KR102600920B1 - Transformerless uninterruptible power supply and method of controlling the same - Google Patents

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Abstract

본원에서 설명되는 기술의 일 형태에 따르면, 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터; 상기 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터와 병렬로 배치되며, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 중성점 전류를 제어하기 위한 중성점 전류 제어 스위치; 상기 인버터로부터 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하는 중성점 전류 제어부; 및 상기 중성점 전류 제어 신호를 기초로 상기 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부를 포함하는 무변압기형 무정전 전원 장치가 제공된다.According to one form of technology described herein, a converter that converts three-phase alternating current power into direct current power and outputs it; an inverter that converts the direct current power output from the converter into three-phase alternating current power and outputs it; a neutral point current control switch disposed in parallel with the inverter and configured to control a neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter; a neutral point current control unit that generates a neutral point current control signal based on the current of the three-phase AC power output from the inverter to the load; and a drive signal generator that generates a drive signal for driving the neutral point current control switch based on the neutral point current control signal.

Figure R1020230040961
Figure R1020230040961

Description

무변압기형 무정전 전원 장치 및 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법{TRANSFORMERLESS UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}Transformerless uninterruptible power supply device and control method of transformerless uninterruptible power supply device {TRANSFORMERLESS UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 개시(開示)는 무변압기형 무정전 전원 장치 및 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법에 관한 것이다.This disclosure relates to a transformerless uninterruptible power supply device and a control method of the transformerless uninterruptible power supply device.

무정전 전원 장치(이하 "UPS"라고도 지칭됨)는 외부 전원에 예컨대 정전과 같은 장애가 발생하였을 때 부하에 전원을 안정적으로 공급하기 위한 장치를 지칭한다. 부하는 예컨대 서버와 같은 전자 장치를 포함할 수 있다. 예컨대 UPS는 서버와 같은 전자 장치에 연결되고, 전자 장치에 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 구성된다.An uninterruptible power supply (hereinafter also referred to as “UPS”) refers to a device that stably supplies power to a load when a failure, such as a power outage, occurs in an external power source. Loads may include electronic devices, such as servers. For example, a UPS is connected to electronic devices such as servers and is configured to stably supply power to the electronic devices.

UPS 중에서 무변압기형 UPS는 변압기형 UPS에 비해 부피가 작고 경량이고 정격 운전 효율이 높은 장점이 있으므로, 적용 대상이 확대되고 있다. 그러나, 무변압기형 UPS는 선간 전압뿐만이 아닌 상전압이 필요한 부하에서는 적용이 쉽지 않았다.Among UPSs, transformer-less UPS has the advantage of being smaller in size, lighter, and has higher rated operating efficiency than transformer-type UPS, so its application target is expanding. However, the transformer-less UPS was not easy to apply to loads that required phase-to-phase voltage as well as line voltage.

예컨대 한국등록특허 제10-1887092호(특허문헌 1)를 참조하면, 종래의 무변압기형 UPS가 개시된다.For example, referring to Korean Patent No. 10-1887092 (Patent Document 1), a conventional transformerless UPS is disclosed.

예컨대 한국등록특허 제10-1887092호에 개시된 무변압기형 UPS의 경우, 3상 전원의 출력 전압을 기초로 영상 전압(N상 전압)을 생성하고, 생성된 영상 전압을 영상 전압 지령과 비교하여 오차 전압을 생성하고, 비례 적분 제어기를 이용하여 오차 전압이 0으로 수렴하도록 중성점 전류 지령을 생성하고, 중성점 전류 지령(N상 전류 지령)과 중성점 전류(N상 전류)를 비교하여 오차 전류 신호를 생성하고, 오차 전류 신호를 이용하여 스위칭 신호를 생성한다.For example, in the case of the transformerless UPS disclosed in Korean Patent No. 10-1887092, a zero-phase voltage (N-phase voltage) is generated based on the output voltage of the three-phase power supply, and the generated zero-phase voltage is compared with the zero-phase voltage command to determine the error. Generate a voltage, use a proportional integral controller to generate a neutral point current command so that the error voltage converges to 0, and compare the neutral point current command (N-phase current command) with the neutral point current (N-phase current) to generate an error current signal. And, a switching signal is generated using the error current signal.

전술한 방식은 인버터 단독 제어를 가정한 것으로, 컨버터와 인버터가 동시에 동작하는 UPS와 같은 장치에서는 인버터의 중성점 전류가 그대로 전원쪽으로 귀환되어 전원 쪽으로 흐르는 N상 전류를 제거하지 못하는 단점이 있다.The above-described method assumes independent control of the inverter, and in devices such as UPS where the converter and inverter operate simultaneously, the neutral point current of the inverter is returned to the power source as is, and has the disadvantage of not being able to remove the N-phase current flowing to the power source.

또한 전술한 방식은 불평형 부하에 따라서 각 상의 출력 전압의 크기 차이가 발생해야 N상 전류 지령이 발생하므로, UPS의 품질 제어 조건인 출력 정전압 제어에 문제가 발생한다는 단점이 있다.In addition, the above-described method has the disadvantage that a problem occurs in output constant voltage control, which is a quality control condition of the UPS, because the N-phase current command is generated only when a difference in the output voltage of each phase occurs depending on the unbalanced load.

특히 무부하 운전 중 불평형 부하가 투입되면 각 상의 출력 전압의 크기가 변동되어 정전압 제어가 정확하게 수행되지 않고 인버터 중성 전류의 리플이 입력단 중성 전류로 그대로 반영되어 입력단 전원의 품질까지도 저해한다는 단점이 있다. In particular, when an unbalanced load is applied during no-load operation, the size of the output voltage of each phase changes, so constant voltage control is not accurately performed, and the ripple of the inverter's neutral current is directly reflected as the input neutral current, deteriorating the quality of the input power.

또한 PI 제어기를 사용하기 때문에 PI 제어기의 적분(I) 성분이 큰 경우에 출력에 DC 성분이 발생하며, 히스테리시스 제어를 사용하기 때문에 스위칭 주파수를 일정하게 제한하는 것이 어려워 인버터의 각 상 중성점 전류 제어 스위치의 스위칭 동작에 의한 손실로 방열 대책이 어렵고 가청 주파수 대역의 소음이 크게 발생한다는 단점도 있다.In addition, because a PI controller is used, a DC component is generated in the output when the integral (I) component of the PI controller is large, and because hysteresis control is used, it is difficult to limit the switching frequency to a constant level, so the neutral point current control switch for each phase of the inverter is difficult. It also has the disadvantage of making heat dissipation measures difficult due to losses caused by the switching operation and generating a lot of noise in the audible frequency band.

1. 한국등록특허 제10-1887092호.1. Korean Patent No. 10-1887092.

본원에서 설명되는 기술의 목적은, 인버터로부터 출력되는 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하고 중성점 전류 제어 신호를 기초로 중성점 전류 제어 스위치의 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 것에 의해서, 3상 교류 전원의 N상 전류의 리플을 최소화하고 중성점 전류 제어 스위치의 N상 전류가 전원단에 영향을 미치지 않는 무변압기형 무정전 전원 장치 및 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the technology described herein is to generate a neutral point current control signal based on the current of the three-phase AC power output from the inverter and drive the neutral point current control switch of the neutral point current control switch based on the neutral point current control signal. By generating a signal, the ripple of the N-phase current of the three-phase AC power is minimized and the N-phase current of the neutral point current control switch does not affect the power supply terminal. The goal is to provide a control method.

또한 중성점 전류 제어 스위치의 스위칭 주파수를 인버터의 스위칭 주파수와 동일하게 고정할 수 있고, AC 성분을 제어하는 비례 공진 제어기를 이용하여 안정적인 제어가 가능한 무변압기형 무정전 전원 장치 및 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법을 제공하는 데 있다In addition, the switching frequency of the neutral point current control switch can be fixed to the same as the switching frequency of the inverter, and the transformerless uninterruptible power supply device and transformerless uninterruptible power supply device that can be stably controlled using a proportional resonance controller that controls the AC component. To provide a control method

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본원에서 설명되는 기술의 일 형태에 따르면, 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터; 상기 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터와 병렬로 배치되며, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 중성점 전류를 제어하기 위한 중성점 전류 제어 스위치; 상기 인버터로부터 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하는 중성점 전류 제어부; 및 상기 중성점 전류 제어 신호를 기초로 상기 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부를 포함하고, 상기 중성점 전류 제어부는, 상기 인버터로부터 상기 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 합산하여 중성 전류를 출력하는 제1 연산기; 상기 중성 전류로부터 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 상기 중성점 전류를 감산하여 차이 신호를 출력하는 제2 연산기; 및 상기 차이 신호를 비례 공진 제어하여 상기 중성점 전류 제어 신호를 출력하는 비례 공진 제어기를 포함하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치가 제공된다.In order to achieve the above technical problem, according to one form of technology described herein, a converter that converts three-phase alternating current power into direct current power and outputs it; an inverter that converts the direct current power output from the converter into three-phase alternating current power and outputs it; a neutral point current control switch disposed in parallel with the inverter and configured to control a neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter; a neutral point current control unit that generates a neutral point current control signal based on the current of the three-phase AC power output from the inverter to the load; and a driving signal generator that generates a driving signal for driving the neutral point current control switch based on the neutral point current control signal, wherein the neutral point current control part generates a driving signal for driving the neutral point current control switch. A first operator that adds up the U-phase current, V-phase current, and W-phase current and outputs a neutral current; a second calculator that subtracts the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter from the neutral current and outputs a difference signal; and a proportional resonance controller that outputs the neutral point current control signal by proportionally resonating the difference signal.

본원에서 설명되는 기술의 다른 일 형태에 따르면, 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터; 상기 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터; 및 상기 인버터와 병렬로 배치되며, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 중성점 전류를 제어하기 위한 중성점 전류 제어 스위치를 포함하는 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법으로서, (a) 상기 인버터로부터 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 합산하여 중성 전류를 출력하는 단계; (b) 상기 중성 전류로부터 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 상기 중성점 전류를 감산하여 차이 신호를 출력하는 단계; (c) 상기 차이 신호를 비례 공진 제어하여 중성점 전류 제어 신호를 출력하는 단계; (d) 상기 중성점 전류 제어 신호를 SPWM 방식을 이용하여 변조하여 상기 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및 (e) 상기 구동 신호를 상기 중성점 전류 제어 스위치로 인가하는 단계를 포함하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법이 제공된다.According to another form of technology described herein, a converter that converts three-phase alternating current power into direct current power and outputs it; an inverter that converts the direct current power output from the converter into three-phase alternating current power and outputs it; and a neutral point current control switch disposed in parallel with the inverter and controlling the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter. A control method of a transformer-type uninterruptible power supply device comprising: (a) outputting a neutral current by adding up the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power output to a load; (b) subtracting the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter from the neutral current to output a difference signal; (c) controlling the difference signal to a proportional resonance and outputting a neutral point current control signal; (d) generating a driving signal for driving the neutral point current control switch by modulating the neutral point current control signal using the SPWM method; and (e) applying the driving signal to the neutral point current control switch.

본원에서 설명되는 기술에 따르면, 인버터로부터 출력되는 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하고, 중성점 전류 제어 신호를 인버터 중성 전류와 비교하여 SPWM(Sinusoidal PWM) 변조에 의해 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성함으로써, 중성점 전류 제어 스위치의 스위칭 주파수를 인버터의 스위칭 주파수와 동일하게 고정할 수 있고, 3상 교류 전원의 N상 전류의 리플을 최소화하며, 중성점 전류 제어 스위치의 N상 전류가 전원단에 영향을 미치지 않는 안정적인 무변압기형 무정전 전원 장치 및 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법을 제공하는 것이 가능하다.According to the technology described herein, a neutral point current control signal is generated based on the current of the three-phase AC power output from the inverter, and the neutral point current control signal is compared with the inverter neutral current to generate the neutral point current by SPWM (Sinusoidal PWM) modulation. By generating a driving signal to drive the control switch, the switching frequency of the neutral point current control switch can be fixed to be the same as the switching frequency of the inverter, minimize the ripple of the N-phase current of the three-phase AC power, and neutral point current control switch. It is possible to provide a stable transformerless uninterruptible power supply device in which the N-phase current does not affect the power supply terminal and a control method for the transformerless uninterruptible power supply device.

도 1은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면.
도 2는 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 중성점 전류 제어부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면.
도 3은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 구동 신호 생성부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면.
도 4a는 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이며, 도 4b는 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 5a는 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 비선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이며, 도 5b는 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 비선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.1 is a diagram illustrating the configuration of a transformer-type uninterruptible power supply device according to an embodiment of the technology described herein.
Figure 2 is a diagram illustrating the configuration of a neutral point current control unit of a transformer-type uninterruptible power supply device according to an embodiment of the technology described herein.
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a driving signal generator of a transformer-type uninterruptible power supply device according to an embodiment of the technology described herein.
FIG. 4A is a diagram showing simulation results when a conventional transformer-type uninterruptible power supply device is operated with an unbalanced linear load, and FIG. 4B is a diagram showing simulation results when a transformerless-type uninterruptible power supply device according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced linear load. Drawing showing simulation results.
FIG. 5A is a diagram showing simulation results when a conventional transformer-type uninterruptible power supply device is operated with an unbalanced non-linear load, and FIG. 5B is a diagram showing simulation results when the transformer-free uninterruptible power device according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced non-linear load. Drawing showing simulation results.

이하, 본원에서 설명되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다. 한편 본원에서 설명되는 기술의 실시예를 설명하기 위한 도면들에서, 설명의 편의를 위해서 실제 구성 중 일부만을 도시하거나 일부를 생략하여 도시하거나 변형하여 도시하거나 또는 축척이 다르게 도시될 수 있다.Hereinafter, an embodiment of a transformer-type uninterruptible power supply device according to the technology described herein will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Meanwhile, in the drawings for explaining embodiments of the technology described herein, for convenience of explanation, only part of the actual configuration may be shown, some parts may be omitted, the drawing may be shown modified, or the scale may be different.

도 1은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating the configuration of a transformer-type uninterruptible power supply device according to an embodiment of the technology described herein.

도 1을 참조하면, 무변압기형 무정전 전원 장치(100)는, 컨버터(110)와 인버터(120)와 중성점 전류 제어 스위치(130)와 중성점 전류 제어부(140)와 구동 신호 생성부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the transformer-type uninterruptible power supply device 100 includes a converter 110, an inverter 120, a neutral point current control switch 130, a neutral point current control unit 140, and a driving signal generator 150. Includes.

도 1을 참조하면, 무변압기형 무정전 전원 장치(100)는 저역 통과 필터부(160) 및 평활용 컨덴서부(170) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the transformer-type uninterruptible power supply device 100 may further include at least one of a low-pass filter unit 160 and a smoothing condenser unit 170.

컨버터(110)는 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다.The converter 110 converts three-phase alternating current power into direct current power and outputs it.

도 1을 참조하면, 컨버터(110)는 예컨대 R, S, T의 3상 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하여 출력한다.Referring to FIG. 1, the converter 110 receives, for example, three-phase AC power of R, S, and T, converts it into DC power, and outputs it.

컨버터(110)는 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치에서 사용되는 컨버터와 실질적으로 동일하므로, 컨버터(110)의 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.Since the converter 110 is substantially the same as the converter used in a conventional transformer-less uninterruptible power supply device, detailed description of the configuration of the converter 110 will be omitted.

인버터(120)는 컨버터(110)로부터 출력되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력한다.The inverter 120 converts the direct current power output from the converter 110 into three-phase alternating current power and outputs it.

도 1을 참조하면, 인버터(120)는 컨버터(110)로부터 출력되는 직류 전원을 예컨대 U상, V상, W상의 3상 교류 전원으로 변환하여 출력한다.Referring to FIG. 1, the inverter 120 converts the direct current power output from the converter 110 into three-phase alternating current power, for example, U-phase, V-phase, and W-phase, and outputs it.

인버터(120)는 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치에서 사용되는 인버터와 실질적으로 동일하므로, 인버터(120)의 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다. Since the inverter 120 is substantially the same as the inverter used in a conventional transformer-less uninterruptible power supply device, detailed description of the configuration of the inverter 120 will be omitted.

중성점 전류 제어 스위치(130)는 인버터(120)와 병렬로 배치된다. 중성점 전류 제어 스위치(130)는, 예컨대 도 1에 도시되듯이, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 반도체 소자를 이용하여 구현되며, 상부 IGBT 및 하부 IGBT의 2개의 IGBT로 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 중성점 전류 제어 스위치(130)의 구성은 예시적인 것일 뿐이며, 본원에서 개시되는 기술은 이에 한정되지 않는다.The neutral point current control switch 130 is arranged in parallel with the inverter 120. The neutral point current control switch 130, for example, as shown in FIG. 1, is implemented using a semiconductor device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and may be implemented with two IGBTs, an upper IGBT and a lower IGBT. The configuration of the neutral point current control switch 130 shown in FIG. 1 is merely exemplary, and the technology disclosed herein is not limited thereto.

중성점 전류 제어 스위치(130)는 인버터(120)로부터 출력되는 3상 교류 전원의 중성점 전류를 제어하기 위한 구성이며, 중성점 전류 제어부(140)로부터 지령된 신호를 기초로 구동 신호 생성부(150)에서 생성된 구동 신호를 기초로 동작한다.The neutral point current control switch 130 is configured to control the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter 120, and is controlled by the driving signal generator 150 based on the signal commanded from the neutral point current control unit 140. It operates based on the generated driving signal.

중성점 전류 제어부(140)는 인버터(120)로부터 부하(미도시)로 출력되는 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성한다.The neutral point current control unit 140 generates a neutral point current control signal based on the current of the three-phase AC power output from the inverter 120 to the load (not shown).

중성점 전류 제어부(140)는, 예컨대 도 1에 도시되듯이, 인버터(120)로부터 부하로 출력되는 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류 그리고 인버터(120)로부터 부하로 출력되는 인버터(120)의 중성점 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성한다.For example, as shown in FIG. 1, the neutral point current control unit 140 controls the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power output from the inverter 120 to the load, and the output from the inverter 120 to the load. A neutral point current control signal is generated based on the neutral point current of the inverter 120.

중성점 전류 제어부(140)의 예시적인 구성은 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명된다.An exemplary configuration of the neutral point current control unit 140 is described in more detail with reference to FIG. 2 .

구동 신호 생성부(150)는 중성점 전류 제어부(140)의 중성점 전류 제어 신호를 기초로 중성점 전류 제어 스위치(130)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 중성점 전류 제어 스위치(130)로 출력한다. 구동 신호는 변조기(151)(예컨대 SPWM 변조기)에 의해 중성점 전류 제어부(140)의 출력 전압과 삼각파 전압을 비교하여 그 크기의 대소에 따라서 중성점 전류 제어 스위치(130)를 조작하도록 구성된다.The driving signal generator 150 generates a driving signal for driving the neutral point current control switch 130 based on the neutral point current control signal of the neutral point current control part 140 and outputs it to the neutral point current control switch 130. The driving signal is configured to compare the output voltage of the neutral point current control unit 140 and the triangle wave voltage by the modulator 151 (e.g., SPWM modulator) to operate the neutral point current control switch 130 according to its size.

예컨대 중성점 전류 제어 스위치(130)가 상부 IGBT 및 하부 IGBT의 2개의 IGBT로 구현되는 경우, 구동 신호는 상부 IGBT를 구동하기 위한 제1 구동 신호(Sp) 및 하부 IGBT를 구동하기 위한 제2 구동 신호(Sn)를 포함할 수 있다.For example, when the neutral point current control switch 130 is implemented with two IGBTs, an upper IGBT and a lower IGBT, the driving signal is a first driving signal (Sp) for driving the upper IGBT and a second driving signal for driving the lower IGBT. (Sn) may be included.

구동 신호 생성부(150)의 예시적인 구성은 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명된다.An exemplary configuration of the driving signal generator 150 is described in more detail with reference to FIG. 3 .

한편 도 1을 참조하면, 무변압기형 무정전 전원 장치(100)는 저역 통과 필터부(160)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1, the transformer-type uninterruptible power supply device 100 may further include a low-pass filter unit 160.

저역 통과 필터부(160)는 인버터(120)의 출력단에 배치되며, 인버터(120)로부터 부하로 출력되는 3상 교류 전원의 고조파 성분을 제거한다.The low-pass filter unit 160 is disposed at the output terminal of the inverter 120 and removes harmonic components of the three-phase AC power output from the inverter 120 to the load.

저역 통과 필터부(160)는, 예컨대 도 1에 도시되듯이, 3상 교류 전원의 U상, V상, W상 각각에 대해서 인덕터와 커패시터를 이용하여 구현될 수 있다.The low-pass filter unit 160, for example, as shown in FIG. 1, can be implemented using inductors and capacitors for each of the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase AC power supply.

한편 도 1을 참조하면, 무변압기형 무정전 전원 장치(100)는 평활용 컨덴서부(170)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1, the transformer-type uninterruptible power supply device 100 may further include a smoothing condenser unit 170.

평활용 컨덴서부(170)는 컨버터(110)와 인버터(120) 사이에 배치되며, 컨버터(110)로부터 출력되는 직류 전원을 안정적으로 유지하도록 평활화한다. 평활용 컨덴서부(170)는 하나 이상의 컨덴서를 이용하여 구현될 수 있다.The smoothing condenser unit 170 is disposed between the converter 110 and the inverter 120 and smoothes the DC power output from the converter 110 to keep it stable. The smoothing condenser unit 170 may be implemented using one or more condensers.

도 2는 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 중성점 전류 제어부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a neutral point current control unit of a transformer-type uninterruptible power supply device according to an embodiment of the technology described herein.

도 2를 참조하면, 중성점 전류 제어부(140)는, 제1 연산기(141)와 제2 연산기(143)와 비례 공진 제어기(145)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the neutral point current control unit 140 may include a first operator 141, a second operator 143, and a proportional resonance controller 145.

제1 연산기(141)는 인버터(120)로부터 부하로 출력되는 3상 교류 전원의 U상 전류(도 2의 "IinvU"), V상 전류(도 2의 "IinvV") 및 W상 전류(도 2의 "IinvW")를 합산하여 중성 전류(도 2의 "In*")를 출력한다. 부하가 완전히 3상 평형인 경우 중성전류(도 2의 "In*")는 0의 값을 가지며, 불평형 부하인 경우에는 불평형 정도에 따라 임의의 적절한 값을 가질 수 있다. The first calculator 141 calculates the U-phase current (“IinvU” in FIG. 2), V-phase current (“IinvV” in FIG. 2), and W-phase current (“IinvV” in FIG. 2) of the three-phase AC power output from the inverter 120 to the load. The neutral current (“In * “in Figure 2) is output by adding up the “IinvW” of 2. If the load is completely three-phase balanced, the neutral current ("In * " in Figure 2) has a value of 0, and in the case of an unbalanced load, it can have any appropriate value depending on the degree of unbalance.

제2 연산기(143)는 제1 연산기(141)로부터의 중성 전류(In*)와 인버터(120)로부터 출력되는 3상 교류 전원의 인버터 중성점 전류(인버터 N상 전류라고도 지칭됨. 도 2의 "InvN")를 감산하여 차이 신호를 출력한다.The second operator 143 calculates the neutral current (In * ) from the first operator 141 and the inverter neutral point current (also referred to as the inverter N-phase current) of the three-phase AC power output from the inverter 120. In FIG. InvN") is subtracted to output the difference signal.

한편 인버터(120)에서 부하로 출력되는 3상 출력(출력 전압 또는 출력 전류)은 일정한 주파수를 가지는 교류의 형태이며, 전류 제어기로 비례 공진 제어기(145)를 사용하여 중성점 전류 제어 신호를 출력한다.Meanwhile, the three-phase output (output voltage or output current) output from the inverter 120 to the load is in the form of alternating current with a constant frequency, and a neutral point current control signal is output using the proportional resonance controller 145 as the current controller.

종래의 무변압기형 무정전 전원 장치에서 3상 전원의 출력 전압을 기초로 영상 전압(N상 전압)을 생성하고 영상 전압을 영상 전압 지령과 비교하여 오차 전압을 생성하고, 비례 적분 제어기를 이용하여 오차 전압이 0으로 수렴하도록 중성점 전류 지령을 생성하는 것과는 달리, 중성점 전류 제어부(140)는 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 합산하여 중성 전류를 생성한다.In a conventional transformer-type uninterruptible power supply device, a zero-phase voltage (N-phase voltage) is generated based on the output voltage of the three-phase power supply, the zero-phase voltage is compared with the zero-phase voltage command, an error voltage is generated, and the error voltage is calculated using a proportional integral controller. Unlike generating a neutral point current command so that the voltage converges to 0, the neutral point current control unit 140 generates a neutral current by adding the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power.

따라서 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 직접적으로 이용하여 중성 전류를 생성하므로, 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치와는 다르게, 중성점 전류 제어부(140)는 3상 교류 전원의 출력 전압을 일정하게 하여 N상 전류의 리플을 최소화하는 것과 동시에 N상 전류가 입력 전원단으로의 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 무변압기형 무정전 전원 장치(100)의 안정적인 제어가 가능하다.Therefore, since the neutral current is generated by directly using the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power supply, unlike the conventional transformer-type uninterruptible power supply device, the neutral point current control unit 140 uses the three-phase AC power supply. By keeping the output voltage of the power supply constant, the ripple of the N-phase current can be minimized and at the same time, the N-phase current can be prevented from flowing into the input power terminal. Therefore, stable control of the transformer-type uninterruptible power supply device 100 is possible.

보다 구체적으로, 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치는 DC 성분을 제어하기 위해서 주로 사용되는 비례 적분 제어기를 이용하므로 출력에 DC 성분이 발생할 수 있다는 단점이 있지만, 중성점 전류 제어부(140)는 AC 성분을 제어하기 위해서 비례 공진 제어기를 이용하므로 출력에 DC 성분이 발생하는 단점을 해소할 수 있다.More specifically, the conventional transformer-type uninterruptible power supply device has the disadvantage that a DC component may be generated in the output because it uses a proportional integral controller mainly used to control the DC component. However, the neutral point current control unit 140 controls the AC component. Since a proportional resonance controller is used for control, the disadvantage of DC component occurring in the output can be resolved.

또한 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치는 전압 제어 방식을 이용하기 때문에 출력 전압의 크기에 차이가 발생하는 경우에만 제어가 가능하지만, 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)는 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 직접적으로 이용하는 전류 제어 방식을 이용하므로, 출력 전압의 크기에 차이가 발생하지 않아도 제어할 수 있다.In addition, since the conventional transformer-type uninterruptible power device uses a voltage control method, control is possible only when there is a difference in the size of the output voltage, but the transformer-less uninterruptible power device 100 according to the technology disclosed herein Since it uses a current control method that directly uses the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power supply, it can be controlled even if there is no difference in the size of the output voltage.

한편 도 2에 도시된 중성점 전류 제어부(140)의 구성은 예시적인 것일 뿐이며, 본원에서 개시되는 기술은 이에 한정되지 않는다.Meanwhile, the configuration of the neutral point current control unit 140 shown in FIG. 2 is merely illustrative, and the technology disclosed herein is not limited thereto.

도 3은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 구동 신호 생성부의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a driving signal generator of a transformer-type uninterruptible power supply device according to an embodiment of the technology described herein.

도 3을 참조하면, 구동 신호 생성부(150)는, 변조기(151)를 포함할 수 있다. 또한 도 3을 참조하면, 구동 신호 생성부(150)는 반전기(153)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the driving signal generator 150 may include a modulator 151. Also, referring to FIG. 3, the driving signal generator 150 may further include an inverter 153.

변조기(151)는 중성점 전류 제어부(140)로부터의 중성점 전류 제어 신호를 변조하여 구동 신호를 생성한다.The modulator 151 generates a driving signal by modulating the neutral point current control signal from the neutral point current control unit 140.

구동 신호는 전술하듯이 중성점 전류 제어 스위치(130)로 출력되며, 중성점 전류 제어 스위치(130)는 구동 신호를 기초로 구동된다.As described above, the driving signal is output to the neutral point current control switch 130, and the neutral point current control switch 130 is driven based on the driving signal.

변조기(151)는 예컨대 SPWM(Sinusoidal PWM) 방식을 이용하여 중성점 전류 제어 신호를 변조할 수 있다.The modulator 151 may modulate the neutral point current control signal using, for example, a sinusoidal PWM (SPWM) method.

종래의 무변압기형 무정전 전원 장치는 히스테리시스 제어에 따른 PWM 변조를 사용하기 때문에, 구현시 스위칭 주파수를 일정하게 유지하는 것이 어렵고 전류 리플이 심하고 가청 주파수 대역의 소음이 발생한다는 단점이 있다.Since the conventional transformer-less uninterruptible power supply device uses PWM modulation according to hysteresis control, it has disadvantages in that it is difficult to maintain a constant switching frequency when implemented, severe current ripple, and noise in the audible frequency band are generated.

그러나 구동 신호 생성부(150)는 예컨대 SPWM 방식을 이용하여 PWM 신호를 변조하므로, 디지털 시스템에 구현시 스위칭 주파수를 일정하게 유지할 수 있고 전류 리플을 감소시킬 수 있으며 일정한 가청 주파수 대역만의 소음이 발생할 뿐이다.However, the driving signal generator 150 modulates the PWM signal using, for example, the SPWM method, so when implemented in a digital system, the switching frequency can be kept constant, current ripple can be reduced, and noise only in a certain audible frequency band can be generated. It's just that.

한편 전술하듯이, 구동 신호는 상부 IGBT를 구동하기 위한 제1 구동 신호(Sp) 및 하부 IGBT를 구동하기 위한 제2 구동 신호(Sn)를 포함할 수 있다.Meanwhile, as described above, the driving signal may include a first driving signal (Sp) for driving the upper IGBT and a second driving signal (Sn) for driving the lower IGBT.

변조기(151)는 예컨대 구동 신호 중의 제1 구동 신호를 출력한다.The modulator 151 outputs, for example, a first driving signal among the driving signals.

반전기(153)는 변조기(151)로부터 출력되는 제1 구동 신호를 반전하여 제2 구동 신호를 생성한다.The inverter 153 inverts the first driving signal output from the modulator 151 to generate a second driving signal.

따라서, 구동 신호 생성부(150)는 제1 구동 신호 및 제1 구동 신호를 반전한 제2 구동 신호를 생성할 수 있다.Accordingly, the driving signal generator 150 may generate a first driving signal and a second driving signal that is the inverse of the first driving signal.

한편 도 3에 도시된 구동 신호 생성부(150)의 구성은 예시적인 것일 뿐이며, 본원에서 개시되는 기술은 이에 한정되지 않는다.Meanwhile, the configuration of the driving signal generator 150 shown in FIG. 3 is merely exemplary, and the technology disclosed herein is not limited thereto.

이하 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치와 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)의 동작을 시뮬레이션한 결과를 설명한다.Hereinafter, the results of simulating the operation of a conventional transformerless uninterruptible power supply device and the transformerless uninterruptible power supply device 100 according to the technology disclosed herein will be described.

도 4a 및 도 4b는 불평형 선형 부하 운전시의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.Figures 4a and 4b are diagrams showing simulation results during unbalanced linear load operation.

도 4a는 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 4b는 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)를 불평형 선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.FIG. 4A shows simulation results when a conventional transformer-type uninterruptible power supply device 100 according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced linear load, and FIG. 4B shows simulation results when the conventional transformer-type uninterruptible power supply device 100 according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced linear load. shows the simulation results.

도 4a에 도시되듯이, 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 선형 부하 운전하는 경우, 부하 N상 전류 및 인터터 N상 전류의 리플이 심하고 부하단 N상 전류가 입력단 N상 전류로 그대로 유입되어 입력단 전원의 품질을 저하시키며, 불평형 부하가 연결된 상의 전압이 하강하여 출력 전압의 불평형을 발생시키고 있다.As shown in Figure 4a, when a conventional transformer-type uninterruptible power supply device is operated with an unbalanced linear load, the ripple of the load N-phase current and the inter N-phase current is severe, and the N-phase current at the load end flows directly into the N-phase current at the input end. This deteriorates the quality of the input power, and the voltage of the phase connected to the unbalanced load decreases, causing imbalance in the output voltage.

이에 비해서, 도 4b에 도시되듯이, 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)를 불평형 선형 부하 운전하는 경우, 부하 N상 전류는 인버터 N상을 통해 흐르며, 따라서 인버터 N상 전류와 부하 N상 전류를 실질적으로 동일하게 유지되고 출력단 N상 전류가 인버터에만 발생하여 입력단에는 영향을 미치지 않고 있으며, N상 전류의 리플도 최소화 되고 있다.In comparison, as shown in FIG. 4b, when the transformer-type uninterruptible power supply device 100 according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced linear load, the load N-phase current flows through the inverter N-phase, and therefore the inverter N-phase The current and the load N-phase current are kept substantially the same, and the N-phase current at the output terminal only occurs in the inverter and does not affect the input terminal, and the ripple of the N-phase current is also minimized.

도 5a 및 도 5b는 불평형 비선형 부하 운전시의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.Figures 5a and 5b are diagrams showing simulation results during unbalanced non-linear load operation.

도 5a는 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 비선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 5b는 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)를 불평형 비선형 부하 운전하는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.FIG. 5A shows simulation results when a conventional transformer-type uninterruptible power supply device 100 is operated with an unbalanced non-linear load, and FIG. 5B shows a simulation result when the transformer-free uninterruptible power device 100 according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced non-linear load. shows the simulation results.

도 5a에 도시되듯이, 종래의 무변압기형 무정전 전원 장치를 불평형 비선형 부하 운전하는 경우, 부하 N상 전류 및 인터터 N상 전류의 리플이 심하고 부하 N상 전류가 입력단 N상 전류로 그대로 유입되어 입력단 전원의 품질을 저하시키며, 불평형 부하가 연결된 상의 전압이 하강하여 출력전압의 불평형을 발생시키고 있다. As shown in Figure 5a, when the conventional transformer-type uninterruptible power supply device is operated with an unbalanced non-linear load, the ripple of the load N-phase current and the inter N-phase current is severe and the load N-phase current flows directly into the input N-phase current. It deteriorates the quality of input power, and the voltage of the phase connected to the unbalanced load decreases, causing imbalance in the output voltage.

이에 비해서, 도 5b에 도시되듯이, 본원에서 개시되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)를 불평형 비선형 부하 운전하는 경우, 부하 N상 전류는 인버터 N상을 통해서만 흐르며, 따라서 인버터 N상 전류와 부하 N상 전류를 실질적으로 동일하게 유지할 수 있고 출력단 N상 전류가 인버터에만 발생하여 입력단에는 영향을 미치지 않고 있으며, 인버터 N상 전류의 리플을 최소화활 수 있다.In contrast, as shown in FIG. 5b, when the transformer-type uninterruptible power supply device 100 according to the technology disclosed herein is operated with an unbalanced non-linear load, the load N-phase current flows only through the inverter N-phase, and therefore the inverter N-phase The current and load N-phase current can be kept substantially the same, the output N-phase current only occurs in the inverter and does not affect the input terminal, and the ripple of the inverter N-phase current can be minimized.

이상에서 설명한 바와 같이 본원에서 설명되는 기술에 따르면, 인버터로부터 출력되는 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하고 중성점 전류 제어 신호를 기초로 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 것에 의해서, 중성점 전류 제어 스위치의 스위칭 주파수를 인버터의 스위칭 주파수와 동일하게 고정할 수 있고 3상 교류 전원의 N상 전류의 리플을 최소화할 수 있고, AC 성분을 제어하는 비례 공진 제어기를 이용하는 경우 안정적인 제어가 가능하다.As described above, according to the technology described herein, a neutral point current control signal is generated based on the current of the three-phase AC power output from the inverter and a driving signal for driving the neutral point current control switch based on the neutral point current control signal. By generating, the switching frequency of the neutral point current control switch can be fixed to be the same as the switching frequency of the inverter, the ripple of the N-phase current of the three-phase AC power can be minimized, and the proportional resonance controller that controls the AC component can be used. When used, stable control is possible.

비록 본원에서 설명되는 기술의 실시예가 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본원에서 설명되는 기술을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본원에서 설명되는 기술이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본원에서 설명되는 기술의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.Although embodiments of the technology described herein have been described in detail, this is merely an illustrative description of the technology described herein, and those skilled in the art will understand the technology described herein. Various modifications will be possible without departing from the essential characteristics of the technology.

예컨대, 본원에서 설명되는 기술은 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법에 적용될 수도 있다.For example, the technology described herein may be applied to a control method of a transformerless uninterruptible power supply device.

본원에서 설명되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법은, 전술한 무변압기형 무정전 전원 장치(100)를 제어하기 위한 방법이며, (a) 인버터(120)로부터 부하로 출력되는 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 합산하여 중성 전류를 출력하는 단계; (b) 중성 전류로부터 인버터(120)로부터 출력되는 3상 교류 전원의 중성점 전류를 감산하여 차이 신호를 출력하는 단계; (c) 차이 신호를 비례 공진 제어하여 중성점 전류 제어 신호를 출력하는 단계; (d) 중성점 전류 제어 신호를 SPWM 방식을 이용하여 변조하여 중성점 전류 제어 스위치(130)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및 (e) 구동 신호를 중성점 전류 제어 스위치(130)로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The control method of the transformer-type uninterruptible power device according to the technology described herein is a method for controlling the transformer-less uninterruptible power device 100 described above, and includes (a) three phases output from the inverter 120 to the load; outputting a neutral current by adding up the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the AC power supply; (b) subtracting the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter 120 from the neutral current and outputting a difference signal; (c) outputting a neutral point current control signal by proportional resonance control of the difference signal; (d) generating a driving signal for driving the neutral point current control switch 130 by modulating the neutral point current control signal using the SPWM method; and (e) applying a driving signal to the neutral point current control switch 130.

본원에서 설명되는 기술에 따른 무변압기형 무정전 전원 장치(100)의 다른 특징들 역시 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.Other features of the transformer-type uninterruptible power device 100 according to the technology described herein can also be applied to the control method of the transformer-type uninterruptible power device.

따라서 본 명세서에 설명된 실시예들은 본원에서 설명되는 기술을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본원에서 설명되는 기술의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본원에서 설명되는 기술의 권리 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본원에서 설명되는 기술의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments described in this specification are not intended to limit the technology described herein, but rather for explanation, and the spirit and scope of the technology described herein are not limited by these embodiments. The scope of rights of the technology described herein should be interpreted in accordance with the claims below, and all technologies within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the technology described herein.

본원에서 설명되는 기술에 따르면, 인버터로부터 출력되는 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하고 중성점 전류 제어 신호를 기초로 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 것에 의해서, 중성점 전류 제어 스위치의 스위칭 주파수를 인버터의 스위칭 주파수와 동일하게 고정할 수 있고 3상 교류 전원의 N상 전류의 리플을 최소화하며, AC 성분을 제어하는 비례 공진 제어기를 이용하는 경우 안정적인 제어가 가능하게 함으로써 무변압기형 무정전 전원 장치의 상부하가 필요한 부하에 적용 가능하다. According to the technology described herein, by generating a neutral point current control signal based on the current of the three-phase AC power output from the inverter and generating a driving signal for driving the neutral point current control switch based on the neutral point current control signal. , the switching frequency of the neutral point current control switch can be fixed to be the same as the switching frequency of the inverter, minimize the ripple of the N-phase current of the three-phase AC power, and enable stable control when using a proportional resonance controller that controls the AC component. By doing so, it can be applied to loads that require the upper and lower loads of a transformer-less uninterruptible power supply.

100: 무변압기형 무정전 전원 장치 110: 컨버터
120: 인버터 130: 중성점 전류 제어 스위치
140: 중성점 전류 제어부 150: 구동 신호 생성부
160: 저역 통과 필터부 170: 평활용 컨덴서부100: Transformer-less uninterruptible power device 110: Converter
120: Inverter 130: Neutral point current control switch
140: Neutral point current control unit 150: Driving signal generation unit
160: low-pass filter unit 170: smoothing condenser unit

Claims (7)

3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터;
상기 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터;
상기 인버터와 병렬로 배치되며, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 중성점 전류를 제어하기 위한 중성점 전류 제어 스위치;
상기 인버터로부터 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 전류를 기초로 중성점 전류 제어 신호를 생성하는 중성점 전류 제어부; 및
상기 중성점 전류 제어 신호를 기초로 상기 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부
를 포함하고,
상기 중성점 전류 제어부는,
상기 인버터로부터 상기 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 합산하여 중성 전류를 출력하는 제1 연산기;
상기 중성 전류로부터 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 상기 중성점 전류를 감산하여 차이 신호를 출력하는 제2 연산기; 및
상기 차이 신호를 비례 공진 제어하여 상기 중성점 전류 제어 신호를 출력하는 비례 공진 제어기
를 포함하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치.A converter that converts 3-phase alternating current power into direct current power and outputs it;
an inverter that converts the direct current power output from the converter into three-phase alternating current power and outputs it;
a neutral point current control switch disposed in parallel with the inverter and configured to control a neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter;
a neutral point current control unit that generates a neutral point current control signal based on the current of the three-phase AC power output from the inverter to the load; and
A driving signal generator that generates a driving signal for driving the neutral point current control switch based on the neutral point current control signal.
Including,
The neutral point current control unit,
a first calculator that outputs a neutral current by adding up the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power output from the inverter to the load;
a second calculator that subtracts the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter from the neutral current and outputs a difference signal; and
A proportional resonance controller that outputs the neutral point current control signal by proportionally resonating the difference signal.
A transformerless uninterruptible power supply device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 구동 신호 생성부는,
상기 중성점 전류 제어 신호를 변조하여 상기 구동 신호를 생성하는 변조기
를 포함하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치.According to paragraph 1,
The driving signal generator,
A modulator that generates the driving signal by modulating the neutral point current control signal.
A transformerless uninterruptible power supply device comprising a. 제2항에 있어서,
상기 변조기는 SPWM(Sinusoidal PWM) 방식을 이용하여 상기 중성점 전류 제어 신호를 변조하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치.According to paragraph 2,
The modulator is a transformer-type uninterruptible power supply device that modulates the neutral point current control signal using a sinusoidal PWM (SPWM) method. 제2항에 있어서,
상기 구동 신호는 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호를 포함하고,
상기 구동 신호 생성부는,
상기 변조기로부터 출력되는 상기 제1 구동 신호를 반전하여 상기 제2 구동 신호를 생성하는 반전기
를 포함하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치.According to paragraph 2,
The driving signal includes a first driving signal and a second driving signal,
The driving signal generator,
An inverter that inverts the first driving signal output from the modulator to generate the second driving signal
A transformerless uninterruptible power supply device comprising a. 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터; 상기 컨버터로부터 출력되는 상기 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터; 및 상기 인버터와 병렬로 배치되며, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 중성점 전류를 제어하기 위한 중성점 전류 제어 스위치를 포함하는 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법으로서,
(a) 상기 인버터로부터 부하로 출력되는 상기 3상 교류 전원의 U상 전류, V상 전류 및 W상 전류를 합산하여 중성 전류를 출력하는 단계;
(b) 상기 중성 전류로부터 상기 인버터로부터 출력되는 상기 3상 교류 전원의 상기 중성점 전류를 감산하여 차이 신호를 출력하는 단계;
(c) 상기 차이 신호를 비례 공진 제어하여 중성점 전류 제어 신호를 출력하는 단계;
(d) 상기 중성점 전류 제어 신호를 SPWM 방식을 이용하여 변조하여 상기 중성점 전류 제어 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및
(e) 상기 구동 신호를 상기 중성점 전류 제어 스위치로 인가하는 단계
를 포함하는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법.A converter that converts 3-phase alternating current power into direct current power and outputs it; an inverter that converts the direct current power output from the converter into three-phase alternating current power and outputs it; and a neutral point current control switch disposed in parallel with the inverter and controlling the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter.
(a) outputting a neutral current by adding up the U-phase current, V-phase current, and W-phase current of the three-phase AC power output from the inverter to the load;
(b) subtracting the neutral point current of the three-phase AC power output from the inverter from the neutral current to output a difference signal;
(c) performing proportional resonance control on the difference signal to output a neutral point current control signal;
(d) generating a driving signal for driving the neutral point current control switch by modulating the neutral point current control signal using the SPWM method; and
(e) applying the driving signal to the neutral point current control switch
A control method of a transformer-less uninterruptible power supply device comprising a. 제5항에 있어서,
상기 구동 신호는 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호를 포함하고,
상기 제2 구동 신호는 상기 제1 구동 신호를 반전하여 생성되는 것인 무변압기형 무정전 전원 장치의 제어 방법.According to clause 5,
The driving signal includes a first driving signal and a second driving signal,
A method of controlling a transformerless uninterruptible power supply device, wherein the second driving signal is generated by inverting the first driving signal. 삭제delete
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120122283A (en) * 2011-04-28 2012-11-07 이화전기공업 주식회사 Uninterruptable power system clamping neutral voltage
KR101399120B1 (en) * 2014-03-13 2014-05-27 (주)티피에스 Power converter
KR20160036269A (en) * 2014-09-25 2016-04-04 서울과학기술대학교 산학협력단 An apparatus and a method for control of the neutral point in an uninterruptible power supply
KR101887092B1 (en) 2017-12-27 2018-09-06 주식회사 한강기전 Transformerless UPS using Dual Hystresis Current Controller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120122283A (en) * 2011-04-28 2012-11-07 이화전기공업 주식회사 Uninterruptable power system clamping neutral voltage
KR101399120B1 (en) * 2014-03-13 2014-05-27 (주)티피에스 Power converter
KR20160036269A (en) * 2014-09-25 2016-04-04 서울과학기술대학교 산학협력단 An apparatus and a method for control of the neutral point in an uninterruptible power supply
KR101887092B1 (en) 2017-12-27 2018-09-06 주식회사 한강기전 Transformerless UPS using Dual Hystresis Current Controller

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