에 대한 보다 간단한 테스트 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 본 발명은, 전력보상장치의 정상 동작 여부를 저전력으로 확인할 수 있는, 전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로 및 그 시험방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른, 전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로는, 복수의 서브 모듈을 포함하는 서브모듈 시험부, 상기 서브모듈 시험부에 연결되어 상기 서브모듈 시험부에 전압을 인가하는 전원 공급부, 상기 복수의 서브 모듈에 연결되어 상기 복수의 서브 모듈을 충전하는 충전원, 상기 복수의 서브 모듈의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부, 및, 상기 복수의 서브 모듈의 동작을 각각 제어하는 복수의 서브 제어기에 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기가 동작하면, 상기 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기의 정상 동작 여부를 결정하는 메인 제어기를 포함한다.
이 경우 상기 메인 제어기는, 상기 복수의 서브 모듈 각각에 포함되는 커패시터의 전압이 제1 전압 이상이 되면, 상기 복수의 서브 모듈을 디블록 할 수 있다.
이 경우 상기 제1 전압은, 상기 복수의 서브 모듈이 구동되기 위한 최소 전압일 수 있다.
한편, 상기 메인 제어기는, 상기 복수의 서브 모듈이 상기 제1 전압을 출력하기 위한 전압 지령을 상기 복수의 서브 제어기에 전송할 수 있다.
이 경우 상기 메인 제어기는, 상기 전압 지령을 전송한 후 감지되는 전압이 상기 제1 전압이면, 상기 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행한 것으로 결정할 수 있다.
이 경우 상기 제1 전압에 상기 복수의 서브 모듈의 개수를 곱한 값은, 상기 전원 공급부에서 인가되는 전압보다 클 수 있다.
이 경우 상기 메인 제어기는, 상기 복수의 서브 제어기에 전류 지령을 출력할 수 있다.
이 경우 상기 메인 제어기는, 상기 전류 지령을 출력한 후 감지되는 전류에 기초하여, 상기 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행하였는지 결정할 수 있다.
한편 상기 메인 제어기는, 정렬 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기에 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호를 출력한 후 감지되는 전압에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기의 정상 동작 여부를 결정할 수 있다.
한편 상기 메인 제어기는, 상기 복수의 서브 모듈 중 어느 하나의 서브 모듈에 공급되는 DC 전압이 차단되면 상기 어느 하나의 서브 모듈에 대응하는 서브 제어기의 고장을 결정하고, 고장 신호를 출력할 수 있다.
한편 상기 메인 제어기는, 상기 정상 동작 여부를 나타내는 알림을 출력할 수 있다.
도 1은 일반적인 전력계통시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 MMC(Modular Multilevel Converter) 기반 STATCOM의 전력변환부를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 서브모듈을 상세히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 서브 모듈 시험부 내 복수의 서브 모듈을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 MMC(Modular Multilevel Converter) 기반 STATCOM의 전력변환부를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 서브모듈을 상세히 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, MMC 기반 STATCOM의 전력변환부(53)는 각 상 별로 직렬로 연결된 다수의 서브모듈(55)을 포함할 수 있다. 다수의 서브모듈(55)의 동작에 의해 전력계통으로 유효전력이나 무효전력이 공급되거나 전력계통으로부터 유효전력이나 무효전력이 흡수될 수 있다.
도 2에서는 Y-형 전력변환부(53)를 도시하고 있지만, Δ-형 전력변환부 또한 본 발명에 채택될 수 있다.
각 상에 구비된 다수의 서브모듈(55)을 밸브(valve)로 정의될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
각 서브모듈(55)은 스위칭부(57)와 스위칭부(57)에 연결된 커패시터(CSM)을 포함할 수 있다.
다수의 서브모듈(55)은 서로 간에 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 서브모듈은 제2 서브모듈에 연결되고, 제2 서브모듈은 제3 서브모듈에 연결될 수 있다. 이와 같은 연결 방식으로 마지막 서브모듈까지 직렬 연결될 수 있다.
이와 같이 직렬로 연결된 다수의 서브모듈(55)에 의해 컨버터가 구성될 수 있다. 컨버터는 전력계통으로부터의 교류 전력을 직류전력으로 변환시키거나 커패시터(CSM)에 저장된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 역할을 한다.
커패시터(CSM)는 컨버터에 의해 변환된 직류전력을 저장시키거나 저장되어 있는 직류전력을 컨버터로 제공할 수 있다.
따라서, 다수의 서브모듈(55)로 구성된 컨버터의 동작에 의해 전력계통으로 유효전력이나 무효전력이 공급되거나 전력계통으로부터 유효전력이나 무효전력이 흡수될 수 있다.
각 서브모듈(55)의 구체적인 구조와 각 서브모듈(55)과 각 커패시터(CSM)의 연결 구조는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 설명의 편의를 위해 제1 서브모듈과 제1 서브모듈에 연결된 제1 커패시터를 도시하고 있지만, 다른 서브모듈과 커패시터의 연결 구조 또한 도 3와 동일하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 서브모듈은 4개의 스위치(SLT, SLB, SRT, SRB)와 4개의 다이오드(DLT, DLB, DRT, DRB)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 스위치(SLT, SLB, SRT, SRB)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 내지 제4 스위치(SLT, SLB, SRT, SRB)는 풀브릿지 타입(full bridge type)으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 노드(n1)과 제4 노드(n4) 사이에 제1 및 제2 스위치(SLT, SLB)가 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 노드와 제2 노드(n2) 사이에 제1 스위치(SLT)가 연결되고, 제2 노드(n2)와 제4 노드(n4) 사이에 제2 스위치(SLB)가 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 제1 다이오드(DLT)가 연결되고, 제2 노드(n2)와 제4 노드(n4) 사이에 제2 다이오드(DLB)가 연결될 수 있다.
또한, 제1 노드(n1)와 제4 노드(n4) 사이에 제3 및 제4 스위치(SRT, SRB)가 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 노드(n1)와 제3 노드(n3) 사이에 제3 스위치(SRT)가 연결되고, 제3 노드(n3)와 제4 노드(n4) 사이에 제4 스위치(SRB)가 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제1 노드(n1)와 제3 노드(n3) 사이에 제3 다이오드(DRT)가 연결되고, 제3 노드(n2)와 제4 노드(n4) 사이에 제4 다이오드(DRB)가 연결될 수 있다.
제1 및 제4 노드(n1, n4) 사이에서 제1 및 제2 스위치(SLT, SLB)로 구성되는 제1 스위치 쌍과 제3 및 제4 스위치(SRT, SRB)로 구성되는 제2 스위치 쌍은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
제2 노드(n2)에 연결된 제1 라인(LS 1)은 이전 서브모률의 제3 노드(n3)에 연결되고, 제3 노드(n3)에 연결된 제2 라인(LS 2)은 다음 서브모률의 제2 노드(n2)에 연결될 수 있다.
이상과 같이 MMC 기반 STATCOM의 전력변환부(53)에 포함된 서브모듈(55)의 서브모듈성능시험을 위한 합성시험회로는, STACOM에 설치되기 전에 해당 서브모듈(55)에 대한 다양한 서브모듈성능시험을 토대로, STATCOM에 설치 가능한 규격에 부합하도록 해당 서브모듈(55)의 성능을 개선할 수 있도록 도와 줄 수 있다.
통상, STATCOM에 설치되는 서브모듈(55)에 나타나는 전압이나 전류는 매우 크기 때문에 이러한 전압이나 전류를 공급해 줄 수 있는 합성시험회로를 만드는 것은 현실적으로 어렵고 비용 또한 많이 들어가게 된다.
따라서, 전력보상장치의 서브모듈성능시험을 위한 합성시험회로는, MMC 기반 STATCOM의 전력변환부(53)의 실제 운전시 해당 서브모듈(55)에 인가되는 전압 및 전류와 동일하게 모의할 수 있도록 하면서도 시험설비의 용량은 피시험체의 손실성분 크기로 축소 가능하도록 하여 에너지 소모를 대폭 절감할 수 있다.
전력보상장치의 서브모듈성능시험을 위한 합성시험회로는 서브 모듈 시험부를 포함할 수 있다. 여기서 서브모듈시험부는 서브모듈성능시험을 위한 피시험체일 수 있다.
서브 모듈 시험부는 복수의 서브 모듈을 포함할 수 있다. 한편 전력 보상 장치의 서브모듈 성능 시험을 위한 충전 회로는, 복수의 서브 모듈 내 커패시터에 충전 전압을 충전할 수 있다.
충전전압은 복수의 서브 모듈 각각에 포함된 커패시터에 설정된 용량만큼 충전될 수 있다. 이 충전전압에 의해 전력보상장치의 서브모듈성능시험을 수행할 수 있다.
즉, 커패시터가 충전되면, 이 커패시터에 충전된 충전전압에 의해 서브모듈시험부의 서브모듈이나 기타 다른 구성 요소들이 동작될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 서브 모듈 시험부 내 복수의 서브 모듈을 도시한 도면이다.
전력 보상 장치의 서브 모듈 성능 시험을 위한 시험 회로(10)는, 서브 모듈 시험부(100), 전원 공급부(200), 충전원(300) 및 메인 제어기(400) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전원 공급부(200)는, 서브 모듈 시험부(100)에 연결되어 서브 모듈 시험부(100)에 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로, 전원 공급부(200)는 스위치(K1) 및 전압 조정기(Tr1)을 포함할 수 있으며, 전압 조정기(Tr1)는 서브 모듈 시험부(100)에 인가되는 전압을 조정할 수 있다.
전압 조정기(Tr1)의 1차측 단에는 전원(미도시)가 연결될 수 있으며, 전압 조정기(Tr1)의 2차측 단에는 서브 모듈 시험부(100)가 연결될 수 있다.
본 발명에서 전원 공급부(200)는, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)의 실제 사용 환경에서의 전력계통의 역할과 동일한 역할을 수행하게 된다.
구체적으로, 실제 사용 환경에서, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)은 전력 보상 장치를 구성하며, 전력 보상 장치는 전력계통에 연계되어 유효 전력 또는 무효 전력을 보상하게 된다. 따라서 복수의 서브 모듈의 성능 시험에 있어서도 실제 사용 환경과 같은 환경의 조성이 필요하며, 전원 공급부(200)가 실제 사용 환경에서의 전력 계통의 역할을 수행하게 된다.
서브 모듈 시험부(100)는 인덕터(L1) 및 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)을 포함할 수 있다.
여기서 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)은, 전력 보상 장치, 즉 MMC 기반 STATCOM의 전력변환부(53)에 포함되는 서브모듈(55)와 실제 동일한 서브모듈일 수 있다.
복수의 서브 모듈(111, 112, 113)은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
또한 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)은 각각, 스위칭부(114, 115, 116) 및 스위칭부(114, 115, 116)와 연결된 커패시터(CSM1, CSM2, CSM3)를 포함할 수 있다.
여기서 스위칭부(114, 115, 116)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
한편 스위칭부(114, 115, 116) 각각은, 4개의 스위치와 4개의 다이오드를 포함할 수 있다.
예를 들어 제1 서브 모듈(111) 내 스위칭부(114)는, 4개의 스위치(S1LT, S1LB, S1RT, S1RB)와 4개의 다이오드(D1LT, D1LB, D1RT, D1RB)를 포함할 수 있다.
스위칭부(114, 115, 116) 각각에 포함되는 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
또한 4개의 스위치는 풀브릿지 타입(full bridge type)으로 구성될 수 있다.
서브모듈시험부(100)에 포함되는 서브 모듈은 도 3에서 도시한 서브 모듈(55)와 동일한 구조를 가지므로 자세한 설명은 생략한다.
한편 도 5 및 도 6에서는, 서로 직렬로 연결된 3개의 서브모듈(111, 112, 113)를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 서브 모듈 시험부(100)는 직렬 연결된 n개의 서브 모듈을 포함할 수 있다.
충전원(300)은, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)에 연결되어 전압을 공급할 수 있다. 여기서 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)에 공급되는 전압은 DC 전압일 수 있다.
서브 모듈 시험부(100)에 포함되는 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)은, 충전원(300)에서 공급하는 전압에 의하여 충전될 수 있다.
구체적으로 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)에 각각 포함되는 커패시터(CSM1, CSM2, CSM3)는, 충전원(300)에서 인가되는 전압에 의하여 충전될 수 있다.
이후 테스트 단계에서, 커패시터(CSM1, CSM2, CSM3)에 충전된 충전 전압(VSM1, VSM2, VSM3)은 서브 모듈 성능 시험을 위한 시험 전류나 시험 전압을 생성할 수 있다.
또한 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각은 전자기기들을 포함할 수 있으며, 상기 전자기기들은 충전원(300)에서 공급하는 전압에 의하여 충전될 수 있다.
복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 포함되는 전자기기의 일부 또는 전부는 서브 제어기를 구성할 수 있다.
복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각은 서브 제어기를 포함할 수 있다. 또한 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 포함되는 서브 제어기는, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어 제1 서브 모듈(111)에 포함되는 제1 서브 제어기는, 제1 서브 모듈의 제1 내지 제4 스위치(S1LT, S1LB, S1RT, S1RB)의 스위칭을 제어하거나, 제1 서브 모듈(111)의 기타 동작을 제어할 수 있다.
또한 제2 서브 모듈(112)에 포함되는 제2 서브 제어기는, 제2 서브 모듈의 스위칭이나 기타 동작을 제어할 수 있다.
또한 제3 서브 모듈(113)에 포함되는 제3 서브 제어기는, 제3 서브 모듈의 스위칭이나 기타 동작을 제어할 수 있다.
메인 제어기(400)는 복수의 서브 제어기를 제어할 수 있다.
구체적으로 메인 제어기(400)는 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기, 제3 서브 제어기에 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한 제어 신호에 기초하여 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기 및 제3 서브 제어기가 동작하면, 메인 제어기(400)는 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기 및 제3 서브 제어기에서 감지되는 전압이나 전류에 기초하여, 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기 및 제3 서브 제어기의 정상 동작 여부를 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 보상 장치의 서브 모듈의 성능 시험을 위한 시험 회로의 동작 방법은, 복수의 서브 모듈에 전압을 인가하여 복수의 서브 모듈을 충전하는 단계(S710), 복수의 서브 모듈의 전압이 제1 전압이 되면, 복수의 서브 모듈을 디블록(DEBLOCK) 하기 위한 제어 신호를 복수의 서브 제어기에 출력하는 단계(S720), 복수의 모듈 제어기에 전압 지령을 출력하는 단계(S730), 전압 지령을 출력한 후 감지되는 전압에 기초하여, 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행하였는지 결정하는 단계(S740), 복수의 서브 제어기에 전류 지령을 출력하는 단계(S750), 전류 지령을 출력한 후 감지되는 전류에 기초하여, 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행하였는지 결정하는 단계(S760), 복수의 서브 모듈 중 어느 하나의 서브 모듈에 공급되는 DC 전압이 차단되고, 어느 하나의 서브 모듈에 대응하는 서브 제어기로부터 고장 신호가 수신되면, 어느 하나의 서브 모듈에 대응하는 서브 제어기가 정상 동작을 수행한 것으로 결정하는 단계(S770)를 포함할 수 있다.
충전원(300)은 메인 제어기 또는 다른 제어기의 제어 하에, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 전압을 공급하여 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)을 충전할 수 있다.
이에 따라 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 포함되는 커패시터의 전압은 상승할 수 있다.
한편, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각은, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 내 전압을 감지할 수 있는 센싱부를 포함할 수 있다.
한편 메인 제어기(400)는, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 포함되는 커패시터의 전압이 제1 전압 이상으로 충전되었는지 판단할 수 있다.
예를 들어 제1 전압이 25V인 경우, 메인 제어기(400)는 제1 서브 모듈(111) 내 커패시터, 제2 서브 모듈(112) 내 커패시터, 제3 서브 모듈(113) 내 커패시터의 전압 모두가 25V 이상으로 충전되었는지 판단할 수 있다.
여기서 제1 전압은 기준 전압으로써, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)의 테스트를 위하여 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)을 구동 하기 위한 최소 동작 전압일 수 있다.
한편, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 포함되는 커패시터가 제1 전압까지 충전되는 과정에서, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)은 블록(BLOCK) 상태를 유지할 수 있다. 여기서 블록 상태란, 서브 모듈에 전압이 인가되고 있으나 서브 모듈로 동작 신호가 출력되지 않아 서브 모듈이 동작하지 않는 상태를 의미할 수 있다.
한편, 충전원(300)이 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)을 충전하는 것과 함께, 전원 공급부(200)는 서브 모듈 시험부(100)에 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로, 스위치(K1)는 닫힐 수 있으며, 전압 조정기(200)의 출력 전압은 제2 전압으로 조정될 수 있다.
전원 공급부(200)는 메인 제어기, 또는 별도의 제어기의 제어 하에 동작할 수 있다.
한편 복수의 서브 모듈 각각에 포함되는 커패시터의 전압이 제1 전압 이상이 되면, 메인 제어기(400)는 복수의 서브 모듈을 디블록(DEBLOCK)할 수 있다.
여기서 디블록(DEBLOCK)은 앞서 설명한 블록(BLOCK)과 반대되는 개념으로써, 복수의 서브 모듈의 동작을 의미할 수 있다.
또한 “제1 전압 이상”의 의미는, 복수의 서브 모듈의 최소 동작 전압인 제1 전압뿐만 아니라, 제1 전압보다 큰 특정 값을 의미할 수 있다.
한편, 메인 제어기(400)는 복수의 서브 모듈이 제1 전압을 출력하기 위한 전압 지령을 복수의 모듈 제어기에 출력할 수 있다.
한편 전압 지령을 수신하면, 복수의 서브 제어기는, 복수의 서브 모듈이 제1 전압을 출력하도록 복수의 서브 모듈 각각을 제어할 수 있다.
예를 들어, 메인 제어기(400)는 25V의 전압을 출력하기 위한 전압 지령을 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기 및 제3 서브 제어기에 출력할 수 있다. 이 경우 제1 서브 제어기는 제1 서브 모듈(111)이 25V의 전압을 출력하도록 제어할 수 있고, 제2 서브 제어기는 제2 서브 모듈(112)이 25V의 전압을 출력하도록 제어할 수 있으며, 제3 서브 제어기는 제3 서브 모듈(113)이 25V의 전압을 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각은, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각의 전압을 감지할 수 있는 전압 센서를 포함할 수 있다.
그리고 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에 포함되는 전압 센서는, 감지된 전압을 메인 제어기(400)로 전송할 수 있다.
그리고 메인 제어기(400)는 제1 전압을 출력하기 위한 전압 지령을 전송한 후 복수의 서브 모듈(111, 112, 113) 각각에서 감지되는 전압이 제1 전압이면, 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행한 것으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 서브 모듈, 제2 서브 모듈, 제3 서브 모듈의 전압이 모두 25V인 경우, 메인 제어기(400)는 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기, 제3 서브 제어기 모두가 정상 동작 하는 것으로 판단할 수 있다.
다른 예를 들어, 제1 서브 모듈의 출력 전압이 20V인 경우, 메인 제어기(400)는 제1 서브 제어기가 정상 동작을 하지 않는 것으로 결정할 수 있다.
한편 제1 전압에 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)의 개수를 곱한 값은, 전원 공급부(200)에서 서브 모듈 시험부(100)에 인가하는 제2 전압보다 클 수 있다.
구체적으로 성능 시험 중에 전압 조정기(Tr1)의 1차측은 실제 사용 환경에서의 전력 계통의 역할을 수행할 수 있다. 또한 성능 시험 중에 복수의 서브 모듈은, 실제 환경에서의 무효 전력을 보상하는 역할을 수행할 수 있다.
따라서, 전원 공급부(200)가 서브 모듈 시험부(100)에 인가하는 제2 전압(즉, 전압 조정기(Tr1)의 2차측 출력 전압)과 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)의 출력 전압의 합이 동일해야, 과도 상태 없이 무효 전력의 보상이 이루어질 수 있다.
다만, 전압 조정기(Tr1)의 2차측과 서브 모듈 간에는 인덕터(L1)나 저항 성분이 존재하여 전압 강하가 발생할 수 있다.
따라서, 제1 전압에 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)의 개수를 곱한 값은, 전압 조정기(Tr1)의 2차측 출력 전압인 제2 전압보다 크도록 설정될 수 있다.
예를 들어, 복수의 서브 모듈의 개수가 네개인 경우, 제1 전압은 25V이며 제2 전압은 80V일 수 있다.
서브 제어기에 탑재된 전압 제어 알고리즘, 전류 제어 알고리즘이 제대로 동작하는지 판단하기 위해서는 고전압, 고전류가 필요하지 않다.
따라서 본 발명은 DC 충전원을 통하여 전원을 별도로 공급하고, 제1 전압이라는 최소 동작 전압으로 테스트를 수행하게 된다.
또한 전압 조정기(Tr1)의 2차측 출력 전압인 제2 전압은, 제1 전압에 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)의 개수를 곱한 값보다 작게 설정되게 된다.
따라서 본 발명은 저전압, 저전류를 이용한 서브 제어기의 테스트를 가능하게 할 수 있으며, 테스트 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.
또한, 저전류, 저전압을 이용한 서브 제어기의 테스트를 먼저 수행함으로써, 아직 테스트가 이루어 지지 않은 서브 모듈에 고전류, 고전압을 곧바로 인가함에 따른 위험성을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, 서브 모듈의 제어 알고리즘에 오류가 있는 경우 곧바로 고전류, 고전압을 인가하게 되면 장치가 손상되나, 저전력, 저전압을 이용한 테스트를 수행함으로써 장치의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 앞서 복수의 서브 모듈이 구동되기 위한 최소 전압인 제1 전압을 출력하는 방법으로 테스트를 수행하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다.
즉, 제1 전압은 저전압, 저전류를 구현하기 위한 최적의 조건에 불과한 것으로써, 제1 전압보다 큰 값을 출력 전압으로 설정해도 무방하다.
한편, 지금까지의 단계는 복수의 서브 모듈이 전류의 생성 없이 전압만을 생성하는 과정이었으며, 이제부터는 복수의 서브 모듈이 전류를 생성할 수 있다.
구체적으로, 메인 제어기(400)는 복수의 서브 모듈에 전류 지령을 출력할 수 있다. 여기서 전류 지령은 복수의 서브 모듈이 기준 전류를 생성하게 하기 위한 지령일 수 있다.
한편 전류 지령을 수신하면, 복수의 서브 제어기는, 복수의 서브 모듈이 기준 전류를 출력하도록 복수의 서브 모듈 각각을 제어할 수 있다.
예를 들어, 메인 제어기(400)는 5A의 전류를 출력하기 위한 전류 지령을 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기 및 제3 서브 제어기에 출력할 수 있다. 이 경우 제1 서브 제어기는 제1 서브 모듈(111)이 5A의 전류를 출력하도록 제어할 수 있고, 제2 서브 제어기는 제2 서브 모듈(112)이 5A의 전류를 출력하도록 제어할 수 있으며, 제3 서브 제어기는 제3 서브 모듈(113)이 5A의 전류를 출력하도록 제어할 수 있다.
한편 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)에 직렬로, 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)에서 생성되는 전류를 감지할 수 있는 전류 센서가 연결될 수 있다.
그리고 전류 센서는, 감지된 전류를 메인 제어기(400)로 전송할 수 있다.
그리고 메인 제어기(400)는 전류 지령을 출력한 후 감지되는 전류에 기초하여, 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행하였는지 결정할 수 있다.
구체적으로, 기준 전류를 출력하기 위한 전류 지령을 전송한 후 복수의 서브 모듈(111, 112, 113)에서 생성된 전류가 제1 전류이면, 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행한 것으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 감지된 전류가 5A인 경우, 메인 제어기(400)는 제1 서브 제어기, 제2 서브 제어기, 제3 서브 제어기가 정상 동작 하는 것으로 판단할 수 있다.
한편 메인 제어기(400)에는 각 서브 모듈들의 전압 밸런싱을 위하여, 각 서브 모듈의 출력 전압을 비교하여 정렬하는 정렬(sorting) 알고리즘이 탑재될 수 있다.
메인 제어기(400)는 정렬(sorting) 알고리즘에 기초하여 제어 신호를 복수의 서브 제어기에 출력할 수 있으며, 복수의 서브 모듈의 전압에 기초하여, 정렬(sorting) 알고리즘의 정상 동작 여부를 결정할 수 있다.
한편, 복수의 서브 모듈 중 어느 하나의 서브 모듈에 공급되는 DC 전압은 차단될 수 있다. 예를 들어 제1 서브 모듈(111), 제2 서브 모듈(112), 제3 서브 모듈(113)에 DC 전압이 공급되는 중, 충전원(300)은 메인 제어기 또는 다른 제어기의 제어 하에 제1 서브 모듈(111)에 공급하는 DC 전압을 차단할 수 있다.
이 경우 제1 서브 모듈(111) 내에 충전된 에너지는 소진되며, 이에 따라 제1 서브 제어기는 동작을 중단하게 된다.
한편, 메인 제어기와 복수의 서브 제어기는, 광 케이블 등을 이용한 통신을 수행하고 있으며, 메인 제어기는 복수의 서브 제어기의 동작을 감시할 수 있다.
그리고, 제1 서브 제어기가 동작을 중단하면, 메인 제어기(400)는 제1 서브 제어기의 고장을 결정하고 고장 신호를 출력할 수 있다.
또한 이러한 과정은 반복될 수 있다. 예를 들어, 먼저 제1 서브 모듈(111)에 공급되는 DC 전압을 차단하여 제1 서브 제어기에 대한 감시 소프트 웨어 및 제1 서브 제어기와의 통신 소프트웨어에 대한 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 그리고 나서 제1 서브 모듈(111)에 DC 전압을 다시 공급하여 제1 서브 모듈(111)의 동작을 정상화 시키고, 제2 서브 모듈(112)에 공급되는 DC 전압을 차단하여 제2 서브 제어기에 대한 감시 소프트 웨어 및 제2 서브 제어기와의 통신 소프트웨어에 대한 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 그리고 나서 제2 서브 모듈(112)에 DC 전압을 다시 공급하여 제2 서브 모듈(112)의 동작을 정상화 시키고, 제3 서브 모듈(113)에 공급되는 DC 전압을 차단하여 제3 서브 제어기에 대한 감시 소프트 웨어 및 제3 서브 제어기와의 통신 소프트웨어에 대한 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
한편, 메인 제어기는 복수의 서브 제어기의 정상 동작 여부를 나타내는 알림을 출력함으로써, 사용자에게 서브 제어기의 동작 상태를 알릴 수 있다.
한편 본 실시 예에서는 서브 모듈이 풀 브릿지 스위치 타입으로 구성되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 두개의 스위치가 하프 브릿지로 구성되는 서브 모듈에서도 본 발명은 적용될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 서브모듈시험부
200: 전원 공급부
300: 충전원
400: 메인 제어기

Claims (11)

  1. 각각 복수의 스위치 및 서브 제어기를 포함하는 전력보상장치의 복수의 서브 모듈의 성능시험을 위한 시험 회로에 있어서,
    성능시험을 위해, 상기 전력보상장치의 상기 복수의 서브 모듈이 구비되되,상기 복수의 서브 모듈은 서로 직렬로 연결되는 서브모듈 시험부;
    일측이 상기 서브모듈 시험부에 구비된 상기 복수의 서브 모듈 중 첫번째 서브 모듈에 연결되고, 타측이 상기 서브모듈 시험부에 구비된 상기 복수의 서브 모듈 중 마지막 서브 모듈에 연결되어, 상기 서브모듈 시험부에 전압을 인가하는 전원 공급부;
    상기 복수의 서브 모듈에 동시에 연결되어 상기 복수의 서브 모듈을 충전하는 충전원;
    상기 복수의 서브 모듈 각각의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부; 및
    상기 복수의 서브 모듈 각각의 서브 제어기에 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈 각각의 서브 제어기가 동작하면, 상기 복수의 서브 모듈 각각 감지된 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈 각각의 서브 제어기의 정상 동작 여부를 결정하는 메인 제어기를 포함하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 복수의 서브 모듈 각각에 포함되는 커패시터의 전압이 제1 전압 이상이 되면, 상기 복수의 서브 모듈을 디블록 하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 전압은,
    상기 복수의 서브 모듈이 구동되기 위한 최소 전압인
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 복수의 서브 모듈이 상기 제1 전압을 출력하기 위한 전압 지령을 상기 복수의 서브 제어기에 전송하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 전압 지령을 전송한 후 상기 복수의 서브 모듈 각각 감지된 전압이 상기 제1 전압이면, 상기 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행한 것으로 결정하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 전압에 상기 복수의 서브 모듈의 개수를 곱한 값은, 상기 전원 공급부에서 인가되는 전압보다 큰
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 복수의 서브 제어기에 전류 지령을 출력하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 전류 지령을 출력한 후 상기 복수의 서브 모듈 각각 감지된 전류에 기초하여, 상기 복수의 서브 제어기가 정상 동작을 수행하였는지 결정하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    정렬 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기에 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호를 출력한 후 상기 복수의 서브 모듈 각각 감지된 전압에 기초하여 상기 복수의 서브 제어기의 정상 동작 여부를 결정하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 복수의 서브 모듈 중 어느 하나의 서브 모듈에 공급되는 DC 전압이 차단되면 상기 어느 하나의 서브 모듈에 대응하는 서브 제어기의 고장을 결정하고, 고장 신호를 출력하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어기는,
    상기 정상 동작 여부를 나타내는 알림을 출력하는
    전력보상장치의 서브모듈의 성능시험을 위한 시험 회로.
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