KR19980071772A - 전력 변환 시스템용 제어 시스템 - Google Patents

전력 변환 시스템용 제어 시스템 Download PDF

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KR19980071772A
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Abstract

본 발명은 복수의 단위 변환기와 단위 변환기의 AC출력을 직렬로 연결하는 변압기로 구성된 전력 변환 시스템용 제어 시스템에 관한 것이다. 제어 시스템은 변압기의 1차 권선에서 AC 시스템 전압을 검출하는 유니트와, AC 시스템 전압에 기초하여 변압기의 1차 권선에서 전력 변환 시스템으로부터 출력되는 전압의 명령 전압 벡터를 발생하는 유니트와, 변압기의 1차 권선에서 전력 변환 시스템으로부터 출력되는 전압의 복수의 실제 전압 벡터를 준비하고, 선택된 실제 전압 벡터로서 그중 하나를 선택하는 실제 전압 벡터 선택 유니트를 포함한다. 제어 시스템은 또한 선택된 실제 전압 벡터에 기초하여 복수의 단위 변환기 전압 벡터를 결정하는 단위 변환기 전압 벡터 결정 유니트와, 각각 단위 변환기 전압 벡터의 하나에 의해 각각 결정되는, 셀프-턴오프 장치용 복수의 온/오프(ON/OFF) 패턴 신호를 발생하는 유니트와, 온/오프 패턴 신호에 기초하여 단위 변환기의 셀프-턴오프 장치에 대한 게이트 펄스를 발생하는 유니트를 포함한다.

Description

전력 변환 시스템용 제어 시스템
본 발명은 전력 변환 시스템용 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 변압기에 의해 직렬로 복수의 유니트 변환기들의 AC 출력들을 연결함으로써 출력을 취하는 전력 변환 시스템용 제어 시스템에 관한 것이다.
도 20은 본 발명이 적용될 수 있는 종래의 전력 변환 시스템의 주 회로의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에서, 변압기(1)의 1차 권선(1P)은 시스템에 연결되어 있고, 2A - 2D는 변압기(1)의 1차 권선(1P)의 연결되는 변압기(1)의 2차 권선을 나타내며, 3A - 3D는 각각 게이트 턴-오프-사이리스터(gate turn-off-thyristor) (이하, 간단히 GTO라 칭함)와 다이오드들로 구성되는 변환기들이고, 4는 DC 전원이고, 5 -10은 변환기(3A)의 GTO를 나타낸다. 변압기(1)의 1차 권선(1P)에서, 각 위상의 1차 권선은 각 위상의 2차 권선(2A-2D)에 직렬로 연결되어 있다.
도 21은 도 20에 나타낸 전력 변환 시스템을 제어하는 종래의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 21에서, 도 20에 나타낸 동일 참조 부호는 동일 기능을 하며, 따라서 그 설명을 여기서는 생략한다.
도 21에서, 11은 AC 시스템이고, 12는 AC 시스템(11)의 라인-투-라인 전압(line-to-line voltage)을 검출하는 전압 검출기이다. 13은 라인-투-라인 전압 → 위상 전압 변환 회로이고, 14는 라인-투-라인 전압 → 위상 전압 변환 회로(13)가 인가되는 3-상 → 2-상 변환 회로이고, 15는 위상각 산출 회로이고 3-상→2-상 변환 회로(14)의 출력인 2-상 AC 신호를 위상각으로 변환한다. 16은 삼각파 발생 회로로서 위상 0°내지 360°에 대응하는 삼각파를 발생한다. 17은 변환기(3A-3D)의 출력 전류를 제어하는 전류 제어 회로이다. 18은 3-상 → 2-상 변환 회로(14)의 출력과 전류 제어 회로(17)의 출력을 가산하는 가산기이다. 19는 가산기(18)의 출력이 인가되는 2-상→3-상 변환 회로이다. 20은 2-상→3-상 변환 회로(19)의 출력과 삼각파 발생 회로(16)의 출력이 인가되는 크로스 포인트 검출 회로로서, 삼각파와 3-상 전압 명령의 크로스 포인트를 검출함으로써 변환기(3A-3D)의 GTO의 턴온/턴오프하기 위한 신호를 발생한다. 21은 크로스 포인트 검출 회로(20)로부터 출력되는 신호에 근거하여 변환기(3A-3D)의 GTO를 턴온/턴오프하는 게이트 펄스를 발생하는 게이트 펄스 발생 회로이다.
도 22는 도 20에 나타낸 전력 변환 시스템이 도 21에 나타낸 종래의 제어 시스템에 의해 제어될 때의 동작을 설명하기 위한 파형도를 나타낸다.
도 22에서, 각 파형도에서 수평축은 초로 측정된 시간을 나타내고, 각 파형도에서 수직축은, 위상각 신호(THL)를 제외하고는, 전력부(PU)에 의해 측정된 전압을 나타낸다. 파형(THL)에서의 수직축은 도(°)로 측정된 각도를 나타낸다.
이하, 도 20, 도 21, 도 22를 참조하여 동작을 설명한다.
도 22에서 VLUV, VLVW, VLWU는 전압 검출기(12)에 의해 변압기(1)의 1차 권선(1P)에서 검출된 시스템의 UV-상, VW-상, WU-상 라인-투-라인 전압을 각각 나타낸다. 라인-투-라인 전압→위상 전압 변환 회로(13)는 다음 식의 동작을 수행함으로써 라인-투-라인 전압(VLUV, VLVW, VLWU)을 U-, V-, W-상 전압(VLU, VLV, VLW)으로 각각 변환한다.
VLU=(2×VLUV+VLVW)/3
VLV=(2×VLVW+VLWU)/3
VLW=(2×VLWU+VLUV)/3
3-상→2-상 변환 회로(14)는 다음 식의 동작을 수행함으로써 직교 AB 좌표 시스템(orthogonal AB coordinate system)에서 위상 전압(VLU, VLV, VLW)을 2-상 신호(VLA, VLB)로 변환한다. 이 경우에, 축 A는 U-상 방향에서 취한 것이고 축 B는 축 A에서 90°만큼 전진한 것이다.
VLA=VLU - (VLV+VLW)/2
VLB=(VLV - VLW)×√3/2
3-상→2-상 변환 회로(14)의 출력(VLA, VLB)과 전류 제어 회로(17)의 출력은 가산기(18)에 의해 가산된다. 이해하기 쉽게 설명하기 위하여, 이하 전류 제어 회로(17)의 출력을 0으로 가정한다. 즉, 변환기(3A-3D)가 AC 시스템(11)의 전압과 동등한 전압을 발생하고 출력 전류가 0인 상태를 설명한다. 따라서, 가산기(18)의 출력(VA0, VB0)은 VLA, VLB와 동등하다.
위상각 산출 회로(15)는 다음 식의 동작을 수행함으로써 3-상→2-상 변환 회로(14)의 출력(VLA, VLB)으로부터 위상각 신호(THL)를 산출한다.
VLB가 양이고 VLA가 (VLB의 절대값)보다 큰 경우:
THL = tan-1(VLB/VLA)
VLB가 (VLA의 절대값)보다 큰 경우:
THL = - tan-1(VLA/VLB)+90°
VLA가 -(VLB의 절대값)보다 작은 경우:
THL = tan-1(VLB/VLA)+180°
VLB가 -(VLA의 절대값)보다 작은 경우:
THL = - tan-1(VLA/VLB)+270°
VLB가 음이고 VLA가 (VLB의 절대값)보다 큰 경우:
THL = tan-1(VLB/VLA)+360°
위상각 신호(THL)의 파형은 라디안으로 측정하여 도 22에 나타낸다.
삼각파 발생 회로(16)는 다음 식의 동작을 수행함으로써 변환기(3A)의 U-상 GTO를 제어하기 위하여 위상각 신호(THL)를 삼각파 신호인 삼각파 신호(TRIUA)로 변환한다.
THO = THL×9
THO가 360°×n(n은 0 또는 0 보다 큰 정수)보다 크고, 360°×n +180°보다 작은 경우:
TRIUA = 1-(THO-n×360°)/90°
THO가 360°×n(n은 0 또는 0 보다 큰 정수)+180°보다 크고, 360°×n +360°보다 작은 경우:
TRIUA = -3+(THO-n×360°)/90°
삼각파 신호(TRIUA)의 파형을 도 22에 나타낸다. TRIUA는 변환기(3A)의 U-상 GTO(5, 8)를 제어하는 삼각파 신호이다.
동시에, 삼각파 발생 회로(16)는 다음 식에 따라 유사 동작을 수행함으로써 삼각파 신호(TRIUB, TRIUC, TRIUD)를 발생한다.
THO=THL×9-90°(변환기(3B)용)
THO=THL×9-180°(변환기(3C)용)
THO=THL×9-270°(변환기(3D)용)
TRIUB, TRIUC, TRIUD는, 도시하지 않았으나, 변환기(3B, 3C, 3D)의 U-상 GTO를 각각 제어하기 위한 삼각파 신호이다.
동시에, 삼각파 발생 회로(16)는 다음 식에 따른 유사 동작을 수행함으로써 삼각파 신호(TRIVA, TRIVB, TRIVC, TRIVD)를 발생한다.
THO=(THL-120°)×9 (변환기(3A)용)
THO=(THL-120°)×9-90° (변환기(3B)용)
THO=(THL-120°)×9-180°(변환기(3C)용)
THO=(THL-120°)×9-270°(변환기(3D)용)
TRIVA, TRIVB, TRIVC, TRIVD는, 도시하지 않았으나, 변환기(3A, 3B, 3C, 3D)의 V-상 GTO를 각각 제어하기 위한 삼각파 신호이다.
동시에, 삼각파 발생 회로(16)는 다음 식에 따른 유사 동작을 수행함으로써 삼각파 신호(TRIWA, TRIWB, TRIWC, TRIWD)를 발생한다.
THO=(THL-240°)×9 (변환기(3A)용)
THO=(THL-240°)×9-90° (변환기(3B)용)
THO=(THL-240°)×9-180°(변환기(3C)용)
THO=(THL-240°)×9-270°(변환기(3D)용)
TRIWA, TRIWB, TRIWC, TRIWD는, 도시하지 않았으나, 변환기(3A, 3B, 3C, 3D)의 W-상 GTO를 각각 제어하기 위한 삼각파 신호이다.
2-상→3-상 변환 회로(19)는 다음 공식에 나타낸 바와 같이 가산기(18)로부터 발생된 2-상 신호(VA0, VB0)를 3-상 신호(VUR, VVR, VWR)로 변환한다.
VUR=2/3×VA0
VVR=-1/3×VA0+1/√3×VB0
VWR=-1/3×VA0-1/√3×VB0
여기서, 신호(VUR, VVR, VWR)는 변환기(3A-3D)에 공통으로 U-상, V-상, W-상 전압 명령으로 각각 사용된다.
도 22에서, VUR은 U-상 전압 명령이고, VUVA는 변환기(3A)의 UV-상 라인-투-라인 출력 전압이다.
U-상 전압 명령(VUR)과 삼각파 신호(TRIUA)는 크로스 포인트 검출 회로(20)에서 비교되고, VUR이 TRIUA보다 큰 경우 GTO(5)는 턴온되고, VUR이 TRIUA보다 작은 경우 GTO(8)는 턴온된다. 마찬가지로, GTO(6)와 GTO(9)의 온/오프는 V-상 전압 명령(VVR)과 삼각파 신호(TRIVA)를 비교함으로써 결정되고, GTO(7)와 GTO(10)의 온/오프는, 도시하지 않았으나, W-상 전압 명령(VWR)과 삼각파 신호(TRIWA)를 비교함으로써 결정된다.
결과적으로, 변환기(3A)의 UV 라인-투-라인 전압(VUVA)은 도 22에 나타낸 바와 같이 얻어진다. 변환기(3B, 3C, 3D)에 있어서는, 변환기(3A)에 대한 상기한 바와 동일한 온/오프 제어가 수행된다. 그 결과, 변환기(3B, 3C, 3D)의 UV 라인-투-라인 전압(VUVB, VUVC, VUVD)은 도 22에 나타낸 바와 같이 각각 얻어진다.
UV 라인-투-라인 전압(VUVA, VUVB, VUVC, VUVD)은 변압기(1)의 제2 권선(2A, 2B, 2C, 2D)의 UV-상으로 각각 인가되고, 사인파 전압(VU)(도시하지 않음)은 변압기 1차 권선(1P)의 U-상에서 발생된다. 마찬가지로, 변압기 1차 권선(1P)의 V-상에서, U-상 전압(VU)에 대해서 위상이 120°지연된 사인파 전압(VV)(도시하지 않음)이 발생되고, 전압(VUV)이 U-상과 V-상 라인 사이에서 발생된다. 전압(VUV)은 시스템 UV-상 라인-투-라인 전압(VLUV)과 동등한 기본파를 갖는 전압이 되고, 변환기(3A-3D)를 포함하는 GTO는 전압(VUVA-VAVD)의 PWM 파형에 대응하는 수만큼 스위칭을 반복한다.
상기 설명은 전력 변환 시스템의 UV-상에 대한 것이다. VW-상 및 WU-상에 대해서는, UV-상에서와 같이 전력 변환 시스템이 동작하므로, 설명의 간결화를 위하여 설명을 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이, 변환기(3A, 3B, 3C, 3D)에 의한 사인파 전압이 발생함에 따라, 변환기(3A, 3B, 3C, 3D)의 셀프-턴오프(self-turn-off) 장치는 사이클 당 9번의 온/오프 스위칭을 반복한다. 그 결과, 스위칭에 의한 손실이 커서 변환기의 효율이 떨어진다.
따라서, 본 발명의 목적은 단위 변환기에서 셀프-턴오프 장치의 스위칭의 수를 억제할 수 있고, 스위칭에 의한 손실을 감소시킬 수 있으며, 변압기의 1차 권선에서 발생되는 전압이 사인파가 되도록 단위 변환기를 제어함으로써 변환기의 효율을 증가시키는, 변압기에 의해 복수의 단위 변환기의 AC 출력을 직렬로 연결함으로써 동작되는 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 변압기에 인가되는 전압에 DC 성분이 발생되지 않으며, 변압기가 DC 성분에 의해서 포화되지 않도록 단위 변환기를 제어할 수 있어, 그에 따라 시스템 결함인 경우에도 전력 변환 시스템의 동작을 지속시킬 수 있는, 변압기에 의해 복수의 단위 변환기들의 AC 출력을 직렬로 연결하여 동작하는 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 나타내는 블록도.
도 2는 도 1에 나타낸 제1 실시예에서 명령 전압 벡터 산출 회로의 상세 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 명령 전압 벡터를 나타내는 도면.
도 4는 단위 변환기에서 발생될 수 있는 전압 벡터를 나타내는 도면.
도 5는 변압기(1)의 1차 권선(1P)에서 변환기(3A∼3D)에 의해 발생될 수 있는 실제 전압 벡터를 나타내는 도면.
도 6은 도 1에 나타낸 제1 실시예에서 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 상세 구성을 나타내는 블록도.
도 7은 위상각 판별 회로(42)의 출력(ITH)에 대응하는 60°섹션을 나타내는 도면.
도 8은 제1 실시예에서 사용되는 실제 전압 벡터의 분할된 영역을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 상세 구성을 나타내는 블록도.
도 10은 제2 실시예에서 사용되는 실제 전압 벡터의 분할된 영역을 나타내는 도면.
도 11은 제2 실시예에서 영역 산출 회로(47)의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 11a는 도 9에 나타낸 실제 전압 벡터 좌표 데이터 테이블(49)의 구성을 나타내는 도면.
도 12는 도 9에 나타낸 제2 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 상세 구성을 나타내는 블록도.
도 14는 제3 실시예에서 사용되는 실제 전압 벡터의 분할된 영역을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 나타내는 블록도.
도 16은 도 15에 나타낸 제4 실시예에서 자속 검출 회로(80) 일부의 상세 구성을 나타내는 블록도.
도 17은 도 15에 나타낸 제4 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 나타내는 블록도.
도 19는 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 나타내는 블록도.
도 20은 본 발명이 적용되는 종래의 전력 변환 시스템의 주 회로를 나타내는 블록도.
도 21은 도 20에 나타낸 종래의 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 나타내는 블록도.
도 22는 도 20에 나타낸 종래의 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도.
본 발명의 이러한 목적은 및 다른 목적들은, 복수의 단위 변환기들과 상기 단위 변환기의 AC 출력들을 직렬로 연결하는 변압기를 포함하며, 상기 단위 변환기들 각각이 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 셀프-턴오프 장치에 연결되는 복수의 브리지를 구비하고, 상기 단위 변환기의 AC측 각각이 상기 변압기의 2차 권선중 하나에 각각 연결되고, 상기 단위 변환기의 DC측이 각각 서로 병렬로 연결되고, 상기 변압기의 1차 권선이 전력 변환 시스템의 출력을 수취하기 위하여 각 위상마다 직렬로 연결되고 AC 전력 시스템에 연결되도록 변형되는, 전력 변환 시스템용 제어 시스템이 제공됨으로써 달성된다.
이 제어 시스템은, 상기 변압기의 상기 직렬로 연결된 1차 권선에서의 AC 시스템 전압을 검출하는 유니트와, 상기 AC 시스템의 전압에 기초하여 상기 변압기의 상기 1차 권선에서 상기 전력 변환 시스템으로부터 출력되는 전압의 명령 전압 벡터를 발생하는 유니트와, 상기 변압기의 상기 1차 권선에서 상기 전력 변환 시스템으로부터 실제로 출력될 수 있는 전압의 복수의 실제 전압 벡터를 준비하고, 상기 실제 전압 벡터의 시작점을 공통적 원점으로 하고 상기 실제 전압 벡터를 상기 실제 전압 벡터의 각각의 종점에서 표시하는 평면을 준비하고, 상기 평면을 복수의 영역으로 분할하고, 각각이 상기 실제 전압 벡터의 상기 종점들의 하나를 각각 포함하고, 상기 명령 전압 벡터의 종점이 상기 영역중 하나에 포함될 때, 상기 영역중 하나에 포함되는 상기 실제 전압 벡터를 선택된 실제 전압 벡터로서 선택하는, 실제 전압 벡터 선택 유니트를 포함한다. 상기 제어 시스템은, 상기 선택된 실제 전압 벡터에 기초하여 복수의 단위 변환기 전압 벡터를 결정하고, 상기 단위 변환기 전압 벡터의 각각은 상기 단위 변환기의 하나에 각각 할당되고, 상기 단위 변환기중 하나로부터의 출력에 각각 할당되는, 단위 변환기 전압 벡터 결정 유니트와, 각각 상기 단위 변환기 전압 벡터의 하나에 의해 각각 결정되는, 상기 셀프-턴오프 장치용 복수의 온/오프 패턴 신호를 발생하는 유니트와, 상기 온/오프 패턴 신호에 기초하여 상기 단위 변환기의 상기 셀프-턴오프 장치로 게이트 펄스를 발생하는 유니트를 더 포함한다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 복수의 단위 변환기들과 상기 단위 변환기의 AC 출력들을 직렬로 연결하는 변압기를 포함하며, 상기 단위 변환기들 각각이 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 셀프-턴오프 장치에 연결되는 복수의 브리지로 구성되고, 상기 단위 변환기의 AC 측 각각이 상기 변압기의 2차 권선중 하나에 각각 연결되고, 상기 단위 변환기의 DC 측 각각이 서로 병렬로 연결되고, 상기 변압기의 1차 권선이 전력 변환 시스템의 출력을 수취하기 위하여 각 위상마다 직렬로 연결되고 AC 전력 시스템에 연결되도록 변형되는, 전력 변환 시스템용 제어 시스템이 제공된다. 상기 제어 시스템은, 직렬 연결된 상기 변압기의 1차 권선에서 AC 시스템 전압을 검출하는 유니트와, AC 시스템의 전압에 기초하여 상기 변압기의 1차 권선에서 상기 전력 변환 시스템으로부터 출력되는 전압의 명령 전압 벡터를 발생하는 유니트와, 상기 변압기의 상기 1차 권선에서 상기 전력 변환 시스템으로부터 실제로 출력될 수 있는 전압의 복수의 실제 전압 벡터를 준비하고, 상기 실제 전압 벡터의 시작점을 공통 원점으로 하고 상기 실제 전압 벡터를 상기 실제 전압 벡터의 각각의 종점에서 표시하는 평면을 준비하고, 상기 평면을 복수의 영역으로 분할하고, 각각이 상기 실제 전압 벡터의 상기 종점들의 하나를 각각 포함하고, 상기 명령 전압 벡터의 종점이 상기 영역중 하나에 포함될 때, 상기 영역중 하나에 포함되는 상기 실제 전압 벡터를 선택된 실제 전압 벡터로서 선택하는, 실제 전압 벡터 선택 유니트를 포함한다. 상기 제어 시스템은, 상기 선택된 실제 전압 벡터에 기초하여 복수의 단위 변환기 전압 벡터를 결정하고, 상기 단위 변환기 전압 벡터의 각각은 상기 단위 변환기의 하나에 각각 할당되고, 상기 단위 변환기중 하나로부터의 출력에 각각 할당되는, 단위 변환기 전압 벡터 결정 유니트와, 각각 상기 단위 변환기 전압 벡터의 하나에 의해 각각 결정되는, 상기 셀프-턴오프 장치용 복수의 온/오프 패턴 신호를 발생하는 유니트와, 상기 온/오프 패턴 신호에 기초하여 상기 단위 변환기의 상기 셀프-턴오프 장치로 게이트 펄스를 발생하는 유니트를 더 포함한다. 상기 제어 시스템은 상기 변압기의 상기 2차 권선에 쇄교(鎖交)하는 자속과 동등한 양을 검출하는 자속 검출 유니트를 더 구비하고, 상기 단위 변환기 전압 벡터 결정 유니트는 상기 선택된 실제 전압 벡터와 상기 자속에 동등한 상기 양에 기초하여 복수의 상기 단위 변환기 전압 벡터를 결정하고, 상기 단위 변환기 전압 벡터 각각은 상기 단위 변환기의 하나로 각각 할당되고 상기 단위 변환기의 하나로부터 각각 출력된다.
이어서, 동일 또는 대응되는 부분들에 동일 참조 부호를 부여한, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이러한 설명에 의하여 본 발명의 보다 구체적인 진가 및 부수되는 효과를 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1에서, 1, 1P, 2A∼2D, 3A∼3D, 4, 11, 12, 17, 21은 이미 설명되었으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 1에서, 전압 검출기(12)에 의해 검출된 시스템 라인-투-라인 전압(VLUV, VLVW, VLWU)과 변환기(3A∼3D)의 출력을 특정값으로 제어하는 전류 제어 회로(17)의 출력은 명령 전압 벡터 산출 회로(30)로 인가되어, 단위 변환기(3A∼3D)에 의해 출력되는 전압에 대응되는 명령 전압 벡터가 계산된다. 실제 전압 벡터 선택 회로(40)는 명령 전압 벡터 산출 회로(30)에 의해 계산된 명령 전압 벡터로부터 단위 변환기(3A∼3D)에 의해 실제로 출력되는 전압에 대응하는 실제 전압 벡터를 선택한다. 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)는 실제 전압 벡터를 각 단위 변환기(3A∼3D)에 의해 출력되는 전압 벡터들로 분해하여, 각 단위 변환기(3A∼3D)의 스위칭 상태를 결정한다. 온/오프 패턴 발생 회로(60)는 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)에 의해 출력되는 각 단위 변환기의 스위칭 상태에 따라 각 단위 변환기의 셀프-턴오프 장치를 턴온/턴오프하는 신호를 발생한다. 게이트 펄스 발생 회로(21)는 온/오프 패턴 발생 회로(60)의 출력에 기초하여 단위 변환기(3A∼3D)의 GTO를 턴온/턴오프하는 게이트 펄스를 발생한다.
또한, 도 1 내지 도 8을 사용하여, 제1 실시예의 동작을 설명한다. 도 2는 도 1에 나타낸 명령 전압 벡터 산출 회로(30)의 구성을 나타내는 블록도이다.
전압 검출기(12)에 의해 검출된 AC 시스템 라인-투-라인 전압(VLUV, VLVW, VLWU)은 다음 식을 수행함으로써 라인-투-라인 전압→위상 전압 변환 회로(31)에 의해 위상 전압(VLU, VLV, VLW)으로 변환된다.
VLU=(2×VLUV+VLVW)/3
VLV=(2×VLVW+VLWU)/3
VLW=(2×VLWU+VLUV)/3
또한, 라인-투-라인 전압→위상 전압 변환 회로(31)에 의해 얻은 위상 전압(VLU, VLV, VLW)은 다음 식에 따라 3상→2상 변환 회로(32)에서 2상 신호(VLA, VLB)로 변환된다. 이 경우에, 축 A는 U-상 방향에서 취하고, 축 B는 축 A에서 90°만큼 전진한다.
VLA=VLU-(VLV+VLW)/2
VLB=(VLV-VLW)×√3/2
3상→2상 변환 회로(32)의 출력(VLA, VLB)은 다음 식에 따라 가산기(33) 및 가산기(34)에서 전류 제어 회로(17)의 출력(VCA, VCB)과 각각 가산되고, 명령 전압 벡터의 A, B 축 방향 성분(RVA, RVB)이 계산된다.
RVA=VLA+VCA
RVB=VLB+VCB
그 결과, 도 3에 나타낸 명령 전압 벡터가 결정된다.
도 4는 7종류의 벡터(V0∼V6)로 표현될 수 있는 하나의 단위 변환기에서 발생될 수 있는 출력 전압을 나타낸다. 이들 벡터(V0∼V6)와 대응하는 GTO(5∼10)의 스위칭 상태간의 관계를 아래 테이블에 나타낸다.
GTO 5 GTO 6 GTO 7 GTO 8 GTO 9 GTO 10
벡터 VO OFFON OFFON OFF또는ON ONOFF ONOFF ONOFF
벡터 V1 ON OFF OFF OFF ON ON
벡터 V2 ON ON OFF OFF OFF ON
벡터 V3 OFF ON OFF ON OFF ON
벡터 V4 OFF ON ON ON OFF OFF
벡터 V5 OFF OFF ON ON ON OFF
벡터 V6 ON OFF ON OFF ON OFF
도 5는 변압기(1)의 1차측에서 변환기(3A∼3D)에 의해 발생될 수 있는 전압에 대응하는 실제 전압 벡터를 나타내는 도면이다. 도 5에서, 원점과 흑점을 연결하는 벡터는 실제 전압 벡터를 나타내고, 61개의 벡터가 도 5에 나타나 있다.
도 5는 4개 단위의 변환기(3A∼3D)들이 직렬로 연결된 때 실제 전압 벡터를 나타낸다. 직렬로 연결되는 변환기의 수가 다를 때, 실제 전압 벡터는 도 5와 유사한 도면으로 표시될 수 있다.
도 6은 도 1에 나타낸 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 구성을 나타내는 블록도이다.
명령 전압 벡터 산출 회로(30)로부터 출력되는 명령 전압 벡터의 축 A 방향 성분(RVA)과 축 B 방향 성분(RVB)은 위상각 산출 회로(41)로 입력되고, 다음 식에 따라 명령 전압 벡터의 위상각(TH)이 계산된다.
RVB가 양이고 RVA가 (RVB의 절대값)보다 큰 경우:
TH=tan-1(RVB/RVA)
RVB가 (RVA의 절대값)보다 큰 경우:
TH=-tan-1(RVA/RVB)+90°
RVA가 -(RVB의 절대값)보다 작은 경우:
TH=tan-1(RVB/RVA)+180°
RVB가 -(RVA의 절대값)보다 작은 경우:
TH=-tan-1(RVA/RVB)+270°
RVB가 음이고 RVA가 (RVB의 절대값)보다 큰 경우:
TH=tan-1(RVB/RVA)+360°
위상각 판별 회로(42)는 다음 식에 따라 명령 전압 벡터의 위상각(TH)의 크기를 비교함으로써 명령 전압 벡터가 속하는 6개의 60°섹션을 나타내는 신호(ITH)를 계산한다.
0°≤TH60°일 때 : ITH=0
60°≤TH120°일 때 : ITH=1
120°≤TH180°일 때 : ITH=2
180°≤TH240°일 때 : ITH=3
240°≤TH300°일 때 : ITH=4
300°≤TH360°일 때 : ITH=5
도 7은 위상각 판별 회로(42)의 출력(ITH)에 대응하는 60°섹션을 나타내는 도면이다. 신호(ITH)는 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 출력이 된다. 동시에, 신호(ITH)는 승산기(43)로 입력되어, 다음 식에 따라 신호(NTH)가 계산된다.
NTH=60°×ITH
회전 변환 회로(44)는 승산기(43)의 출력(NTH)에 따라 명령 전압 벡터의 좌표값(RVA, RVB)을 좌표값(RVA2, RVB2)으로 변환한다.
RVA2=RVA×cos(NTH)+RVB×sin(NTH)
RVB2=-RVA×sin(NTH)+RVB×cos(NTH)
영역 판별 회로(45)는, 실제 전압 벡터들의 종점의 하나를 각각 포함하는 복수의 영역에서, 회전 변환 회로(44)의 출력(RVA2, RVB2)에 의해 표시되는 명령 전압 벡터의 종점이 속하는 영역을 판별한다. 도 8은 실제 전압 벡터의 종점이 분류된 상태의 일 예를 나타낸다. 좌표값((0, 0), (0, 1) ... (i, j) ...)은 도 8에 나타낸 바와 같이 원점으로부터 순서대로 실제 전압 벡터의 각 종점들로 할당된다. 실제 전압 벡터의 종점들이 속하는 영역으로 분할하기 위해 직선(Li, Li+1, Lj, Lj+1)이 다음 식에 의해 표시된다.
Li: ai×A+bi×B=ci
Li+1: ai+1×A+bi+1×B=ci+1
Lj: aj×A+bj×B=cj
Lj+1: aj+1×A+bj+1×B=cj+1
영역의 경계를 결정하는 직선과 명령 전압 벡터의 좌표값(RVA2, RVB2)간에 위치 관계는 다음 식에 의해 각 영역마다 계산된다.
경계선(Li)에 대해서, (ai×RVA2+bi×RVB2)가 ci보다 크면, (RVA2, RVB2)은 경계선(Li)의 상측상에 있다. (ai×RVA2+bi×RVB2)가 ci보다 작으면, (RVA2, RVB2)은 경계선(Li)의 하측상에 있다.
각 경계선에 대한 상기 과정을 반복함으로써, 각 영역의 어느 측에, (RVA2, RVB2)가 위치하는지가 명확해지고, 결국 (RVA2, RVB2)가 속하는 영역이 결정된다. 결정된 영역에 포함되는 실제 전압 벡터의 종점의 좌표값(VA, VB)은 선택된 실제 전압 벡터로서 영역 판별 회로(45)로부터 출력된다.
일 예를 다음에 설명한다. 명령 전압 벡터(RVA2, RVB2)는 도 8에 나타낸 바와 같다고 가정한다. 이 명령 전압 벡터의 종점은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 경계선(Li, Li+1, Lj, Lj+1)에 의해 결정된 영역 내에 위치한다. 이 경우에 좌표값(VA, VB)은, 이 영역 내에 포함된 실제 전압 벡터의 종점의 (1, 3)이 선택된 실제 전압 벡터로서 영역 판별 회로(45)로부터 출력된다.
상기에서 경계선이 직선이고 각 영역이 4개의 직선으로 분할된다고 기재되었으나, 경계선은 곡선일 수 있고 각 영역은 4개의 선외에 복수의 선으로 분할될 수 있다.
단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)는 다음 단계에 따라 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 출력(VA, VB, ITH)으로부터 각각의 단위 변환기(3A∼3D)로 할당되는 단위 변환기 전압 벡터를 결정한다.
단계 1 : 단위 변환기 전압 벡터의 종류 결정
ITH가 5보다 작은 경우라고 가정하면,
J=ITH+1
K=ITH+2
ITH가 5와 같을 때,
J=ITH+1
K=1
따라서, 수(J, K)는 할당될 단위 변환기 전압 벡터의 종류를 나타내도록 결정된다.
단계 2 : 단위 변환기 전압 벡터의 수의 결정
단위 변환기 전압 벡터(VJ)의 수는 VA이고 단위 변환기 전압 벡터(VK)의 수는 VB라고 가정한다.
여기서, J, K는 단계 1에서 구한 1∼6의 정수값이다. VJ, VK는 도 4에 나타낸 단위 변환기(3A∼3D)에 의해 발생될 수 있는 출력 전압 벡터(V1∼V6)중에서 인접한 2개의 벡터를 나타낸다. VA, VB는 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 출력인 선택된 실제 전압 벡터의 종점의 좌표값들이다.
이하, 간단히 J=1, K=2, VA=1, VB=3, 즉 전압 벡터의 수는 벡터 V1에 대해서는 1이고, 벡터 V2에 대해서는 3이며, 단위 변환기(3A∼3D)의 현재 출력 전압 벡터가 다음과 같이 나타내어지는 경우를 가정하여 설명한다.
단위 변환기(3A) : V1
단위 변환기(3B) : V2
단위 변환기(3C) : V2
단위 변환기(3D) : V1
단계 3 : 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트의 발생
상기한 바와 같이 단위 변환기(3A∼3D)로 할당될 단위 변환기 전압 벡터를 순차적으로 배열함으로써, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트를 (V1, V2, V2, V2)로 만든다.
단계 4 : 각 단위 변환기에 할당될 전압 벡터의 결정
단위 변환기(3A)의 현재 출력 전압 벡터가 V1이고 전압 벡터 V1이 단위 변환기 벡터 명령 세트(V1, V2, V2, V2)내에 포함되므로, 단위 변환기(3A)의 다음 출력 전압 벡터는 V1로서 만들어지고 전압 벡터 V1은 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트로부터 제외된다. 그 결과, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트는 (V2, V2, V2)가 된다.
단위 변환기(3B)의 현재 출력 전압 벡터가 V2이고 전압 벡터 V2가 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V2, V2, V2)내에 포함되므로, 단위 변환기(3B)의 다음 출력 전압 벡터는 V2로서 만들어지고 전압 벡터 V2는 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트로부터 제외된다. 그 결과, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트는 (V2, V2)가 될 것이다.
단위 변환기(3C)의 현재 출력 전압 벡터가 V2이고 전압 벡터 V2가 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V2, V2)내에 포함되므로, 단위 변환기(3C)의 다음 출력 전압 벡터는 V2로서 만들어지고 전압 벡터 V2는 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트로부터 제외된다. 그 결과, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트는 (V2)가 될 것이다.
단위 변환기(3D)의 현재 출력 전압 벡터가 V1이고 전압 벡터 V1이 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V2)내에 포함되지 않는다. 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V2)내에 남겨진 전압 벡터 V2는, 단위 변환기(3D)용 다음 출력 전압 벡터로서 할당된다.
이 예에서, 단지 하나의 벡터가 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 내에 남겨진다. 복수의 전압 벡터가 단위 변환기 전압 명령 세트 내에 남겨지면, 제1 벡터가 할당된다.
상기한 바와 같이, 이 예에서, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)는 다음과 같이 전압 벡터를 결정한다.
단위 변환기 3A : V1
단위 변환기 3B : V2
단위 변환기 3C : V2
단위 변환기 3D : V2
결정 결과에 기초하여, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)는 단위 변환기 전압 벡터 세트 (V1, V2, V2, V2)를 출력한다.
온/오프 패턴 발생 회로(60)는, GTO의 스위칭 상태와 전압 벡터를 나타내는 테이블에서의 관계에 따라, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)에서 출력되는 단위 변환기 전압 명령 세트, 즉 상기 예에서 (V1, V2, V2, V2)를, 각 GTO의 온/오프 패턴으로 변환한다.
각 GTO의 온/오프 패턴은 각 GTO를 턴온/턴오프하기 위하여 게이트 펄스 발생 회로(21)로 보내진다.
제1 실시예에 따라, 사인파 상태에서 변경하는 AC 시스템 전압에 따라 결정되는 명령 전압 벡터에 있어서, 전력 변환 시스템은 명령 전압 벡터에 가까운 실제 전압 벡터를 출력하도록 제어된다. 그러므로, 변압기(1)의 1차측에서 사인파 전압을 발생하는 것이 가능하다. 또한, 실제 전압 벡터 종점을 포함하는 영역에서 또 다른 실제 전압 벡터 종점을 포함하는 또 하나의 영역으로 전압 명령에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 이동할 때만 변환기 스위칭 동작이 일어난다. 그 결과, 요구되는 최소한으로 스위칭 동작이 억제될 수 있으며, 스위칭 손실이 감소된 고효율 전력 변환 시스템을 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
본 발명의 제2 실시예의 구성과 동작은, 실제 전압 벡터 선택 회로(40)를 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에서와 동일하므로, 동일 소자의 설명을 여기서는 생략한다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에서의 실제 전압 벡터 선택 회로(40)를 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9에서, 위상각 산출 회로(41), 위상각 판별 회로(42), 승산기(43) 및 회전 변환 회로(44)에 의해 명령 전압 벡터 산출 회로(30)의 출력(RVA, RVB)으로부터 명령 전압 벡터에 대응하는 좌표값(RVA2, RVB2)을 얻기 위한 동작은 제1 실시예에서와 마찬가지이다.
도 10은 실제 전압 벡터 선택용으로 사용되는 실제 전압 벡터 종점을 하나씩 포함하도록 분할되는 정육각형 영역을 나타낸다. 명령 전압 벡터 종점이 각 영역에 포함될 때, 그 영역의 중앙에 위치한 실제 전압 벡터는 명령 전압 벡터에 가장 가까운 벡터가 되도록 결정된다. 이 영역 분할에 기초하여, 실제 전압 벡터 선택을 수행하는 과정을 설명한다.
먼저, 좌표 변환 회로(46)는 다음 식에 따라 회전 변환 회로(44)의 출력(RVA2, RVB2)의 좌표 변환을 수행한다.
P=2×RVA2
Q=RVA2+√3×RVB2
좌표값(P, Q)은 명령 전압 벡터의 종점을 포함하는 60°섹션을 형성하는 2개의 전압 벡터의 방향 성분에 대응한다.
영역 산출 회로(47)는 좌표값(P, Q)에 기초하여 다음 식에 따라 명령 전압 벡터의 종점이 존재하는 영역을 산출한다.
IP=INT(P)
IQ=INT(Q)
IR=INT(Q-IQ-P+IP+1)
상기 식에서 INT(*)는 정수로 하기 위한 버림 동작을 나타낸다.
값(IP, IQ, IR)은, 도 10에 나타낸 정육각형 영역의 중앙에서의 실제 전압 벡터의 종점과 정육각형 영역의 각 꼭지점을 연결함으로써 결정되는 정삼각형 영역(도 11)중 하나에 일대일 대응한다. 그러므로, 명령 전압 벡터의 종점이 존재하는 정삼각형 영역은 상기 계산에 의해 산출된다.
실제 전압 벡터 좌표 산출 회로(48)는 좌표값(IP, IQ, IR)에 기초하여 도 11a에 나타낸 실제 전압 벡터 좌표 데이터 테이블을 참조함으로써 실제 전압 벡터의 좌표값(VA, VB)을 산출한다. 도 9에 나타낸 실제 전압 벡터 선택 회로(40)는 선택된 실제 전압 벡터로서 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)로 신호(VA, VB, ITH)를 출력한다.
일 예를 이하에 설명한다. 명령 전압 벡터(RVA2, RVB2)는 도 10에 나타낸 바와 같다고 가정한다. 이 명령 전압 벡터에 대응하는 좌표값(P, Q)을 도 11에 나타낸다. 좌표값 (IP, IQ, IR), 이 경우에 (1, 2, 0)은 도 11에 나타낸 바와 같이 얻어진다. 좌표값 (1, 2, 0)에 기초하여 도 11a에 나타낸 실제 전압 벡터 데이터 테이블(49)을 참조함으로써, 실제 전압 벡터의 좌표값(VA, VB), 이 경우에는 (0, 1)이 실제 전압 벡터 좌표 산출 회로(48)로부터 선택된 실제 전압 벡터로서 출력된다.
그 후에, 각 단위 변환기의 GTO는, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50), 온/오프 패턴 발생 회로(60) 및 게이트 펄스 발생 회로(21)를 통하여 턴온/턴오프된다. 그 결과, 시스템 전압에 대응하는 사인파 전압은, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 변압기(1)의 1차 권선(1P)에서 발생된다.
도 12는 이 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 동작 파형을 나타낸다. 도 12에서, 각 파형에서, 수평축은 초(sec)로 측정된 시간을 나타내고, 수직축은 전력 단위(PU)로 측정된 전압을 나타낸다.
VLU, VLV, VLW는 U-상, V-상, W-상 전압 파형이고, VUVA∼VUVD는 각각 단위 변환기(3A∼3D)의 UV-상 출력 전압이고, VUO는 전압(VUVA∼VUVD)이 가산된 파형이다. 전압(VUO)은 변압기(1)의 1차 권선(1P)상에서 발생되는 위상 전압에 대응하고, 사인파 전압이 발생되는 것을 위상 전압(VUO)의 파형에서 알 수 있다. 또한, 단위 변환기(3A∼3D)의 각 GTO는 한 사이클마다 한번의 스위칭 동작을 수행하여 스위칭 수가 최소로 유지된다. 도 12에서, 파형이 전류 제어 시스템의 출력이 영일 때 동작을 나타냄에 유의한다. 전류 제어 시스템(전류 제어 회로(17))이 실시예에 기재된 바와 같이 동작될 때, PWM 동작이 가해지고 스위칭은 약간 다르게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따라, 사인파의 형태로 변경하는 AC 시스템 전압에 따라 결정되는 명령 전압 벡터에 가장 가까운 실제 전압 벡터가 출력되도록 제어된다. 그러므로, 변압기(1)의 1차측에서 사인파 전압이 출력됨이 가능하다. 또한, 실제 전압 벡터를 분할하는 정육각형 영역을 고려할 때, 명령 전압 벡터에 가장 가까운 실제 전압 벡터가 복잡한 거리 계산을 필요로 하지 않고 고속으로 계산될 수 있다. 변환기의 스위칭 동작은, 전압 명령에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 실제 전압 벡터의 종점을 포함하는 정육각형 영역에서 또 하나의 정육각형 영역으로 이동할 때만 발생한다. 그 결과 스위칭 동작은 필요한 최소한으로 억제될 수 있으며 스위칭 손실이 감소된 고효율 전력 변환 시스템을 달성할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
본 발명의 제3 실시예의 구성과 동작은, 실제 전압 벡터 선택 회로(40)를 제외하고는, 제1 실시예에서와 동일하므로, 동일 소자의 설명을 여기서는 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 제3 실시예에서의 실제 전압 벡터 선택 회로(40)를 설명한다. 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13에서, 위상각 산출 회로(41), 위상각 판별 회로(42), 승산기(43) 및 회전 변환 회로(44)에 의해 명령 전압 벡터 산출 회로(30)의 출력(RVA, RVB)으로부터 명령 전압 벡터에 대응하는 좌표값(RVA2, RVB2)을 얻는 동작은 제1 실시예에서와 동일하다.
도 14는 실제 전압 벡터의 선택에 사용하기 위해 하나씩 실제 전압 벡터의 종점을 포함하도록 분할되는 마름모 영역을 나타낸다. 명령 전압 벡터의 종점이 각 영역에 포함될 때, 그 영역의 중앙에 위치한 실제 전압 벡터는 명령 전압 벡터에 가장 가까운 벡터가 되도록 결정된다. 이 영역 분할에 기초하여, 실제 전압 벡터 선택을 수행하기 위한 과정을 설명한다.
먼저, 좌표 변환 회로(461)는 다음 식에 따라 회전 변환 회로(44)의 출력(RVA2, RVB2)의 좌표 변환을 수행한다.
RVA3=RVA2-(1/√3)×RVB2
RVB3=(2/√3)×RVB2
명령 전압 벡터의 종점을 포함하는 60°섹션을 형성하는 2개의 전압 벡터의 방향으로 2개의 직선이 결정된다.
좌표값(RVA3, RVB3)은, 원점에서, 명령 전압 벡터의 종점으로부터 전압 벡터 방향으로 상기한 2개의 직선과 평행한 직선들을 도시함으로써 결정된 교차점까지의 거리와 동등하다.
영역 및 실제 전압 벡터 좌표 산출 회로(481)는 다음 식에 따라 실제 전압 벡터 좌표값(VA, VB)을 산출한다.
VA=INT(RVA3+0.5)
VB=INT(RVB3+0.5)
상기 식에서 INT(*)는 정수로 하기 위한 버림 동작을 나타낸다. 도 13에 나타낸 실제 전압 벡터 선택 회로(40)는 선택된 실제 전압 벡터로서 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)로 신호(VA, VB, ITH)를 출력한다.
일 예를 이하에 설명한다. 전압 명령값(RVA2, RVB2)에 대응하는 좌표값(RVA3, RVB3)은 도 14에 나타낸 바와 같다고 가정한다. 실제 전압 벡터의 좌표값(VA, VB), 이 경우에 (3, 0)은 도 14에 나타낸 바와 같이 얻어지며, 영역 및 실제 전압 벡터 좌표 산출 회로(481)로부터 선택된 실제 전압 벡터로서 출력된다.
그 후, 각 단위 변환기의 GTO는, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50), 온/오프 패턴 발생 회로(60) 및 게이트 펄스 발생 회로(21)를 통하여 턴온/턴오프된다. 그 결과, 시스템 전압에 대응하는 사인파 전압이, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 변압기(1)의 1차 권선(1P)상에서 발생한다.
본 발명의 제3 실시예에 따라, 사인파 형태로 변화하는 AC 시스템 전압에 따라 결정되는 명령 전압 벡터에 가까운 실제 전압 벡터를 출력하도록 전력 변환 시스템이 제어된다. 그러므로, 사인파 전압은 변압기(1)의 1차측에서 발생될 수 있다. 또한, 실제 전압 벡터를 분할하는 마름모 영역을 고려할 때, 명령 전압 벡터에 대응하는 실제 전압 벡터를 복잡한 거리 계산 또는 데이터 테이블을 필요로 하지 않고 고속으로 산출할 수 있다. 또한, 마름모 영역을 사용할 때, 명령 전압 벡터의 진폭이 미소하게 변경되더라도, 얻어진 스위칭 패턴이 대응하여 변경되어 좋은 전류 제어 특성을 얻는다.
또한, 실제 전압 벡터 종점을 포함하는 마름모 영역에서 또 하나의 마름모 영역으로 전압 명령에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 이동할 때만, 변환기의 스위칭 동작이 발생한다. 그 결과, 필요한 최소한으로 스위칭 동작을 억제할 수 있으며, 스위칭 손실이 감소된 고효율의 전력 변환 시스템을 달성할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제4 실시예를 설명한다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15에서, 70은 자속 쇄교 변압기 2차 권선(2A∼2D)이 균형을 이루도록 제어하는 자속 균형 제어 회로이다. 80은 자속 쇄교 변압기 2차 권선(2A∼2D)과 동등한 양을 검출하는 자속 검출 회로이다.
도 16은 도 15에 나타낸 자속 검출 회로(80)의 일부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 16에서, 자속 검출 회로(80)는 변압기(1)에서 2차 권선의 UV-상, VW-상, WU-상의 자속에 동등한 양(FUVA, FVWA, FWUA)을 각각 검출하는 자속 센서(801, 802, 803)로 구성된다. 또한 자속 검출 회로(80)는, 자속 균형 제어 회로(70)로 인가되는, 차이(FUVA-FVWA, FVWA-FWUA, FWUA-FUVA)를 산출하는 감산기(804, 805, 806)로 구성된다.
이 도면은 단지 변압기(1)의 2차 권선(2A)에 대한 구성만을 나타낸 것으로, 변압기(1)의 2차 권선(2B∼2D)에 대한 구성도 같은 방식으로 만들어진다.
다음에, 제4 실시예의 동작을 설명한다. 도 15에서, 실제 전압 벡터 선택 회로(40)에 의해 출력되는 실제 전압 벡터(VA, VB)의 선택에 따른 동작은 제1 실시예에서와 동일하므로, 그 설명을 여기서는 생략한다.
자속 균형 제어 회로(70)는 먼저, UV-상 자속과 VW-상 자속간의 차이와 동등한 양(FUVA-FVWA)과, VW-상 자속과 WU-상 자속간의 차이와 동등한 양(FVWA-FWUA)과, WU-상 자속과 UV-상 자속간의 차이에 동등한 양(FWUA-FUVA)의 크기의 순서대로 결정한다. 자속 균형 제어 회로(70)는, 제1 실시예에서의 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)에서 설명한 바와 같은 방식으로, 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 출력(VA, VB, ITH)으로부터, 각 단위 변환기로부터 출력되는, (V1, V2, V2, V2)와 같은, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트를 산출한다. 그 후, 다음 논리에 따라, 각 단위 변환기로부터 출력되는 단위 변환기 전압 벡터 세트를 각 단위 변환기(3A∼3D)로 할당한다.
단계 0 : 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트의 제1 전압 벡터를 체크하고, 만일 단위 변환기 전압 명령 세트가 비어 있으면, 동작을 중단한다. 그렇지 않으면, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트의 제1 전압 벡터가 전압 벡터 V0이면, 전압 벡터가 할당되어 있지 않은 남은 단위 변환기에 전압 벡터 V0을 할당하고, 동작을 종료한다.
단계 1 : ITH가 앞의 단위 변환기 전압 벡터 할당 시에서와 동일할 때, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트의 제1 전압 벡터를 체크하고, 만일 현재 할당된 전압 벡터와 동일 전압 벡터가 있으면, 그 단위 변환기의 다음 출력을 동일 전압 벡터로 하고 그 전압 벡터를 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트로부터 제외시킨다.
단계 2 : ITH가 앞의 단위 변환기 전압 벡터 할당 시로부터 변경될 때, 할당을 이하에 설명한다.
2-1) 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 내에서 제1 벡터를 체크하여 그 벡터가 V1이면, 변환기(3A∼3D)에서의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 UV-상 자속과 WU-상 자속간에 각각의 차이와 동등한 양(FUVA-FWUA, FUVB-FWUB, FUVC-FWUC, FUVD-FWUD) 중에서 최소값을 가지는 변환기로 전압 벡터 V1을 할당한다.
2-2) 그 벡터가 V2이면, 변환기(3A∼3D)에서의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 VW-상 자속과 WU-상 자속간에 각 차이와 동등한 양(FVWA-FWUA, FVWB-FWUB, FVWC-FWUC, FVWD-FWUD) 중에서 최소값을 가지는 변환기에 전압 벡터 V2를 할당한다.
2-3) 그 벡터가 V3이면, 변환기(3A∼3D)에서의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 VW-상 자속과 UV-상 자속간에 각각의 차이와 동등한 양(FVWA-FUVA, FVWB-FUVB, FVWC-FUVC, FVWD-FUVD) 중에서 최소값을 가지는 변환기에 전압 벡터 V3을 할당한다.
2-4) 그 벡터가 V4이면, 변환기(3A∼3D)에서의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 WU-상 자속과 UV-상 자속간에 각 차이와 동등한 양(FWUA-FUVA, FWUB-FUVB, FWUC-FUVC, FWUD-FUVD) 중에서 최소값을 가지는 변환기에 전압 벡터 V4를 할당한다.
2-5) 그 벡터가 V5이면, 변환기(3A∼3D)에서의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 WU-상 자속과 VW-상 자속간에 각각의 차이와 동등한 양(FWUA-FVWA, FWUB-FVWB, FWUC-FVWC, FWUD-FVWD) 중에서 최소값을 가지는 변환기에 전압 벡터 V5를 할당한다.
2-6) 그 벡터가 V6이면, 변환기(3A∼3D)에서의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 UV-상 자속과 VW-상 자속간에 각 차이와 동등한 양(FUVA-FVWA, FUVB-FVWB, FUVC-FVWC, FUVD-FVWD) 중에서 최소값을 가지는 변환기에 전압 벡터 V6을 할당한다.
2-7) 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 내의 그 벡터가 변환기(3A∼3D)의 하나로 할당될 때, 전압 벡터가 할당되는 변환기의 2차 권선(2A∼2D)의 하나 내에 UV-상과 VW-상, VW-상과 WU-상, WU-상과 UV-상 자속간의 각각 3개의 차이와 동등한 3개의 양이 자속 균형 제어 회로(70)에 의해 결정된 3개의 순서 각각으로부터 삭제된다. 그 후, 변환기(3A∼3D)의 하나로 할당된 그 벡터는 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트로부터 삭제된다.
단계 3 : 단계 0으로 복귀
또한 자속 균형 제어 회로(70)의 동작을 일 예를 참조하여 상세히 설명한다.
단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V1, V4, V5)가 실제 전압 벡터 선택 회로(40)의 출력 신호(VA, VB, ITH)에 기초하여 자속 균형 제어 회로(70)에서 발생된다고 가정한다. 또한 ITH는 앞의 단위 변환기 벡터시로부터 변경된다고 가정한다.
먼저, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V1, V4, V5)내에 제1 전압 벡터를 체크한다. 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V1, V4, V5)내의 제1 전압 벡터는 전압 벡터 V1이다. 단계 2-1)에서, 양 FUVB-FVWB가 최소라고 가정하면, 전압 벡터 V1이 변환기(3B)에 할당된다. 단계 2-7)에서, 2차 권선(2B)에 대한 양(FUVB-FVWB, FVWB-FWUB, FWUB-FUVB)이 자속 균형 제어 회로(70)에 의해 결정된 3개의 순서 각각으로부터 삭제된다. 그 후, 전압 벡터 V1은 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V1, V4, V5)로부터 삭제되어, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트가 (V1, V4, V5)로 된다.
둘째, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V4, V5)내의 제1 전압 벡터를 체크한다. 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V4, V5)내의 제1 전압 벡터도 또한 전압 벡터 V1이다. 단계 2-1)에서, 또한 양 FUVD-FVWD가 최소라고 가정하면, 전압 벡터 V1이 변환기(3D)로 할당된다. 단계 2-7)에서, 2차 권선(2D)에 대한 양(FUVD-FVWD, FVWD-FWUD, FWUD-FUVD)이 자속 균형 제어 회로(70)에 의해 결정된 3개의 순서 각각으로부터 삭제된다. 그 후, 전압 벡터 V1이 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V4, V5)로부터 삭제되어, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트는 (V4, V5)으로 된다.
셋째, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V4, V5)내의 제1 전압 벡터를 체크한다. 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V4, V5)내의 제1 전압 벡터는 전압 벡터 V4이다. 단계 2-4)에서, 또한 양 FWUC-FVWC가 최소라고 가정하면, 전압 벡터 V4가 변환기(3C)로 할당된다. 단계 2-7)에서, 2차 권선(2C)에 대한 양(FUVC-FVWC, FVWC-FWUC, FWUC-FUVC)이 자속 균형 제어 회로(70)에 의해 결정된 3개의 순서 각각으로부터 삭제된다. 그 후, 전압 벡터 V4가 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V4, V5)로부터 삭제되어, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트는 (V5)로 된다.
넷째, 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V5)내의 제1 전압 벡터를 체크한다. 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V5)내의 제1 전압 벡터는 전압 벡터 V5이다. 단계 2-5)에서, 양 FWUA-FVWA가 남아있고 최소이므로, 전압 벡터 V5가 변환기(3A)로 할당된다.
상기한 바와 같이, 이 예에서, 전압 벡터 V5, V1, V4, V1은 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트 (V1, V1, V4, V5)로부터 변환기 3A, 3B, 3C, 3D로 각각 할당된다.
상기한 바와 같이, 각 단위 변환기에서 출력되는 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트는 자속 균형 제어 회로(70)에 의해 결정된다. 상기 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 자속 균형 제어 회로(70)는 제1 실시예에서 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50)의 기능을 갖고 있다.
그 후 온/오프 패턴 발생 회로(60)는 자속 균형 제어 회로(70)에 의해 출력되는 단위 변환기 전압 벡터 명령 세트를 각 GTO의 온/오프 패턴으로 변환한다.
각 GTO의 온/오프 패턴은 각 GTO를 턴온/턴오프하기 위해 게이트 펄스 발생 회로(21)로 보내진다.
도 17은 시스템 결함 등으로 인한 고조파에 의해 시스템 전압이 왜곡될 때 이 실시예에서의 동작 파형을 나타낸다. 도 17에서, VLU, VLV, VLW는 시스템 위상 전압을 나타내고, FUVA, FVWA, FWUA는 제1단 단위 변환기(3A)의 자속에 동등한 양들을 각각 나타낸다. 단위 변환기의 전압 벡터는 자속의 양에 따라 결정되므로, 시스템 전압이 도 17에 나타낸 바와 같이 심하게 왜곡되더라도(100∼400×10-3초), 자속은 일정값 미만의 레벨로 제어된다.
본 발명의 제4 실시예에 따라, 사인파 상태에서 변환하는 AC 시스템 전압에 따라 결정된 전압 명령 벡터에 있어서, 명령 전압 벡터에 가까운 실제 전압 벡터를 출력하도록 전력 변환 시스템이 제어된다. 그러므로, 변압기(1)의 1차측에서 사인파 전압을 발생할 수 있다. 또한, 실제 전압 벡터의 종점을 포함하는 영역에서 또 하나의 실제 전압 벡터의 종점을 포함하는 또 하나의 영역으로 전압 명령에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 이동할 때에만 변환기의 스위칭 동작이 실행된다. 그 결과, 필요 최소한으로 스위칭 동작을 억제할 수 있어 스위칭 손실이 감소된 고효율 전력 변환 시스템을 달성할 수 있다. 또한, 자속에 대응하는 양들에 기초하여 단위 변환기들 사이에서 변압기의 2차 권선에 쇄교되는 자속이 균형을 이루도록 제어되므로, 이들 전압에서 DC 성분이 발생되지 않도록 2차 권선에 인가되는 전압을 제어하는 것이 또한 가능하다. 그러므로, 시스템 결함 등으로 인해 시스템 전압이 심하게 왜곡되더라도, 변압기가 포화되지 않고 전력 변환 시스템이 지속적으로 동작될 수 있다.
다음에 본 발명의 제5 실시예를 설명한다.
본 발명의 제5 실시예는, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50) 대신에, 본 발명의 제4 실시예와 동일한 자속 검출 회로(80)와 동일한 자속 균형 제어 회로(70)를 가진 본 발명의 제2 실시예와 동일하다.
본 발명의 제5 실시예에 따르면, 사인파 형태로 변화하는 AC 시스템 전압에 따라 결정된 명령 전압 벡터에 가장 가까운 실제 전압 벡터를 출력하도록 전력 변환 시스템이 제어된다. 그러므로, 사인파 전압은 변압기(1)의 1차측에서 발생될 수 있다. 또한, 실제 전압 벡터를 분할하는 정육각형 영역을 고려할 때, 복잡한 거리 계산을 실행하지 않고 고속으로 명령 전압 벡터에 가장 가까운 실제 전압 벡터를 산출할 수 있다. 실제 전압 벡터의 종점을 포함하는 정육각형 영역에서 또 하나의 정육각형 영역으로 전압 명령에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 이동할 때에만 변환기의 스위칭 동작이 발생한다. 그 결과, 필요 최소한으로 스위칭 동작을 억제할 수 있고 스위칭 손실이 감소된 고효율 전력 변환 시스템을 달성할 수 있다. 또한, 자속에 대응하는 양에 기초하여, 단위 변환기 사이에서 변압기의 2차 권선들에 쇄교되는 자속이 균형을 이루도록 제어되므로, 이들 전압에 DC성분이 발생되지 않도록 2차 권선에 인가되는 전압을 또한 제어할 수 있다. 그러므로, 시스템 결함 등으로 인해 시스템 전압이 심하게 왜곡되더라도, 변압기를 포화시키지 않고 전력 변환 시스템을 지속적으로 동작시킬 수 있다.
다음에 본 발명의 제6 실시예를 설명한다.
본 발명의 제6 실시예는, 단위 변환기 전압 벡터 결정 회로(50) 대신에, 본 발명의 제4 실시예에서와 같은 자속 검출 회로(80)와 자속 균형 제어 회로(70)를 가진 본 발명의 제3 실시예와 동일하다.
본 발명의 제6 실시예에 따르면, 사인파 형태로 변화하는 AC 시스템 전압에 따라 결정된 명령 전압 벡터에 가까운 실제 전압 벡터를 출력하도록 전력 변환 시스템이 제어된다. 그러므로 변압기(1)의 1차측에서 사인파 전압을 발생시킬 수 있다. 또한, 실제 전압 벡터를 분할하는 마름모 영역을 고려할 때, 복잡한 거리 계산이나 데이터 테이블을 필요로 하지 않고 고속으로 전압 명령 벡터에 대응하는 실제 전압 벡터를 산출할 수 있다. 또한, 마름모 영역을 사용할 때, 명령 전압 벡터의 진폭이 미소하게 변화하더라도, 그로부터 얻어진 스위칭 패턴이 상응하게 변경되어 좋은 전류 제어 특성을 얻는다.
또한, 실제 전압 벡터의 종점을 포함하는 마름모 영역에서 또 다른 마름모 영역으로 전압 명령에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 이동할 때에만 변환기의 스위칭 동작이 실행된다. 그 결과, 필요 최소한으로 스위칭 동작을 억제할 수 있어, 스위칭 손실이 감소된 고효율의 전력 변환 시스템을 달성할 수 있다. 또한, 변압기의 2차 권선에 쇄교되는 자속에 대응하는 양에 기초하여, 변압기의 2차 권선에 쇄교되는 자속이, 변환기들간에 균형을 이루도록 제어되므로, 이들 전압에서 DC 성분이 발생되지 않도록 2차 권선에 인가되는 전압을 제어하는 것도 가능하다. 그러므로, 시스템 결함 등으로 인해 시스템 전압이 심하게 왜곡되더라도, 변압기를 포화시키지 않고 전력 변환 시스템을 지속적으로 동작시킬 수 있다.
상기에서, 변압기의 2차 권선에 쇄교하는 자속에 동등한 양을 검출하는 수단으로서, 자속 센서를 사용하는 시스템을 설명했다. 그러나, 변압기의 2차 권선에 쇄교하는 자속에 동등한 양을 검출하는 수단으로서, 이하에 설명하는 다른 시스템을 사용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제7 실시예를 설명한다. 도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 18에서, 전압 검출 회로(91)는 변압기(1)의 2차 권선(2A∼2D)의 각각의 위상 권선에 인가되는 전압을 검출한다. 자속 산출 회로(92)는 이들 전압을 불완전 적분하는 불완전 적분기를 포함한다. 변압기(1)의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 자속의 소멸 특성에 불완전 적분기의 시간 상수가 설정된다. 그리하여, FUVA, FVWA, FWVA와 같은, 변압기(1)의 2차 권선(2A∼2D)에 쇄교되는 자속에 동등한 양을 얻는다. 자속 산출 회로(92)는 또한, 도 18에서 자속 균형 제어 회로(70)로 인가되는, FUVA-FVWA, FVWA-FWUA, FWUA-FUVA와 같은, 상기 양들간의 차이를 구하는 감산기를 포함한다.
이 실시예에 따르면, 자속 센서보다 쉽게 설치할 수 있는 전압 검출기 및 불완전 적분기를 사용하여 변압기(1)의 2차 권선에 쇄교되는 자속에 동등한 양을 얻을 수 있으며, 제4 내지 제6 실시예에서 설명한 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 제8 실시예를 설명한다. 도 19는 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 변환 시스템용 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19에서, DC 전압 검출 회로(93)는 DC 전원(4)의 출력 전압을 검출한다. 출력 전압 산출 회로(94)는 DC 전압 검출 회로(93)의 출력과 온/오프 패턴 발생 회로(60)의 출력인 스위칭 패턴으로부터 변압기(1)의 2차 권선(2A∼2D)의 각 위상 권선으로 인가되는 전압을 산출한다. 산출 결과는 자속 산출 회로(92)로 보내지고 FUVA, FVWA, FWUA와 같은 변압기 2차 권선에 쇄교되는 자속에 동등한 양이 산출된다. 자속 산출 회로(92)는 또한 도 19에서 자속 균형 제어 회로(70)로 인가되는, FUVA-FVWA, FVWA-FWUA, FWUA-FUVA와 같은, 이 양들간의 차이를 구하는 감산기를 포함한다.
이 실시예에 따르면, DC 전압 제어용으로 통상적으로 이미 설치된 DC 전압 검출기를 사용하여 자속에 동등한 양을 산출할 수 있다. 그 결과, 전압 검출기를 새로이 설치할 필요없이 제4 내지 제6 실시예에서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, DC 전원(4)의 DC 전압을 제어하기 위한 DC 전압 제어가 충분히 빠른 응답을 가지면, DC 전압 명령값은 DC 전압 검출값으로 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 2차 권선이 복수의 단위 변환기들의 AC 단말에 연결되고 1차 권선이 출력을 수취하기 위해 각 위상마다 직렬로 연결된 변압기로 구성된 전력 변환 시스템에서, 변압기의 1차 권선에서의 AC 시스템 전압을 검출하고, AC 시스템 전압에 따라 결정된 명령 전압 벡터에 가까운 실제 전압 벡터를 출력하도록 전력 변환 시스템이 제어되므로, AC 시스템 전압에 대응하는 사인파 전압을 얻을 수 있다. 또한, 전력 변환 시스템에 의해 출력될 수 있는, 각각 실제 전압 벡터의 종점을 포함하는 영역을 고려함으로써 AC 시스템 전압에 대응하는 명령 전압 벡터의 종점이 속하는 영역에 대응하는 실제 전압 벡터가 선택된다. 그 결과, 종점이 존재하는 영역에서 또 다른 영역으로 명령 전압 벡터의 종점이 이동할 때만 스위칭 동작이 실행되어, 스위칭 동작을 최소한으로 억제할 수 있다. 그러므로, 스위칭 손실이 감소된 고효율의 전력 변환 시스템을 달성할 수 있다.
또한, 변압기의 2차 권선에 쇄교되는 자속에 동등한 양을 검출하고, 자속에 동등한 양의 크기에 따라 단위 변환기의 셀프-턴오프 스위칭 장치의 온/오프를 제어함으로써 변압기의 2차 권선에 쇄교되는 자속이 균형을 이루도록 전력 변환 시스템이 제어된다. 따라서, 2차 권선에 인가되는 전압 내에 DC 성분이 발생하지 않도록 전력 변환 시스템을 제어할 수 있다. 그러므로, 시스템 결함 등으로 인해 시스템 전압이 심하게 왜곡되더라도, 변압기를 포화시키지 않고 전력 변환 시스템을 지속적으로 동작시킬 수 있다.
상기 사상에 비추어 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 가능함은 명백하다. 그러므로, 본 발명은 첨부한 특허청구범위에 의해 이해될 수 있으며, 여기서 특히 설명한 것 이외로도 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 복수의 단위 변환기들과 상기 단위 변환기의 AC 출력들을 직렬로 연결하는 변압기를 포함하며, 상기 단위 변환기들 각각이 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 셀프-턴오프 장치에 연결되는 복수의 브리지를 구비하고, 상기 단위 변환기의 AC측 각각이 상기 변압기의 2차 권선중 하나에 각각 연결되고, 상기 단위 변환기의 DC측이 각각 서로 병렬로 연결되고, 상기 변압기의 1차 권선이 전력 변환 시스템의 출력을 수취하기 위하여 각 위상마다 직렬로 연결되고 AC 전력 시스템에 연결되도록 변형되는, 전력 변환 시스템용 제어 시스템에 있어서,
    상기 변압기의 상기 직렬로 연결된 1차 권선에서의 AC 시스템 전압을 검출하는 수단과;
    상기 AC 시스템의 전압에 기초하여 상기 변압기의 상기 1차 권선에서 상기 전력 변환 시스템으로부터 출력되는 전압의 명령 전압 벡터를 발생하는 수단과;
    상기 변압기의 상기 1차 권선에서 상기 전력 변환 시스템으로부터 실제로 출력될 수 있는 전압의 복수의 실제 전압 벡터를 준비하고, 상기 실제 전압 벡터의 시작점을 공통적으로 원점으로 하고 상기 실제 전압 벡터를 상기 실제 전압 벡터의 각각의 종점에서 표시하는 평면을 준비하고, 상기 평면을 복수의 영역으로 분할하고, 각각이 상기 실제 전압 벡터의 상기 종점들의 하나를 각각 포함하고, 상기 명령 전압 벡터의 종점이 상기 영역중 하나에 포함될 때, 상기 영역중 하나에 포함되는 상기 실제 전압 벡터를 선택된 실제 전압 벡터로서 선택하는, 실제 전압 벡터 선택 수단과;
    상기 선택된 실제 전압 벡터에 기초하여 복수의 단위 변환기 전압 벡터를 결정하고, 상기 단위 변환기 전압 벡터의 각각은 상기 단위 변환기의 하나에 각각 할당되고, 상기 단위 변환기중 하나로부터의 출력에 각각 할당되는, 단위 변환기 전압 벡터 결정 수단과;
    각각이 상기 단위 변환기 전압 벡터의 하나에 의해 각각 결정되는, 상기 셀프-턴오프 장치용 복수의 온/오프 패턴 신호를 발생하는 수단과;
    상기 온/오프 패턴 신호에 기초하여 상기 단위 변환기의 상기 셀프-턴오프 장치로 게이트 펄스를 발생하는 수단을 구비하는 전력 변환 시스템용 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실제 전압 벡터 선택 수단에서, 상기 영역은 정육각형 영역으로 구성되는 전력 변환 시스템용 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실제 전압 벡터 선택 수단에서,
    상기 평면은 상기 단위 변환기 전압 벡터의 6종류의 6방향으로 6개의 섹션으로 분할되고;
    상기 6개의 섹션의 각각이 결정되는 상기 2개의 단위 변환기 전압 벡터의 방향에 평행한 2개의 직선을 사용하여, 각각은 상기 실제 전압 벡터의 상기 종점의 하나를 각각 포함하도록, 상기 6개의 섹션 각각은 복수의 상기 영역으로 분할되는 전력 변환 시스템용 제어 시스템.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 변압기의 상기 2차 권선과 쇄교되는 자속과 동등한 양을 검출하는 자속 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 단위 변환기 전압 벡터 결정 수단은 상기 선택된 실제 전압 벡터와 상기 자속에 동등한 상기 양에 기초하여 복수의 상기 단위 변환기 전압 벡터를 결정하고, 상기 단위 변환기 전압 벡터 각각은 상기 단위 변환기의 하나로 각각 할당되고 상기 단위 변환기의 하나로부터 각각 출력되는 전력 변환 시스템용 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자속 검출 수단은 상기 변압기의 상기 2차 권선에 쇄교하는 상기 자속에 동등한 상기 양을 검출하는 상기 변압기의 상기 2차 권선의 자기 경로에 제공되는 복수의 자속 센서를 포함하는 전력 변환 시스템용 제어 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 자속 검출 수단은:
    상기 변압기의 상기 2차 권선에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출 수단과;
    상기 변압기의 상기 2차 권선에 쇄교되는 상기 자속에 동등한 상기 양을 얻기 위해 상기 검출된 전압을 불완전 적분하는 불완전 적분기를 포함하고,
    상기 불완전 적분기의 시간 상수는 상기 변압기의 상기 2차 권선에 쇄교되는 상기 자속의 특성을 없애는데 적합한 전력 변환 시스템의 제어 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 자속 검출 수단은:
    상기 전력 변환 시스템의 DC 전압을 검출하는 수단과;
    상기 전력 변환 시스템의 상기 DC 전압과 복수의 상기 온/오프 패턴 신호에 기초하여 상기 변압기의 상기 2차 권선에 인가되는 전압을 구하는 전압 검출 수단을 포함하고,
    상기 변압기의 상기 2차 권선에 쇄교되는 상기 자속에 동등한 상기 양을 얻기 위해 상기 검출된 전압을 불완전 적분하는 불완전 적분기는 전압을 불완전 적분하고;
    상기 불완전 적분기 수단의 시간 상수는 상기 변압기의 상기 2차 권선에 쇄교되는 상기 자속의 특성을 없애는데 적합한 전력 변환 시스템용 제어 시스템.
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