KR20000020272A - Potential source excitation system using space voltage vector method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An excitation system is provided to compose a PWM boost converter and a PWM inverter using a space vector voltage method. CONSTITUTION: An excitation system includes a PWM boost converter(20), a PWM inverter (40), a PWM boost converter control means, and a PWM inverter control means. The PWM boost converter is to switch three phases output power source of a transformer for an electric power using an electric power transformation element to a PWM method and transform into a direct voltage to control a reverse rate control and a voltage size. The PWM inverter is to receive an output power source of the PWM boost converter via a back current preventing part(30) using a diode and supply an excitation power source to the field magnet of a generator by a switching. The PWM boost converter control means compares the output terminal direct current of the PWM boost converter with a voltage instruction value, make a comparison integration. The PWM boost converter control means each other compares the comparison integration value and the reverse rate control value with q axis and d axis current values which transforms an input terminal three phase current of the PWM boost converter into dq axis space vector value. The PWM boost converter control means make a comparison integration control each comparison value and is to generate a gating signal of the PWM boost converter using the space voltage vector method. The PWM inverter control means is to measure a generator voltage establishment value to instruct a voltage of a generator and an output terminal voltage of a real generator, compare with the establishment value, and generate a switching signal of the PWM inverter using a signal which is compared with a desert wave via the comparison integration control.

Description

공간 전압 벡터 방식을 이용한 정지형 여자 시스템Stationary Excitation System Using Spatial Voltage Vector Method

본 발명은 정지형 여자 시스템에 관한 것으로, 특히, 기존의 정지형 여자 시스템의 특성을 가지고 있으면서 AC 회전형 여자 시스템의 장점을 가지는 공간 전압 벡터 방식의 컨버터를 이용한 정지형 여자 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a stationary excitation system, and more particularly, to a stationary excitation system using a converter of a spatial voltage vector method having the characteristics of an existing stationary excitation system and having the advantages of an AC rotational excitation system.

발전기가 전력을 생산하기 위해서 필요로 하는 것이 터빈과 여자 시스템인데 터빈은 발전기에 속도와 기계적인 힘을 보내 주는 것이며 여자 시스템은 발전기의 계자에 자속을 공급해 주는 장치이다. 따라서 발전기의 역할은 터빈에서 나오는 기계적인 힘을 전기적인 힘으로 바꾸어 주는 역할을 한다. 발전기는 수용가의 부하에 관계없이 발전기의 전압과 주파수를 일정하게 제어할 필요가 있다. 이러한 발전기의 전압을 제어하는 장치가 여자 제어 시스템이다.The generators need a turbine and an excitation system to generate power, and the turbine sends speed and mechanical force to the generator, and the excitation system is a device that supplies magnetic flux to the field of the generator. Thus, the role of the generator is to convert the mechanical force from the turbine into electrical power. The generator needs to constantly control the voltage and frequency of the generator regardless of the load of the consumer. The device for controlling the voltage of such a generator is an excitation control system.

여자 제어 시스템의 종류로는 크게 AC 여자 제어 시스템과 정지형 여자 제어 시스템으로 나뉠수 있다.Excitation control system can be divided into AC excitation control system and stationary excitation control system.

AC 여자 제어 시스템은, 발전기의 계자에 공급하는 전원을 AC 회전기기를 이용하여 계자에 공급하며 AC 회전기기의 계자의 전압을 제어함으로써 간접적으로 발전기의 전압을 제어한다. 이때 AC 회전형 여자 시스템의 전원은 별도의 발전소내 전원을 이용하던가 아니면 AC 회전기기의 출력단 전압을 이용하기도 한다.The AC excitation control system controls the voltage of the generator indirectly by supplying power supplied to the field of the generator to the field using the AC rotating device and controlling the voltage of the field of the AC rotating device. At this time, the power of the AC rotating excitation system may use a separate power source in the power plant or the output terminal voltage of the AC rotating device.

반면에 정지형 여자 시스템은, 발전기의 출력단 전압을 변압기를 통하여 강압된 전원을 대용량 전력 변환장치(예를 들면, 싸이리스터 컨버터나 IGBT 컨버터)를 통하여 계자에 공급한다. 따라서 AC 회전형 여자 시스템과 정지형 여자시스템의 장단점을 분석하면 다음과 같다.On the other hand, the stationary excitation system supplies power to the field through a large-capacity power converter (for example, a thyristor converter or an IGBT converter) with the stepped down voltage of the generator output voltage through a transformer. Therefore, the pros and cons of AC rotary excitation system and stationary excitation system are as follows.

AC 회전형 여자 시스템AC rotary excitation system

<장점><Advantages>

1) 전압조정 범위가 넓다.1) The voltage adjustment range is wide.

2) 여자 시스템의 전원이 계통사고의 영향을 받지 않는다.2) The power of the excitation system is not affected by the system accident.

3) 계통사고시 계통차단 시간(clearing time)이나 발전기 리액턴스의 여유도가 높다.3) In case of system accident, there is high margin of system clearing time or generator reactance.

4) 계자 차단기의 용량이 작아도 된다.4) The capacity of the field breaker may be small.

5) 냉각의 문제점이 작다.5) The problem of cooling is small.

<단점><Disadvantages>

1) 발전기의 축이 길어진다.1) The shaft of the generator gets longer.

2) 계통에 존재하는 서브 하모닉(Subharmonic)에 의해서 토셔날 모드(Tortional Mode)가 생기기 쉽다.2) The torsional mode tends to be caused by subharmonics in the system.

3) 회전기를 사용하기 때문에 보수성이 용이 하지 않다.3) Maintenance is not easy because it uses a rotor.

4) 발전기의 계자에 전류를 공급하기 위해서 여자 발전용 회전기기기를 이용하기 때문에 시간 지연이 상당히 크다.4) The time delay is considerably large because the rotary generator for excitation is used to supply current to the field of the generator.

정지형 여자 시스템Stationary excitation system

<장점><Advantages>

1) 발전기의 축이 짧아도 된다.1) The shaft of the generator may be short.

2) 계통에 존재하는 서브 하모닉에 의해서 토셔날 모드가 거의 없다.2) There is almost no tonal mode due to the sub harmonics in the system.

3) 회전기를 사용하지 않기 때문에 보수성이 용이 하다.3) Easy maintenance because no rotor is used.

4) 여자 전원을 발전기단에서 공급받기 때문에 시간 지연이 작다.4) The time delay is small because the excitation power is supplied from the generator stage.

<단점><Disadvantages>

1) 전압조정 범위가 작다.1) The voltage adjustment range is small.

2) 여자 시스템의 전원이 계통사고의 영향을 받는다.2) The power supply of the excitation system is affected by a system accident.

3) 계통사고시 계통차단 시간이나 발전기 리액턴스의 여유도가 작다.3) In case of a system accident, the system shutdown time or generator reactance is small.

4) 계자 차단기의 용량이 크다.4) The capacity of the field breaker is large.

5) 냉각의 문제점이 크다.5) The problem of cooling is great.

상기 정지형 여자 시스템의 단점을 해결하고자하는 기술중에는, 발전기의 출력단에 대형 리액터를 삽입하여 고장시에 대전류가 흐르면 리액터의 전압을 이용하여 여자 시스템의 전원을 확보하여 계통 사고에 대한 대응 능력을 높이는 "GENERREX" 여자 시스템이 있으나, 이러한 형태는 발전기가 과도 안정도 즉 고장에 대한 대응 능력만을 고려한 것으로써 리액터의 크기와 발전기 전압의 조정범위가 좁다라는 단점은 그대로 남는다.Among the techniques to solve the shortcomings of the stationary excitation system, a large reactor is inserted into the output of the generator, and when a large current flows in the event of a failure, the power of the excitation system is secured using the voltage of the reactor to increase the ability to respond to a system accident GENERREX "excitation system, but this type of generator only takes into account transient stability, i.e. the ability to respond to failures, and the disadvantage of a narrow control range of reactor size and generator voltage remains.

도 1은 기존의 동기 발전기용 전압원 정지형 여자 시스템(Potential Source Excitation System)의 시스템 구성도를 나타내고 있다.1 shows a system configuration of a conventional voltage source stationary excitation system for a synchronous generator.

일반적인 정지형 여자 시스템은 발전기의 출력단 전력을 여자 시스템의 입력전력으로 사용하는 방식으로 발전기(4)의 출력단 전압을 여자 시스템용 입력전압으로 변환하는 전력용 변압기(PPT : Power Potential Transformer)(1)와, 그 전력용 변압기(1)의 출력 3상 전원을 이용하여 여자 시스템용 DC전원으로 변환시켜 상기 발전기(4)의 계자(3)의 여자전원으로 공급하는 AC/DC 컨버터(2)와, 그 AC/DC 컨버터(2)의 AC/DC 변환 제어를 위한 게이트 시그날을 발생시켜 제어하는 콘트롤러(5)로 구성된다.The general stationary excitation system uses a power potential transformer (PPT) for converting the output terminal voltage of the generator 4 into an input voltage for the excitation system by using the output power of the generator as the input power of the excitation system. And an AC / DC converter (2) for converting into a DC power supply for the excitation system using the output three-phase power supply of the power transformer (1) and supplying it to the excitation power supply of the field (3) of the generator (4), and And a controller 5 for generating and controlling a gate signal for controlling AC / DC conversion of the AC / DC converter 2.

도 2는 도 1에서 보여주는 일반적인 정지형 여자 시스템의 제어 블록도를 나타내고 있는 것으로, 도 1의 콘트롤러(5)의 제어 블록도이다.FIG. 2 is a control block diagram of the general stationary excitation system shown in FIG. 1, which is a control block diagram of the controller 5 of FIG. 1.

발전기(4)의 출력단자의 전압과 전류를 측정하여 궤환시키기 위한 전압 측정용 변압기(5a) 및 전류 측정용 변류기(5b)와, 그 전압 측정용 변압기(5a) 및 전류 측정용 변류기(5b)를 통해 궤환되는 발전기의 단자전압과 전류에 의거하여 발전기 전압을 자동 조정하는 자동제어부(5c)와, 자동제어부(5c)의 지령값을 조정하는 조정기(5d)와, 여자 시스템 전압이나 발전기 전압의 궤환없이 여자 시스템에 일정한 값을 지령하는 수동제어부(5e)와, 상기 AC/DC 컨버터(2)의 출력을 검출하여 수동제어부(5e)의 기준값으로 공급하는 전류 변류기(5i)와, 상기 수동 제어부(5e)의 지령값을 조정하는 조정기(5f)와, 수동제어부(5e)와 자동제어부(5d)의 출력에 의해 수동제어와 자동제어를 자동선택 하는 선택기(5g) 및 그 선택기(5g)의 출력신호에 의거하여 상기 AC/DC 컨버터(2)의 점호각을 제어하는 점호각 제어부(5h)로 구성되어 진다.Voltage measuring transformer 5a and current measuring current transformer 5b for measuring and feeding back the voltage and current of the output terminal of the generator 4, and voltage measuring transformer 5a and current measuring current transformer 5b. The automatic control unit 5c for automatically adjusting the generator voltage based on the terminal voltage and current of the generator fed back through the controller, the regulator 5d for adjusting the command value of the automatic control unit 5c, and the excitation system voltage or generator voltage. A manual control unit 5e for instructing a constant value to the excitation system without feedback, a current transformer 5i for detecting the output of the AC / DC converter 2 and supplying it to a reference value of the manual control unit 5e, and the manual control unit The regulator 5f for adjusting the command value of 5e, the selector 5g for automatically selecting manual control and automatic control by the output of the manual control unit 5e and the automatic control unit 5d, and the selector 5g. The firing angle of the AC / DC converter 2 is based on the output signal. It consists of the firing angle control part 5h to control.

그리고, 발전기(4)의 계자(3)에 밧데리를 통하여 초기 구동 전원을 인가하는 이니셜 프레싱(Initial Flashing)회로(6)가 더 포함된다.In addition, an initial flashing circuit 6 for applying an initial driving power to the field 3 of the generator 4 through the battery is further included.

이와같은 일반적인 정지형 여자 시스템은, 발전기(4)의 계자(3)에 처음으로 전원을 인가하는 이니셜 프레싱(Initial Flashing)회로(6)를 이용하여 DC전압을 인가하면 계자에 자속이 생기고 이 자속에 의하여 발전기(4)의 출력전압이 생긴다.In this general stationary excitation system, when the DC voltage is applied by using an initial flashing circuit 6 which first applies power to the field 3 of the generator 4, the magnetic field is generated in the field and the magnetic flux is applied to the magnetic field. As a result, the output voltage of the generator 4 is generated.

그리고 이 전압을 강압용 변압기(1)를 통하여 AC/DC 컨버터(2)전원으로 들어간다. 다음으로 발전기 전압의 궤환없이 여자 시스템에 일정한 값을 지령하는 수동제어부(5e)와 발전기의 단자전압과 전류를 궤환하여 발전기 전압을 자동 조정하는 자동 제어부(5d)의 신호를 점호각 신호를 전달하는 점호각 제어부(5h)를 통하여 AC/DC컨버터(2)를 제어한다. 또한 자동 제어부(5d)에는 발전기의 전압과 전류의 측정은 전압 측정용 변압기(5a)와 전류 측정용 변류기(5b)를 이용하여 자동으로 발전기의 출력전압 및 전류를 궤환시켜 발전기 출력에 따라 자동으로 제어하도록 한다.The voltage then enters the AC / DC converter 2 power supply via the step-down transformer 1. Next, the firing angle signal is transmitted to the signal of the manual control unit 5e which commands a constant value to the excitation system and the automatic control unit 5d which automatically adjusts the generator voltage by feeding back the terminal voltage and current of the generator without feedback of the generator voltage. The AC / DC converter 2 is controlled through the firing angle control unit 5h. In addition, the automatic control unit 5d measures voltage and current of the generator by using a voltage measuring transformer 5a and a current measuring current transformer 5b to automatically feed back the output voltage and current of the generator and automatically according to the generator output. Take control.

그러나 상기와 같은 일반적인 정지형 여자 시스템은, 발전기의 출력전력을 검출하여 여자 시스템을 제어하도록 되어 있으므로, 발전기 출력단 전압 강하에 따른 여자 전원 확보에 어려움이 있고, 단일 시스템이므로 여자 시스템의 어느 계통에 고장이 발생되면 이에 대한 대응 능력이 떨어지는 단점이 있었다.However, since the general stationary excitation system as described above is designed to detect the output power of the generator to control the excitation system, it is difficult to secure the excitation power according to the voltage drop of the generator output stage. When it occurred, there was a disadvantage that the ability to respond to this falls.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공간 벡터 전압 방식을 이용한 PWM 부스트 컨버터와 PWM 인버터를 합성한 여자시스템을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an excitation system that combines a PWM boost converter and a PWM inverter using a space vector voltage method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, PWM 부스트 컨버터와 부스트 컨버터 및 인버터를 이용하여 발전기 계자 전원을 제어하되, 상기 PWM 부스트 컨버터는 공간전압 벡터 변조 방식을 이용한 PWM 부스트 컨버터 제어부를 이용하여 역률제어와 DC출력 전압의 크기를 제어하며, 상기 인버터는, 상기 발전기 출력전압 및 전류를 측정하여 발전기의 전압을 지령하는 설정치와 비교하고 비례적분 제어를 거쳐 삼각파와 비교한 신호를 이용하여 PWM 인버터의 스위치 제어를 하도록 구성함에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention controls a generator field power supply using a PWM boost converter, a boost converter, and an inverter, wherein the PWM boost converter controls power factor by using a PWM boost converter controller using a space voltage vector modulation method. The inverter controls the magnitude of the DC output voltage, and the inverter measures the generator output voltage and current, compares it with a set value for instructing the voltage of the generator, and controls the PWM inverter using a signal compared with a triangular wave through proportional integration control. It is characterized in that it is configured to.

또한, 본 발명은 AC/DC 컨버터를 통해 계자에 여자전원을 공급하는 회로와, 공진 전압 벡터 변조 방식에 의해 게이트 제어를 받는 3상 전원을 DC전원으로 변환시키는 AC/DC 컨버터, 그 AC/DC컨버터의 출력전압을 부스트 컨버터를 통해서 상기 계자에 공급하는 회로를 병렬로 연결하여 이중화 시킴에 특징이 있다.The present invention also provides a circuit for supplying excitation power to a field through an AC / DC converter, an AC / DC converter for converting a three-phase power source controlled by a resonant voltage vector modulation method into a DC power source, and the AC / DC converter. The output voltage of the converter is characterized in that it is redundant by connecting a circuit that supplies the field through the boost converter in parallel.

또한, 상기 이중화 시스템에서, 상기 IGBT를 이용한 AC/DC 컨버터를 한 단 더 포함시켜 2단으로 병렬 구성함으로써, 고장에 대비하도록 구성함에 특징이 있다.In addition, in the redundancy system, the AC / DC converter using the IGBT is included in one more stage and configured in two stages in parallel to prepare for failure.

도 1은 일반적인 동기 발전기용 전압원 정지형 여자 시스템 구성도.1 is a configuration diagram of a voltage source stationary excitation system for a typical synchronous generator.

도 2는 도 1에 의한 일반적인 정지형 여자시스템의 제어 블록도.2 is a control block diagram of a general stationary excitation system according to FIG.

도 3은 본 발명에 의한 정지형 여자 시스템의 구성도.3 is a block diagram of a stationary excitation system according to the present invention.

도 4는 도 3에 의한 PWM 부스트 컨버터의 제어블록도.4 is a control block diagram of a PWM boost converter according to FIG. 3;

도 5는 PWM 부스트 컨버터 게이팅 신호 발생기의 내부 회로도.5 is an internal circuit diagram of a PWM boost converter gating signal generator.

도 6은 도 4의 3/2상 변환장치를 나타내는 개념도.FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a 3 / 2-phase converter of FIG. 4. FIG.

도 7은 도 3의 PWM 인버터의 제어블럭도.7 is a control block diagram of the PWM inverter of FIG.

도 8은 도 3의 시스템과 도 1의 시스템을 병렬로 연결한 이중화 시스템을 나타낸 도면.8 is a diagram illustrating a redundant system in which the system of FIG. 3 and the system of FIG. 1 are connected in parallel.

도 9는 도 3의 시스템과 도 1의 시스템 2개를 병렬로 연결한 삼중화 시스템을 나타낸 도면.9 is a diagram illustrating a triple system connecting the system of FIG. 3 and two systems of FIG. 1 in parallel.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : 전력용 변압기 20 : PWM 부스트 컨버터10: power transformer 20: PWM boost converter

30 : 역류 방지부 40 : PWM 인버터30: reverse flow prevention unit 40: PWM inverter

50 : 이니셜 플레싱부 60 : 발전기50: initial fleshing unit 60: generator

61 : 발전기의 계자 100 : PWM 부스트 컨버터 제어부61: field of the generator 100: PWM boost converter control unit

111 : 전압 지령치 112,115,116 : 가산기111: voltage command value 112,115,116: adder

113,118,119 : PI제어기 114 : 역률 제어기113,118,119 PI controller 114 Power factor controller

117 : 3/2상 좌표 변환기 120 : 게이팅 시간 계산기117: 3/2 phase coordinate converter 120: Gating time calculator

121 : 게이팅 신호 발생기 210 : 자동 제어부121: gating signal generator 210: automatic control unit

220 : PWM 인버터 제어부 511 : 초기신호 발생기220: PWM inverter control unit 511: initial signal generator

512 : 다운 카운터 513 : 신호발생기512: down counter 513: signal generator

514 : 클럭발생기 515 : 데드타임 발생기514: clock generator 515: dead time generator

516 : 플립플롭 517,518 : 앤드 게이트516 flip-flop 517,518 AND gate

610 : 3/2상 변환부 620 : 정지/회전 좌표계610: 3/2 phase conversion unit 620: stop / rotation coordinate system

221 : 발전기 전압 설정치 222,225 : 가산기221: generator voltage set point 222,225: adder

223 : PI제어기 224 : 삼각파 발생기223 PI controller 224 triangle wave generator

226 : 데드 타임 발생기 227,228 : 앤드 게이트226: Dead Time Generator 227228: And Gate

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 여자 제어 시스템의 구성도를 나타내고 있다.3 shows a configuration diagram of an excitation control system according to the present invention.

본 발명의 여자 시스템은, 발전기(60)의 출력전압을 3상 여자 전원으로 변환시키는 전력용 변압기(10)와, 그 전력용 변압기(10)의 3상 출력전원을 PWM방식으로 직류전압으로 승압 변환시키는 PWM 부스트 컨버터(20)와, 다이오드를 이용하여 역류를 방지하는 역류 방지부(30)와, 그 역류 방지부(30)의 출력을 스위칭 하여 상기 발전기(60)의 계자(61)에 여자 전원을 공급하는 PWM인버터(40)와, 상기 발전기(60)의 계자(61)에 초기 구동전원을 공급하는 이니셜 프레싱회로(50)와,Excitation system of the present invention, the power transformer 10 for converting the output voltage of the generator 60 to a three-phase excitation power supply, and the three-phase output power supply of the power transformer 10 stepped up to a DC voltage in a PWM method PWM boost converter 20 for converting, reverse flow prevention unit 30 for preventing reverse flow using a diode, and output of the reverse flow prevention unit 30 are switched to excite the field 61 of the generator 60. PWM inverter 40 for supplying power, initial pressing circuit 50 for supplying initial driving power to field 61 of generator 60,

상기 전력용 변압기(10)의 출력에서 3상 전류(IaT, IbT, IcT)를 검출하는 수단(101) 및 상기 PWM 부스트 컨버터(20)의 부스트 콘덴서 양단 전압(VDC)을 검출하는 수단(102)을 통해 3상 전류와 직류 전압을 입력받아 전압 지령치 및 역률제어값과 비교하고 비례적분제어를 거쳐 상기 PWM 부스트 컨버터의 게이팅 신호를 발생시키는 PWM 부스트 컨버터 제어부(100)와,Means 101 for detecting three-phase currents Ia T , Ib T , Ic T at the output of the power transformer 10 and a voltage across the boost capacitor V DC of the PWM boost converter 20. A PWM boost converter controller 100 which receives the three-phase current and the DC voltage through the means 102 and compares them with the voltage command value and the power factor control value and generates a gating signal of the PWM boost converter through proportional integral control;

상기 발전기(60)의 출력단 3상 전압(Va, Vb, Vc)을 검출하는 변압기(201) 및 3상 전류(Ia, Ib, Ic)를 검출하는 변류기(202)와, 그 변압기(201)와 변류기(202)의 3상신호를 90도 위상 차이를 갖는 dq 정현파로 변환하는 3/2상 좌표 변환기(203)(204)와, 그 3/2상 좌표 변환기(203)(204)의 출력신호와 자동전압 조정기(AVR)의 자동 지령치를 비교하여 비례적분 제어하는 자동전압 제어부(210)와, 상기 계자(61)에 공급되는 전류(IF)를 검출하는 전류 검출기(205)와, 그 전류 검출기(205)의 검출 전류(IF)와 상기 자동전압 제어부(210)의 자동 전압 제어치 및 수동 전압 제어기(MVR)의 지령치를 비교하여 그 차이를 비례적분 제어하고 삼각파신호와 비교하여 상기 PWM인버터(40)의 스위칭 신호를 발생시키는 PWM인버터 제어부(220)로 구성된다.A transformer 201 for detecting the output three-phase voltages Va, Vb, and Vc of the generator 60, a current transformer 202 for detecting three-phase currents Ia, Ib, and Ic, and a transformer 201 3 / 2-phase coordinate transducers 203 and 204 for converting the three-phase signals of the current transformer 202 into dq sine waves having a 90 degree phase difference, and output signals of the 3 / 2-phase coordinate transducers 203 and 204. An automatic voltage control unit 210 for comparing the automatic command value of the automatic voltage regulator AVR with proportional integral control, a current detector 205 for detecting the current I F supplied to the field 61, and the current. The detection current I F of the detector 205 and the automatic voltage control value of the automatic voltage controller 210 and the command value of the manual voltage controller (MVR) are compared, and the difference is proportionally integrated and compared with the triangular wave signal to compare the PWM. The PWM inverter controller 220 generates a switching signal of the inverter 40.

즉, 본 발명은, 크게 승압용 PWM 부스트 컨버터(20)와, PWM 인버터(40)를 통해 계자(61)의 여자 전압을 제어하되, 그 PWM 부스트 컨버터 제어부(100)를 통하여 공간 전압 벡터 방식으로 PWM 부스트 컨버터(20)의 게이팅 신호를 발생하여 역률과 전압 크기를 제어하며, 자동전압 제어부(210)에서 상기 발전기(60)의 출력단 전압과 전류를 궤환받아 자동 제어 지령치와 비교하여 비례적분 제어를 하고, PWM인버터 제어부(220)에서 상기 자동전압 제어부(210)의 자동 제어값과 수동 지령치 및 계자(61)에 공급되는 전류를 비교하여 비례적분 제어를 거쳐 삼각파와 비교하여 상기 PWM인버터(40)의 스위칭을 제어하도록 구성된다.That is, according to the present invention, the excitation voltage of the field 61 is largely controlled through the boosting PWM boost converter 20 and the PWM inverter 40, but the spatially vector voltage is controlled through the PWM boost converter control unit 100. Generates a gating signal of the PWM boost converter 20 to control the power factor and the magnitude of the voltage. The automatic voltage controller 210 receives the output terminal voltage and the current of the generator 60 and compares it with the automatic control command value to perform proportional integral control. In addition, the PWM inverter controller 220 compares the automatic control value of the automatic voltage control unit 210 with the manual command value and the current supplied to the field 61 and compares the triangular wave through proportional integral control to compare the PWM inverter 40 with each other. Is configured to control the switching of.

상기 승압용 PWM 부스트 컨버터(20)는 다이오드를 내장하고 있는 IGBT를 이용하고 있기 때문에, IGBT나 GTO과 같은 ON/OFF제어를 할 수 있는 반도체 소자를 스위칭함으로써 역률을 1로 유지하면서 전파 정류된 전압 이상으로 승압할 수 있는 기능이 있다. 또, PWM 부스트 컨버터(20)의 출력단 전압이 이상적으로 커지는 경우에는 PWM 부스트 컨버터 제어부(100)의 신호를 조합함으로써 발전기쪽으로 에너지를 되돌려 보낼 수 있는 기능을 가지고 있다.Since the booster PWM boost converter 20 uses an IGBT with a built-in diode, the voltage rectified while maintaining a power factor of 1 by switching a semiconductor device capable of ON / OFF control such as IGBT or GTO. There is a function that can boost the pressure. In addition, when the output terminal voltage of the PWM boost converter 20 is ideally increased, the signal of the PWM boost converter controller 100 may be combined to return energy to the generator.

다음으로 PWM 인버터(40)는 PWM 부스트 컨버터(20)의 직류 출력 VDC(102)을 이용하여 계자(61)의 전압을 조정한다.Next, the PWM inverter 40 adjusts the voltage of the field 61 using the DC output V DC 102 of the PWM boost converter 20.

그리고 본 발명의 시스템은 정지형 여자 시스템의 일종으로, 발전기 계자(61)에 처음 전원을 인가하는 이니셜 프레싱(Initial Flashing)회로(50)와, 여자 시스템 전압이나 발전기 전압의 궤환없이 여자 시스템에 일정한 값을 지령하는 수동제어부(MVR)과, 발전기의 단자전압과 전류를 궤환하여 발전기 전압을 자동 조정하는 자동제어부(AVR)와, 자동 제어부에 발전기의 전압과 전류를 변환하여 전달하는 전압 측정용 변압기(201)와, 전류 측정용 변류기(202) 및 전압과 전류의 3상 신호를 3/2상 변환하는 dq좌표 변환기(203),(204)가 구성된다.In addition, the system of the present invention is a kind of stationary excitation system, and an initial flashing circuit 50 for initially applying power to the generator field 61, and a constant value in the excitation system without feedback of the excitation system voltage or the generator voltage. A manual control unit (MVR) for commanding, an automatic control unit (AVR) for automatically adjusting the generator voltage by feeding back the terminal voltage and current of the generator, and a voltage measuring transformer for converting and transferring the voltage and current of the generator to the automatic control unit ( 201, a current measuring current transformer 202, and dq coordinate converters 203 and 204 for converting three-phase signals of voltage and current into three-two phases.

도 4는 도 3의 PWM 부스트 컨버터 제어부의 블럭도를 나타낸 도면으로, 발전기(60)로부터 인가되는 전력을 PWM 인버터(40)에 공급하기 위해서 PWM 부스트 컨버터(20)를 적절하게 제어하기 위한 제어 블럭도를 나타내고 있다.4 is a block diagram of the PWM boost converter controller of FIG. 3, which is a control block for appropriately controlling the PWM boost converter 20 to supply power applied from the generator 60 to the PWM inverter 40. The figure is shown.

PWM 부스트 컨버터 제어부(100)는, 부스트 컨버터의 콘덴서 전압을 제어하기 위한 여자 전압 지령치(111)와 부스트 컨버터의 콘덴서 양단 전압(VDC)을 비교하여 그 차이를 검출하는 제1가산기(112)와, 그 제1가산기(112)의 출력신호를 비례적분 제어하는 제1비례적분 제어기(113)와, 상기 전력용 변압기(10)의 2차측 3상 전류(IaT, IbT, IcT)를 90위상차를 가지는 d축, q축 2상 정현파 신호로 좌표변환시켜 각기 직류전압으로 변환하는 3/2상 좌표 변환기(117)와, 그 3/2상 좌표 변환기(117)의 d축신호와 상기 제1비례적분제어기(113)의 출력신호를 비교하여 그 차를 구하는 제2가산기(115)와, 상기 3/2상 좌표 변환기(117)의 q축 신호와 역률 지령치를 제공하는 역률제어기(114)의 출력신호를 비교하여 그 차이를 구하는 제3가산기(116)와, 상기 제2가산기(115)와 제3가산기(116)의 출력신호를 각각 비례적분 제어하는 제2, 제3비례적분 제어기(118)와, 그 제2, 제3 비례적분 제어기(118)(119)의 출력신호와 상기 부스트 컨버터의 직류전압(VDC)에 의거하여 3상의 게이팅 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)를 발생하는 게이팅 시간 계산기(120)와, 그 게이팅 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)를 각각 카운트하여 상기 PWM 부스트 컨버터(20)의 3상의 게이트 신호(A+, A-)(B+, B-)(C+, C-)를 발생하는 게이트 신호 발생기(121)로 구성된다.The PWM boost converter control unit 100 compares the excitation voltage command value 111 for controlling the capacitor voltage of the boost converter with the voltage across the capacitor V DC of the boost converter and detects the difference. And a first proportional integral controller 113 for proportionally integral control of the output signal of the first adder 112, and a secondary side three-phase current Ia T , Ib T , Ic T of the power transformer 10. 3 / 2-phase coordinate converter 117 which coordinate-converts the d-axis and q-axis two-phase sinusoidal signals having a phase difference of 90 degrees and converts them into direct current voltages, and the d-axis signal of the 3 / 2-phase coordinate converter 117 and the A second adder 115 for comparing the output signal of the first proportional integral controller 113 and obtaining the difference, and a power factor controller 114 for providing a q-axis signal and a power factor command value of the 3 / 2-phase coordinate converter 117. Outputs of the third adder 116 and the second adder 115 and the third adder 116 that compare the output signals of The second and third proportional integral controllers 118 for controlling the proportional integral signals, and the output signals of the second and third proportional integral controllers 118 and 119 and the DC voltage V DC of the boost converter. Gating time calculator 120 for generating three-phase gating timing signals Ta, Tb, and Tc, and gating timing signals Ta, Tb, and Tc, respectively, and counting the three phases of PWM boost converter 20, respectively. A gate signal generator 121 for generating gate signals A + , A (B + , B ) (C + , C ).

도 5는 PWM 부스트 컨버터 게이팅 신호 발생기의 내부 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 3상의 PWM제어를 위해 각 상별로 게이트 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)를 각기 입력받아 다운 카운팅하여 각상의 게이트 신호(A+, A-)(B+, B-)(C+, C-)를 각기 발생하도록 동일 구성의 3개의 신호 발생기(510, 520, 530)로 구성된다.5 is an internal configuration diagram of a PWM boost converter gating signal generator. Thus As shown, for the PWM control on the three for each phase gate timing signal gate signal of each phase and down-counting each input receives the (Ta, Tb, Tc) ( A +, A -) (B +, B -) consists of three signal generators (510, 520, 530) having the same configuration to each generate a - (C +, C).

하나의 신호발생기는 초기 온/오프 신호를 발생하는 초기신호 발생기(511)와, 해당 게이트 타이밍 신호(Ta)를 다운 카운트 하기 위한 지령치(Load 값)를 발생하는 로드 신호 발생기(513)와, 상기 게이트 타이밍 신호(Ta)가 입력되면 상기 로드 신호 발생기(513)의 지령값에서부터 다운 카운트를 시작하는 다운 카운터(512)와, 그 다운 카운터의 동기를 맞추기 위한 클럭신호를 발생하는 클럭 발생기(514)와, 상기 초기신호 발생기(511)의 초기 온/오프 신호를 출력함과 아울러 상기 다운 카운터(512)의 다운 카운트 완료에 따른 세트 신호에 의거하여 온/오프 신호를 교대로 출력하는 플립플롭(F/F)(516)과, 상기 다운 카운터(512)의 세트신호에 의거하여 상기 클럭발생기(514)의 클럭신호에 동기되어 두개의 스위칭 소자가 동시에 도통되는 것을 방지하기 위한 데디 타임신호를 출력하는 데드 타임 발생기(515)와, 그 데드타임 발생기(515)의 출력신호와 상기 플립플롭(516)의 출력신호를 앤드 조합하여 해당 상의 제1신호(A+)를 발생하는 제1앤드게이트(517)와, 상기 플립플롭(516)의 출력을 반전시킨 신호와 상기 데드타임 발생기(515)의 출력신호를 앤드 조합하여 해당상의 제2신호(A-)를 발생하는 제2앤드 게이트(518)로 구성된다. 여기서 제1신호(A+)는 PWM 부스트 컨버터의 제1상의 제1 IGBT의 게이트 제어신호로 공급되고, 제2신호(A-)는 상기 PWM 부스트 컨버터의 제1상의 제1 IGBT와 직렬연결된 제2 IGBT의 게이트 제어신호로 공급된다.One signal generator includes an initial signal generator 511 for generating an initial on / off signal, a load signal generator 513 for generating a command value (Load value) for down counting the gate timing signal Ta, and When the gate timing signal Ta is input, the down counter 512 starts down counting from the command value of the load signal generator 513 and the clock generator 514 generates a clock signal for synchronizing the down counter. And a flip-flop F which outputs an initial on / off signal of the initial signal generator 511 and alternately outputs an on / off signal based on a set signal according to the completion of the down count of the down counter 512. / F) 516 and a dead time signal for preventing two switching elements from conducting at the same time in synchronization with the clock signal of the clock generator 514 based on the set signal of the down counter 512. A first AND gate and outputs a dead time generator 515, which, by the dead time generator 515 and-combine the output signal and an output signal of the flip-flop 516 for generating a first signal (A +) in the affected 517 and a second end gate 518 for generating a second signal A − of the phase by combining and inverting the output of the flip-flop 516 with the output signal of the dead time generator 515. It is composed of Here, the first signal A + is supplied as a gate control signal of the first IGBT of the first phase of the PWM boost converter, and the second signal A is a first signal connected in series with the first IGBT of the first phase of the PWM boost converter. It is supplied as a gate control signal of 2 IGBTs.

도 6은 도 4의 3/2상 좌표 변환기(117)를 보여주는 것으로써, 정현파 형태의 3상 신호를 90도의 위상차이를 갖는 dq정현파로 변환하는 3/2상 변환부(610)와, 그3/2상 변환(610)를 거친 신호가 직류성분의 dq 신호로 변환되는 정지/회전 좌표계(620)가 구성된다. 그리고, 도 3의 3/2상 좌표 변환기(203),(204)는 도 6과 동일하게 구성된다.FIG. 6 shows the 3 / 2-phase coordinate converter 117 of FIG. 4, and the 3 / 2-phase converter 610 converts a sinusoidal three-phase signal into a dq sinusoidal wave having a phase difference of 90 degrees, and A stop / rotation coordinate system 620 is configured in which a signal passed through the 3 / 2-phase transform 610 is converted into a dq signal of a DC component. In addition, the 3 / 2-phase coordinate converters 203 and 204 of FIG. 3 are configured similarly to FIG.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above is as follows.

도 2와 같은 여자 시스템에서는 발전기의 출력전압이 작아지면 여자 시스템의 입력전압이 작아져 발전기가 정지하게되는 데, 이에 반해 본 발명에 의한 도 3의 시스템은 발전기 전압이 작아져도 부스트 컨버터를 이용하면 입력전압에 관계없이 콘덴서 전압을 승압시킬수 있다. 이 때문에 발전기의 전압 조정범위가 넓어진다. 일반적으로 도 2와 같은 시스템은 발전기의 전압조정 범위가 60%이상임에도 불구하고 도 3과 같은 시스템은 발전기의 전압조정범위가 20%이상도 가능하다.In the excitation system as shown in FIG. 2, when the output voltage of the generator decreases, the input voltage of the excitation system decreases to stop the generator. In contrast, in the system of FIG. 3 according to the present invention, even when the generator voltage decreases, the boost converter is used. The capacitor voltage can be boosted regardless of the input voltage. This widens the voltage adjustment range of the generator. Generally, although the system of FIG. 2 has a voltage adjusting range of the generator of 60% or more, the system of FIG. 3 may have a voltage adjusting range of the generator of 20% or more.

이러한 점이 발명의 배경에서 설명한 AC회전형 여자 시스템이 가지는 장점을 발명한 정지형 여자 시스템에 부가한 것이다.This is in addition to the stationary excitation system invented the advantages of the AC rotating excitation system described in the background of the invention.

본 발명의 시스템 동작 순서는 다음과 같다. 우선 발전기의 초기 전압을 확립하기 위해서 인이셜 프레싱부(50)의 스위치를 투입하면, 발전기가 전압을 확립한다. 그러면 강압 변압기(10)를 통하여 PWM 부스트 컨버터(20)에 전압이 인가되면 PWM 부스트 컨버터 소자의 스위칭에 의해서 역률이 제어되면서 PWM 부스트 컨버터(20) 출력단 전압이 PWM 부스트 컨버터(20)의 콘덴서에서 승압된다.The system operation sequence of the present invention is as follows. First, when the switch of the initial pressing part 50 is input in order to establish the initial voltage of a generator, a generator establishes a voltage. Then, when a voltage is applied to the PWM boost converter 20 through the step-down transformer 10, the power factor is controlled by switching the PWM boost converter element, and the voltage of the output terminal of the PWM boost converter 20 is boosted by the capacitor of the PWM boost converter 20. do.

다음으로 승압된 콘덴서 전압(VDC)(102)은 PWM 인버터(40) 입력전원으로 이용되며 PWM 인버터(40)의 스위칭에 따라 인버터의 출력은 발전기의 계자(61)에 전류를 공급하고 공급된 전류에 의해서 발전기(60)의 출력 전압은 제어된다.Next, the boosted capacitor voltage (V DC ) 102 is used as an input power source for the PWM inverter 40. The output of the inverter supplies current to the field 61 of the generator according to the switching of the PWM inverter 40. The output voltage of the generator 60 is controlled by the current.

상기 도 4에 도시된 PWM 부스트 컨버터 제어부(100)의 동작을 설명한다. PWM 부스트 컨버터(20)를 제어하려는 경우에, 3상 입력전압이 DC전압으로 바뀌기 위해서는 도 3에 보이는 바와 같이, 6개의 전력변환소자(IGBT나 GTO 반도체 소자)를 순차적으로 제어 해야 한다.An operation of the PWM boost converter controller 100 illustrated in FIG. 4 will be described. In order to control the PWM boost converter 20, in order to change the three-phase input voltage to the DC voltage, six power conversion elements (IGBT or GTO semiconductor elements) must be sequentially controlled as shown in FIG.

만약 도 3의 A+ A- 가 동시에 도통하게 되면, 반도체 소자에는 과전류가 흐르게되어 컨버터가 손상되기 때문에 A+ A- 는 항상 반대의 출력값을 출력해야 한다.If of A + Wow A - At the same time, because the overcurrent flows to the semiconductor element and the converter is damaged. A + Wow A - Should always output the opposite output.

그리고 도 3의 A-,B+,C+ 의 스위칭 다음에 A+,B+,C+ 가 도통하게 되면 3상 평형조건이 깨지기 때문에 컨버터의 DC 출력 전압이 나오지가 않는다. 그러므로, 3상 즉 6개의 소자를 순차적으로 도통시켜야 하고 이때 A,B,C 와 같은 전력 변환소자의 도통시간을 조절하면 역률제어와 컨버터의 DC 출력 전압의 크기가 제어될 수 있다.And of FIG. 3 A -, B +, C + Following the switching of A + , B + , C + When conducting, the three-phase equilibrium condition is broken so that the converter's DC output voltage does not come out. Therefore, three phases, or six elements, must be conducted sequentially. A, B, C By adjusting the conduction time of the power conversion device, such as power factor control and the magnitude of the DC output voltage of the converter can be controlled.

공간 전압 벡터 변조 방식은 A,B,C 와 같은 전력 변환소자의 도통시간을 계산하여 역률을 제어하면서 DC 출력 전압을 제어할 수 있는 방식을 말한다. 제어 순서는 다음과 같다.Spatial voltage vector modulation A, B, C It refers to a method that can control the DC output voltage while controlling the power factor by calculating the conduction time of the power conversion device such as. The control sequence is as follows.

PWM 부스트 컨버터 제어부의 제어동작은, PWM 부스트 컨버터(20)의 DC 출력단(102)의 전압(VDC)을 피드백 받아 이 신호를 DC전압 지령치(111)와 제1가산기(112)를 통해 비교하여 공간전압 벡터 방식으로 상기 PWM 부스트 컨버터(20)의 게이팅신호를 제어하게 된다.The control operation of the PWM boost converter control unit receives the voltage V DC of the DC output terminal 102 of the PWM boost converter 20 and compares the signal through the DC voltage command value 111 and the first adder 112. The gating signal of the PWM boost converter 20 is controlled by a space voltage vector method.

한편, 강압용 변압기(10)의 2차측에서 측정한 전류신호(IaT, IbT, IcT)를 3/2상 좌표 변환기(117)에서 입력받아 위상차이가 90도인 d축과 q축의 직류성분 신호로서 변환시키고, 그 q축 전류와 상기 제1 PI제어기(113)의 출력을 제2가산기(115)에서 비교하여 제2 PI제어기(118)로 신호를 내보낸다. 또한, d축 전류를 제어하는 역률 제어기(114)의 출력신호와 상기 3/2상 좌표 변환기(117)의 d축전류는 제3가산기(116)에서 비교하여 제3 PI제어기(119)로 신호를 보낸다.On the other hand, the current signal (Ia T , Ib T , Ic T ) measured on the secondary side of the step-down transformer 10 is input from the 3 / 2-phase coordinate converter 117, and the d- and q-axis direct currents having a phase difference of 90 degrees. The signal is converted as a component signal, and the signal is sent to the second PI controller 118 by comparing the q-axis current and the output of the first PI controller 113 in the second adder 115. In addition, the output signal of the power factor controller 114 that controls the d-axis current and the d-axis current of the 3 / 2-phase coordinate converter 117 are compared to the third adder 116 and signaled to the third PI controller 119. Send it.

여기서, 3상을 2상으로 변환하면 d축은 무효분의 값이 되기 때문에 d축의 값을 0 놓으면 무효분의 전류가 0이 되고, 이 때문에 역률 1로의 제어가 가능하다.In this case, when the three-phase is converted to the two-phase, the d-axis becomes an invalid value. When the value of the d-axis is set to 0, the invalid current becomes zero, so that the power factor of 1 can be controlled.

따라서 d축전류를 제어하는 역률제어기(114)가 있으며 d축과 q축의 성분을 이용하여 PWM 부스트 컨버터(20)의 A+,A-,B+,B-,C+,C- 의 스위칭시간을 결정하는 게이팅 시간 계산기(120)와 PWM 부스트 컨버터(20)의 A+,A-,B+,B-,C+,C- 를 스위칭하는 게이트 신호 발생기(121)를 통하여 PWM 부스트 컨버터(20)가 동작한다.Therefore, there is a power factor controller 114 for controlling the d-axis current and by using the components of the d-axis and q-axis of the PWM boost converter 20 A +, A -, B + , B -, C +, C - Of the gating time calculator 120 and the PWM boost converter 20 to determine the switching time of the A +, A -, B + , B -, C +, C - The PWM boost converter 20 is operated through the gate signal generator 121 for switching.

도 5는 PWM 부스트 컨버터 게이팅 신호 발생기의 내부 회로도를 보여 주는 것으로, 게이팅 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)가 입력되면, 이 신호를 다운 카운터(512)를 이용하여 신호 발생기(513)로부터 지령된 값부터 반대로 카운트를 한다. 또한 다운 카운터(512)를 이용한 게이팅 지속 발생신호는 동기를 맞추어 주어야 하기 때문에 클럭 발생기(514)에서 다운 카운터(512)에 펄스를 입력한다. 다운카운터(512)에서 출력된 값은 ON/OFF 동작만을 하는 플립플럽(516)에 신호를 인가하여 ON/OFF동작이 일어나도록 한다.FIG. 5 shows an internal circuit diagram of the PWM boost converter gating signal generator. When the gating timing signals Ta, Tb, and Tc are input, these signals are commanded from the signal generator 513 using the down counter 512. The count is reversed from the value. In addition, since the gating sustain generation signal using the down counter 512 needs to be synchronized, the clock generator 514 inputs a pulse to the down counter 512. The value output from the down counter 512 applies a signal to the flip flop 516 that performs ON / OFF operation only so that the ON / OFF operation occurs.

한편, PWM 부스트 컨버터(20)의 A+,A- 가 동시에 스위칭되면 소자가 파손된 우려가 있기 때문에 A+,A- 가 동시에 도통되는 것을 막기 위한 데드 타임 발생기(515)가 있으며, 데드 타임 발생기(515)의 출력신호와 플립플롭(516)에서 출력되는 신호를 AND게이트(517)(518)를 통해 PWM 부스트 컨버터(20)를 동작 시킨다.Meanwhile, the PWM boost converter 20 A +, A - Switching at the same time may damage the device. A +, A - There is a dead time generator 515 to prevent the conduction at the same time, the output signal of the dead time generator 515 and the signal output from the flip-flop 516 through the AND gate (517) 518 PWM boost converter ( 20) to operate.

B+,B- 신호 발생기(520)와 C+,C- 신호 발생기(530)의 내부동작은 A+,A- 신호 발생기(510)와 같다. B +, B - With signal generator 520 C +, C - Internal operation of the signal generator 530 is A +, A - Same as the signal generator 510.

도 6은 도 4에서 보여주는 3/2상 좌표 변환기(117) 및 도 3의 3/2상 좌표 변환기(d/q컨버터)(203), (204)를 보여주는 것으로써, 정현파 형태의 3상 신호를 90도의 위상차이를 갖는 dq정현파로 변환하는 3/2상 변환부(610)가 있으며, 3/2상 변환부(610)를 거친 신호가 직류성분의 dq 신호로 변환되는 정지/ 회전 좌표계(620)가 있다.FIG. 6 shows the 3 / 2-phase coordinate converter 117 shown in FIG. 4 and the 3 / 2-phase coordinate converter (d / q converter) 203 and 204 of FIG. 3, and shows a sinusoidal three-phase signal. Is a 3/2 phase converter 610 for converting the signal into a dq sinusoidal wave having a phase difference of 90 degrees, and a stationary / rotary coordinate system in which a signal passed through the 3/2 phase converter 610 is converted into a dq signal of a DC component ( 620).

도 7은 도 3의 PWM 인버터의 제어블럭도로서, 발전기의 전압을 지령하는 발전기 전압 설정치(221)와 실제 발전기 출력 단전압을 측정한 측정치(Vg)를 가산기(222)를 통해 비교하여 PI제어기(223)에 입력하고, 그 PI 제어기(223)의 출력신호와 삼각파 발생기(224)의 출력신호를 가산기(225)에서 비교하고, 그 가산기(225)의 출력신호를 이용하여 PWM 인버터의 스위치 D+,D-,E+,E- 를 도통 시킨다. 즉, 상기 가산기(225)의 출력신호와 그 가산기(225)의 출력신호에 의해 데드타임을 발생시키는 데드타임 발생기(226)의 출력신호를 두개의 앤드 게이트(227)(228)를 통해 D+,D-,E+,E- 를 출력하여 PWM인버터(40)를 스위칭 시킨다.FIG. 7 is a control block diagram of the PWM inverter of FIG. 3, which compares a generator voltage set value 221 for instructing a generator voltage and a measured value V g , which measures an actual generator output short-circuit voltage, through an adder 222 to PI. Input to the controller 223, the output signal of the PI controller 223 and the output signal of the triangular wave generator 224 is compared in the adder 225, and using the output signal of the adder 225 to switch the PWM inverter D +, D -, E + , E - To conduct. That is, the output signal of the adder 225 and the output signal of the dead time generator 226 for generating dead time by the output signal of the adder 225 through the two AND gates 227 and 228. D +, D -, E + , E - Outputs PWM to switch the inverter 40.

한편, 도 8은, 본 발명의 변형 실시예로서, 이에 도시된 바와 같이, 도 3의 PWM 부스트 컨버터, 역류방지 다이오드 및 PWM 인버터의 구조와 도 1의 AC/DC컨버터를 병렬로 연결한 이중화 시스템을 보여주고 있다.Meanwhile, FIG. 8 is a modified embodiment of the present invention, and as shown therein, a redundant system in which the structure of the PWM boost converter, the non-return diode, and the PWM inverter of FIG. 3 and the AC / DC converter of FIG. 1 are connected in parallel. Is showing.

이와같은 구조의 이중화 시스템은, 발전기의 전압이 정상적인 경우 AC/DC컨버터(810)를 통해서 발전기의 여자전압을 공급하고, 발전기의 출력단 전압이 강하되는 경우 부스트 컨버팅 기능이 있는 PWM 부스트 컨버터(820), 역류방지 다이오드(830) 및 PWM 인버터(840)를 거쳐 발전기의 계자(61)에 여자전원을 공급한다. 물론, PWM 부스트 컨버터 제어부는 도 3의 제어부와 동일한 구성이고, 상기 AC/DC 변환기(810)의 게이트 제어신호도 점호각 제어수단을 통해서 제어를 한다. 이에따라 도 3과 도1의 장점을 결합한 시스템이 된다.The redundancy system having such a structure supplies the excitation voltage of the generator through the AC / DC converter 810 when the voltage of the generator is normal, and the PWM boost converter 820 having the boost converting function when the voltage of the output terminal of the generator drops. The excitation power is supplied to the field 61 of the generator via the backflow prevention diode 830 and the PWM inverter 840. Of course, the PWM boost converter controller has the same configuration as the controller of FIG. 3, and the gate control signal of the AC / DC converter 810 is also controlled through the firing angle control means. This results in a system combining the advantages of FIGS. 3 and 1.

또한, 도 9는 도 8에서 AC/DC 컨버터를 한단 더 포함시켜 구성한 구조로서 이는 도 3의 시스템과 도 1의 시스템 2개를 병렬로 연결한 삼중화 시스템을 보여준다. 이경우 2개의 AC/DC 컨버터(910), (920)가 병렬 연결되어 있으므로, 둘중 어느 한쪽이 이상이 생기면 자동으로 다른쪽에서 동작되어 제어를 하게 되며, 아울러 발전기 출력전압이 강하되는 경우에 PWM 부스트 컨버터(930), 역류방지 다이오드(940) 및 PWM인버터(950)를 통해서 승압되어 필요로하는 안정된 전압으로 발전기의 계자에 공급할 수 있어서 더욱 안정성을 확보할 수 있게 된다.In addition, FIG. 9 is a structure in which the AC / DC converter is further included in FIG. 8, which shows a triple system in which the system of FIG. 3 and two systems of FIG. 1 are connected in parallel. In this case, since the two AC / DC converters 910 and 920 are connected in parallel, if any one of them is abnormal, it is automatically operated on the other side to control the PWM boost converter when the generator output voltage drops. In step 930, the backflow prevention diode 940 and the PWM inverter 950 are boosted and supplied to the field of the generator at a required stable voltage, thereby ensuring more stability.

본 발명의 장점을 열거하면 다음과 같다.The advantages of the present invention are listed as follows.

1) 설비가 간단하고 보수가 용의한 정지형 타입이다1) Stationary type with simple equipment and easy maintenance.

2) 발전기 출력단의 전압강하에 따른 여자 전원확보가 가능하다.2) The excitation power can be secured according to the voltage drop of the generator output stage.

3) 본 시스템은 시스템 구조가 2중화 시스템임으로 시스템 고장에 대한 강인성이 높다.3) As this system is a dual system, it has high robustness against system failure.

4) 부스트-벅 컨버터로만 구성된 2중화 시스템 보다는 에너지 손실이 작다.4) Less energy loss than a redundant system consisting only of a boost-buck converter.

5) 정상상태에서나 과도상태에서 안정한 운전이 가능하다.5) Stable operation in normal or transient condition is possible.

Claims (8)

발전기의 출력단 전압을 전력용 변압기를 통해 강압시킨후 직류로 변환시켜 발전기 계자의 여자전원을 공급하는 여자 시스템에 있어서,In the excitation system for supplying the excitation power of the generator field by converting the output terminal voltage of the generator through a power transformer and converting it into direct current, 상기 전력용 변압기의 3상 출력전원을 전력변환소자를 이용한 PWM방식으로 스위칭하여 역률제어 및 전압 크기를 제어한 직류전압으로 변환시키는 PWM 부스트 컨버터(20)와,PWM boost converter 20 for converting the three-phase output power of the power transformer by a PWM method using a power conversion element to convert the power factor control and the voltage to a DC voltage controlled; 그 PWM 부스트 컨버터(20)의 출력전원을 다이오드를 이용한 역류 방지부(30)를 통하여 입력받아 스위칭에 의해 발전기의 계자에 여자전원을 공급하는 PWM인버터(40)와,A PWM inverter 40 which receives the output power of the PWM boost converter 20 through the backflow prevention unit 30 using a diode and supplies excitation power to the field of the generator by switching; PWM 부스트 컨버터의 출력단 직류 전압과 전압 지령치를 비교하여 비례적분하고, 그 비례적분 값 및 역률 제어값과 상기 PWM 부스트 컨버터의 입력단 3상 전류를 dq축 공간 벡터 값으로 변환한 q축 및 d축 전류값과 각기 비교하고, 각 비교치를 비례 적분제어하여 공간 전압 벡터 방식을 이용한 상기 PWM 부스트 컨버터의 게이팅 신호를 발생시키는 PWM 부스트 컨버터 제어수단과,Q-axis and d-axis currents obtained by comparing the DC voltage and the voltage command value of the output terminal of the PWM boost converter, and converting the proportional integral value and the power factor control value and the three-phase current of the PWM boost converter into dq-axis space vector values. A PWM boost converter control means for comparing the values with each other and proportionally integrally controlling the comparison values to generate a gating signal of the PWM boost converter using a space voltage vector method; 발전기의 전압을 지령하는 발전기 전압 설정치와 실제 발전기 출력단전압을 측정하여 상기 설정치와 비교하고 비례적분 제어를 거쳐 사막파와 비교한 신호를 이용하여 PWM 인버터의 스위칭신호를 발생시키는 PWM 인버터 제어수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.It is composed of a PWM inverter control means for generating a switching signal of the PWM inverter by measuring the generator voltage set value to command the voltage of the generator and the actual generator output terminal voltage and compare with the set value and through the proportional integral control compared with the desert wave. Excitation system using space voltage vector method. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM 부스트 컨버터 제어 수단은,According to claim 1, wherein the PWM boost converter control means, PWM 부스트 컨버터(20)의 콘덴서 전압을 제어하기 위한 여자 전압 지령치(111)와 부스트 컨버터의 콘덴서 양단 전압(VDC)을 비교하여 그 차이를 검출하는 제1가산기(112)와,A first adder 112 for comparing the excitation voltage command value 111 for controlling the capacitor voltage of the PWM boost converter 20 with the voltage across the capacitor V DC of the boost converter and detecting the difference; 그 제1가산기(112)의 출력신호를 비례적분 제어하는 제1비례적분 제어기(113)와,A first proportional integral controller 113 for proportionally integral controlling the output signal of the first adder 112, 상기 전력용 변압기(10)의 2차측 3상 전류(IaT, IbT, IcT)를 90위상차를 가지는 d축, q축 2상 정형파 신호로 좌표변환시켜 각기 직류전압으로 변환하는 3/2상 좌표 변환기(117)와,Coordinate transformation of the secondary three-phase currents Ia T , Ib T , and Ic T of the power transformer 10 into d-axis and q-axis two-phase square wave signals having a 90-phase difference, respectively Two-phase coordinate converter 117, 그 3/2상 좌표 변환기(117)의 d축신호와 상기 제1비례적분제어기(113)의 출력신호를 비교하여 그 차를 구하는 제2가산기(115)와,A second adder 115 for comparing the d-axis signal of the 3 / 2-phase coordinate converter 117 with the output signal of the first proportional integral controller 113 and obtaining the difference; 상기 3/2상 좌표 변환기(117)의 q축 신호와 역률 지령치를 제공하는 역률제어기(114)의 출력신호를 비교하여 그 차이를 구하는 제3가산기(116)와,A third adder 116 for comparing the q-axis signal of the 3 / 2-phase coordinate converter 117 with the output signal of the power factor controller 114 providing the power factor command value and obtaining the difference; 상기 제2가산기(115)와 제3가산기(116)의 출력신호를 각각 비례적분 제어하는 제2, 제3비례적분 제어기(118)와,Second and third proportional integral controllers 118 for proportionally integral controlling the output signals of the second adder 115 and the third adder 116, respectively; 그 제2, 제3 비례적분 제어기(118)(119)의 출력신호와 상기 부스트 컨버터의 직류전압(VDC)에 의거하여 3상의 게이팅 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)를 발생하는 게이팅 시간 계산기(120)와,Gating time calculator for generating three-phase gating timing signals Ta, Tb, and Tc based on the output signals of the second and third proportional integral controllers 118 and 119 and the DC voltage V DC of the boost converter. 120, 그 게이팅 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)를 각각 카운트하여 상기 PWM 부스트 컨버터(20)의 3상의 게이트 신호(A+, A-)(B+, B-)(C+, C-)를 발생하는 게이트 신호 발생기(121)로 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.The gating timing signal 3 on the gate signals of the respective counts (Ta, Tb, Tc) the PWM boost converter (20) (A +, A -) (B +, B -) (C +, C -) to generate An excitation system using a space voltage vector method, characterized in that consisting of a gate signal generator 121. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 PWM 부스트 컨버터 게이팅 신호 발생기는,The PWM boost converter gating signal generator, 3상의 PWM제어를 위해 각 상별로 게이트 타이밍 신호(Ta, Tb, Tc)를 각기 입력받아 다운 카운팅하여 각상의 게이트 신호(A+, A-)(B+, B-)(C+, C-)를 각기 발생하도록 동일 구성의 3개의 신호 발생기(510, 520, 530)로 구성히되,A gate timing signal for each phase to PWM control on the 3 (Ta, Tb, Tc), each input receiving down counting to the gate signal of each phase of (A +, A -) ( B +, B -) (C +, C - ) Are composed of three signal generators (510, 520, 530) of the same configuration to generate each, 상기 하나의 신호발생기는The one signal generator 초기 온/오프 신호를 발생하는 초기신호 발생기(511)와,An initial signal generator 511 for generating an initial on / off signal, 해당 게이트 타이밍 신호(Ta)를 다운 카운트 하기 위한 지령치(Load 값)를 발생하는 로드 신호 발생기(513)와,A load signal generator 513 for generating a command value (Load value) for down counting the gate timing signal Ta; 상기 게이트 타이밍 신호(Ta)가 입력되면 상기 로드 신호 발생기(513)의 지령값에서부터 다운 카운트를 시작하는 다운 카운터(512)와,A down counter 512 which starts a down count from a command value of the load signal generator 513 when the gate timing signal Ta is input; 그 다운 카운터의 동기를 맞추기 위한 클럭신호를 발생하는 클럭 발생기(514)와,A clock generator 514 for generating a clock signal for synchronizing the down counter; 상기 초기신호 발생기(511)의 초기 온/오프 신호를 출력함과 아울러 상기 다운 카운터(512)의 다운 카운트 완료에 따른 세트 신호에 의거하여 온/오프 신호를 교대로 출력하는 플립플롭(F/F)(516)과,A flip-flop (F / F) that outputs an initial on / off signal of the initial signal generator 511 and alternately outputs an on / off signal based on a set signal according to the completion of the down count of the down counter 512. ) (516), 상기 다운 카운터(512)의 세트신호에 의거하여 상기 클럭발생기(514)의 클럭신호에 동기되어 두개의 스위칭 소자가 동시에 도통되는 것을 방지하기 위한 데디 타임신호를 출력하는 데드 타임 발생기(515)와,A dead time generator 515 for outputting a dead time signal for preventing two switching elements from conducting simultaneously in synchronization with a clock signal of the clock generator 514 based on the set signal of the down counter 512; 그 데드타임 발생기(515)의 출력신호와 상기 플립플롭(516)의 출력신호를 앤드 조합하여 해당 상의 제1신호(A+)를 발생하는 제1앤드게이트(517)와,A first and gate 517 for generating a first signal A + of the phase by AND combining the output signal of the dead time generator 515 and the output signal of the flip-flop 516, 상기 플립플롭(516)의 출력을 반전시킨 신호와 상기 데드타임 발생기(515)의 출력신호를 앤드 조합하여 해당상의 제2신호(A-)를 발생하는 제2앤드 게이트(518)로 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.And a second end gate 518 which generates a second signal A − of a corresponding phase by AND combining the signal inverting the output of the flip-flop 516 and the output signal of the dead time generator 515. Excitation system using spatial voltage vector method. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 3/2상 좌표 변환기(117)는,The 3 / 2-phase coordinate converter 117, 정현파 형태의 3상 신호를 90도의 위상차이를 갖는 dq정현파로 변환하는 3/2상 변환부(610)와,A 3/2 phase converter 610 for converting a sinusoidal three-phase signal into a dq sinusoidal wave having a phase difference of 90 degrees; 그 3/2상 변환(610)를 거친 신호가 직류성분의 dq 신호로 변환되는 정지/회전 좌표계(620)로 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.Excitation system using the spatial voltage vector method, characterized in that consisting of a stop / rotation coordinate system (620) in which the signal passed through the three-two-phase conversion (610) is converted into a dq signal of the DC component. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 PWM인버터 제어수단은,The PWM inverter control means, 상기 발전기(60)의 출력단 3상 전압(Va, Vb, Vc)을 검출하는 변압기(201) 및 3상 전류(Ia, Ib, Ic)를 검출하는 변류기(202)와,A transformer 201 for detecting the output three-phase voltages Va, Vb, and Vc of the generator 60 and a current transformer 202 for detecting three-phase currents Ia, Ib, and Ic; 그 변압기(201)와 변류기(202)의 3상신호를 90도 위상 차이를 갖는 dq 정현파로 변환하는 3/2상 좌표 변환기(203)(204)와,3/2 phase coordinate converters 203 and 204 for converting the three phase signals of the transformer 201 and the current transformer 202 into dq sinusoids having a 90 degree phase difference, 그 3/2상 좌표 변환기(203)(204)의 출력신호와 자동전압 조정기(AVR)의 자동 지령치를 비교하여 비례적분 제어하는 자동전압 제어부(210)와,An automatic voltage controller 210 which compares the output signal of the 3 / 2-phase coordinate converter 203 and 204 with the automatic command value of the automatic voltage regulator (AVR) and performs proportional integral control; 상기 계자(61)에 공급되는 전류(IF)를 검출하는 검류 검출기(205)와, 그 전류 검출기(205)의 검출 전류(IF)와 상기 자동전압 제어부(210)의 자동 전압 제어치 및 수동 전압 제어기(MVR)의 지령치를 비교하여 그 차이를 비례적분 제어하고 삼각파신호와 비교하여 상기 PWM인버터(40)의 스위칭 신호를 발생시키는 PWM인버터 제어부(220)로 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.A galvanometer detector 205 for detecting a current I F supplied to the field 61, a detection current I F of the current detector 205, an automatic voltage control value of the automatic voltage control unit 210, and Spatial voltage vector comprising a PWM inverter controller 220 for comparing the command value of the manual voltage controller (MVR) and proportionally integrally control the difference, and compares the difference with the triangular wave signal to generate the switching signal of the PWM inverter (40). Excitation system using the method. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, PWM 인버터의 제어부(220)는,The control unit 220 of the PWM inverter, 발전기의 전압을 지령하는 발전기 전압 설정치(221)와, 실제 발전기 출력 단전압을 측정한 측정치(Vg)를 비교하는 제1 가산기(222)와,A first adder 222 for comparing the generator voltage set value 221 for commanding the voltage of the generator with the measured value V g in which the actual generator output short voltage is measured; 그 가산기(222)의 출력신호를 비례적분 제어하는 PI제어기(223)와,A PI controller 223 for proportionally integral control of the output signal of the adder 222, 그 PI 제어기(223)의 출력신호와 삼각파 발생기(224)의 출력신호를 비교하는 제2 가산기(225)와,A second adder 225 for comparing the output signal of the PI controller 223 with the output signal of the triangular wave generator 224, 그 제2 가산기(225)의 출력신호를 이용하여 상기 PWM 인버터의 상하 스위칭소자가 동시에 온되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 발생시키는 데드타임 발생기(226)와,A dead time generator 226 for generating a dead time for preventing the vertical switching elements of the PWM inverter from being turned on at the same time by using the output signal of the second adder 225, 상기 데드 타임 발생기(226)의 출력신호와 상기 제2 가산기(225)의 출력신호 및 그 출력신호를 반전시킨 신호를 각각 앤드 조합하여 상기 PWM 인버터의 스위치 D+,D-,E+,E- 를 발생시키는 두개의 앤드 게이트(227)(228)로 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.The output signal of the dead time generator 226, the output signal of the second adder 225, and an inverted signal of the output signal, respectively; D +, D -, E + , E - Excitation system using a space voltage vector method, characterized in that consisting of two end gates (227, 228) for generating a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 여자 시스템은,The excitation system is, 발전기의 출력단의 전압 및 전류치를 궤환받아 발전기 전압 지령치와 비교하여 점호각 제어방식으로 스위칭이 제어되는 AC/DC 컨버터를 더 포함시켜, 상기 PWM 부스트 컨버터, 역류 방지부 및 PWM인버터와 병렬로 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.It further includes an AC / DC converter in which switching is controlled by a firing angle control method in response to the voltage and current values of the output terminal of the generator compared with the generator voltage command value, and connected in parallel with the PWM boost converter, the backflow prevention unit and the PWM inverter. Excitation system using a space voltage vector method, characterized in that the configuration. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 여자 시스템은,The excitation system is, 상기 AC/DC 컨버터와 병렬 연결된 다른 AC/DC컨버터가 하나 더 포함된 것을 특징으로 하는 공간전압 벡터 방식을 이용한 여자 시스템.The excitation system using the space voltage vector method, characterized in that it further comprises another AC / DC converter connected in parallel with the AC / DC converter.
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