KR102638961B1 - Inverter apparatus capable of high speed operation mode switching and high speed start-up and control method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 및 제어방법에 관한 것으로, 무정전전원장치와 에너지저장장치의 기능을 동시에 수행하도록 구현함으로써, 설치비용을 절감하고 관리의 편의성을 향상시킬 수 있는 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter device and control method capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up, which can reduce installation costs and improve management convenience by implementing the functions of an uninterruptible power supply device and an energy storage device simultaneously. This relates to an inverter device and control method that enables high-speed operation mode switching and high-speed start-up.

Description

고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 및 제어방법{INVERTER APPARATUS CAPABLE OF HIGH SPEED OPERATION MODE SWITCHING AND HIGH SPEED START-UP AND CONTROL METHOD THEREOF}Inverter device and control method capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up {INVERTER APPARATUS CAPABLE OF HIGH SPEED OPERATION MODE SWITCHING AND HIGH SPEED START-UP AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무정전전원장치와 에너지저장장치의 기능을 동시에 수행하도록 구현함으로써, 설치비용을 절감하고 관리의 편의성을 향상시킬 수 있는 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter device and control method capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up. More specifically, it is implemented to simultaneously perform the functions of an uninterruptible power supply device and an energy storage device, thereby reducing installation costs and improving management convenience. This relates to an inverter device and control method that enables improved high-speed operation mode switching and high-speed start-up.

인버터 장치는 직류(DC)전원을 교류(AC)전원으로 변환하는 전력 변환 장치로서, 직류전원을 스위칭 소자를 통해 주기적으로 차단 및 연결하고, 주기적으로 차단 및 연결하는 주기를 조절하여 원하는 전압과 주파수의 교류전원을 생성하여 부하측 기기에 전원을 공급하기 위한 용도로 사용되고 있다.An inverter device is a power conversion device that converts direct current (DC) power into alternating current (AC) power. It periodically cuts off and connects direct current power through a switching element, and adjusts the periodic cutting and connecting cycle to adjust the desired voltage and frequency. It is used to generate alternating current power and supply power to load devices.

인버터 장치는 전력 변환 기술의 발전으로 인해 매우 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 대표적으로 무정전전원장치와 에너지저장장치가 있다.Inverter devices are being used in a wide variety of fields due to the advancement of power conversion technology, and representative examples include uninterruptible power devices and energy storage devices.

무정전전원장치는 평상시 배터리에 전력을 저장해 두었다가 정전, 저전압, 과전압, 저주파수, 과주파수 등의 교류전원에 이상이 발생하는 경우 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 무정전전원을 부하측 기기에 공급하는 장치이다.An uninterruptible power supply is a device that stores power in a battery during normal times and converts the DC power of the battery into AC power when an abnormality occurs in the AC power such as a power outage, low voltage, overvoltage, low frequency, or overfrequency, and supplies uninterruptible power to load devices. am.

상기 무정전전원장치에 적용되는 인버터는 전압제어모드로 동작하며, 직류전원을 정전압, 정주파수의 안정적인 교류전원으로 변환하여 부하측 기기에 전원을 공급한다.The inverter applied to the uninterruptible power supply device operates in voltage control mode and converts direct current power into stable alternating current power of constant voltage and constant frequency to supply power to load devices.

에너지저장장치는 최근 피크전력 저감 및 신재생에너지 전력 안정화 이슈로 주목받고 있으며, 평상시 배터리에 전력을 저장하였다가 필요시 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하측 기기에 전원을 공급하는 장치이다.Energy storage devices have recently been attracting attention as an issue of reducing peak power and stabilizing renewable energy power. They are devices that store power in a battery at normal times and then convert the battery's DC power to AC power when necessary to supply power to load devices.

상기 에너지저장장치에 적용되는 인버터는 전류제어모드로 동작하고, 충전시에는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 배터리에 전력을 저장하며, 방전시에는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하측 기기에 전원을 공급한다.The inverter applied to the energy storage device operates in a current control mode. When charging, it converts AC power to DC power and stores power in the battery. When discharging, it converts DC power to AC power to supply power to the load device. supply.

하지만, 기존에는 무정전전원장치와 에너지저장치가 별도로 설치되어 운영되었기 때문에 설치비용이 많이 소요되고 관리에 어려움이 있었다.However, in the past, uninterruptible power supplies and energy storage devices were installed and operated separately, so installation costs were high and management was difficult.

또한, 기존의 상용전원 우선공급 방식 무정전전원장치에서는 전원이상 발생시 신속하게 인버터 전원으로 절체하여 부하측에 무정전전원을 공급하기 위해서는 인버터의 전력회로를 무부하 운전 상태로 대기하다가 절체하여야 하므로 인버터의 전력회로에서 무부하 손실이 발생되는 문제점이 있었다.In addition, in the existing uninterruptible power supply system with priority supply of commercial power, in order to quickly transfer to the inverter power source and supply uninterruptible power to the load when a power failure occurs, the inverter's power circuit must be switched after waiting in a no-load operation state, so the inverter's power circuit must be switched on. There was a problem of no-load loss occurring.

따라서 본 발명에서는 무정전전원장치와 에너지저장장치의 기능을 동시에 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.Therefore, the present invention seeks to propose a method that can simultaneously perform the functions of an uninterruptible power supply device and an energy storage device.

특히, 본 발명은 평상시 에너지저장장치의 기능을 수행하는 상태에서 공급전원의 이상이 검출되면 계통 전원을 부하와 분리시킨 다음 현재 동작중인 전류제어모드를 전원제어모드로 고속 전환하도록 하며, 무부하 손실을 최소화하기 위해 인버터 전력회로를 오프 상태로 대기시켰다가 전원 이상 발생시 고속으로 기동할 수 있도록 한다.In particular, the present invention isolates the system power from the load when an abnormality in the supply power is detected while performing the function of an energy storage device in a normal state, then quickly switches the currently operating current control mode to the power control mode, and reduces no-load loss. To minimize this, the inverter power circuit is left on standby in an off state and can be started at high speed when a power failure occurs.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행발명에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행발명에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.Next, we will briefly describe the prior inventions existing in the technical field of the present invention, and then describe the technical details that the present invention seeks to achieve differently compared to the prior inventions.

한국공개특허 제10-2018-0078562호(2022.08.29.)는 무정전 전원장치에 전류제어스위치와, 무정전제어스위치를 더 마련되게 하여, 상시운전시 전류형 제어방식에 의해 동작 되게 하고, 정전운전시에 있어서는 전압형 제어방식에 의해 동작 되도록 하며, 특히, 상기 전압형 제어방식에 의해 디스토션을 3%이내로 조절되도록 함과 동시에, 전압강하 현상을 예방되도록 하여, 일련의 성능효율을 증대시킬 수 있도록 한 전압효율을 개선시킨 에너지 저장장치용 전력조정장치 겸용 무정전 전원장치에 관한 선행발명이다.Korean Patent Publication No. 10-2018-0078562 (2022.08.29.) provides an additional current control switch and an uninterruptible control switch in the uninterruptible power supply device, allowing it to be operated by a current-type control method during regular operation, and during uninterruptible operation. In the case of operation, it is operated by a voltage-type control method. In particular, the distortion is controlled to within 3% by the voltage-type control method, and at the same time, the voltage drop phenomenon is prevented to increase a series of performance efficiency. This is a prior invention regarding an uninterruptible power supply that also serves as a power regulator for energy storage devices with improved voltage efficiency.

하지만, 본 발명은 전원 이상이 검출되면 현재 동작중인 전류제어모드를 전원제어모드로 고속으로 전환하고, 대기 상태에서 전원 이상이 발생되면 고속 기동을 수행하여 무부하 손실을 최소화하는 것으로서, 전압형 제어방식에 의해 디스토션을 3%이내로 조절되도록 하고 전압강하 현상을 예방하는 것에 대해 기재하고 있는 상기 한국공개특허 제10-2018-0078562호와 비교해 볼 때, 현저한 구성상 차이점이 있다.However, the present invention converts the currently operating current control mode to the power control mode at high speed when a power abnormality is detected, and performs high-speed startup when a power abnormality occurs in the standby state to minimize no-load loss, and is a voltage-type control method. Compared to Korea Patent Publication No. 10-2018-0078562, which describes controlling distortion to within 3% and preventing voltage drop, there is a significant difference in composition.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 무정전전원장치와 에너지저장장치의 기능을 동시에 수행할 수 있는 인버터 장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to provide an inverter device and control method that can simultaneously perform the functions of an uninterruptible power supply device and an energy storage device.

또한, 본 발명은 평상시 에너지저장장치의 기능을 수행하는 상태에서 공급전원의 이상이 검출되면 계통 전원을 부하와 분리시키고, 현재 동작중인 운전모드를 전류제어모드에서 전원제어모드로 고속으로 전환할 수 있는 인버터 장치 및 제어방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention is capable of disconnecting the system power from the load and switching the currently operating operation mode from the current control mode to the power control mode at high speed when an abnormality in the supply power is detected while performing the function of the energy storage device in normal times. Another purpose is to provide an inverter device and control method.

또한, 본 발명은 인버터 전력회로를 오프 상태로 대기시켰다가 전원 이상이 발생되면 고속으로 기동하여 무부하 손실을 최소화할 수 있는 인버터 장치 및 제어방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an inverter device and control method that can minimize no-load loss by keeping the inverter power circuit in an off state and then starting it at high speed when a power failure occurs.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical challenges that this embodiment aims to achieve are not limited to the technical challenges described above, and other technical challenges may exist.

본 발명의 일 실시예에 따른 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치는, 계통 전원을 부하측 기기에 연결하거나 차단하는 스위치; 상기 스위치를 통해 상기 부하측 기기에 공급되는 계통 전원을 직류전원으로 변환하여 배터리로 출력하거나, 또는 상기 배터리에 저장된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 부하측 기기 또는 계통 전원으로 출력하는 양방향 인버터; 상기 양방향 인버터 또는 상기 배터리로부터 공급되는 직류전원을 강압 또는 승압하여 출력하는 DC-DC 컨버터; 상기 계통 전원의 이상 유무를 검출하는 전원 이상 검출부; 및 상기 검출한 계통 전원의 이상 유무에 따라 충전 모드, 방전 모드, 대기 모드 및 무정전전원공급 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 양방향 인버터를 구동하도록 제어하는 인버터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An inverter device capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up according to an embodiment of the present invention includes a switch that connects or blocks system power to a load device; A bi-directional inverter that converts the system power supplied to the load device through the switch into direct current power and outputs it to a battery, or converts the direct current power stored in the battery into alternating current power and outputs it to the load device or system power; A DC-DC converter that steps down or boosts direct current power supplied from the bidirectional inverter or the battery and outputs it; A power abnormality detection unit that detects the presence or absence of an abnormality in the system power supply; and an inverter control unit that controls the bi-directional inverter to operate in any one of charging mode, discharging mode, standby mode, and uninterruptible power supply mode depending on the detected abnormality in the system power supply.

또한, 상기 DC-DC 컨버터는, 상기 배터리의 최소 사용전압이 상기 양방향 인버터의 동작가능 최소 직류전압보다 낮을 때 사용되어, 상기 양방향 인버터에서 출력되는 직류전원을 강압하여 상기 배터리를 충전시키거나, 상기 배터리의 직류전원을 승압하여 상기 양방향 인버터에 공급하며, 상기 배터리의 최소 사용전압이 상기 양방향 인버터의 동작가능 최소 직류전압과 같거나 높을 때는 사용되지 않는 것을 특징으로 한다.In addition, the DC-DC converter is used when the minimum operating voltage of the battery is lower than the minimum operating DC voltage of the bidirectional inverter, and charges the battery by stepping down the DC power output from the bidirectional inverter. The DC power of the battery is boosted and supplied to the bidirectional inverter, and is not used when the minimum operating voltage of the battery is equal to or higher than the minimum operable DC voltage of the bidirectional inverter.

또한, 상기 인버터 제어부는, 상기 계통 전원에 이상이 발생하면, 현재 구동중인 전류제어모드를 전압제어모드로 고속 전환하도록 상기 양방향 인버터의 구동을 제어하거나, 또는 오프 상태를 전압제어모드로 고속 기동하도록 상기 양방향 인버터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when an abnormality occurs in the grid power, the inverter control unit controls the operation of the bidirectional inverter to quickly switch the current current control mode to the voltage control mode, or to quickly start the inverter from the off state to the voltage control mode. It is characterized in that it controls the operation of the bidirectional inverter.

또한, 상기 전류제어모드는, 상기 충전 모드 또는 방전 모드 구동에 따라 상기 배터리의 충전 전력 또는 방전 전력이 상기 인버터 제어부에서 지령되는 전력값과 동일하도록 제어되는 모드이며, 상기 전압제어모드는, 상기 무정전전원공급 모드 구동에 따라 상기 양방향 인버터에서 출력되는 교류 출력 전압과 주파수가 일정하도록 제어되는 모드인 것을 특징으로 한다.In addition, the current control mode is a mode in which the charging power or discharging power of the battery is controlled to be equal to the power value commanded from the inverter control unit according to the charging mode or discharging mode operation, and the voltage control mode is a mode in which the uninterruptible power The mode is characterized in that the alternating current output voltage and frequency output from the bidirectional inverter are controlled to be constant according to the power supply mode operation.

또한, 상기 충전 모드는, 상기 스위치를 거쳐 계통 전원이 부하측 기기로 공급되는 상태에서, 상기 양방향 인버터를 통해 상기 계통 전원을 직류전원으로 변환하고, 상기 변환한 직류전원을 상기 DC-DC 컨버터를 통해 강압하여 상기 배터리에 저장하는 모드인 것을 특징으로 한다.In addition, in the charging mode, in a state where system power is supplied to the load device through the switch, the system power is converted into DC power through the bi-directional inverter, and the converted DC power is converted into DC power through the DC-DC converter. It is characterized in that it is a mode in which pressure is forced and stored in the battery.

또한, 상기 방전 모드는, 상기 DC-DC 컨버터를 통해 상기 배터리의 직류전원을 승압하여 상기 양방향 인버터에 공급하고, 상기 양방향 인버터를 통해 직류전원을 교류전원으로 변환한 다음, 상기 변환한 교류전원을 상기 부하측 기기의 방전 용량 및 부하 용량에 따라 상기 계통 전원과 동시에 공급하거나 또는 단독으로 공급하는 모드인 것을 특징으로 한다.In addition, in the discharge mode, the DC power of the battery is boosted through the DC-DC converter and supplied to the bi-directional inverter, the DC power is converted into AC power through the bi-directional inverter, and then the converted AC power is used. It is characterized in that the mode is supplied simultaneously with the system power or supplied independently depending on the discharge capacity and load capacity of the load-side device.

또한, 상기 대기 모드는, 상기 배터리를 충전하거나 방전할 필요가 없고, 상기 부하측 기기에서 상기 스위치를 통해 상기 계통 전원을 공급받는 모드로서, 상기 인버터 장치의 손실 최소화를 위하여 상기 양방향 인버터를 오프 상태로 대기시키고, 상기 DC-DC 컨버터는 오프 상태로 대기시키거나 또는 상기 배터리의 전압이 기 설정된 기준을 만족하지 못하는 경우 DC 링크 전압을 일정값 이상으로 유지하기 위한 동작 상태로 대기시키며, 상기 오프 상태는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함한 전력변환을 수행하는 반도체 소자의 게이트 신호가 오프 상태로 유지되어 전력변환 동작을 하지 않는 상태인 것을 특징으로 한다.In addition, the standby mode is a mode in which there is no need to charge or discharge the battery, and the system power is supplied from the load device through the switch, and the two-way inverter is turned off to minimize loss of the inverter device. The DC-DC converter is placed on standby in an off state or in an operating state to maintain the DC link voltage above a certain value when the voltage of the battery does not meet a preset standard, and the off state is in the standby state. , The gate signal of the semiconductor device that performs power conversion, including the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), is maintained in an off state and does not perform power conversion operation.

또한, 상기 무정전전원공급 모드는, 상기 전원 이상 검출부를 통해 상기 계통 전원에 이상이 검출되면, 상기 스위치를 오프시켜 상기 부하측 기기에 공급되는 계통 전원을 차단하고, 현재 구동중인 상기 양방향 인버터의 충전 모드 또는 방전 모드에 따른 전류제어모드를 전압제어모드로 고속 전환하거나, 대기 모드의 상기 양방향 인버터를 전압제어모드로 고속 기동한 다음, 상기 양방향 인버터를 통해 상기 DC-DC 컨버터에서 승압한 상기 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 부하측 기기로 공급함으로써, 해당 부하측 기기에서 무정전으로 인버터 전원을 공급받는 모드인 것을 특징으로 한다.In addition, in the uninterruptible power supply mode, when an abnormality in the grid power is detected through the power abnormality detection unit, the switch is turned off to cut off the grid power supplied to the load device, and the charging mode of the currently running bidirectional inverter is activated. Alternatively, the current control mode according to the discharge mode is quickly switched to the voltage control mode, or the bidirectional inverter in standby mode is started at high speed in the voltage control mode, and then the DC-DC converter boosts the DC-DC converter through the bidirectional inverter. This mode is characterized by converting power into alternating current power and supplying it to the load-side device, thereby receiving inverter power from the load-side device in an uninterrupted manner.

또한, 상기 인버터 제어부는, 상기 스위치의 온 또는 오프 구동을 수행하는 스위칭부; 현재 동작중인 상기 양방향 컨버터의 동작모드를 확인하는 동작모드 확인부; 상기 확인한 결과 현재 동작중인 모드가 충전 모드 또는 방전 모드이면, 전류제어모드 구동을 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 양방향 인버터로 출력하는 전류제어모드 구동부; 상기 확인한 결과 현재 동작중인 모드가 무정전전원공급 모드 또는 대기 모드이면, 전압제어모드 구동을 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 양방향 인버터로 출력하는 전압제어모드 구동부; 및 상기 계통 전원의 이상 유무에 따른 상기 스위칭부를 통한 스위치 구동을 제어하며, 상기 양방향 컨버터의 동작모드 확인, 현재 구동중인 동작모드에 따른 전류제어모드 구동, 전압제어모드 고속 전환 및 전압제어모드 고속 기동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the inverter control unit may include a switching unit that turns the switch on or off; an operation mode confirmation unit that checks the operation mode of the bidirectional converter currently in operation; A current control mode driver that generates a PWM control signal for driving the current control mode and outputs it to the bidirectional inverter if the currently operating mode is a charging mode or a discharging mode as a result of the confirmation; A voltage control mode driver that generates a PWM control signal for driving a voltage control mode and outputs it to the bidirectional inverter if the currently operating mode is an uninterruptible power supply mode or a standby mode as a result of the confirmation. And controlling the switch operation through the switching unit according to the presence or absence of an abnormality in the system power supply, checking the operation mode of the bidirectional converter, driving the current control mode according to the currently operating operation mode, high-speed switching to the voltage control mode, and high-speed starting of the voltage control mode. Characterized in that it includes a controller that controls.

또한, 상기 전류제어모드 구동부는, R, S 및 T의 3상 교류 입력 전류 측정값(Ia/Ib/Ic) 및 교류 입력 전압 측정값(Va/Vb/Vc)을 DQ0축의 입력 전류 측정값(Id/Iq/I0) 및 입력 전압 측정값(Vq)으로 변환하는 제1 및 제2 ABC/DQ0 변환부; R상 교류 입력 전압 측정값(Va)을 이용하여 회전하는 DQ0축의 위상값(θ)을 결정하는 제1 PLL부; DC 전압 지령값(Vdc*)과 실제 DC 전압 측정값(Vdc)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)을 출력하는 DC 전압 PI 제어부; DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))가 0이 되도록 0상 교류 전류의 지령값(I0*)을 출력하는 DC 전압 균형 PI 제어부; 교류 무효 전류의 지령값(Id*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Id)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 D축 제어값을 결정하는 D축 전류 PI 제어부; 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Iq)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 Q축 제어값을 결정하는 Q축 전류 PI 제어부; 상기 0상 교류 전류의 지령값(I0*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(I0)과 비교한 결과를 비례 적분 제어하여, DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))가 0이 되도록 0상 전류 제어값을 결정하는 0상 전류 PI 제어부; 및 상기 결정한 D축 제어값, Q축 제어값 및 0상 전류 제어값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 생성한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터로 출력하는 제1 DQ0/ABC 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the current control mode driver converts the three-phase AC input current measurement values (Ia/Ib/Ic) and AC input voltage measurement values (Va/Vb/Vc) of R, S, and T to the input current measurement value of the DQ0 axis ( Id/Iq/I0) and first and second ABC/DQ0 conversion units for converting the input voltage measurement value (Vq); A first PLL unit that determines the phase value (θ) of the rotating DQ0 axis using the R-phase AC input voltage measurement value (Va); A DC voltage PI control unit that outputs a command value (Iq*) of the alternating current active current by proportional integral control of the result of comparing the DC voltage command value (Vdc*) and the actual DC voltage measurement value (Vdc); DC voltage balance PI control unit that outputs the command value (I0*) of 0-phase alternating current so that the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the (+) and (-) terminals of the DC voltage measurement value is 0. ; The D-axis determines the D-axis control value by proportional integral control of the result of comparing the command value (Id*) of the AC reactive current and the input current measurement value (Id) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter. Current PI control unit; Q determines the Q-axis control value by proportional integral control of the result of comparing the command value (Iq*) of the alternating current active current and the input current measurement value (Iq) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter. Axial current PI control unit; The result of comparing the command value (I0*) of the 0-phase alternating current and the input current measurement value (I0) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter is controlled by proportional integral control to obtain ( A 0-phase current PI control unit that determines a 0-phase current control value so that the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the +) terminal and the (-) terminal is 0; And outputting control signals (PWM-A/PWM-B/PWM-C) generated by converting the determined D-axis control value, Q-axis control value, and 0-phase current control value from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis to the bidirectional inverter. It is characterized in that it includes a first DQ0/ABC conversion unit.

이때 상기 DC 전압 PI 제어부는, 상한값/하한값 가변 구조의 비례 적분 제어기로서, 기 설정된 충방전량 계산 알고리즘을 참조하여, 상기 계통 전원을 고려하여 상기 양방향 인버터의 교류측 전력이 지령된 충방전 전력과 동일하게 되는 Q축 전류값을 계산한 다음, 기 설정된 상하한값 전환 알고리즘을 참조하여, 충전 모드인 경우에는 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)이 상기 충방전량 계산 알고리즘을 통해서 계산된 충전량에 해당하는 Q축 전류값으로 변경되도록 상한값을 점진적으로 변경하며, 방전 모드인 경우에는 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)이 상기 충방전량 계산 알고리즘을 통해서 계산된 방전량에 해당하는 Q축 전류값으로 변경되도록 하한값을 점진적으로 변경하는 것을 특징으로 한다.At this time, the DC voltage PI control unit is a proportional integral controller with an upper/lower limit variable structure, and refers to a preset charging/discharging amount calculation algorithm, takes into account the grid power, and determines that the AC side power of the bidirectional inverter is equal to the commanded charging/discharging power. After calculating the Q-axis current value, referring to the preset upper and lower limit value conversion algorithm, in the case of charging mode, the command value (Iq*) of the alternating current active current corresponds to the charging amount calculated through the charging and discharging amount calculation algorithm. The upper limit value is gradually changed to change to the Q-axis current value, and in the case of discharge mode, the command value (Iq*) of the AC effective current is the Q-axis current value corresponding to the discharge amount calculated through the charge/discharge amount calculation algorithm. It is characterized by gradually changing the lower limit so that it changes to .

또한, 상기 전압제어모드 구동부는, R, S 및 T의 3상 교류 입력 전류 측정값(-Ia/-Ib/-Ic) 및 교류 입력 전압 측정값(Va/Vb/Vc)을 DQ0축의 입력 전류 측정값(Id/Iq/I0) 및 입력 전압 측정값(Vd/Vq/V0)으로 변환하는 제3 및 제4 ABC/DQ0 변환부; R상 교류 입력 전압 측정값(Va)을 이용하여 회전하는 DQ0축의 위상값(θ)을 결정하는 제2 PLL부; 지령값 0과 상기 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(Vd)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력하는 D축 전압 PI 제어부; 지령값인 출력하고자 하는 교류 전압값(Vq*)과 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(Vq)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력하는 Q축 전압 PI 제어부; 지령값 0과 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(V0)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력하는 0상 전압 PI 제어부; 상기 D축 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Id)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력하는 D축 전류 P 제어부; 상기 Q축 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Iq)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력하는 Q축 전류 P 제어부; 상기 0상 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(I0)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력하는 0상 전류 P 제어부; 및 상기 D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부의 출력값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 생성한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터로 출력하는 제2 DQ0/ABC 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the voltage control mode driver converts the three-phase AC input current measurement values (-Ia/-Ib/-Ic) of R, S, and T and the AC input voltage measurement values (Va/Vb/Vc) into the input current of the DQ0 axis. Third and fourth ABC/DQ0 conversion units for converting measured values (Id/Iq/I0) and input voltage measured values (Vd/Vq/V0); a second PLL unit that determines the phase value (θ) of the rotating DQ0 axis using the R-phase AC input voltage measurement value (Va); A D-axis voltage PI control unit that performs proportional integral control and outputs the result of comparing the command value 0 and the input voltage measurement value (Vd) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 converter; Q-axis voltage PI control unit that performs proportional integral control and outputs the result of comparing the AC voltage value (Vq*) to be output, which is a command value, and the input voltage measurement value (Vq) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 converter. ; A 0-phase voltage PI control unit that performs proportional integral control and outputs the result of comparing the command value 0 and the input voltage measurement value (V0) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 conversion unit; A D-axis current P control unit that proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the D-axis voltage PI control unit and the input current measurement value (Id) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter; A Q-axis current P control unit that proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the Q-axis voltage PI control unit and the input current measurement value (Iq) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter; A 0-phase current P control unit that proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the 0-phase voltage PI control unit and the input current measurement value (I0) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter; And control signals (PWM-A/PWM-B/PWM-C) generated by converting the output values of the D-axis current P control unit, Q-axis current P control unit, and 0-phase current P control unit from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis are transmitted in the bidirectional direction. It is characterized in that it includes a second DQ0/ABC conversion unit that outputs to an inverter.

이때 상기 Q축 전압 PI 제어부는, 적분항 초기값을 0이 아닌 교류 출력 전압에 해당하는 값을 적용함으로써, 출력값이 0이 아닌 교류 출력 전압에 해당하는 값부터 시작되어 대기 모드에서 전압제어모드로 고속 기동하거나 또는 전류제어모드에서 전압제어모드로 고속 전환할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.At this time, the Q-axis voltage PI control unit applies a value corresponding to an AC output voltage other than 0 as the initial value of the integral term, so that the output value starts from a value corresponding to an AC output voltage other than 0, and changes from standby mode to voltage control mode. It is characterized by high-speed startup or high-speed switching from current control mode to voltage control mode.

또한, 상기 제2 DQ0/ABC 변환부는, 상기 D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부의 출력값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환한 값에, 부하 전류의 순시값과 일정 계수값을 곱한 값을 더하여 반영한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터로 출력함으로써, 급격한 부하 변동에 의한 과도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the second DQ0/ABC conversion unit converts the output values of the D-axis current P control unit, Q-axis current P control unit, and 0-phase current P control unit from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis, and converts the instantaneous value of the load current and a constant The control signal (PWM-A/PWM-B/PWM-C) reflected by adding the value multiplied by the coefficient value is output to the bidirectional inverter, thereby improving transient characteristics due to rapid load changes.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 제어방법은, 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치에서, 부하측 기기에 공급되는 계통 전원에 이상이 발생하였는지를 판단하는 단계; 상기 판단한 결과 상기 계통 전원에 이상이 발생하면, 전압제어모드 상태인지를 확인하고, 상기 확인한 결과 전압제어모드 상태이면 무정전전원공급 모드로 기동하고, 상기 확인한 결과 전압제어모드 상태가 아니면 전압제어모드로 전환한 다음 무정전전원공급 모드로 기동하는 단계; 상기 판단한 결과 상기 계통 전원에 이상이 없으면, 충전 또는 방전 지령 상태인지를 판단하는 단계; 상기 판단한 결과 충전 또는 방전 지령 상태이면, 전류제어모드 상태인지를 확인하고, 상기 확인한 결과 전류제어모드 상태이면 충전 모드 또는 방전 모드로 기동하고, 상기 확인한 결과 전류제어모드 상태가 아니면 전류제어모드로 전환한 다음 충전 모드 또는 방전 모드로 기동하는 단계; 및 상기 판단한 결과 충전 또는 방전 지령 상태가 아니면, 대기 모드로 기동하는 단계;를 포함하며, 상기 계통 전원의 이상에 따라 대기 모드에서 전압제어모드로 고속 기동하거나, 또는 전류제어모드에서 전압제어모드로 고속 전환할 수 있도록 지원하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of controlling an inverter device capable of high-speed operation mode switching and high-speed startup according to an embodiment of the present invention detects whether an abnormality has occurred in the system power supplied to the load device in an inverter device capable of high-speed operation mode switching and high-speed startup. judging step; If an abnormality occurs in the system power as a result of the above determination, it is checked whether it is in voltage control mode. If it is in voltage control mode as a result of the above determination, it is started in uninterruptible power supply mode. If it is not in voltage control mode as a result of the above confirmation, it is started in voltage control mode. Converting and then starting into the uninterruptible power supply mode; If there is no problem with the system power as a result of the determination, determining whether it is in a charging or discharging command state; As a result of the above determination, if it is in the charging or discharging command state, it is checked whether it is in the current control mode. If it is in the current control mode as a result of the above determination, it is started in the charging mode or discharging mode. If it is not in the current control mode as a result of the above confirmation, it is switched to the current control mode. and then starting into charge mode or discharge mode; And if it is not in the charging or discharging command state as a result of the determination, starting in standby mode; high-speed starting from standby mode to voltage control mode or from current control mode to voltage control mode depending on an abnormality in the system power supply. It is characterized by supporting high-speed switching.

이상에서와 같이 본 발명의 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 및 제어방법에 따르면, 에너지저장장치 기능을 수행하는 상태에서 전원 이상이 검출되면 계통 전원과 부하를 분리시킨 다음 현재 동작중인 운전모드를 전류제어모드에서 전원제어모드로 고속으로 전환하고, 대기 상태에서 전원 이상이 발생되면 고속으로 기동하여 무부하 손실을 최소화함으로써, 설치비용을 절감할 수 있으며, 인버터 장치의 관리를 편리하게 수행할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the inverter device and control method capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up of the present invention, when a power abnormality is detected while performing the energy storage function, the system power and load are separated and then the currently operating operation is performed. By changing the mode from current control mode to power control mode at high speed and starting at high speed when a power failure occurs in standby mode to minimize no-load loss, installation costs can be reduced and inverter device management can be conveniently performed. There is a possible effect.

다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects described above, and effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 인버터 제어부 구성을 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 충전 모드 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 방전 모드 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 대기 모드 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 무정전전원공급 모드 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2의 인버터 제어부의 전류제어모드 구동부의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2의 인버터 제어부의 전압제어모드 구동부의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 동작모드 전환과정을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.
Figure 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an inverter device capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the inverter control unit of the inverter device according to an embodiment of the present invention in more detail.
Figure 3 is a diagram for explaining charging mode driving of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining discharge mode driving of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining standby mode operation of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the uninterruptible power supply mode operation of the inverter device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the current control mode driver of the inverter control unit of FIG. 2 in more detail.
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the voltage control mode driver of the inverter control unit of FIG. 2 in more detail.
Figure 9 is a flowchart showing in more detail the operation mode switching process of the inverter device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, or delete other components within the scope of the same spirit, or create other degenerative inventions or this invention. Other embodiments that are included within the scope of the invention can be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the invention of the present application.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치를 포함한 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the entire configuration including an inverter device capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치(100, 이하 인버터 장치라 함)는 스위치(110), 전원 이상 검출부(120), 인버터 제어부(130), DC-DC 컨버터 제어부(140), DC-DC 컨버터(150), 양방향 인버터(160), 배터리(170) 등을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the inverter device 100 (hereinafter referred to as the inverter device) capable of high-speed operation mode switching and high-speed startup of the present invention includes a switch 110, a power abnormality detection unit 120, an inverter control unit 130, It is composed of a DC-DC converter control unit 140, a DC-DC converter 150, a bidirectional inverter 160, and a battery 170.

상기 스위치(110)는 계통 전원을 부하측 기기에 연결하거나 또는 차단하는 기능을 수행한다.The switch 110 performs the function of connecting or blocking system power to load devices.

이때 상기 스위치(110)는 고속 및 정전 없이 작동을 수행할 수 있는 기계적 접점이 없는 전기 스위치인 스태틱 스위치를 사용할 수 있다.At this time, the switch 110 may use a static switch, which is an electric switch without mechanical contact that can operate at high speed and without power failure.

상기 전원 이상 검출부(120)는 상기 계통 전원의 전압과 주파수를 계측하여 저전압, 과전압, 저주파수, 과주파수 등의 이상이 발생하는지의 여부를 확인하고, 상기 확인한 결과를 상기 인버터 제어부(130)로 제공한다.The power abnormality detection unit 120 measures the voltage and frequency of the system power supply, checks whether an abnormality such as low voltage, overvoltage, low frequency, or overfrequency occurs, and provides the confirmed result to the inverter control unit 130. do.

상기 인버터 제어부(130)는 상기 전원 이상 검출부(120)로부터 입력되는 계통 전원의 이상 유무에 따라 충전 모드, 방전 모드, 대기 모드 및 무정전전원공급 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 양방향 인버터(160)를 구동하도록 제어한다.The inverter control unit 130 operates the bidirectional inverter 160 in any one of charging mode, discharging mode, standby mode, and uninterruptible power supply mode depending on whether there is an abnormality in the system power input from the power abnormality detection unit 120. Control it to run.

일 예로, 상기 인버터 제어부(130)는 상기 전원 이상 검출부(120)에서의 검출 결과 상기 계통 전원에 이상이 발생하는 경우, 상기 스위치(110)를 오프시키고 현재 구동중인 전류제어모드를 전압제어모드로 고속 전환하도록 상기 양방향 인버터(160)의 구동을 제어한다.As an example, when an abnormality occurs in the system power as a result of detection by the power abnormality detection unit 120, the inverter control unit 130 turns off the switch 110 and changes the currently operating current control mode to the voltage control mode. The operation of the bidirectional inverter 160 is controlled to achieve high-speed switching.

또한, 상기 인버터 제어부(130)는 상기 전원 이상 검출부(120)에서의 검출 결과 상기 계통 전원에 이상이 발생하는 경우, 상기 양방향 인버터(160)의 전력 회로가 오프 상태인 경우 전압제어모드로 고속 기동하도록 상기 양방향 인버터(160)의 구동을 제어하여 무정전전원장치 기능이 즉시 수행되도록 한다.In addition, the inverter control unit 130 operates at high speed in voltage control mode when an abnormality occurs in the system power as a result of detection by the power abnormality detection unit 120 and when the power circuit of the bidirectional inverter 160 is in an off state. The operation of the bidirectional inverter 160 is controlled so that the uninterruptible power supply function is immediately performed.

이때 상기 전류제어모드는 상기 인버터 장치(100)가 충전 모드 또는 방전 모드 구동할 때, 상기 배터리(170)의 충전 전력 또는 방전 전력이 상기 인버터 제어부(130)에서 지령되는 전력값과 동일하도록 제어되는 모드이다.At this time, the current control mode is controlled so that when the inverter device 100 is driven in the charging mode or discharging mode, the charging power or discharging power of the battery 170 is equal to the power value commanded from the inverter control unit 130. It's a mode.

또한 상기 전압제어모드는 상기 인버터 장치(100)가 상기 무정전전원공급 모드로 구동할 때, 상기 양방향 인버터(160)에서 출력되는 교류 출력 전압과 주파수가 일정하도록 제어되는 모드이다.Additionally, the voltage control mode is a mode in which the alternating current output voltage and frequency output from the bidirectional inverter 160 are controlled to be constant when the inverter device 100 is driven in the uninterruptible power supply mode.

상기 DC-DC 컨버터 제어부(140)는 상기 인버터 제어부(130)의 제어를 토대로 상기 DC-DC 컨버터(150)의 강압 또는 승압 구동을 제어한다.The DC-DC converter control unit 140 controls step-down or step-up operation of the DC-DC converter 150 based on the control of the inverter control unit 130.

상기 DC-DC 컨버터(150)는 상기 양방향 인버터(160) 또는 상기 배터리(170)로부터 공급되는 직류전원을 강압 또는 승압하여 출력한다.The DC-DC converter 150 steps down or boosts the direct current power supplied from the bidirectional inverter 160 or the battery 170 and outputs it.

즉, 상기 DC-DC 컨버터(150)는 상기 배터리(170)의 최소 사용전압이 상기 양방향 인버터(160)의 동작가능 최소 직류전압보다 낮을 때 사용되는 것으로서, 상기 DC-DC 컨버터 제어부(140)의 제어에 따라 상기 양방향 인버터(160)로부터 공급되는 직류전원을 강압하여 상기 배터리(170)를 충전시킨다.That is, the DC-DC converter 150 is used when the minimum operating voltage of the battery 170 is lower than the minimum operating DC voltage of the bi-directional inverter 160, and the DC-DC converter control unit 140 According to control, the DC power supplied from the bidirectional inverter 160 is stepped down to charge the battery 170.

또한 상기 DC-DC 컨버터(150)는 상기 DC-DC 컨버터 제어부(140)의 제어에 따라 상기 배터리(170)로부터 공급되는 직류전원을 승압하여 상기 양방향 인버터(160)로 출력한다.In addition, the DC-DC converter 150 boosts the DC power supplied from the battery 170 under the control of the DC-DC converter control unit 140 and outputs it to the bidirectional inverter 160.

한편, 상기 DC-DC 컨버터(150)는 상기 배터리(170)의 최소 사용전압이 상기 양방향 인버터(160)의 동작가능 최소 직류전압과 동일하거나 높을 경우에는 사용되지 않는다.Meanwhile, the DC-DC converter 150 is not used when the minimum operating voltage of the battery 170 is equal to or higher than the minimum operating DC voltage of the bidirectional inverter 160.

상기 양방향 인버터(160)는 상기 스위치(110)를 통해 상기 부하측 기기에 공급되는 계통 전원(즉 교류전원)을 직류전원으로 변환하여 상기 DC-DC 컨버터(150)로 출력하여 배터리(170)를 충전시키도록 한다.The bidirectional inverter 160 converts system power (i.e., AC power) supplied to the load-side device through the switch 110 into DC power and outputs it to the DC-DC converter 150 to charge the battery 170. Let them do it.

또한, 상기 양방향 인버터(160)는 상기 배터리(170)에 저장된 직류전원을 상기 DC-DC 컨버터(150)를 통해 제공받고, 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 부하측 기기 또는 계통 전원으로 출력한다.In addition, the bidirectional inverter 160 receives the direct current power stored in the battery 170 through the DC-DC converter 150, converts the direct current power into alternating current power, and outputs it to the load device or system power.

상기 배터리(170)는 상기 인버터 장치(100)에 계통 전원이 정상적으로 공급되는 경우 상기 양방향 인버터(160) 및 DC-DC 컨버터(150)를 통해 공급되는 전원을 충전하며, 상기 계통 전원에 이상이 발생되는 충전된 전원을 상기 DC-DC 컨버터(150) 및 양방향 인버터(160)를 통해 부하측 기기로 공급한다.The battery 170 charges the power supplied through the bidirectional inverter 160 and the DC-DC converter 150 when grid power is normally supplied to the inverter device 100, and when an abnormality occurs in the grid power The charged power is supplied to the load device through the DC-DC converter 150 and the bi-directional inverter 160.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 인버터 제어부 구성을 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the inverter control unit of the inverter device according to an embodiment of the present invention in more detail.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인버터 제어부(130)는 스위칭부(131), 동작모드 확인부(132), 전류제어모드 구동부(133), 전압제어모드 구동부(134), 컨트롤러(135) 등을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the inverter control unit 130 includes a switching unit 131, an operation mode confirmation unit 132, a current control mode driver 133, a voltage control mode driver 134, a controller 135, etc. It is composed including.

상기 스위칭부(131)는 상기 컨트롤러(135)의 제어에 따라 상기 스위치(110)를 온 시키거나 오프 시킨다.The switching unit 131 turns the switch 110 on or off under the control of the controller 135.

상기 동작모드 확인부(132)는 현재 동작중인 동작모드를 확인하고, 확인한 동작모드에 대한 정보를 상기 컨트롤러(135)로 제공한다.The operation mode confirmation unit 132 checks the currently operating operation mode and provides information about the confirmed operation mode to the controller 135.

상기 전류제어모드 구동부(133)는 상기 동작모드 확인부(132)를 통해 확인한 결과, 현재 동작중인 모드가 충전 모드 또는 방전 모드이면, 상기 컨트롤러(135)의 제어에 따라 전류제어모드 구동을 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 양방향 인버터(160)로 출력한다.As a result of checking through the operation mode confirmation unit 132, the current control mode driver 133 operates a PWM for current control mode driving under the control of the controller 135 if the currently operating mode is a charging mode or a discharging mode. A control signal is generated and output to the bidirectional inverter 160.

상기 전압제어모드 구동부(134)는 상기 동작모드 확인부(132)를 통해 확인한 결과, 현재 동작중인 모드가 무정전전원공급 모드 또는 대기 모드이면, 상기 컨트롤러(135)의 제어에 따라 전압제어모드 구동을 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 양방향 인버터(160)로 출력한다.As a result of checking through the operation mode confirmation unit 132, the voltage control mode driver 134 operates the voltage control mode under the control of the controller 135 if the currently operating mode is the uninterruptible power supply mode or standby mode. A PWM control signal is generated and output to the bidirectional inverter 160.

여기서, 상기 전류제어모드 구동부(133) 및 전압제어모드 구동부(134)의 구체적인 구동은 도 7 및 도 8에서 보다 상세하게 한다.Here, the specific driving of the current control mode driver 133 and the voltage control mode driver 134 is described in more detail in FIGS. 7 and 8.

상기 컨트롤러(135)는 상기 전원 이상 검출부(120)에서 검출한 결과를 통해서 확인한 상기 계통 전원의 이상 유무에 따라 상기 스위칭부(131)를 통한 스위치 구동을 제어한다.The controller 135 controls switch driving through the switching unit 131 according to the presence or absence of an abnormality in the system power source confirmed through the detection result by the power abnormality detection unit 120.

또한, 상기 컨트롤러(135)는 상기 동작모드 확인부(132)를 통한 상기 양방향 컨버터(160)의 동작모드 확인, 현재 구동중인 동작모드에 따른 상기 전류제어모드 구동부(133) 및 전압제어모드 구동부(134)의 전류제어모드 구동, 전압제어모드 고속 전환 및 전압제어모드 고속 기동을 제어한다.In addition, the controller 135 checks the operation mode of the bidirectional converter 160 through the operation mode confirmation unit 132, and operates the current control mode driver 133 and the voltage control mode driver according to the currently operating operation mode ( 134) controls current control mode operation, voltage control mode high-speed switching, and voltage control mode high-speed startup.

다음에는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 충전 모드, 방전 모드, 대기 모드 및 무정전전원공급 모드에 대해서 상세하게 설명한다.Next, charging mode, discharging mode, standby mode, and uninterruptible power supply mode will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 충전 모드, 방전 모드, 대기 모드 및 무정전전원공급 모드 구동을 각각 설명하기 위한 도면이다.3 to 6 are diagrams for explaining the operation of the inverter device in charging mode, discharging mode, standby mode, and uninterruptible power supply mode, respectively, according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 충전 모드는 상기 양방향 인버터(160)를 통해 상기 계통 전원을 직류전원으로 변환한 다음, 상기 변환한 직류전원을 상기 DC-DC 컨버터(150)를 통해 강압하여 상기 배터리(170)에 저장하는 모드이다.As shown in FIG. 3, the charging mode converts the system power to direct current power through the bidirectional inverter 160, and then steps down the converted direct current power through the DC-DC converter 150 to supply the battery to the battery. This mode saves to (170).

즉, 상기 충전 모드는 상기 스위치(110)를 거쳐 상기 계통 전원이 부하측 기기로 공급되는 상태에서, 계통 전원을 이용하여 상기 배터리(170)를 충전하는 모드이다.That is, the charging mode is a mode in which the battery 170 is charged using the grid power while the grid power is supplied to the load device through the switch 110.

또한, 방전 모드는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 DC-DC 컨버터(150)를 통해 상기 배터리(170)에 충전된 직류전원을 승압하여 상기 양방향 인버터(160)에 공급하고, 상기 양방향 인버터(160)에서 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하측 기기에 공급하는 모드이다.In addition, as shown in FIG. 4, in the discharge mode, the DC power charged in the battery 170 is boosted through the DC-DC converter 150 and supplied to the bidirectional inverter 160, and the bidirectional inverter ( 160), this is a mode in which DC power is converted into AC power and supplied to the load device.

이때 상기 부하측 기기의 방전 용량 및 부하 용량에 따라 도 4의 (a)에서와 같이 상기 양방향 인버터(160)에서 변환한 교류전원과 계통 전원이 동시에 상기 부하측 기기로 공급되거나, 또는 도 4의 (b)에서와 같이 단독으로 공급될 수 있다.At this time, depending on the discharge capacity and load capacity of the load-side device, the AC power and system power converted by the bi-directional inverter 160 are simultaneously supplied to the load-side device as shown in (a) of FIG. 4, or (b) of FIG. 4 ) can be supplied alone as in.

또한, 대기 모드는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배터리(170)를 충전하거나 방전할 필요가 없고, 상기 부하측 기기에서 상기 스위치(110)를 통해 상기 계통 전원을 공급받는 모드이다.Additionally, as shown in FIG. 5, the standby mode is a mode in which there is no need to charge or discharge the battery 170 and the system power is supplied from the load device through the switch 110.

이때 상기 인버터 장치(100)의 손실 최소화를 위하여 상기 양방향 인버터(160)의 전력 회로를 오프 상태로 대기시키고, 상기 DC-DC 컨버터(150)는 오프 상태로 대기시키거나 또는 상기 배터리(170)의 전압이 기 설정된 기준을 만족하지 못하는 경우 DC 링크 전압을 일정값 이상으로 유지하기 위한 동작 상태로 대기시킨다.At this time, in order to minimize the loss of the inverter device 100, the power circuit of the bidirectional inverter 160 is placed in an off state and the DC-DC converter 150 is placed in an off state. If the voltage does not meet the preset standard, the DC link voltage is put on standby in an operating state to maintain it above a certain value.

여기서, 전력회로의 오프 상태는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함한 전력변환을 수행하는 반도체 소자의 게이트 신호가 오프 상태로 유지되어 전력변환 동작을 하지 않는 상태를 말한다.Here, the off state of the power circuit refers to a state in which the gate signal of a semiconductor device that performs power conversion, including an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), is maintained in an off state and does not perform a power conversion operation.

또한, 상기 무정전전원공급 모드는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전원 이상 검출부(120)를 통해 상기 계통 전원에 이상이 검출되면, 상기 스위치(110)를 오프시켜 상기 부하측 기기에 공급되는 계통 전원을 차단한다.In addition, as shown in FIG. 6, in the uninterruptible power supply mode, when an abnormality in the system power is detected through the power abnormality detection unit 120, the switch 110 is turned off to turn off the system power supplied to the load device. Block.

이어서, 현재 구동중인 상기 양방향 인버터(160)의 충전 모드 또는 방전 모드에 따른 전류제어모드를 전압제어모드로 고속 전환하거나, 또는 대기 모드의 상기 양방향 인버터(160)를 전압제어모드로 고속 기동한다.Subsequently, the current control mode according to the charging mode or discharging mode of the currently operating bidirectional inverter 160 is quickly switched to voltage control mode, or the bidirectional inverter 160 in standby mode is rapidly started in voltage control mode.

그리고, 상기 양방향 인버터(160)를 통해 상기 DC-DC 컨버터(150)에서 승압한 상기 배터리(170)의 직류전원을 교류전원으로 변환한 다음, 상기 부하측 기기로 공급하여 해당 부하측 기기에서 무정전으로 인버터 전원을 공급받아 정전없이 동작을 수행할 수 있도록 한다.Then, the DC power of the battery 170 boosted by the DC-DC converter 150 is converted into AC power through the bi-directional inverter 160, and then supplied to the load device, which inverts the load device without interruption. It receives power so that it can operate without power outage.

다음에는, 도 7과 도 8을 참조하여 본 발명의 인버터 장치(100)에 적용되는 전류제어모드와 전압제어모드의 구동에 대해서 상세하게 설명한다.Next, with reference to FIGS. 7 and 8, the operation of the current control mode and voltage control mode applied to the inverter device 100 of the present invention will be described in detail.

도 7은 도 2의 인버터 제어부(130)의 전류제어모드 구동부(133)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the current control mode driver 133 of the inverter control unit 130 of FIG. 2 in more detail.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전류제어모드 구동부(133)는 상기 인버터 장치(100)가 충전 모드 또는 방전 모드일 때 상기 배터리(170)의 충전전력 또는 방전전력이 지령된 전력값과 동일하도록 제어하기 위한 것으로서, 제1 ABC/DQ0 변환부, 제2 ABC/DQ0 변환부, 제1 PLL부, DC 전압 PI 제어부, DC 전압 균형 PI 제어부, D축 전류 PI 제어부, Q축 전류 PI 제어부, 0상 전류 PI 제어부, 제1 DQ0/ABC 변환부 등을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 7, the current control mode driver 133 is configured to ensure that the charging power or discharging power of the battery 170 is equal to the commanded power value when the inverter device 100 is in charging mode or discharging mode. For controlling, a first ABC/DQ0 conversion unit, a second ABC/DQ0 conversion unit, a first PLL unit, DC voltage PI control unit, DC voltage balance PI control unit, D-axis current PI control unit, Q-axis current PI control unit, 0 It is composed of a phase current PI control unit, a first DQ0/ABC conversion unit, etc.

상기 제1 ABC/DQ0 변환부는 R, S 및 T의 3상 교류 입력 전류 측정값(Ia/Ib/Ic)을 DQ0축의 입력 전류 측정값(Id/Iq/I0)으로 변환한다.The first ABC/DQ0 conversion unit converts the three-phase AC input current measurement values (Ia/Ib/Ic) of R, S, and T into the input current measurement values (Id/Iq/I0) of the DQ0 axis.

상기 제2 ABC/DQ0 변환부는 R, S 및 T의 3상 교류 입력 전압 측정값(Va/Vb/Vc)을 DQ0축의 입력 전압 측정값(Vq)으로 변환한다.The second ABC/DQ0 conversion unit converts the three-phase AC input voltage measurement values (Va/Vb/Vc) of R, S, and T into the input voltage measurement values (Vq) of the DQ0 axis.

상기 제1 PLL부는 R상 교류 입력 전압 측정값(Va)을 이용하여 회전하는 DQ0축의 위상값(θ)을 결정한다.The first PLL unit determines the phase value (θ) of the rotating DQ0 axis using the R-phase AC input voltage measurement value (Va).

상기 DC 전압 PI 제어부는 상한값/하한값 가변 구조의 비례 적분 제어기로서, 외부 루프의 직류전압을 제어하는데 사용된다. 즉, DC 전압 지령값(Vdc*)과 실제 DC 전압 측정값(Vdc)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)을 출력하는 것이다.The DC voltage PI controller is a proportional integral controller with an upper/lower limit variable structure and is used to control the DC voltage of the external loop. In other words, the result of comparing the DC voltage command value (Vdc*) and the actual DC voltage measurement value (Vdc) is controlled by proportional integral control to output the command value (Iq*) of the alternating current active current.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 DC 전압 PI 제어부는 DC 전압 지령값(Vdc*)과 실제 DC 전압 측정값(Vdc)을 비교하여 출력값을 생성하는데, 이때 출력값은 교류 유효 전류를 의미하며, 상기 Q축 전류 PI 제어부의 지령값이 된다.To be more specific, the DC voltage PI control unit generates an output value by comparing the DC voltage command value (Vdc*) and the actual DC voltage measurement value (Vdc). In this case, the output value refers to the alternating current active current, and the Q axis It becomes the command value of the current PI control unit.

여기서, 상기 DC 전압 PI 제어부는 상기 교류 유효 전류인 출력값을 생성할 때, 기 설정된 충방전량 계산 알고리즘과 상하한값 전환 알고리즘을 참조한다.Here, the DC voltage PI control unit refers to a preset charging/discharging amount calculation algorithm and an upper/lower limit switching algorithm when generating an output value that is the AC effective current.

일 예로, 상기 충방전량 계산 알고리즘은 상기 계통 전원을 고려하여 상기 양방향 인버터(160)의 교류측 전력이 지령된 충방전 전력과 동일하게 되는 Q축 전류값을 계산한다.As an example, the charging/discharging amount calculation algorithm considers the grid power and calculates a Q-axis current value at which the alternating current power of the bidirectional inverter 160 is equal to the commanded charging/discharging power.

이어서, 상기 상하한값 전환 알고리즘은 충전 모드인 경우 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)이 상기 충방전량 계산 알고리즘을 통해서 계산된 충전량에 해당하는 Q축 전류값으로 변경되도록 상한값을 점진적으로 변경한다.Subsequently, the upper and lower limit value switching algorithm gradually changes the upper limit value so that in the charging mode, the command value (Iq*) of the alternating current effective current is changed to the Q-axis current value corresponding to the charging amount calculated through the charging and discharging amount calculation algorithm. .

또한, 상기 상하한값 전환 알고리즘은 방전 모드인 경우 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)이 상기 충방전량 계산 알고리즘을 통해서 계산된 방전량에 해당하는 Q축 전류값으로 변경되도록 하한값을 점진적으로 변경한다.In addition, the upper and lower limit value switching algorithm gradually changes the lower limit value so that when in discharge mode, the command value (Iq*) of the alternating current effective current is changed to the Q-axis current value corresponding to the discharge amount calculated through the charge and discharge amount calculation algorithm. do.

상기 DC 전압 균형 PI 제어부는 3상 4선식 전원을 사용하는 경우 추가되는 구성으로서, 외부 루프의 (+)단과 (-)단의 균형을 제어하기 위한 구성이며, 3상 교류 전류의 0상 성분과 DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))를 비교한 결과를 비례 적분하여 0상 교류 전류의 지령값(I0*)을 출력한다.The DC voltage balance PI control unit is an additional component when using a 3-phase 4-wire power supply, and is configured to control the balance between the (+) and (-) terminals of the external loop, and the 0-phase component of the 3-phase alternating current and The result of comparing the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the (+) and (-) terminals of the DC voltage measurement value is proportionally integrated to output the command value (I0*) of the 0-phase alternating current.

즉, DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))가 0이 되도록 0상 교류 전류의 지령값(I0*)을 출력하는 것으로서, DC (+)단과 (-)단의 전압차가 0이 되도록 출력값을 생성하며, 상기 출력값은 상기 0상 전류 PI 제어부의 지령값이 된다.In other words, the command value (I0*) of the 0-phase alternating current is output so that the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the (+) and (-) terminals of the DC voltage measurement value is 0. An output value is generated so that the voltage difference between the (+) terminal and the (-) terminal is 0, and the output value becomes the command value of the 0-phase current PI controller.

상기 D축 전류 PI 제어부는 상기 Q축 전류 PI 제어부와 함께 내부 루프의 입력단 교류 전류를 제어하기 위한 구성으로서, 교류 무효 전류의 지령값(Id*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Id)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 D축 제어값을 결정한다.The D-axis current PI control unit is a component for controlling the alternating current at the input terminal of the inner loop together with the Q-axis current PI control unit, and the DQ0 axis through the command value (Id*) of the alternating reactive current and the first ABC/DQ0 converter. The D-axis control value is determined by proportional integral control of the result of comparing the converted input current measurement value (Id).

이때 상기 D축 전류 PI 제어부로 입력되는 교류 무효 전류를 의미하는 지령값(Id*)은 평상시는 0으로 적용하고, 필요시 요구되는 교류 무효 전류에 해당하는 값으로 적용할 수 있다.At this time, the command value (Id*), which means the AC reactive current input to the D-axis current PI control unit, is normally applied as 0, and can be applied as a value corresponding to the required AC reactive current when necessary.

상기 Q축 전류 PI 제어부는 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Iq)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 Q축 제어값을 결정한다.The Q-axis current PI control unit performs proportional integral control on the result of comparing the command value (Iq*) of the alternating current active current and the input current measurement value (Iq) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter to control Q Determine the axis control value.

상기 0상 전류 PI 제어부는 내부 루프의 0상 전류를 제어하기 위한 구성으로서, 상기 0상 교류 전류의 지령값(I0*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(I0)과 비교한 결과를 비례 적분 제어하여, DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))가 0이 되도록 0상 전류 제어값을 결정한다.The 0-phase current PI control unit is a component for controlling the 0-phase current of the inner loop, and measures the command value (I0*) of the 0-phase alternating current and the input current converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 conversion unit. By proportional integral control of the result compared with the value (I0), the 0-phase current control value is set so that the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the (+) and (-) terminals of the DC voltage measurement value is 0. decide.

즉, 상기 DC 전압 균형 PI 제어기의 출력값에 따라 0상 전류를 제어하여 DC (+)단과 (-)단의 전압차가 0이 되도록 제어되는 것이다.That is, the 0-phase current is controlled according to the output value of the DC voltage balance PI controller so that the voltage difference between the DC (+) terminal and (-) terminal is 0.

상기 제1 DQ0/ABC 변환부는 상기 D축 전류 PI 제어부, Q축 전류 PI 제어부 및 0상 전류 PI 제어부에 각각 결정한 D축 제어값, Q축 제어값 및 0상 전류 제어값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 생성한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터(160)로 출력한다.The first DQ0/ABC conversion unit converts the D-axis control value, Q-axis control value, and 0-phase current control value determined by the D-axis current PI control unit, Q-axis current PI control unit, and 0-phase current PI control unit, respectively, from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis. The control signals (PWM-A/PWM-B/PWM-C) generated by converting are output to the bidirectional inverter 160.

도 8은 도 2의 인버터 제어부(130)의 전압제어모드 구동부(134)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the voltage control mode driver 134 of the inverter control unit 130 of FIG. 2 in more detail.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전압제어모드 구동부(134)는 상기 인버터 장치(100)가 무정전전원공급 모드일 때 교류 출력 전압과 주파수가 일정하도록 제어하기 위한 것으로서, 제3 ABC/DQ0 변환부, 제4 ABC/DQ0 변환부, 제2 PLL부, D축 전압 PI 제어부, Q축 전압 PI 제어부, 0상 전압 PI 제어부, D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부, 0상 전류 P 제어부, 제2 DQ0/ABC 변환부 등을 포함하여 구성된다. 그리고 3상 교류 전압값은 ABC 좌표축에서 DQ0 좌표축으로 변환되어 DQ0축 상에서 제어가 수행된다.As shown in FIG. 8, the voltage control mode driver 134 is for controlling the alternating current output voltage and frequency to be constant when the inverter device 100 is in the uninterruptible power supply mode, and the third ABC/DQ0 converter , fourth ABC/DQ0 conversion unit, second PLL unit, D-axis voltage PI control unit, Q-axis voltage PI control unit, 0-phase voltage PI control unit, D-axis current P control unit, Q-axis current P control unit, 0-phase current P control unit, It is configured to include a second DQ0/ABC conversion unit, etc. And the three-phase AC voltage value is converted from the ABC coordinate axis to the DQ0 coordinate axis and control is performed on the DQ0 axis.

상기 제3 ABC/DQ0 변환부는 R, S 및 T의 3상 교류 입력 전류 측정값(-Ia/-Ib/-Ic)을 DQ0축의 입력 전류 측정값(Id/Iq/I0)으로 변환한다.The third ABC/DQ0 conversion unit converts the three-phase AC input current measurement values (-Ia/-Ib/-Ic) of R, S, and T into input current measurement values (Id/Iq/I0) of the DQ0 axis.

상기 제4 ABC/DQ0 변환부는 R, S 및 T의 3상 교류 입력 전압 측정값(Va/Vb/Vc)을 DQ0축의 입력 전압 측정값(Vd/Vq/V0)으로 변환한다.The fourth ABC/DQ0 conversion unit converts the three-phase AC input voltage measurement values (Va/Vb/Vc) of R, S, and T into the input voltage measurement values (Vd/Vq/V0) of the DQ0 axis.

상기 제2 PLL부는 R상 교류 입력 전압 측정값(Va)을 이용하여 회전하는 DQ0축의 위상값(θ)을 결정한다.The second PLL unit determines the phase value (θ) of the rotating DQ0 axis using the R-phase AC input voltage measurement value (Va).

상기 D축 전압 PI 제어부는 상기 Q축 전압 PI 제어부 및 0상 전압 PI 제어부와 함께 외부 루프의 교류 전압을 제어하기 위한 구성으로서, 지령값 0과 상기 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(Vd)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력한다.The D-axis voltage PI control unit is a component for controlling the alternating current voltage of the external loop together with the Q-axis voltage PI control unit and the 0-phase voltage PI control unit, and is converted to the DQ0 axis through the command value 0 and the fourth ABC/DQ0 conversion unit. The result of comparing the input voltage measurement value (Vd) is output through proportional integral control.

즉, 지령값을 측정값과 비교하여 출력값을 생성하는 것이다. 이는 상기 Q축 전압 PI 제어부 및 0상 전압 PI 제어부에서도 동일하며, D축/Q축/0상 전압 PI 제어부의 출력값은 각각 D축/Q축/0상 전류 P 제어기의 지령값이 된다.In other words, an output value is generated by comparing the command value with the measured value. This is the same for the Q-axis voltage PI control unit and the 0-phase voltage PI control unit, and the output value of the D-axis/Q-axis/0-phase voltage PI control unit becomes the command value of the D-axis/Q-axis/0-phase current P controller, respectively.

상기 Q축 전압 PI 제어부는 지령값인 출력하고자 하는 교류 전압값(Vq*)과 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(Vq)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력한다.The Q-axis voltage PI control unit performs proportional integral control on the result of comparing the AC voltage value (Vq*) to be output, which is a command value, with the input voltage measurement value (Vq) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 converter. Print out.

이때 상기 Q축 전압 PI 제어부는 적분항 초기값을 0이 아닌 교류 출력 전압에 해당하는 값을 적용할 수 있다.At this time, the Q-axis voltage PI control unit may apply a value corresponding to the AC output voltage rather than 0 as the initial value of the integral term.

여기서, 교류 출력 전압에 해당하는 값은 DC 링크 전압, 인버터 회로의 전압 강하, 제어기 설계값 등에 영향을 받으며, 2000 내지 4000 범위에서 선정할 수 있다.Here, the value corresponding to the AC output voltage is affected by the DC link voltage, the voltage drop of the inverter circuit, the controller design value, etc., and can be selected in the range of 2000 to 4000.

이에 따라 Q축 전압 PI 제어부의 출력값이 0이 아닌 교류 출력 전압에 해당하는 값부터 시작되어 대기 모드에서 전압제어모드로 고속 기동하거나 또는 전류제어모드에서 전압제어모드로 고속 전환하는 것이 가능하게 된다.Accordingly, the output value of the Q-axis voltage PI control unit starts from a value corresponding to the AC output voltage rather than 0, making it possible to quickly start from standby mode to voltage control mode or quickly switch from current control mode to voltage control mode.

상기 0상 전압 PI 제어부는 지령값 0과 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(V0)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력한다.The 0-phase voltage PI control unit performs proportional integral control and outputs the result of comparing the command value 0 and the input voltage measurement value (V0) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 converter.

상기 D축 전류 P 제어부는 상기 Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부와 함께 내부 루프의 교류 전류를 제어하기 위한 구성으로서, 상기 D축 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Id)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력한다.The D-axis current P control unit is a component for controlling the alternating current of the inner loop together with the Q-axis current P control unit and the 0-phase current P control unit, and the output value of the D-axis voltage PI control unit and the third ABC/DQ0 converter The result of comparing the input current measurement value (Id) converted to the DQ0 axis is output under proportional control.

상기 Q축 전류 P 제어부는 상기 Q축 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Iq)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력한다.The Q-axis current P control unit proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the Q-axis voltage PI control unit and the input current measurement value (Iq) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter.

상기 0상 전류 P 제어부는 상기 0상 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(I0)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력한다.The 0-phase current P control unit proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the 0-phase voltage PI control unit and the input current measurement value (I0) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter.

상기 제2 DQ0/ABC 변환부는 상기 D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부의 출력값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 생성한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터(160)로 출력한다.The second DQ0/ABC conversion unit converts the output values of the D-axis current P control unit, Q-axis current P control unit, and 0-phase current P control unit from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis to generate control signals (PWM-A/PWM-B/ PWM-C) is output to the bidirectional inverter (160).

즉, D축/Q축/0상 전류 P 제어기의 출력값을 DQ0 좌표축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 PWM 신호를 생성하는 것이다.In other words, the output value of the D-axis/Q-axis/0-phase current P controller is converted from the DQ0 coordinate axis to the ABC coordinate axis to generate a PWM signal.

여기서, 상기 전압제어모드 구동부(134)는 전압제어모드에 따른 급격한 부하 변동에 의한 과도 특성을 향상시키기 위하여, 상기 D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부의 출력값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환한 값에, 부하 전류의 순시값과 일정 계수값을 곱한 값을 더하여 반영한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터(160)로 출력하도록 한다.Here, the voltage control mode driver 134 converts the output values of the D-axis current P control unit, Q-axis current P control unit, and 0-phase current P control unit to DQ0 in order to improve transient characteristics due to rapid load changes according to the voltage control mode. To output a control signal (PWM-A/PWM-B/PWM-C) reflected by adding the value converted from the axis to the ABC coordinate axis by multiplying the instantaneous value of the load current and a certain coefficient value to the bidirectional inverter 160. do.

여기서, 부하 전류의 순시값에 곱해 주는 계수값은 인버터 회로의 전압 강하, 제어기 설계값 등에 영향을 받으며, 1 내지 2 범위에서 선정할 수 있다.Here, the coefficient value multiplied by the instantaneous value of the load current is affected by the voltage drop of the inverter circuit, the controller design value, etc., and can be selected in the range of 1 to 2.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치 제어방법의 일 실시예를 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.Next, an embodiment of the inverter device control method configured as described above capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 9. At this time, the order of each step according to the method of the present invention may be changed depending on the usage environment or a person skilled in the art.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 장치의 동작모드 전환과정을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.Figure 9 is a flowchart showing in more detail the operation mode switching process of the inverter device according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 인버터 장치(100)는 부하측 기기에 공급되는 계통 전원에 이상이 발생하였는지를 판단한다(S100).As shown in FIG. 9, the inverter device 100 determines whether an abnormality has occurred in the system power supplied to the load device (S100).

상기 S100 단계를 통해 판단한 결과 상기 계통 전원에 이상이 발생하면, 상기 인버터 장치(100)는 현재 전압제어모드 상태로 구동중인지의 여부를 판단한다(S200).If an abnormality occurs in the system power as determined through step S100, the inverter device 100 determines whether it is currently operating in the voltage control mode (S200).

상기 S200 단계를 통해 판단한 결과 전압제어모드 상태이면, 상기 인버터 장치(100)는 전압제어모드로 구동되는 무정전전원공급 모드로 기동하여 배터리(170)에 충전한 전원을 부하측 기기에 공급하도록 한다(S300).If the determination in step S200 is in the voltage control mode, the inverter device 100 starts in the uninterruptible power supply mode driven in the voltage control mode and supplies the power charged in the battery 170 to the load device (S300) ).

그러나 상기 S200 단계를 통해 판단한 결과 전압제어모드 상태가 아니면, 상기 인버터 장치(100)는 전압제어모드로 전환한 다음(S400), 상기 S300 단계의 무정전전원공급 모드로 기동하도록 한다.However, if it is not in the voltage control mode as determined in step S200, the inverter device 100 switches to the voltage control mode (S400) and then starts in the uninterruptible power supply mode in step S300.

또한, 상기 S100 단계를 통해 판단한 결과 상기 계통 전원에 이상이 없으면, 상기 인버터 장치(100)는 충전 또는 방전 지령 상태인지를 판단한다(S500).In addition, if there is no problem with the system power as determined through step S100, the inverter device 100 determines whether it is in a charging or discharging command state (S500).

상기 S500 단계를 통해 판단한 결과 충전 또는 방전 지령 상태이면, 상기 인버터 장치(100)는 현재 전류제어모드 상태로 구동중인지의 여부를 판단한다(S600).If the charge or discharge command state is determined as a result of step S500, the inverter device 100 determines whether it is currently operating in the current control mode (S600).

상기 S600 단계를 통해 판단한 결과 전류제어모드 상태이면, 상기 인버터 장치(100)는 전류제어모드로 구동되는 충전 모드 또는 방전 모드로 구동하여 배터리(170)에 계통 전원을 충전하거나, 또는 상기 배터리(170)에 충전된 전원을 부하측 기기에 공급하도록 한다(S700).If the inverter device 100 is in the current control mode as determined through step S600, the inverter device 100 is driven in a charging mode or a discharging mode driven in the current control mode to charge the system power to the battery 170, or the battery 170 ) to supply the power charged to the load device (S700).

그러나 상기 S600 단계를 통해 판단한 결과 전류제어모드 상태가 아니면, 상기 인버터 장치(100)는 전류제어모드로 전환한 다음(S800), 상기 S700 단계의 충전 모드 또는 방전 모드로 기동하도록 한다.However, if it is not in the current control mode as determined in step S600, the inverter device 100 switches to the current control mode (S800) and then starts in the charging mode or discharging mode in step S700.

또한, 상기 S500 단계를 통해 판단한 결과 충전 또는 방전 지령 상태가 아니면, 상기 인버터 장치(100)는 인버터 전력회가 오프 상태인 대기 모드로 기동하도록 한다(S900).In addition, if it is determined in step S500 that the charge or discharge command is not in the state, the inverter device 100 starts in standby mode with the inverter power circuit turned off (S900).

즉, 상기 인버터 장치(100)는 상기 계통 전원의 이상에 따라 대기 모드에서 전압제어모드로 고속 기동하거나, 또는 전류제어모드에서 전압제어모드로 고속 전환할 수 있도록 지원하는 것이다.In other words, the inverter device 100 supports high-speed startup from standby mode to voltage control mode or high-speed switching from current control mode to voltage control mode depending on an abnormality in the system power.

이처럼, 본 발명은 에너지저장장치 기능을 수행하는 상태에서 전원 이상이 검출되면 계통 전원과 부하를 분리시킨 다음 현재 동작중인 운전모드를 전류제어모드에서 전원제어모드로 고속으로 전환하고, 대기 상태에서 전원 이상이 발생되면 고속으로 기동하여 무부하 손실을 최소화할 수 있으므로, 설치비용을 절감하는 것은 물론, 인버터 장치의 관리를 편리하게 수행할 수 있다.In this way, in the present invention, when a power abnormality is detected while performing the energy storage device function, the system power source and the load are separated, and then the currently operating operation mode is switched from the current control mode to the power control mode at high speed, and the power supply is switched in the standby state. When an abnormality occurs, the no-load loss can be minimized by starting at high speed, which not only reduces installation costs but also allows convenient management of the inverter device.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위해, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없거나 떨어지는 구성에 대해서는 간략하게 표현하거나 생략하였다.In the attached drawings, in order to more clearly express the technical idea of the present invention, components that are unrelated or less relevant to the technical idea of the present invention are briefly expressed or omitted.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀 둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications may be made within the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art, and therefore, it is stated that such changes or modifications fall within the scope of the appended patent claims.

100 : 고속 운전모드 전환과 고속 기동이 가능한 인버터 장치
110 : 스위치
120 : 전원 이상 검출부
130 : 인버터 제어부
131 : 스위칭부
132 : 동작모드 확인부
133 : 전류제어모드 구동부
134 ; 전압제어모드 구동부
135 : 컨트롤러
140 : DC-DC 컨버터 제어부
150 : DC-DC 컨버터
160 : 양방향 인버터
170 : 배터리
100: Inverter device capable of high-speed operation mode switching and high-speed start-up
110: switch
120: Power failure detection unit
130: Inverter control unit
131: switching unit
132: Operation mode confirmation unit
133: Current control mode driver
134 ; Voltage control mode driver
135: controller
140: DC-DC converter control unit
150: DC-DC converter
160: Two-way inverter
170: battery

Claims (15)

계통 전원을 부하측 기기에 연결하거나 차단하는 스위치;
상기 스위치를 통해 상기 부하측 기기에 공급되는 계통 전원을 직류전원으로 변환하여 배터리로 출력하거나, 또는 상기 배터리에 저장된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 부하측 기기 또는 계통 전원으로 출력하는 양방향 인버터;
상기 양방향 인버터 또는 상기 배터리로부터 공급되는 직류전원을 강압 또는 승압하여 출력하는 DC-DC 컨버터;
상기 계통 전원의 이상 유무를 검출하는 전원 이상 검출부; 및
상기 검출한 계통 전원의 이상 유무에 따라 충전 모드, 방전 모드, 대기 모드 및 무정전전원공급 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 양방향 인버터를 구동하도록 제어하는 인버터 제어부;를 포함하며,
상기 충전 모드는, 상기 스위치를 거쳐 계통 전원이 부하측 기기로 공급되는 상태에서, 상기 양방향 인버터를 통해 상기 계통 전원을 직류전원으로 변환하고, 상기 변환한 직류전원을 상기 DC-DC 컨버터를 통해 강압하여 상기 배터리에 저장하는 모드이며,
상기 방전 모드는, 상기 DC-DC 컨버터를 통해 상기 배터리의 직류전원을 승압하여 상기 양방향 인버터에 공급하고, 상기 양방향 인버터를 통해 직류전원을 교류전원으로 변환한 다음, 상기 변환한 교류전원을 상기 부하측 기기에 공급하는 모드로서, 상기 부하측 기기의 방전 용량 및 부하 용량에 따라 상기 변환한 교류전원을 상기 계통 전원과 동시에 공급하는 것을 더 포함하며,
상기 대기 모드는, 상기 배터리를 충전하거나 방전할 필요가 없고, 상기 부하측 기기에서 상기 스위치를 통해 상기 계통 전원을 공급받는 상태에서, 무부하 손실을 최소화하기 위하여 상기 양방향 인버터를 오프 상태로 대기시키고, 상기 DC-DC 컨버터는 오프 상태로 대기시키거나 또는 상기 배터리의 전압이 기 설정된 기준을 만족하지 못하는 경우 DC 링크 전압을 일정값 이상으로 유지하기 위한 동작 상태로 대기시키는 모드로서, 상기 양방향 인버터의 오프 상태는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함한 전력변환을 수행하는 반도체 소자의 게이트 신호가 오프 상태로 유지되어 전력변환 동작을 하지 않는 상태이며,
상기 무정전전원공급 모드는, 상기 전원 이상 검출부를 통해 상기 계통 전원에 이상이 검출되면, 상기 스위치를 오프시켜 상기 부하측 기기에 공급되는 계통 전원을 차단하고, 상기 양방향 인버터의 충전 모드 또는 방전 모드에 따른 전류제어모드를 전압제어모드로 전환하거나, 대기 모드의 상기 양방향 인버터를 전압제어모드로 기동한 다음, 상기 양방향 인버터를 통해 상기 DC-DC 컨버터에서 승압한 상기 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 부하측 기기로 공급함으로써, 해당 부하측 기기에서 무정전으로 인버터 전원을 공급받는 모드이며,
상기 인버터 제어부는, 전류제어모드로 구동하는 상태에서 상기 계통 전원에 이상이 발생하면, 전압제어모드로 전환하도록 상기 양방향 인버터의 구동을 제어하고, 대기 모드 상태에서 상기 계통 전원에 이상이 발생하면, 상기 양방향 인버터의 오프 상태를 전압제어모드로 기동하도록 상기 양방향 인버터의 구동을 제어하여 무부하 손실을 최소화하며,
상기 전류제어모드는, 상기 충전 모드 또는 방전 모드로 구동할 때, 상기 배터리의 충전 전류 또는 방전 전류가 상기 인버터 제어부에서 지령되는 전류값과 동일하도록 제어되는 모드이며,
상기 전압제어모드는, 상기 무정전전원공급 모드로 구동할 때, 상기 양방향 인버터에서 출력되는 교류 출력 전압과 주파수가 일정하도록 제어되는 모드인 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
A switch that connects or disconnects grid power to load devices;
A bi-directional inverter that converts the system power supplied to the load device through the switch into direct current power and outputs it to a battery, or converts the direct current power stored in the battery into alternating current power and outputs it to the load device or system power;
A DC-DC converter that steps down or boosts direct current power supplied from the bidirectional inverter or the battery and outputs it;
A power abnormality detection unit that detects the presence or absence of an abnormality in the system power supply; and
It includes an inverter control unit that controls the bidirectional inverter to operate in any one of charging mode, discharging mode, standby mode, and uninterruptible power supply mode according to the detected abnormality in the system power supply,
In the charging mode, in a state where system power is supplied to the load device through the switch, the system power is converted to DC power through the bi-directional inverter, and the converted DC power is stepped down through the DC-DC converter. This is a mode for storing in the battery,
In the discharge mode, the DC power of the battery is boosted through the DC-DC converter and supplied to the bidirectional inverter, the DC power is converted into AC power through the bidirectional inverter, and then the converted AC power is applied to the load. As a mode of supplying to devices, the converted AC power is supplied simultaneously with the system power according to the discharge capacity and load capacity of the load-side device,
In the standby mode, there is no need to charge or discharge the battery, and in a state where the system power is supplied through the switch from the load side device, the bidirectional inverter is turned off to standby to minimize no-load loss, and the The DC-DC converter is in an off state or in an operating state to maintain the DC link voltage above a certain value when the battery voltage does not meet a preset standard, and the bidirectional inverter is in the off state. is a state in which the gate signal of a semiconductor device that performs power conversion, including an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), is maintained in an off state and no power conversion operation is performed,
In the uninterruptible power supply mode, when an abnormality in the system power is detected through the power abnormality detection unit, the switch is turned off to cut off the system power supplied to the load device, and the system power supply to the load device is switched off according to the charging mode or discharging mode of the bidirectional inverter. Switch the current control mode to voltage control mode, or start the bidirectional inverter in standby mode in voltage control mode, and then convert the DC power of the battery boosted by the DC-DC converter into AC power through the bidirectional inverter. This is a mode in which inverter power is supplied uninterruptedly from the load-side device by supplying it to the load-side device,
The inverter control unit controls the operation of the bidirectional inverter to switch to voltage control mode when an abnormality occurs in the grid power while driving in the current control mode, and when an abnormality occurs in the grid power in the standby mode, Controlling the operation of the bidirectional inverter to start the bidirectional inverter in an off state in voltage control mode to minimize no-load loss,
The current control mode is a mode in which the charging current or discharging current of the battery is controlled to be equal to the current value commanded from the inverter control unit when driving in the charging mode or discharging mode,
The voltage control mode is a mode in which the alternating current output voltage and frequency output from the bidirectional inverter are controlled to be constant when operating in the uninterruptible power supply mode.
청구항 1에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는,
상기 배터리의 최소 사용전압이 상기 양방향 인버터의 동작가능 최소 직류전압보다 낮을 때 사용되어, 상기 양방향 인버터에서 출력되는 직류전원을 강압하여 상기 배터리를 충전시키거나, 상기 배터리의 직류전원을 승압하여 상기 양방향 인버터에 공급하며,
상기 배터리의 최소 사용전압이 상기 양방향 인버터의 동작가능 최소 직류전압과 같거나 높을 때는 사용되지 않는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 1,
The DC-DC converter is,
It is used when the minimum operating voltage of the battery is lower than the minimum operating DC voltage of the bidirectional inverter, to charge the battery by stepping down the DC power output from the bidirectional inverter, or to charge the battery by boosting the DC power of the battery. Supply to the inverter,
An inverter device characterized in that it is not used when the minimum operating voltage of the battery is equal to or higher than the minimum operable direct current voltage of the bidirectional inverter.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 인버터 제어부는,
상기 스위치의 온 또는 오프 구동을 수행하는 스위칭부;
현재 동작중인 상기 양방향 인버터의 동작모드를 확인하는 동작모드 확인부;
상기 확인한 결과 현재 동작중인 모드가 충전 모드 또는 방전 모드이면, 전류제어모드 구동을 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 양방향 인버터로 출력하는 전류제어모드 구동부;
상기 확인한 결과 현재 동작중인 모드가 무정전전원공급 모드 또는 대기 모드이면, 전압제어모드 구동을 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 양방향 인버터로 출력하는 전압제어모드 구동부; 및
상기 계통 전원의 이상 유무에 따른 상기 스위칭부를 통한 스위치 구동을 제어하며, 상기 양방향 인버터의 동작모드 확인, 현재 구동중인 동작모드에 따른 전류제어모드 구동, 전압제어모드 전환 및 전압제어모드 기동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 1,
The inverter control unit,
a switching unit that turns the switch on or off;
An operation mode confirmation unit that checks the operation mode of the bidirectional inverter currently in operation;
A current control mode driver that generates a PWM control signal for driving the current control mode and outputs it to the bidirectional inverter if the currently operating mode is a charging mode or a discharging mode as a result of the confirmation;
A voltage control mode driver that generates a PWM control signal for driving a voltage control mode and outputs it to the bidirectional inverter if the currently operating mode is an uninterruptible power supply mode or a standby mode as a result of the confirmation. and
Controls switch operation through the switching unit according to the presence or absence of an abnormality in the system power supply, checks the operation mode of the bidirectional inverter, controls current control mode operation according to the currently operating operation mode, voltage control mode switching, and voltage control mode start. An inverter device comprising a controller.
청구항 9에 있어서,
상기 전류제어모드 구동부는,
R, S 및 T의 3상 교류 입력 전류 측정값(Ia/Ib/Ic) 및 교류 입력 전압 측정값(Va/Vb/Vc)을 DQ0축의 입력 전류 측정값(Id/Iq/I0) 및 입력 전압 측정값(Vq)으로 변환하는 제1 및 제2 ABC/DQ0 변환부;
R상 교류 입력 전압 측정값(Va)을 이용하여 회전하는 DQ0축의 위상값(θ)을 결정하는 제1 PLL부;
DC 전압 지령값(Vdc*)과 실제 DC 전압 측정값(Vdc)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)을 출력하는 DC 전압 PI 제어부;
DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))가 0이 되도록 0상 교류 전류의 지령값(I0*)을 출력하는 DC 전압 균형 PI 제어부;
교류 무효 전류의 지령값(Id*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Id)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 D축 제어값을 결정하는 D축 전류 PI 제어부;
상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Iq)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 Q축 제어값을 결정하는 Q축 전류 PI 제어부;
상기 0상 교류 전류의 지령값(I0*)과 상기 제1 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(I0)과 비교한 결과를 비례 적분 제어하여, DC 전압 측정값의 (+)단과 (-)단의 전압차(Vdc(+)-Vdc(-))가 0이 되도록 0상 전류 제어값을 결정하는 0상 전류 PI 제어부; 및
상기 결정한 D축 제어값, Q축 제어값 및 0상 전류 제어값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 생성한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터로 출력하는 제1 DQ0/ABC 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 9,
The current control mode driver,
The three-phase AC input current measurements (Ia/Ib/Ic) and AC input voltage measurements (Va/Vb/Vc) of R, S, and T are converted to the input current measurements (Id/Iq/I0) and input voltage of the DQ0 axis. First and second ABC/DQ0 conversion units for converting to measured value (Vq);
A first PLL unit that determines the phase value (θ) of the rotating DQ0 axis using the R-phase AC input voltage measurement value (Va);
A DC voltage PI control unit that outputs a command value (Iq*) of the alternating current active current by proportional integral control of the result of comparing the DC voltage command value (Vdc*) and the actual DC voltage measurement value (Vdc);
DC voltage balance PI control unit that outputs the command value (I0*) of 0-phase alternating current so that the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the (+) and (-) terminals of the DC voltage measurement value is 0. ;
The D-axis determines the D-axis control value by proportional integral control of the result of comparing the command value (Id*) of the AC reactive current and the input current measurement value (Id) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter. Current PI control unit;
Q determines the Q-axis control value by proportional integral control of the result of comparing the command value (Iq*) of the alternating current active current and the input current measurement value (Iq) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter. Axial current PI control unit;
The result of comparing the command value (I0*) of the 0-phase alternating current and the input current measurement value (I0) converted to the DQ0 axis through the first ABC/DQ0 converter is controlled by proportional integral control to obtain ( A 0-phase current PI control unit that determines a 0-phase current control value so that the voltage difference (Vdc(+)-Vdc(-)) between the +) terminal and the (-) terminal is 0; and
The control signals (PWM-A/PWM-B/PWM-C) generated by converting the determined D-axis control value, Q-axis control value, and 0-phase current control value from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis are output to the bidirectional inverter. An inverter device comprising a first DQ0/ABC conversion unit.
청구항 10에 있어서,
상기 DC 전압 PI 제어부는,
상한값/하한값 가변 구조의 비례 적분 제어기로서,
기 설정된 충방전량 계산 알고리즘을 참조하여, 상기 계통 전원을 고려하여 상기 양방향 인버터의 교류측 전력이 지령된 충방전 전력과 동일하게 되는 Q축 전류값을 계산한 다음,
기 설정된 상하한값 전환 알고리즘을 참조하여, 충전 모드인 경우에는 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)이 상기 충방전량 계산 알고리즘을 통해서 계산된 충전량에 해당하는 Q축 전류값으로 변경되도록 상한값을 점진적으로 변경하며, 방전 모드인 경우에는 상기 교류 유효 전류의 지령값(Iq*)이 상기 충방전량 계산 알고리즘을 통해서 계산된 방전량에 해당하는 Q축 전류값으로 변경되도록 하한값을 점진적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 10,
The DC voltage PI control unit,
A proportional integral controller with a variable upper/lower limit structure,
With reference to the preset charge/discharge amount calculation algorithm, calculate the Q-axis current value at which the alternating current power of the bidirectional inverter is equal to the commanded charge/discharge power, taking into account the grid power,
Referring to the preset upper and lower limit value switching algorithm, in the case of charging mode, the upper limit value is gradually changed so that the command value (Iq*) of the AC active current is changed to the Q-axis current value corresponding to the charging amount calculated through the charging and discharging amount calculation algorithm. In the case of discharge mode, the lower limit value is gradually changed so that the command value (Iq*) of the alternating current active current is changed to the Q-axis current value corresponding to the discharge amount calculated through the charge/discharge amount calculation algorithm. inverter device.
청구항 9에 있어서,
상기 전압제어모드 구동부는,
R, S 및 T의 3상 교류 입력 전류 측정값(-Ia/-Ib/-Ic) 및 교류 입력 전압 측정값(Va/Vb/Vc)을 DQ0축의 입력 전류 측정값(Id/Iq/I0) 및 입력 전압 측정값(Vd/Vq/V0)으로 변환하는 제3 및 제4 ABC/DQ0 변환부;
R상 교류 입력 전압 측정값(Va)을 이용하여 회전하는 DQ0축의 위상값(θ)을 결정하는 제2 PLL부;
지령값 0과 상기 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(Vd)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력하는 D축 전압 PI 제어부;
지령값인 출력하고자 하는 교류 전압값(Vq*)과 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(Vq)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력하는 Q축 전압 PI 제어부;
지령값 0과 제4 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전압 측정값(V0)을 비교한 결과를 비례 적분 제어하여 출력하는 0상 전압 PI 제어부;
상기 D축 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Id)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력하는 D축 전류 P 제어부;
상기 Q축 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(Iq)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력하는 Q축 전류 P 제어부;
상기 0상 전압 PI 제어부의 출력값과 상기 제3 ABC/DQ0 변환부를 통해 DQ0축으로 변환된 입력 전류 측정값(I0)을 비교한 결과를 비례 제어하여 출력하는 0상 전류 P 제어부; 및
상기 D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부의 출력값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환하여 생성한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터로 출력하는 제2 DQ0/ABC 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 9,
The voltage control mode driver,
Three-phase AC input current measurements (-Ia/-Ib/-Ic) and AC input voltage measurements (Va/Vb/Vc) of R, S, and T are converted to input current measurements (Id/Iq/I0) on the DQ0 axis. and third and fourth ABC/DQ0 conversion units for converting input voltage measurements (Vd/Vq/V0);
a second PLL unit that determines the phase value (θ) of the rotating DQ0 axis using the R-phase AC input voltage measurement value (Va);
A D-axis voltage PI control unit that performs proportional integral control and outputs the result of comparing the command value 0 and the input voltage measurement value (Vd) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 converter;
Q-axis voltage PI control unit that performs proportional integral control and outputs the result of comparing the AC voltage value (Vq*) to be output, which is a command value, and the input voltage measurement value (Vq) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 converter. ;
A 0-phase voltage PI control unit that performs proportional integral control and outputs the result of comparing the command value 0 and the input voltage measurement value (V0) converted to the DQ0 axis through the fourth ABC/DQ0 conversion unit;
A D-axis current P control unit that proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the D-axis voltage PI control unit and the input current measurement value (Id) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter;
A Q-axis current P control unit that proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the Q-axis voltage PI control unit and the input current measurement value (Iq) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter;
A 0-phase current P control unit that proportionally controls and outputs the result of comparing the output value of the 0-phase voltage PI control unit and the input current measurement value (I0) converted to the DQ0 axis through the third ABC/DQ0 converter; and
The control signals (PWM-A/PWM-B/PWM-C) generated by converting the output values of the D-axis current P control unit, Q-axis current P control unit, and 0-phase current P control unit from the DQ0 axis to the ABC coordinate axis are sent to the bidirectional inverter. An inverter device comprising a second DQ0/ABC converter that outputs .
청구항 12에 있어서,
상기 Q축 전압 PI 제어부는,
적분항 초기값을 0이 아닌 교류 출력 전압에 해당하는 값을 적용함으로써, 출력값이 0이 아닌 교류 출력 전압에 해당하는 값부터 시작되어 대기 모드에서 전압제어모드로 고속 기동하거나 또는 전류제어모드에서 전압제어모드로 고속 전환할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 12,
The Q-axis voltage PI control unit,
By applying the value corresponding to the AC output voltage other than 0 as the initial value of the integral term, the output value starts from the value corresponding to the AC output voltage other than 0, and can be started at high speed from standby mode to voltage control mode or from voltage control mode to current control mode. An inverter device that allows high-speed switching to control mode.
청구항 12에 있어서,
상기 제2 DQ0/ABC 변환부는,
상기 D축 전류 P 제어부, Q축 전류 P 제어부 및 0상 전류 P 제어부의 출력값을 DQ0축에서 ABC 좌표축으로 변환한 값에, 부하 전류의 순시값과 일정 계수값을 곱한 값을 더하여 반영한 제어신호(PWM-A/PWM-B/PWM-C)를 상기 양방향 인버터로 출력함으로써, 급격한 부하 변동에 의한 과도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
In claim 12,
The second DQ0/ABC conversion unit,
A control signal ( An inverter device characterized by improving transient characteristics due to rapid load changes by outputting (PWM-A/PWM-B/PWM-C) to the bidirectional inverter.
청구항 1에 기재된 인버터 장치에서 수행되는 것으로서,
부하측 기기에 공급되는 계통 전원에 이상이 발생하였는지를 판단하는 단계;
상기 판단한 결과 상기 계통 전원에 이상이 발생하면, 전압제어모드 상태인지를 확인하고, 상기 확인한 결과 전압제어모드 상태이면 무정전전원공급 모드로 기동하고, 상기 확인한 결과 전압제어모드 상태가 아니면 전압제어모드로 전환한 다음 무정전전원공급 모드로 기동하는 단계;
상기 판단한 결과 상기 계통 전원에 이상이 없으면, 충전 또는 방전 지령 상태인지를 판단하는 단계;
상기 판단한 결과 충전 또는 방전 지령 상태이면, 전류제어모드 상태인지를 확인하고, 상기 확인한 결과 전류제어모드 상태이면 충전 모드 또는 방전 모드로 기동하고, 상기 확인한 결과 전류제어모드 상태가 아니면 전류제어모드로 전환한 다음 충전 모드 또는 방전 모드로 기동하는 단계; 및
상기 판단한 결과 충전 또는 방전 지령 상태가 아니면, 대기 모드로 기동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치 제어방법.
As performed in the inverter device described in claim 1,
Determining whether an abnormality has occurred in the system power supplied to the load-side device;
If an abnormality occurs in the system power as a result of the above determination, it is checked whether it is in voltage control mode. If it is in voltage control mode as a result of the above determination, it is started in uninterruptible power supply mode. If it is not in voltage control mode as a result of the above confirmation, it is started in voltage control mode. Converting and then starting into the uninterruptible power supply mode;
If there is no problem with the system power as a result of the determination, determining whether it is in a charging or discharging command state;
As a result of the above determination, if it is in the charging or discharging command state, it is checked whether it is in the current control mode. If it is in the current control mode as a result of the above determination, it is started in the charging mode or discharging mode. If it is not in the current control mode as a result of the above confirmation, it is switched to the current control mode. and then starting into charge mode or discharge mode; and
As a result of the determination, if it is not in a charging or discharging command state, starting in standby mode.
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