KR102557010B1 - System for resolving current imbalance and improving power factor by using regeneration of 3-phase unbalanced load current - Google Patents

System for resolving current imbalance and improving power factor by using regeneration of 3-phase unbalanced load current Download PDF

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KR102557010B1 KR1020230031845A KR20230031845A KR102557010B1 KR 102557010 B1 KR102557010 B1 KR 102557010B1 KR 1020230031845 A KR1020230031845 A KR 1020230031845A KR 20230031845 A KR20230031845 A KR 20230031845A KR 102557010 B1 KR102557010 B1 KR 102557010B1
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호민재
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Abstract

본 발명은 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 3상의 전력계통으로부터 3상 부하에 인가되는 불균형 전류를 균등하게 제어함으로써 3상의 계통전력소모를 균등하게 하고, 불균형 전류를 균형 있는 회생전력으로 재공급함으로써 역률, 효율 및 왜율을 개선하고, 전력공급 측에서 균형 있는 3상 전력을 공급함으로써 계통전력을 안정화시키는데 있다.
일례로, 3상 전력라인 별로 부하전류를 각각 측정하는 전류 센서부; 부하전류 중 어느 한 상의 부하전류를 기준으로 다른 상의 부하전류 부족분을 비율로 각각 계산하는 부하전류 부족분 계산부; 3상 전력라인을 통해 부하로 공급되는 전력을 추출하되, 3상 별로 이루어지는 스위칭 동작에 따라 전류 불균형을 갖는 상의 부하전류 부족분만큼을 추출하고, 추출된 전력을 DC로 변환하는 부족전류 추출부; 부하전류 부족분 계산부를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율을 기반으로 각 상 별로 스위칭 제어신호를 생성하고, 스위칭 제어신호를 이용하여 부족전류 추출부의 3상 별로 스위칭 동작을 제어하는 부족전류 회생 제어부; 및 부족전류 추출부를 통해 변환된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 변환된 AC 전력을 3상 분배를 통해 3상 전력라인으로 회생시키는 PFC 인버터부를 포함하는 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템을 개시한다.
The present invention relates to a system for resolving current imbalance and improving power factor using regeneration of three-phase unbalanced load current. It is to equalize consumption, improve power factor, efficiency and distortion by resupplying unbalanced current as balanced regenerative power, and stabilize system power by supplying balanced three-phase power from the power supply side.
For example, a current sensor unit for measuring load current for each of the three-phase power lines; a load current deficiency calculation unit that calculates a load current deficiency of another phase as a ratio based on a load current of one phase among load currents; an undercurrent extractor for extracting power supplied to a load through a three-phase power line, extracting a load current deficiency of a phase having a current imbalance according to a switching operation performed for each of the three phases, and converting the extracted power into DC; A switching control signal is generated for each phase based on the load current shortfall ratio calculated through the load current shortfall calculation unit and the load current ratio set as a standard, and the switching operation is performed for each of the three phases of the undercurrent extraction unit using the switching control signal. an undercurrent regeneration controller for controlling; and a PFC inverter unit that converts DC power converted through the undercurrent extractor into AC power and regenerates the converted AC power to a three-phase power line through three-phase distribution.

Description

3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템{SYSTEM FOR RESOLVING CURRENT IMBALANCE AND IMPROVING POWER FACTOR BY USING REGENERATION OF 3-PHASE UNBALANCED LOAD CURRENT}System for resolving current imbalance and improving power factor using regeneration of 3-phase unbalanced load current

본 발명의 실시예는 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전력계통을 사용하는 수배전반, 전동기 제어반, 분전반 등에 연결된 부하의 전류 불균형, 역률 저하 등을 보상하기 위한 시스템에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a system for resolving current imbalance and improving power factor using regeneration of three-phase unbalanced load current, and more specifically, current imbalance and power factor of loads connected to a switchgear, a motor control panel, a distribution panel, etc. using a power system. It relates to a system for compensating for degradation and the like.

일반적으로, 소규모 공장, 상가 등은 3상 기기를 사용하기 위하여 배전선로를 통해 3상 형태의 전력을 공급 받는다. 수용가는 3상 기기와 함께 단상 기기도 사용하는데, 초기 부하설비에 대한 전력 분배 시 3상이 균형을 갖도록 구성하여 운용하지만, 실제 사용량은 시간 별, 계절 별로 각 상의 사용량에 대한 차이가 발생될 수밖에 없다.In general, small factories, shopping malls, etc. receive three-phase power through distribution lines in order to use three-phase devices. Consumers use single-phase devices as well as three-phase devices, and when power is distributed to load facilities at the beginning, the three-phase devices are configured and operated so that they are balanced. .

이러한 차이는 무효전력과 유효전력에 대한 차이는 물론, 각 상의 전압에 대한 차이까지도 유발할 수 있다. 내부적으로는 중성점이 이동될 수 있는데, 이는 각 상의 왜율 등의 전력품질에도 영향을 끼칠 수 있다. This difference may cause a difference in reactive power and active power as well as a difference in voltage of each phase. Internally, the neutral point may be moved, which may affect power quality such as distortion of each phase.

각 기기의 무효전력 즉 역률 등은 'STATCOM' 등의 무효전력 보상기 등의 보상을 통해 개선할 수 있지만, 부하의 유효전력에 대한 불균형은 공급 측에서 상의 불균형 등에 의해 공급의 손실, 기기의 사용효율 등을 떨어뜨릴 수 있으므로, 이와 같은 3상 간 전류 불균형을 해소하면 수용가뿐만 아니라, 공급 측에도 전력의 손실을 개선할 수 있다.The reactive power of each device, i.e., the power factor, can be improved through compensation with a reactive power compensator such as 'STATCOM'. Since the current imbalance between the three phases can be eliminated, power loss can be improved not only to the consumer but also to the supply side.

3상 전력은 부하 측에서 3상 또는 단상으로 사용하기 때문에, 각 상의 전류는 대부분 불균형적으로 사용될 수밖에 없다. 3상 전류는 부하의 종류에 따라 다르고 가동 상태에 따라 다르기 때문에, 3상 전류의 균형을 이루기 위해서는 부하의 균형을 실시간으로 조절할 수밖에 없다. Since three-phase power is used in three or single phases on the load side, most of the currents in each phase are inevitably used unbalanced. Since the three-phase current differs according to the type of load and the operating state, in order to balance the three-phase current, there is no choice but to adjust the balance of the load in real time.

일반적으로 고전력을 사용하는 부하인 경우에는 전력 균형을 위한 시스템이 적용되어 있어, 전력 균형을 위한 급격한 불균형 현상이 발생되는 비율이 낮지만, 저전력을 사용하는 부하의 경우에는 해당 시스템이 적용되어 있지 않아 전류 불균형 현상이 두드러지게 나타난다.In general, for loads that use high power, a system for power balancing is applied, so the rate of rapid imbalance for power balance is low. However, for loads that use low power, the system is not applied. The current imbalance phenomenon appears conspicuously.

등록특허공보 제10-2484100호(등록일자: 2022년12월29일)Registered Patent Publication No. 10-2484100 (registration date: December 29, 2022)

본 발명의 실시예는, 3상의 전력계통으로부터 3상 부하에 인가되는 불균형 전류를 균등하게 제어함으로써 3상의 계통전력소모를 균등하게 하고, 불균형 전류를 균형 있는 회생전력(유효전력과 무효전력)으로 재 공급함으로써 역률, 효율 및 왜율을 개선하고, 전력공급 측에서 균형 있는 3상 전력을 공급함으로써 계통전력을 안정화시킬 수 있는 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention equalizes the power consumption of the three-phase system by equally controlling the unbalanced current applied to the three-phase load from the three-phase power system, and converts the unbalanced current into balanced regenerative power (active power and reactive power). A current imbalance resolution and power factor improvement system capable of stabilizing system power by improving power factor, efficiency, and distortion by re-supplying and supplying balanced three-phase power from the power supply side is provided.

본 발명의 실시예에 따른 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템은, 3상 전력라인 별로 부하전류를 각각 측정하는 전류 센서부; 상기 부하전류 중 어느 한 상의 부하전류를 기준으로 다른 상의 부하전류 부족분을 비율로 각각 계산하는 부하전류 부족분 계산부; 3상 전력라인을 통해 부하로 공급되는 전력을 추출하되, 3상 별로 이루어지는 스위칭 동작에 따라 전류 불균형을 갖는 상의 부하전류 부족분만큼을 추출하고, 추출된 전력을 DC로 변환하는 부족전류 추출부; 상기 부하전류 부족분 계산부를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율을 기반으로 각 상 별로 스위칭 제어신호를 생성하고, 상기 스위칭 제어신호를 이용하여 상기 부족전류 추출부의 3상 별로 스위칭 동작을 제어하는 부족전류 회생 제어부; 및 상기 부족전류 추출부를 통해 변환된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 변환된 AC 전력을 3상 분배를 통해 3상 전력라인으로 회생시키는 PFC 인버터부를 포함한다.A system for resolving current imbalance and improving power factor using regeneration of three-phase unbalanced load current according to an embodiment of the present invention includes a current sensor unit for measuring load current for each three-phase power line; a load current deficiency calculating unit for calculating a load current deficiency of another phase as a ratio based on a load current of one phase among the load currents; an undercurrent extractor for extracting power supplied to a load through a three-phase power line, extracting a load current deficiency of a phase having a current imbalance according to a switching operation performed for each of the three phases, and converting the extracted power into DC; A switching control signal is generated for each phase based on the load current shortfall ratio calculated through the load current shortfall calculation unit and the load current ratio set as a reference, and the three-phase current shortfall of the undercurrent extraction unit is generated using the switching control signal. an undercurrent regeneration control unit that controls switching operations for each unit; and a PFC inverter unit for converting the DC power converted through the undercurrent extraction unit into AC power and regenerating the converted AC power to a three-phase power line through three-phase distribution.

또한, 상기 부하전류 부족분 계산부는, 상기 전류 센서부를 통해 측정된 부하전류 중 미리 정의된 한 사이클 내에서 최대 값을 갖는 어느 한 상의 부하전류를 기준 부하전류로 설정하고, 나머지 다른 두 상의 부하전류를 불균형 부하전류로 설정하는 부하전류 설정부; 및 하기의 수식에 따라 부하전류 부족분의 비율을 상기 나머지 다른 두 상에 각각 대하여 계산하는 부족전류 비율 계산부를 포함하고, 상기 수식은 이고, 상기 Idev _phase(%)는 상기 나머지 다른 두 상 각각에 대한 부하전류 부족분의 비율이고, 상기 Iref _phase는 상기 기준 부하전류의 값이고, 상기 Irms _ref_phase는 미리 정의된 한 사이클 내에서 상기 기준 부하전류를 RMS(Root Mean Square)로 계산한 값이고, 상기 Irms_phase는 미리 정의된 한 사이클 내에서 상기 불균형 부하전류를 RMS(Root Mean Square)로 계산한 값일 수 있다.In addition, the load current deficiency calculation unit sets the load current of one phase having the maximum value within a predefined cycle among the load currents measured through the current sensor unit as the reference load current, and sets the load current of the other two phases as the reference load current. a load current setting unit that sets an unbalanced load current; and an undercurrent ratio calculating unit that calculates a load current shortfall ratio for each of the other two phases according to the following formula, wherein the formula is , wherein I dev _phase (%) is the ratio of the load current deficiency for each of the other two phases, I ref _phase is the value of the reference load current, and I rms _ref_phase is within one predefined cycle. The reference load current may be a value calculated as RMS (Root Mean Square), and the I rms_phase may be a value obtained by calculating the unbalanced load current as RMS (Root Mean Square) within a predefined cycle.

또한, 상기 부하전류 부족분 계산부는, 상기 부족전류 비율 계산부를 통한 계산된 결과데이터를 현재 사이클 바로 다음 사이클에 적용하되, 각 상 별로 미리 설정된 계산 시작점을 기준으로 적용할 수 있다.In addition, the load current deficiency calculation unit may apply the result data calculated through the undercurrent ratio calculation unit to a cycle immediately following the current cycle, based on a calculation starting point preset for each phase.

또한, 상기 부족전류 추출부는, 부하 측 3상 전력라인으로부터 각 상 별로 전류를 각각 입력 받는 전류 입력부; 상기 전류 입력부을 통해 3상 별 전류를 각각 입력 받아 각 상 별로 출력하되, 스위칭 동작에 따라 각 상 별로 출력되는 전류량을 각각 조절하는 다수의 전력 반도체 소자를 포함하는 상별 부족전류 출력량 조절부; 및 상기 상별 부족전류 출력량 조절부를 통해 출력되는 전류를 DC로 변환하고, 변환된 DC 전류를 하나로 합류시켜 상기 PFC 인버터부로 공급하는 전류 출력부를 포함할 수 있다.In addition, the undercurrent extraction unit may include a current input unit that receives current for each phase from the three-phase power line at the load side; a phase-by-phase undercurrent output amount control unit including a plurality of power semiconductor devices that receives currents for each of the three phases through the current input unit and outputs currents for each phase, respectively, and controls the amount of current output for each phase according to a switching operation; and a current output unit that converts the current output through the undercurrent output amount adjusting unit for each phase into DC, merges the converted DC current into one, and supplies the converted DC current to the PFC inverter unit.

또한, 상기 부족전류 회생 제어부는, 각각의 상 별로 상기 부하전류 부족분 계산부를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율(100%) 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율(Idev _phase(%) < 100%)을 각각 입력 받고, 입력 값에 대한 비례적분제어를 수행하여 각 상 별로 PWM 제어신호를 각각 생성하는 PI 루프 제어기를 포함할 수 있다.In addition, the undercurrent regeneration control unit calculates the load current shortfall ratio (100%) calculated by the load current shortfall calculation unit for each phase and the load current ratio (I dev _phase (%) < 100%) set as a standard. ), and a PI loop controller that generates PWM control signals for each phase by performing proportional integral control on the input value.

또한, 상기 부족전류 추출부는, 상기 PWM 제어신호를 통해 각 상 별 스위칭 온 시간이 조절되어 각 상 별 부하로 공급되는 계통전력의 총 부하량을 조절할 수 있다.In addition, the undercurrent extraction unit can adjust the total load amount of system power supplied to the load of each phase by adjusting the switching-on time of each phase through the PWM control signal.

본 발명에 따르면, 3상의 전력계통으로부터 3상 부하에 인가되는 불균형 전류를 균등하게 제어함으로써 3상의 계통전력소모를 균등하게 하고, 불균형 전류를 균형 있는 회생전력(유효전력과 무효전력)으로 재 공급함으로써 역률, 효율 및 왜율을 개선하고, 전력공급 측에서 균형 있는 3상 전력을 공급함으로써 계통전력을 안정화시킬 수 있는 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템을 제공할 수 있다. According to the present invention, by equally controlling the unbalanced current applied to the three-phase load from the three-phase power system, the three-phase system power consumption is equalized and the unbalanced current is re-supplied as balanced regenerative power (active power and reactive power). By doing so, it is possible to provide a current imbalance resolution and power factor improvement system capable of improving power factor, efficiency, and distortion factor, and stabilizing system power by supplying balanced three-phase power from the power supply side.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부하전류 부족분 계산부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부족전류를 포함하는 3상 별 파형을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 한 사이클 내에서 계산된 부하전류 부족분에 대한 결과데이터를 다음 사이클에 적용하는 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부족전류 추출부의 구성을 설명하기 위해 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부족전류 회생 제어부의 구성을 설명하기 위해 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 소비량 감소를 통한 3상 기기의 에너지 효율 증가 및 전력품질 향상을 설명하기 위해 나타낸 그래프이다.
도 8은 일반적인 3상 전력부하에서의 역률을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 PFC 인버터부(STATCOM)을 설치한 경우 3상 전력부하에서의 역률 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템을 통해 3상 전력부하에서의 상 불균형, 역률, 효율 개선 효과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing the overall configuration of a three-phase current imbalance resolution and power factor improvement system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of a load current shortfall calculation unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating three-phase waveforms including undercurrent according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of applying result data for a load current deficiency calculated in one cycle to the next cycle according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram illustrating the configuration of an undercurrent extraction unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram illustrating the configuration of an undercurrent regeneration control unit according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph shown to explain the increase in energy efficiency and the improvement in power quality of a three-phase device through a reduction in reactive power consumption according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a power factor in a general three-phase power load.
9 is a diagram illustrating a power factor improvement effect in a three-phase power load when a PFC inverter unit (STATCOM) according to an embodiment of the present invention is installed.
10 is a diagram illustrating phase imbalance, power factor, and efficiency improvement effects in a three-phase power load through a three-phase current imbalance resolution and power factor improvement system according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부하전류 부족분 계산부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부족전류를 포함하는 3상 별 파형을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 한 사이클 내에서 계산된 부하전류 부족분에 대한 결과데이터를 다음 사이클에 적용하는 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부족전류 추출부의 구성을 설명하기 위해 나타낸 회로도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부족전류 회생 제어부의 구성을 설명하기 위해 나타낸 회로도이다.1 is a diagram showing the overall configuration of a three-phase current imbalance resolution and power factor improvement system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a load current shortfall calculation unit according to an embodiment of the present invention. 3 is a diagram illustrating three-phase waveforms including undercurrent according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows result data for the load current shortage calculated within one cycle according to an embodiment of the present invention in the next cycle. Figure 5 is a circuit diagram shown to explain the configuration of an undercurrent extraction unit according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is a diagram showing an undercurrent regeneration control unit according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram shown to explain the configuration.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3상 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템(1000)은 전류 센서부(100), 부하전류 부족분 계산부(200), 부족전류 추출부(300), 부족전류 회생 제어부(400) 및 PFC 인버터부(500) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a three-phase current imbalance resolution and power factor improvement system 1000 according to an embodiment of the present invention includes a current sensor unit 100, a load current deficit calculation unit 200, an undercurrent extraction unit 300, At least one of the undercurrent regeneration control unit 400 and the PFC inverter unit 500 may be included.

상기 전류 센서부(100)는 3상 전력라인에 설치되어 3상 별로 AC의 부하전류를 각각 측정할 수 있다. 3상 별로 AC의 부하전류를 측정하기 위한 수단으로는 CT 센서(Current Transformer Sensor)를 적용할 수 있으며, 이러한 경우 R상 부하전류 측정용 CT 센서, S상 부하전류 측정용 CT 센서, T상 부하전류 측정용 CT 센서를 포함할 수 있으며, 각 CT 센서에서 감지된 데이터는 부하전류 부족분 계산부(200)로 제공될 수 있다.The current sensor unit 100 is installed in a three-phase power line to measure AC load current for each of the three phases. A CT sensor (Current Transformer Sensor) can be applied as a means to measure AC load current for each phase. In this case, a CT sensor for measuring R-phase load current, a CT sensor for measuring S-phase load current, and a T-phase load A CT sensor for current measurement may be included, and data sensed by each CT sensor may be provided to the load current deficiency calculation unit 200 .

상기 부하전류 부족분 계산부(200)는, 부하전류 중 어느 한 상의 부하전류를 기준으로 다른 상의 부하전류 부족분을 비율로 각각 계산할 수 있다.The load current deficiency calculation unit 200 may calculate the load current deficiency of another phase as a ratio based on the load current of one phase among the load currents.

이를 위해 부하전류 부족분 계산부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 부하전류 설정부(210) 및 부하전류 비율 계산부(220) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.To this end, the load current deficit calculator 200 may include at least one of a load current setter 210 and a load current ratio calculator 220 as shown in FIG. 2 .

상기 부하전류 설정부(210)는, 전류 센서부(100)를 통해 측정된 부하전류(R, S, T 부하전류) 중 미리 정의된 한 사이클 내에서 최대 값을 갖는 어느 한 상의 부하전류를 기준 부하전류로 설정하고, 나머지 다른 두 상의 부하전류를 불균형 부하전류로 설정할 수 있다.The load current setting unit 210 is based on the load current of any one phase having the maximum value within one predefined cycle among the load currents (R, S, and T load currents) measured through the current sensor unit 100. It can be set as the load current, and the load current of the other two phases can be set as the unbalanced load current.

예를 들어, 전류 센서부(100)를 통해 R상 부하전류(Isr), S상 부하전류(Iss), T상 부하전류(Ist)가 각각 측정된 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 R상 부하전류(Isr)가 미리 설정된 한 사이클 내에서 최대 값을 갖는 경우 R상 부하전류(Isr)를 기준 부하전류로 설정하고, S상 부하전류(Iss)과 T상 부하전류(Ist)는 R상 부하전류(Isr)을 기준으로 불균형 부하전류로 각각 설정할 수 있다. For example, when the R-phase load current Isr, S-phase load current Iss, and T-phase load current Ist are measured through the current sensor unit 100, respectively, as shown in FIG. 4, the R-phase When the load current (Isr) has the maximum value within one preset cycle, the R-phase load current (Isr) is set as the standard load current, and the S-phase load current (Iss) and T-phase load current (Ist) are the R-phase load current (Isr). Each can be set as an unbalanced load current based on the load current (Isr).

상기 부하전류 비율 계산부(220)는, 도 4에 도시된 바와 같이 기준 부하전류를 기준으로 불균형 부하전류 각각에 대한 부족분 비율을 계산하는데, 계산 방법은 하기의 수식에 따라 실시할 수 있다.As shown in FIG. 4 , the load current ratio calculation unit 220 calculates a shortfall ratio for each unbalanced load current based on the reference load current. The calculation method may be performed according to the following formula.

[수식][formula]

상기 수식에서 Idev _phase(%)는 나머지 다른 두 상(ex. S, T 상)에 대한 부하전류 부족분의 비율을 의미하고, Iref _phase는 기준 부하전류(Isr)의 값을 의미하고, Irms_ref_phase는 미리 정의된 한 사이클 내에서 기준 부하전류(Isr)를 RMS(Root Mean Square)로 계산한 값을 의미하며, Irms _phase는 미리 정의된 한 사이클 내에서 불균형 부하전류를 RMS(Root Mean Square)로 계산한 값을 의미한다.In the above formula, I dev _phase (%) means the ratio of the load current deficiency for the other two phases (ex. S, T phase), I ref _phase means the value of the reference load current (Isr), and I rms_ref_phase means the value calculated by RMS (Root Mean Square) of the reference load current (Isr) within one predefined cycle, and I rms_phase is the value calculated by RMS (Root Mean Square) of the unbalanced load current within one predefined cycle. ) is the value calculated by

예를 들어, Idev_s(%) = I_r * (Irms_r - Irms_s) / Irms_r에서 Irms_r = 100이고, Irms_s = 80 이라고 한다면 Idev_s(%) = I_r * 0.2 = 20%가 된다. 즉, Irms_r = 100이고, Irms_s = 80 이면 S상 라인에서 20%에 상응하는 전류 부족분을 추출해야 하는 것이다.For example, if Idev_s(%) = I_r * (Irms_r - Irms_s) / Irms_r, if Irms_r = 100 and Irms_s = 80, Idev_s(%) = I_r * 0.2 = 20%. That is, if Irms_r = 100 and Irms_s = 80, a current shortfall corresponding to 20% should be extracted from the S-phase line.

I_sr을 본래의 정상전류가 가정할 때, I_ss에 대한 부족전류의 비율(Idev_s)은 이지만, 현재 각도(위상)는 역률에 따라 다르기 때문에 이러한 방식으로 계산하게 되면 파형의 왜곡이 발생될 수 있다.Assuming I_sr to be the original steady current, the ratio of undercurrent to I_ss (Idev_s) is However, since the current angle (phase) varies according to the power factor, waveform distortion may occur when calculated in this way.

이에 따라, 각 상의 부족분에 대한 비율은 상술한 바와 같이 RMS(Root Mean Square)를 이용하여 계산하는 것이 바람직하며, RMS 전류를 이용하여 부족전류 비율을 계산함으로써 파형의 왜곡을 방지하는 것이 바람직하다.Accordingly, it is preferable to calculate the ratio of the shortfall of each phase using RMS (Root Mean Square) as described above, and it is preferable to prevent waveform distortion by calculating the undercurrent ratio using RMS current.

이와 같이 RMS 방식을 적용하는 이유는, μsec 단위의 시간을 갖는 각 사이클 내에서 전류를 계산할 경우, 전력의 왜율과 역률이 훼손되어 전력에 대한 품질을 변화시킬 수 있기 때문이다. 이에 따라, 한 사이클 내에서 전류를 평균제곱근(RMS)으로 계산(즉 한 사이클 내의 부족전류에 대한 RMS 값을 계산)하고, 이를 이용해 한 사이클 단위에서의 불균형 부하전류에 대한 부족분 비율을 계산함으로써 특정 위상 값을 배제할 수 있게 되어 왜율이나 역률 등에 대한 영향을 받지 않을 수 있다. The reason why the RMS method is applied in this way is that, when calculating the current within each cycle having a time in units of μsec, the distortion factor and power factor of the power may be damaged and the quality of the power may be changed. Accordingly, the current within one cycle is calculated as the root mean square (RMS) (i.e., the RMS value for the undercurrent within one cycle is calculated), and the shortfall ratio for the unbalanced load current in one cycle unit is calculated using this value to determine the specific Since it is possible to exclude the phase value, it may not be affected by distortion or power factor.

한편, 부하전류 부족분 계산부(200)는, 부족전류 비율 계산부(220)를 통한 계산된 결과데이터를 현재 사이클 바로 다음 사이클에 적용하되, 각 상 별로 미리 설정된 계산 시작점을 기준으로 적용할 수 있다. Meanwhile, the load current shortfall calculator 200 applies the result data calculated through the undercurrent ratio calculator 220 to the cycle immediately following the current cycle, based on a preset calculation starting point for each phase. .

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 전류 부족분에 대하여 n cycle에서 점검하고, 그 점검 결과를 그 다음 사이클인 n+1 cycle에 적용하고, n+1 cycle에 점검한 데이터를 다음 사이클인 n+2 cycle에서 적용하는 방식으로 진행할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, current shortage is checked in n cycle, the check result is applied to the next cycle, n+1 cycle, and the data checked in n+1 cycle is the next cycle, n. It can proceed by applying in +2 cycle.

또한, 본 실시예에서는 다음 사이클에 적용 시 연속성을 유지하기 위해 각 상 별로 동기점부터 시작하도록 함으로써 전류의 시작점이 달라지는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 동기점은 특정한 상에 대한 계산을 시작하는 지점을 의미하거나, 360도를 기준으로 하는 특정 지점을 의미할 수 있다, 또한, 동기점은 발전기 간의 동기를 이루거나 인버터의 주파수 감지 기준점을 의미하기도 한다.In addition, in this embodiment, in order to maintain continuity when applied to the next cycle, it is possible to prevent the starting point of the current from being different by starting from the synchronization point for each phase. Here, the sync point means a point at which calculation for a specific phase starts, or a specific point based on 360 degrees. In addition, the sync point means synchronization between generators or a reference point for frequency detection of an inverter. do it too

또한, 본 실시예에서는 소프트 증감을 통해 직선 가감을 피할 수 있도록 'S-Curve'형을 사용할 수 있다. 사이클 간의 편차가 존재하는 경우 그 결과의 출력에 대한 가감이 발생될 수 있는데, 이때 출력 시 일정한 감속 혹은 가속으로 변화시키는 직선 가감 방식을 적용하는 것이 아니라, 가감속 시 관성 등의 영향이 있을 경우 'S-curve'형 가감속 방식을 적용하면 좀 더 부드럽게 가감속을 조절(처음과 끝의 가감속 양을 작게 하는 방식)할 수 있어 오버 슛(Over-Shoot)를 줄일 수 있다.In addition, in this embodiment, the 'S-Curve' type can be used to avoid linear addition and subtraction through soft increase and decrease. If there is a deviation between cycles, an increase or decrease may occur for the output of the result. At this time, a linear increase or decrease method that changes to a constant deceleration or acceleration is not applied at the time of output, but if there is an influence such as inertia during acceleration or deceleration, ' If the S-curve type acceleration/deceleration method is applied, the over-shoot can be reduced because the acceleration/deceleration can be adjusted more smoothly (by reducing the amount of acceleration/deceleration at the beginning and end).

상기 부족전류 추출부(300)는, 3상 전력라인을 통해 부하로 공급되는 전력을 추출하되, 3상 별로 이루어지는 스위칭 동작에 따라 전류 불균형을 갖는 상의 부하전류 부족분만큼을 추출하고, 추출된 전력을 DC로 변환 할 수 있다.The undercurrent extraction unit 300 extracts power supplied to a load through a three-phase power line, extracts a load current deficit of a phase having a current imbalance according to a switching operation performed for each three phases, and extracts the extracted power can be converted to DC.

이를 위해 부족전류 추출부(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 전류 입력부(310), 상별 부족전류 출력량 조절부(320) 및 전류 출력부(330) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.To this end, the undercurrent extraction unit 300 may include at least one of a current input unit 310, a phase-by-phase undercurrent output amount adjusting unit 320, and a current output unit 330, as shown in FIG.

상기 전류 입력부(310)는 부하 측 3상 전력라인으로부터 각 상 별(R, S, T)로 전류(Idr, Ids, Idt)를 각각 입력 받을 수 있다.The current input unit 310 may receive currents Idr, Ids, and Idt for each phase (R, S, and T) from the three-phase power line on the load side.

상기 상별 부족전류 출력량 조절부(320)는, 전류 입력부(310)를 통해 3상 별 전류(Idr, Ids, Idt)를 각각 입력 받아 각 상 별(R, S, T)로 출력하되, 스위칭 동작에 따라 각 상 별로 출력되는 전류량을 각각 조절하는 다수의 전력 반도체 소자를 포함할 수 있다.The undercurrent output amount control unit 320 for each phase receives currents (Idr, Ids, and Idt) for each of the three phases through the current input unit 310 and outputs them as (R, S, and T) for each phase, and performs a switching operation. It may include a plurality of power semiconductor devices each controlling the amount of current output for each phase according to the above.

예를 들어 다수의 전력 반도체 소자는, 제1 내지 제3 전력 반도체 소자(321, 322, 323)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전력 반도체 소자(321)는 R상의 전력라인과 연결되어 R상의 부하 측으로 공급되는 전류를 입력 받고, 제2 전력 반도체 소자(322)는 S상의 전력라인과 연결되어 S상의 부하 측으로 공급되는 전류를 입력 받으며, 제3 전력 반도체 소자(323)는 T상의 전력라인과 연결되어 T상의 부하 측으로 공급되는 전류를 입력 받을 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 전력 반도체 소자(321, 322, 323)는 'Triac' 또는 'IGBT'를 적용할 수 있다.For example, the plurality of power semiconductor devices may include first to third power semiconductor devices 321 , 322 , and 323 . Here, the first power semiconductor element 321 is connected to the power line of phase R to receive the current supplied to the load of phase R, and the second power semiconductor element 322 is connected to the power line of phase S and supplied to the load of phase S. receiving current, and the third power semiconductor element 323 is connected to the power line of phase T and can receive current supplied to the load side of phase T. 'Triac' or 'IGBT' may be applied to the first to third power semiconductor devices 321, 322, and 323.

상기 전류 출력부(330)는, 제1 내지 제3 전력 반도체 소자(321, 322, 423)의 출력단 각각 연결되어 제1 내지 제3 전력 반도체 소자(321, 322, 323)로부터 출력되는 AC 전류를 DC 전류로 변환하고, 변환된 DC 전류를 하나로 합류시켜 PFC 인버터부(500)로 피드백할 수 있다.The current output unit 330 is connected to the output terminals of the first to third power semiconductor devices 321, 322, and 423, respectively, and receives the AC current output from the first to third power semiconductor devices 321, 322, and 323. The DC current may be converted into DC current, and the converted DC current may be joined into one and fed back to the PFC inverter unit 500.

상기 부족전류 추출부(300)는 상술한 바와 같이, 상 별로 전류 부족분을 추출하는 역할을 수행하는데, 예를 들어, Idev_s(%) = I_r * (Irms_r - Irms_s) / Irms_r에서 Irms_r = 100이고, Irms_s = 80 이라고 한다면 Idev_s(%) = I_r * 0.2 = 20%가 된다. 즉, Irms_r = 100이고, Irms_s = 80 이면 S상 라인에서 20%에 상응하는 전류 부족분을 추출해야 하는 것이다. As described above, the undercurrent extractor 300 serves to extract the current shortfall for each phase. For example, Idev_s(%) = I_r * (Irms_r - Irms_s) / Irms_r where Irms_r = 100, If Irms_s = 80, then Idev_s(%) = I_r * 0.2 = 20%. That is, if Irms_r = 100 and Irms_s = 80, a current shortfall corresponding to 20% should be extracted from the S-phase line.

즉, S상 전력라인에서 20%에 상응하는 전류 부족분을 추출하기 위해서는 20%만큼에 해당하는 부하가 필요한데, DC 전력으로 변환하는 과정에서 해당 정류기의 각 전력 반도체 소자에 대한 스위치 량을 조절(PWM 제어)함으로써, AC를 DC로 정류 때 R, S, T상 각각의 정류량을 조절할 수 있게 된다. 각 상에 대하여 정류된 DC 전류는 한 곳에 합쳐지게 되는데, 이렇게 합쳐진 DC 전류는 그리드에서 각 상에 대한 부하로 작용할 수 있다(즉 R부하=0, S부하=20, T부하=0과 같이 부하로 작용). That is, in order to extract a current shortfall corresponding to 20% from the S-phase power line, a load equivalent to 20% is required. control), it is possible to adjust the rectified amount of each of the R, S, and T phases when AC is rectified to DC. The rectified DC current for each phase is added to one place, and this summed DC current can act as a load for each phase in the grid (i.e. load R = 0, load S = 20, load T = 0). act as).

이와 같이 S상 라인에서 20%에 상응하는 전류 부족분을 추출하기 위해서는 20%만큼에 해당하는 부하가 필요한데, 부족전류 추출부(300)를 통해 DC 전력을 형성하는 과정에서 각 상 별로 PWM 제어를 통해 전력 반도체 소자(Triac 또는 IGBT) 각각에 대한 스위칭 량을 조절함으로써, AC 전력을 DC 전력으로 정류할 때 R, S, T 각 상에 대한 유입량을 조절할 수 있다. 각 상 별로 정류된 DC 전류는 한 곳으로 합쳐지는데, 이러한 DC 전류는 그리드(Grid) 상에서 보면 각 상의 부하로 작용하게 된다(예를 들어, R부하=0, S부하=20, T부하=0과 같은 부하로 작용). 이와 같이, 부족전류 추출부(300)는, 부족전류 회생 제어부(400)에서 생성된 PWM 제어신호(또는 스위칭 제어신호)를 입력 받고, 그에 따라 각 상 별로 마련된 전력 반도체 소자(Triac 또는 IGBT)의 스위칭 온 시간을 조절함으로써 각 상 별 부하로 공급되는 전력량을 조절할 수 있다.In this way, in order to extract the current shortfall corresponding to 20% from the S-phase line, a load corresponding to 20% is required. By adjusting the switching amount of each of the power semiconductor devices (Triac or IGBT), when AC power is rectified into DC power, inflow amounts for each of the R, S, and T phases can be adjusted. The DC current rectified for each phase is combined into one place, and this DC current acts as a load for each phase when viewed on the grid (for example, R load = 0, S load = 20, T load = 0). acts as a load). In this way, the undercurrent extraction unit 300 receives the PWM control signal (or switching control signal) generated by the undercurrent regeneration control unit 400 and, accordingly, the power semiconductor device (Triac or IGBT) provided for each phase. By adjusting the switching-on time, the amount of power supplied to the load for each phase can be adjusted.

상기 부족전류 회생 제어부(400)는, 부하전류 부족분 계산부(200)를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율을 기반으로 각 상 별로 스위칭 제어신호(PWM 제어신호)를 생성하고, 생성된 스위칭 제어신호를 이용하여 부족전류 추출부(300)의 스위칭 동작을 각각 제어함으로써 R, S, T 각 상에 대한 정류량을 조절할 수 있다.The under current regeneration control unit 400 generates a switching control signal (PWM control signal) for each phase based on the load current shortfall ratio calculated through the load current shortfall calculation unit 200 and the load current ratio set as a standard. It is possible to adjust the rectification amount for each of the R, S, and T phases by generating and controlling the switching operation of the undercurrent extractor 300 using the generated switching control signal.

이러한 부족전류 회생 제어부(400)는 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 상 별로 부하전류 부족분 계산부(200)를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율(Idev_phase(%) < 100%) 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율(100% Calculated)을 각각 입력 받고, 입력 값에 대한 비례적분제어(Proportional Integral Control)를 수행하여 각 상 별로 PWM 제어신호를 각각 생성하는 PI 루프 제어기를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6, the undercurrent regeneration control unit 400 calculates the load current shortfall ratio (I dev_phase (%) < 100%) and It may include a PI loop controller that receives the ratio (100% Calculated) of the load current set as a reference and generates a PWM control signal for each phase by performing proportional integral control on the input value. .

여기서, '100% Calculated'란 부족전류를 각 상의 부하를 대상으로 정류했을 경우 각 상에서 소모되는 최대전류의 비율(100%)로서 각 상(R/S/T)에 대해서는 동일하게 적용된다.Here, '100% Calculated' is the ratio (100%) of the maximum current consumed in each phase when the undercurrent is rectified for the load of each phase, and the same is applied to each phase (R/S/T).

상기 PI 루프 제어기에서 출력되는 PWM 제어신호(PWM out)는 'PWM out = K(E+ Edt)'의 수식에 따라 계산될 수 있다. 여기서, K는 전체 게인(gain)을 의미하나, 경우에 따라서 P 게인(gain)을 의미할 수 있다. E는 Error 값으로 'Set point - Present value'로 정의되며 t는 0 ~ 무한(Δ)의 값을 갖는다. 본 실시예에 따른 PWM 출력을 계산하는 수식에서 'Differential' 항을 넣을 경우 오히려 불연속에 따른 불안정 특성을 나타나게 되므로, 미분 항은 사용하지 않는 것이 바람직하다.The PWM control signal (PWM out) output from the PI loop controller is 'PWM out = K(E+ Edt)' can be calculated according to the formula. Here, K means total gain, but may mean P gain in some cases. E is an error value and is defined as 'Set point - Present value', and t has a value of 0 to infinite (Δ). If the 'Differential' term is inserted in the formula for calculating the PWM output according to the present embodiment, instability characteristics due to discontinuity appear, so it is preferable not to use the differential term.

본 실시예에서는, 일반 인버터와 달리 3상이 각각 3개 PI 루프 제어기와 연결되어 각상이 다르게 제어되기 때문에 각기 다른 전류를 공급할 수 있다. DC 전원을 형성하기 위해서는 'Pr, Ps, Pt'라는 3가지 전원이 있고, 3가지 전원이 DC 전원으로 유입되고 이를 소모하기 위한 부하 'Pdc'가 있다고 가정하면 'Pr+Ps+Pt = Pdc'가 될 것이며, DC 전원의 소모는 'Pdc'가 결정하게 되며, 전류 불균형에 의해 부족한 'Pdc'를 보충하기 위해 'Pr, Ps, Pt'는 각각을 보충하도록 제어될 수 있다. In this embodiment, different currents can be supplied because three phases are connected to three PI loop controllers, respectively, unlike general inverters, and each phase is controlled differently. Assuming that there are three power sources, 'Pr, Ps, and Pt', to form DC power, and that there is a load 'Pdc' to consume these three power sources, 'Pr+Ps+Pt = Pdc' , and the consumption of DC power is determined by 'Pdc', and 'Pr, Ps, and Pt' can be controlled to make up for 'Pdc' insufficient due to current imbalance.

일례로, 'Pr, Ps, Pt'가 일반 하나의 루프(one-loop)로 이루어진 경우, 각각에 대하여 동일한 전력을 균형 있게 공급하겠지만, 각각의 루프로 각기 다른 시간만큼 같은 양의 전력이 공급된다면, 최종적으로 공급되는 전력량은 다를 수 밖에 없다. 따라서, 부족전류 추출부(300)를 통한 정류 시에 부족전류 추출부(300)의 'Triac' 또는 'IGBT'를 이용하여 μsec 단위의 정류시간을 조절함으로써 공급되는 전력량을 조절하여 각 상에 대한 부하(그리드 상에서 볼 때)의 균형을 만들 수 있다(단, Pdc가 소모되지 않을 경우 제어 량이 0이 될 수밖에 없음).For example, if 'Pr, Ps, Pt' is made up of a general one-loop, the same power is supplied in a balanced way to each, but if the same amount of power is supplied to each loop for different times, , the amount of power finally supplied is inevitably different. Therefore, during rectification through the undercurrent extractor 300, the rectification time in µsec units is adjusted using the 'Triac' or 'IGBT' of the undercurrent extractor 300 to adjust the amount of power supplied to each phase. The load (viewed from the grid) can be balanced (however, if the Pdc is not consumed, the control amount will inevitably be zero).

상기 PFC 인버터부(Power Factor Control invertor)(500)는, STATCOM(Static Compensator)과 역률을 조절할 수 있는 기능을 겸비한 인버터를 포함하며, 이러한 구성을 통해 부족전류 추출부를 통해 변환된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 변환된 AC 전력에 대한 3상 균등분배를 통해 3상 전력라인으로 동등한 AC 전류를 공급시킬 수 있다. 즉, 전류 출력부(300)의 정류기(AD-DC Converter)를 통해 변환된 DC 전류는 PFC 인버터부(500)의 3상 전력 반드체 소자(ex. Triac 또는 IGBT)를 이용해 각 상에 동등하게 분배 회생됨으로써 3상 전력라인의 전류 불균형을 해소할 수 있다.The PFC inverter unit (Power Factor Control Invertor) 500 includes an inverter having both a STATCOM (Static Compensator) and a power factor control function, and through this configuration, the DC power converted through the undercurrent extractor is converted to AC power , and through the three-phase equal distribution of the converted AC power, equivalent AC current can be supplied to the three-phase power line. That is, the DC current converted through the rectifier (AD-DC Converter) of the current output unit 300 is equally distributed to each phase using the 3-phase power semiconductor device (ex. Triac or IGBT) of the PFC inverter unit 500. The current imbalance of the three-phase power line can be solved by distribution regeneration.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무효전력 소비량 감소를 통한 3상 기기의 에너지 효율 증가 및 전력품질 향상을 설명하기 위해 나타낸 그래프이고, 도 8은 일반적인 3상 전력부하에서의 역률을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 PFC 인버터부(STATCOM)을 설치한 경우 3상 전력부하에서의 역률 개선 효과를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템을 통해 3상 전력부하에서의 상 불균형, 역률, 효율 개선 효과를 나타낸 도면이다.7 is a graph showing energy efficiency and power quality improvement of a three-phase device through a reduction in reactive power consumption according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing the power factor in a general three-phase power load. 9 is a diagram showing the power factor improvement effect in a three-phase power load when a PFC inverter unit (STATCOM) is installed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a three-phase current imbalance solution according to an embodiment of the present invention. and a diagram showing phase imbalance, power factor, and efficiency improvement effects in a three-phase power load through a power factor correction system.

본 실시예에 따른 부족전류 회생 제어부(400)의 계산 결과(PWM out)에 따라 PFC 인버터부(500)의 역률 제어는, 추출된 에너지, 즉 도 7에 도시된 바와 같이 'Edc = k * (Vdc - Vset)에 의해 유효전력과 무효전력을 발생시켜 계통라인에 인가함으로써 결과적으로 무효전력의 소비량을 감소시켜 에너지 효율을 증가시키고 전력품질의 향상에 기여할 수 있다. 또한, 계통부하전력의 상 간 불균형 양을 측정하여 계통전력의 상 불균형을 해소할 수 있는 전력량만큼을 추출하여 그 회생전력을 이용해 계통전력의 무효전력을 보상할 수 있다.According to the calculation result (PWM out) of the undercurrent regeneration control unit 400 according to the present embodiment, the power factor control of the PFC inverter unit 500 controls the extracted energy, that is, as shown in FIG. 7, 'Edc = k * ( By generating active power and reactive power by Vdc - Vset and applying them to the system line, as a result, consumption of reactive power can be reduced, thereby increasing energy efficiency and contributing to the improvement of power quality. In addition, it is possible to compensate for the reactive power of the system power by measuring the amount of phase imbalance of the system load power, extracting an amount of power capable of resolving the phase imbalance of the system load power, and using the regenerative power.

도 8 내지 도 10는 3상의 전력 부하에서 역률 개선 및 효율 개선을 나타낸 도면으로, 이때 사용하는 전력은 3상 전력 부하에서 전류 불균형 양을 회생하여 역률 개선 및 효율 개선으로 사용함으로써 상 불균형 개선, 역률 개선 및 효율 개선이 가능하다.8 to 10 are diagrams showing power factor improvement and efficiency improvement in a three-phase power load. At this time, the power used at this time regenerates the amount of current imbalance in the three-phase power load and uses it as power factor improvement and efficiency improvement to improve phase imbalance, power factor Improvements and efficiency improvements are possible.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a current imbalance resolution and power factor improvement system using regeneration of three-phase unbalanced load current according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, and the following patents As claimed in the claims, anyone skilled in the art without departing from the gist of the present invention will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made.

1000: 3상 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템
100: 전류 센서부
200: 부하전류 부족분 계산부
210: 부하전류 설정부
220: 부족전류 비율 계산부
300: 부족전류 추출부
310: 전류 입력부
320: 상별 부족전류 출력량 조절부
321: 제1 전력 반도체 소자
322: 제2 전력 반도체 소자
323: 제3 전력 반도체 소자
330: 전류 출력부
400: 부족전류 회생 제어부
500: PFC 인버터부
1000: 3-phase current imbalance cancellation and power factor correction system
100: current sensor unit
200: load current shortfall calculation unit
210: load current setting unit
220: undercurrent ratio calculation unit
300: undercurrent extraction unit
310: current input unit
320: Undercurrent output amount control unit for each phase
321: first power semiconductor device
322: second power semiconductor device
323: third power semiconductor device
330: current output unit
400: undercurrent regeneration control unit
500: PFC inverter unit

Claims (6)

3상 전력라인 별로 부하전류를 각각 측정하는 전류 센서부;
상기 부하전류 중 어느 한 상의 부하전류를 기준으로 다른 상의 부하전류 부족분을 비율로 각각 계산하는 부하전류 부족분 계산부;
3상 전력라인을 통해 부하로 공급되는 전력을 추출하되, 3상 별로 이루어지는 스위칭 동작에 따라 전류 불균형을 갖는 상의 부하전류 부족분만큼을 추출하고, 추출된 전력을 DC로 변환하는 부족전류 추출부;
상기 부하전류 부족분 계산부를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율을 기반으로 각 상 별로 스위칭 제어신호를 생성하고, 상기 스위칭 제어신호를 이용하여 상기 부족전류 추출부의 3상 별로 스위칭 동작을 제어하는 부족전류 회생 제어부; 및
상기 부족전류 추출부를 통해 변환된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 변환된 AC 전력을 3상 분배를 통해 3상 전력라인으로 회생시키는 PFC 인버터부를 포함하고,
상기 부하전류 부족분 계산부는,
상기 전류 센서부를 통해 측정된 부하전류 중 미리 정의된 한 사이클 내에서 최대 값을 갖는 어느 한 상의 부하전류를 기준 부하전류로 설정하고, 나머지 다른 두 상의 부하전류를 불균형 부하전류로 설정하는 부하전류 설정부; 및
하기의 수식에 따라 부하전류 부족분의 비율을 상기 나머지 다른 두 상에 각각 대하여 계산하는 부족전류 비율 계산부를 포함하고,
상기 수식은 이고, 상기 Idev_phase(%)는 상기 나머지 다른 두 상 각각에 대한 부하전류 부족분의 비율이고, 상기 Iref_phase는 상기 기준 부하전류의 값이고, 상기 Irms_ref_phase는 미리 정의된 한 사이클 내에서 상기 기준 부하전류를 RMS(Root Mean Square)로 계산한 값이고, 상기 Irms_phase는 미리 정의된 한 사이클 내에서 상기 불균형 부하전류를 RMS(Root Mean Square)로 계산한 값인 것을 특징으로 하는 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템.
a current sensor unit for measuring load current for each of the three-phase power lines;
a load current deficiency calculating unit for calculating a load current deficiency of another phase as a ratio based on a load current of one phase among the load currents;
an undercurrent extractor for extracting power supplied to a load through a three-phase power line, extracting a load current deficiency of a phase having a current imbalance according to a switching operation performed for each of the three phases, and converting the extracted power into DC;
A switching control signal is generated for each phase based on the load current shortfall ratio calculated through the load current shortfall calculation unit and the load current ratio set as a reference, and the three-phase current shortfall of the undercurrent extraction unit is generated using the switching control signal. an undercurrent regeneration control unit that controls switching operations for each unit; and
A PFC inverter unit converting the DC power converted through the undercurrent extractor into AC power and regenerating the converted AC power to a three-phase power line through three-phase distribution;
The load current shortfall calculation unit,
Load current setting to set the load current of one phase having the maximum value within a predefined cycle among the load currents measured through the current sensor unit as the reference load current, and setting the load currents of the other two phases as the unbalanced load current. wealth; and
An undercurrent ratio calculation unit that calculates a load current shortfall ratio for each of the other two phases according to the following formula;
The above formula is , wherein I dev_phase (%) is the ratio of the load current deficiency for each of the other two phases, I ref_phase is the value of the reference load current, and I rms_ref_phase is the reference load within one predefined cycle. A value obtained by calculating the current as RMS (Root Mean Square), and the I rms_phase is a value obtained by calculating the unbalanced load current as RMS (Root Mean Square) within a predefined cycle. Current imbalance resolution and power factor correction system using regeneration.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 부하전류 부족분 계산부는,
상기 부족전류 비율 계산부를 통한 계산된 결과데이터를 현재 사이클 바로 다음 사이클에 적용하되, 각 상 별로 미리 설정된 계산 시작점을 기준으로 적용하는 것을 특징으로 하는 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템.
According to claim 1,
The load current shortfall calculation unit,
Resolving current imbalance using regeneration of three-phase unbalanced load current, characterized in that the result data calculated through the undercurrent ratio calculator is applied to the cycle immediately following the current cycle, based on the calculation starting point preset for each phase, and Power factor correction system.
제1 항에 있어서,
상기 부족전류 추출부는,
부하 측 3상 전력라인으로부터 각 상 별로 전류를 각각 입력 받는 전류 입력부;
상기 전류 입력부를 통해 3상 별 전류를 각각 입력 받아 각 상 별로 출력하되, 스위칭 동작에 따라 각 상 별로 출력되는 전류량을 각각 조절하는 다수의 전력 반도체 소자를 포함하는 상별 부족전류 출력량 조절부; 및
상기 상별 부족전류 출력량 조절부를 통해 출력되는 전류를 DC로 변환하고, 변환된 DC 전류를 하나로 합류시켜 상기 PFC 인버터부로 공급하는 전류 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템.
According to claim 1,
The undercurrent extraction unit,
a current input unit that receives current for each phase from the load-side three-phase power line;
a phase-by-phase undercurrent output amount control unit including a plurality of power semiconductor devices that receives currents for each of the three phases through the current input unit and outputs currents for each phase, respectively, and controls the amount of current output for each phase according to a switching operation; and
A current using regeneration of three-phase unbalanced load current comprising a current output unit that converts the current output through the phase-specific undercurrent output amount control unit into DC, joins the converted DC current, and supplies the converted DC current to the PFC inverter unit. Imbalance resolution and power factor correction system.
제1 항에 있어서,
상기 부족전류 회생 제어부는,
각각의 상 별로 상기 부하전류 부족분 계산부를 통해 각각 계산된 부하전류 부족분의 비율(100%) 및 기준으로 설정된 부하전류의 비율(Idev _phase(%) < 100%)을 각각 입력 받고, 입력 값에 대한 비례적분제어를 수행하여 각 상 별로 PWM 제어신호를 각각 생성하는 PI 루프 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템.
According to claim 1,
The undercurrent regeneration control unit,
For each phase, the load current shortfall ratio (100%) calculated through the load current shortfall calculation unit and the load current ratio (I dev _phase (%) < 100%) set as a standard are input, and the input value A current imbalance resolution and power factor improvement system using regeneration of three-phase unbalanced load current, characterized in that it includes a PI loop controller for generating a PWM control signal for each phase by performing proportional integral control for each phase.
제5 항에 있어서,
상기 부족전류 추출부는,
상기 PWM 제어신호를 통해 각 상 별 스위칭 온 시간이 조절되어 각 상 별 부하로 공급되는 계통전력의 총 부하량을 조절하는 것을 특징으로 하는 3상 불균형 부하전류의 회생을 이용한 전류 불균형 해소 및 역률 개선 시스템.
According to claim 5,
The undercurrent extraction unit,
Current imbalance resolution and power factor improvement system using regeneration of three-phase unbalanced load current, characterized in that the switching on time of each phase is adjusted through the PWM control signal to adjust the total load amount of system power supplied to the load of each phase. .
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