KR20120041045A - 인버터 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

인버터 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

인버터 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명은, 복수의 인버터 모듈 중 하나 이상의 인버터 모듈을 선택적으로 운전함으로써 하나 이상의 인버터 모듈의 오류 발생 시에도 연속 운전을 수행할 수 있고, 저 용량 제어 시에 용량에 따라 운전 가능하도록 하며, 복수의 인버터 모듈 중 동일한 인버터 모듈만 계속해서 동작하지 않도록 함으로써 운전 효율을 향상시키고, 시스템의 안정성을 제고한다.

Description

인버터 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING AN INVERTER}
본 발명은 인버터 제어 장치에 관한 것으로서, 복수의 소용량 인버터를 제어하여 인버터의 전류 제어를 수행하는 인버터 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 대용량 인버터, 예를 들어 1000V, 120A,를 이용하여 부하에 전류를 출력하는 방식으로는, 단일 대용량 인버터 모듈을 사용하는 방식과 복수의 소용량 인버터 모듈을 병렬로 연결하되 전체 출력 전류를 균일하게 나누어 출력하도록 제어하는 방식이 있다.
종래 기술에 따른 대용량으로 단일 인버터 모듈을 설계할 경우에는, 용량에 따라 가변적으로 전류 제어를 수행하는 반면, 병렬로 복수의 인버터 모듈을 구성하는 경우에는, 인버터 전체 정격용량을 균등하게 배분한 인버터 모듈을 사용하여 전류 제어 시에 전체 출력 전류를 역시 균등하게 배분하여 1/(인버터 모듈의 수) 씩 각 인버터 모듈에 할당하여 전류 제어를 한다.
종래 기술에 따른 인버터 제어 장치 중 단일 인버터 모듈로 구성하여 대용량 전류 제어를 하는 경우에는, 가변 용량 제어를 위해 용량에 관계없이 동일하게 운전해야 하므로, 효율이 저하되는 문제점이 있다.
반면, 병렬로 복수의 인버터 모듈을 연결하여 사용하는 경우에는, 대용량의 단일 인버터 모듈을 사용하는 경우에 비해 각 모듈의 용량이 단일 용량에 비해 1/(인버터 모듈의 수)만큼 감소한 용량을 사용함으로써 비용을 낮추는 효과가 있다. 그러나, 전류 제어를 수행함에 있어서는 단일 대용량 인버터 모듈을 사용하는 방식에서와 같이, 용량 가변하여 운전하여야 함에도 동일한 스위칭 주파수로 모든 인버터 모듈을 운전하게 됨으로써 운전 효율이 저하되고, 인버터 모듈의 수명이 단축되며, 여러 인버터 모듈 중 하나의 인버터 모듈만 고장이 나더라도 전체 시스템을 운전하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 복수의 인버터 모듈 중 하나 이상의 인버터 모듈을 선택적으로 운전함으로써, 종래 기술에 따른 대용량 단일 인버터 모듈 방식 및 병렬 인버터 모듈 방식에 있어서, 저 용량 제어 시 단일 모듈 및 제어 전류를 해당 병렬 인버터 모듈에 균등하게 배분하여 전체 인버터 모듈을 항상 스위칭해야 하는 문제점, 하나의 인버터 모듈의 고장 시에 전체 시스템을 운전할 수 없는 문제점을 해결하는 인버터 제어 장치 및 제어 방법을 제공함에 일 목적이 있다.
본 발명은 복수의 인버터 모듈로 구성된 전력 변환 장치를 제어하는 장치에 있어서, 임의의 하나 이상의 인버터 모듈의 고장(오류 발생) 시에도 연속 운전을 수행할 수 있고, 저 용량 제어 시에 용량에 따라 구동 가능한 인버터 제어 장치 및 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명은 저 용량 제어 시에 복수의 인버터 모듈 중 동일한 인버터 모듈만 계속해서 동작하지 않도록 한 인버터 제어 장치 및 제어 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 제어신호에 따라 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 공급하는 전력 변환 유닛과, 상기 제어신호를 상기 전력 변환 유닛에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 구동하고, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 복수의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛을 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하고, 상기 연산 결과를 근거로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 인버터 모듈 내의 게이트에 구동신호를 출력하는 구동 유닛을 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 복수의 인버터 모듈의 구동 내력을 저장하는 저장 유닛을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 유닛은, 상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 오류 검출 유닛을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 유닛은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 다시 연산한다. 또한, 상기 제어 유닛은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성한다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하는 전력 변환 유닛을 제어하는 인버터 제어 방법에 있어서, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 연산하는 단계와, 상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계와, 상기 연산한 출력전류를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 상기 복수의 인버터 모듈의 구동 내력을 저장하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 재연산하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 단계를 더 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 재연산하는 단계를 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 재연산하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터 출력된 직류 전원을 평활화하는 평활 커패시터와, 제어신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 상기 인버터의 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 인버터는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 상기 제어신호에 따라 각각 상기 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하고, 상기 제어 유닛은, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 복수의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛을 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 인버터 모듈 내의 게이트에 구동신호를 출력하는 구동 유닛을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 유닛은, 상기 구동 유닛으로부터 오류 신호를 수신하고, 이를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치 및 방법은, 복수의 인버터 모듈 중 하나 이상의 인버터 모듈을 선택적으로 구동하여 저 용량 제어 시 하나 또는 일부의 인버터 모듈을 구동함으로써 운전 효율을 향상시키고, 시스템의 안정성을 제고한다.
본 발명은 복수의 인버터 모듈을 구동하는 인버터 제어 장치 및 제어 방법을 통해 임의의 하나 이상의 인버터 모듈의 오류 발생 시에도 연속 운전을 수행할 수 있고, 저 용량 제어 시에 용량에 따라 운전 가능하도록 한다.
본 발명은 저 용량 제어 시에 복수의 인버터 모듈 중 동일한 인버터 모듈만 계속해서 동작하지 않도록 함으로써 운전 효율을 향상시키고, 시스템의 안정성을 제고한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 인버터 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도;
도 8 및 도 9는 본 발명에 있어서 출력 전류를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 제어 장치 및 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 제어신호에 따라 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈(110)을 구비하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 공급하는 전력 변환 유닛(100)과, 상기 제어신호를 상기 전력 변환 유닛에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈(110)을 선택적으로 구동하고, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛(200)을 포함하여 구성된다.
이하에서 발전 장치(10)는 상용 전원 뿐만 아니라 태양열, 태양광, 연료전지, 풍력, 2차 전지 등의 전력을 발생시키는 장치를 모두 포함한다. 상기 발전 장치(10)는 발전하는 전원이 교류인 경우 직류로 변환하는 컨버터 및 기타 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는 복수의 인버터 모듈(110)로 구성된 전력 변환 장치(100)를 포함한다. 상기 인버터 모듈(110)은 동일하거나 서로 다른 전류 용량을 가진다. 상기 제어 유닛(200)은 부하가 요청하는 전류량이나 발전 장치가 생성한 전류량에 따라 부하에 전류를 출력한다. 이때, 상기 복수의 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 가능한 최대 출력 전류 용량이 결정된다. 최대 출력전류 용량으로 상기 전력 변환 장치를 제어하는 경우에, 상기 제어 유닛(200)은 모든 인버터 모듈을 구동하는 구동신호를 포함하는 제어신호를 생성하여 상기 전력 변환 장치에 출력한다. 반면, 상기 최대 출력전류 용량보다 작은 저 용량 제어 시, 상기 제어 유닛은, 상기 복수의 인버터 모듈(110) 중 하나 또는 일부의 인버터 모듈을 선택하여 구동한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은 출력하고자 하는 전체 출력전류를 균등하게 배분하거나, 일부의 인버터 모듈만을 이용하거나, 또는 각 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 배분하여 부하에 전류가 출력되도록 상기 전력 변환 장치를 제어한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 제어신호에 따라 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈(110)을 구비하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 공급하는 전력 변환 유닛(100)과, 상기 제어신호를 상기 전력 변환 유닛에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈(110)을 선택적으로 구동하고, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛(200)과, 상기 복수의 인버터 모듈(110)에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛(300, 310)을 포함하여 구성된다.
상기 전류 검출 유닛(도 2에서 300)은 상기 복수의 인버터 모듈(110)의 출력단에 연결되어 상기 인버터 모듈(110)로부터 부하에 인가되는 출력 전류를 검출한다. 또한, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 인버터 모듈의 출력단에 연결된 전류 검출 유닛들과 부하의 사이에 연결되어 전체 출력 전류를 검출하는 전류 검출 유닛(도 2에서 310)을 더 구비한다. 상기 전류 검출 유닛은, 상기 전력 변환 장치(100)와 상기 부하의 사이, 또는 모터의 사이,에 연결되어 연속적으로 상기 인버터 모듈로부터 출력되는 출력 전류와 전체 출력 전류를 연속적으로 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer) 또는 전류 트랜스포머(Current Transformer)이다. 물론 상기 전류 검출 유닛으로 션트 저항(Shunt Resistor) 등 다른 소자를 이용할 수 있다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 출력 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 제어 유닛(200)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 상기 인버터 모듈에 펄스 폭 변조를 적용하는 경우에 펄스 폭 변조의 전 구간에서 전류를 검출할 수 있는 장점이 있다. 상기 제어 유닛(200)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 출력 전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다.
여기서, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 복수의 인버터 모듈(110)의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하고, 상기 연산 결과를 근거로 상기 제어신호를 생성한다. 상기 제어 유닛(200)은 상기 인버터 모듈의 전류 용량을 합산하여 상기 전력 변환 장치(110)의 최대 가용 전류 용량을 연산한다. 그런 다음, 상기 제어 유닛(200)은 부하의 요청에 따르거나, 또는 발전 장치의 발전량에 따라 각 인버터 모듈을 구동하여 부하에 전류를 출력한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은, 부하에 최대 전류 용량을 출력하기 위해서 모든 인버터 모듈을 구동하는 제어신호를 생성한다. 한편, 상기 제어 유닛(200)은, 최대 전류 용량보다 작은 전류 용량을 출력하고자 하는 경우에는, 부하에 출력하고자 하는 전체 출력전류 용량과, 각 인버터 모듈의 전류 용량을 고려하여 상기 인버터 모듈을 선택적으로 구동하는 제어신호를 생성한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 제어신호에 따라 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈(110)을 구비하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 공급하는 전력 변환 유닛(100)과, 상기 제어신호를 상기 전력 변환 유닛에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈(110)을 선택적으로 구동하고, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛(200)과, 상기 복수의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛(300, 310)과, 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 인버터 모듈 내의 게이트에 구동신호를 출력하는 구동 유닛(400)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 구동 유닛(400)은 상기 복수의 인버터 모듈 각각에 연결되도록 구성되어 상기 인버터 모듈을 온 또는 오프하는 구동신호를 출력한다. 상기 구동 유닛(400)은, 최대 용량으로 상기 전력 변환 장치, 즉 모든 인버터 모듈을 구동하는 경우에는 모든 인버터 모듈에 구동신호를 출력한다. 반면, 상기 구동 유닛(400)은, 저 용량 제어 시에는 복수의 인버터 모듈(110) 중 일부의 인버터 모듈에만 구동신호를 출력한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 복수의 인버터 모듈의 구동 내력을 저장하는 저장 유닛(210)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈(110)에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성한다. 저 용량 제어 시, 상기 제어 유닛(200)은 복수의 인버터 모듈 중 일부를 구동하도록 하는 제어신호를 각 인버터 모듈에 연결된 각 구동 유닛으로 출력하고, 각 구동 유닛은 상기 제어신호에 따라 각각 연결된 인버터 모듈을 구동하는 구동신호를 출력한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 저장 유닛(210)에 저장된 각 인버터 모듈의 구동 내력, 예를 들어 구동 시간, 출력 전류량 등을 참조하여 제어신호를 생성함으로써 동일한 인버터 모듈을 계속해서 반복적으로 사용하지 않도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 오류 검출 유닛(220)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 구동 유닛(400)이 일정 주기마다 상기 오류 검출 유닛(220)에 오류 신호를 출력하도록 구성되거나, 또는 상기 오류 검출 유닛(220)이나 상기 제어 유닛(200)이 일정 주기마다 확인 신호를 상기 구동 유닛(400)에 입력하여 응답 신호에 따라 오류, 고장을 검출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 다시 연산한다. 이에 따라 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 어느 특정 인버터 모듈이 고장이 나더라도 최대 출력 전류 용량에서 오류가 있는 인버터 모듈에 따른 전류 용량을 차감한 전체 출력전류 용량 이하로 연속적으로 운전할 수 있다. 상기 제어 유닛(200)은, 고장난 인버터 모듈이 있으면, 이에 대한 전류 용량을 제외하고, 가용한 전체 출력전류 용량을 연산한다. 또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성한다. 즉, 상기 제어 유닛(200)은, 다시 연산한 전체 출력전류 용량이나 그 이상으로 최대 출력전류 용량으로 상기 전력 변환 유닛을 구동하고자 하는 경우에는 다시 연산한 전체 출력전류 용량으로 제한하여 구동하도록 한다. 반면, 상기 제어 유닛(200)은, 다시 연산한 전체 출력 전류 용량보다 작은 저 용량 제어 시에는, 가용한 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 선택적으로 상기 인버터 모듈을 구동한다. 이때에도 상기 제어 유닛(200)은 상기 저장 유닛(210)에 저장된 구동 내력을 참조하여 제어신호를 생성하여 동일한 인버터 모듈이 계속 구동되는 것을 방지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(12)와, 상기 컨버터로부터 출력된 직류 전원을 평활화하는 평활 커패시터(13)와, 제어신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터(100)와, 상기 인버터의 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛(200)을 포함하고, 상기 인버터(100)는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 상기 제어신호에 따라 각각 상기 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈(110, 120, 130)을 구비하고, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 복수의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛(300)을 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 부하로 출력되는 전체 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛(310)을 더 포함한다.
상기 전류 검출 유닛(도 4에서 300)은 상기 복수의 인버터 모듈(110)의 출력단에 연결되어 상기 인버터 모듈(110)로부터 부하에 인가되는 출력 전류를 검출한다. 또한, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 인버터 모듈의 출력단에 연결된 전류 검출 유닛들과 부하의 사이에 연결되어 전체 출력 전류를 검출하는 전류 검출 유닛(도 4에서 310)을 더 구비한다. 상기 전류 검출 유닛은, 상기 전력 변환 장치(100)와 상기 부하의 사이, 또는 모터의 사이,에 연결되어 연속적으로 상기 인버터 모듈로부터 출력되는 출력 전류와 전체 출력 전류를 연속적으로 검출하는 전류 트랜스듀서 또는 전류 트랜스포머이다. 물론 상기 전류 검출 유닛으로 션트 저항 등 다른 소자를 이용할 수 있다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 출력 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 제어 유닛(200)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 상기 인버터 모듈에 펄스 폭 변조를 적용하는 경우에 펄스 폭 변조의 전 구간에서 전류를 검출할 수 있는 장점이 있다. 상기 제어 유닛(200)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 출력 전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다.
여기서, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 복수의 인버터 모듈(110)의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하고, 상기 연산 결과를 근거로 상기 제어신호를 생성한다. 상기 제어 유닛(200)은 상기 인버터 모듈의 전류 용량을 합산하여 상기 전력 변환 장치(110)의 최대 가용 전류 용량을 연산한다. 그런 다음, 상기 제어 유닛(200)은 부하의 요청에 따르거나, 또는 발전 장치의 발전량에 따라 각 인버터 모듈을 구동하여 부하에 전류를 출력한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은, 부하에 최대 전류 용량을 출력하기 위해서 모든 인버터 모듈을 구동하는 제어신호를 생성한다. 한편, 상기 제어 유닛(200)은, 최대 전류 용량보다 작은 전류 용량을 출력하고자 하는 경우에는, 부하에 출력하고자 하는 전체 출력전류 용량과, 각 인버터 모듈의 전류 용량을 고려하여 상기 인버터 모듈을 선택적으로 구동하는 제어신호를 생성한다.
본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 제어신호에 따라 상기 복수의 인버터 모듈 내의 게이트에 구동신호를 출력하는 구동 유닛(400)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 구동 유닛(400)은 상기 복수의 인버터 모듈 각각에 연결되도록 구성되어 상기 인버터 모듈을 온 또는 오프하는 구동신호를 출력한다. 상기 제어 유닛(200)은, 최대 용량으로 상기 인버터, 즉 모든 인버터 모듈을 구동하는 경우에는 상기 구동 유닛(400)이 이에 연결된 모든 인버터 모듈에 구동신호를 출력하도록 하는 제어신호를 출력한다. 반면, 저 용량 제어 시에는 상기 제어 유닛(200)은 선택적으로 상기 구동 유닛(400)이 일부의 인버터 모듈만 구동하도록 하는 제어신호를 생성한다.
상기 제어 유닛(200)은, 상기 구동 유닛(400)으로부터 오류 신호를 수신하고, 이를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈의 오류 여부를 검출할 수 있다. 즉, 상기 구동 유닛(400)은 이에 연결된 인버터 모듈의 상태를 확인하여 상기 제어 유닛(200)에 일정 주기마다 오류 신호를 송신한다. 상기 제어 유닛(200)은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 다시 연산한다. 이에 따라 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 어느 특정 인버터 모듈이 고장이 나더라도 최대 출력 전류 용량에서 오류가 있는 인버터 모듈에 따른 전류 용량을 차감한 전체 출력전류 용량 이하로 연속적으로 운전할 수 있다.
상기 제어 유닛(200)은, 고장난 인버터 모듈이 있으면, 이에 대한 전류 용량을 제외하고, 가용한 전체 출력전류 용량을 연산한다. 또한, 상기 제어 유닛(200)은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성한다. 즉, 상기 제어 유닛(200)은, 다시 연산한 전체 출력전류 용량이나 그 이상으로 최대 출력전류 용량으로 상기 전력 변환 유닛을 구동하고자 하는 경우에는 다시 연산한 전체 출력전류 용량으로 제한하여 구동하도록 한다. 반면, 상기 제어 유닛(200)은, 다시 연산한 전체 출력 전류 용량보다 작은 저 용량 제어 시에는, 가용한 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 선택적으로 상기 인버터 모듈을 구동한다.
상기 제어 유닛(200)은, 상기 인버터 모듈의 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈(110)에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성할 수 있다. 저 용량 제어 시, 상기 제어 유닛(200)은 복수의 인버터 모듈 중 일부를 구동하도록 하는 제어신호를 각 인버터 모듈에 연결된 각 구동 유닛으로 출력하고, 각 구동 유닛은 상기 제어신호에 따라 각각 연결된 인버터 모듈을 구동하는 구동신호를 출력한다. 이때, 상기 제어 유닛(200)은, 각 인버터 모듈의 구동 내력, 예를 들어 구동 시간, 출력 전류량 등을 참조하여 제어신호를 생성함으로써 동일한 인버터 모듈을 계속해서 반복적으로 구동하지 않도록 한다.
상기 인버터 제어 장치는, 상기 컨버터(12)로부터 출력되는 직류 전원을 저장하고, 평활화하는 평활 커패시터(13), 즉 DC 링크 커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인버터 제어 장치는, 발전 장치(10)가 발전한 전압을 검출하는 전압 검출 유닛(510) 또는/및 부하로 출력되는 전압을 검출하는 전압 검출 유닛(520)을 더 포함할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 인버터 제어 장치를 이용하여 저 용량 제어를 수행하는 동작을 설명하기 위해 도시한 도이다.
도 8을 참조하면, 전체 출력전류 용량이 30A로서, 하나의 인버터 모듈(110)의 출력 전류 용량 이하인 경우이다. 이때, 상기 인버터 제어 장치는, 3개의 인버터 모듈(110, 120, 130) 중 하나의 인버터 모듈을 선택하여 구동한다. 상기 인버터 제어 장치는 각 인버터 모듈의 구동 내력, 각 인버터 모듈의 고장, 오류 여부 등을 고려하여 하나의 인버터 모듈을 선택하여 구동한다. 물론 상기 인버터 제어 장치는 전체 출력전류 용량인 30A를 균등하게 분배하여 3개의 인버터 모듈이 구동되도록 하거나, 2 등분하여 2개의 인버터 모듈만 구동되도록 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 전체 출력전류 용량이 60A로서, 하나의 인버터 모듈(110)의 출력 전류 용량은 초과하나, 최대 출력전류 용량보다 작은 경우이다. 이때, 상기 인버터 제어 장치는, 2개의 인버터 모듈(110, 120)을 이용하여 하나의 인버터 모듈(110)은 그 인버터 모듈의 전류 용량(40A)을 모두 사용하고, 나머지 20A는 다른 인버터 모듈(120)을 선택하여 구동한다. 상기 인버터 제어 장치는 각 인버터 모듈의 구동 내력, 각 인버터 모듈의 고장, 오류 여부 등을 고려하여 하나의 인버터 모듈을 선택하여 구동한다. 물론 상기 인버터 제어 장치는 전체 출력전류 용량인 60A를 균등하게 분배하여 3개의 인버터 모듈이 구동되도록 하거나, 임의로 전체 출력전류 용량을 나누어 구동되도록 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하는 전력 변환 유닛을 제어하는 인버터 제어 방법에 있어서, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 연산하는 단계(S110)와, 상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계(S120)와, 상기 연산한 출력전류를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 제어하는 단계(S130)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 4를 참조한다.
상기 인버터 제어 장치는, 부하가 요청하는 전류량이나 발전 장치가 생성한 전류량에 따라 부하에 전류를 출력한다. 이때, 상기 복수의 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 가능한 최대 출력 전류 용량이 결정된다(S110). 최대 출력전류 용량 제어 시, 상기 인버터 제어 장치는, 모든 인버터 모듈을 구동하는 반면, 상기 최대 출력전류 용량보다 작은 저 용량 제어 시에는 복수의 인버터 모듈 중 하나 또는 일부의 인버터 모듈을 선택하여 구동한다(S130). 이때, 상기 인버터 제어 장치는 출력하고자 하는 전체 출력전류를 균등하게 배분하거나, 일부의 인버터 모듈만을 이용하거나, 또는 각 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 배분하여 부하에 전류가 출력되도록 한다(S120).
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하는 전력 변환 유닛을 제어하는 인버터 제어 방법에 있어서, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 연산하는 단계(S210)와, 상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계(S220)와, 상기 연산한 출력전류를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 제어하는 단계(S230)와, 상기 복수의 인버터 모듈의 구동 내력을 저장하는 단계(S240)를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계(S220)는, 상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 재연산한다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 4를 참조하고, 도 5에 대한 설명과 중복되는 부분은 이에 갈음한다.
상기 인버터 제어 장치는, 상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고(S220), 이에 따라 해당 인버터 모듈을 구동한다(S230). 저 용량 제어 시, 상기 인버터 제어 장치는 복수의 인버터 모듈 중 일부를 구동하는데, 이때 각 인버터 모듈의 구동 내력, 예를 들어 구동 시간, 출력 전류량 등을 저장하고(S240), 저장된 구동 내력을 참조하여 동일한 인버터 모듈을 계속해서 반복적으로 구동하지 않도록 한다(S220).
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하는 전력 변환 유닛을 제어하는 인버터 제어 방법에 있어서, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 연산하는 단계(S310)와, 상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계(S320)와, 상기 연산한 출력전류를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 제어하는 단계(S370)와, 상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 단계(S330)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 인버터 제어 방법은, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 재연산하는 단계(S350)를 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 재연산하는 단계(S360)를 더 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 4를 참조하고, 도 5 및 도 6에 대한 설명과 중복되는 부분은 이에 갈음한다.
상기 인버터 제어 장치는, 상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하고(S330), 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 다시 연산한다(S350). 상기 인버터 제어 장치는, 어느 특정 인버터 모듈이 고장이 나더라도 최대 출력 전류 용량에서 오류가 있는 인버터 모듈에 따른 전류 용량을 차감한 전체 출력전류 용량 이하로 연속적으로 운전할 수 있다. 상기 인버터 제어 장치는, 고장난 인버터 모듈이 있으면, 이에 대한 전류 용량을 제외하고, 가용한 전체 출력전류 용량을 연산한다(S350). 또한, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산한다(S360). 즉, 상기 인버터 제어 장치는, 다시 연산한 전체 출력전류 용량이나 그 이상으로 최대 출력전류 용량으로 구동하고자 하는 경우에는 다시 연산한 전체 출력전류 용량으로 제한하여 구동한다. 반면, 상기 원격 제어 장치는, 다시 연산한 전체 출력 전류 용량보다 작은 저 용량 제어 시에는, 가용한 인버터 모듈의 전류 용량에 따라 선택적으로 상기 인버터 모듈을 구동한다(S340).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치 및 제어 방법은, 복수의 인버터 모듈 중 하나 이상의 인버터 모듈을 선택적으로 운전함으로써 하나 이상의 인버터 모듈의 오류 발생 시에도 연속 운전을 수행할 수 있고, 저 용량 제어 시에 용량에 따라 운전 가능하도록 하며, 복수의 인버터 모듈 중 동일한 인버터 모듈만 계속해서 동작하지 않도록 함으로써 운전 효율을 향상시키고, 시스템의 안정성을 제고한다.
10: 발전 장치 11: 교류 전원
12: 컨버터 13: 평활 커패시터
100: 전력 변환 장치 110, 120, 130: 인버터 모듈
200: 제어 유닛 210: 저장 유닛
220: 오류 검출 유닛 400, 410, 420, 430: 구동 유닛
300, 300a, 300b, 300c, 310: 전류 검출 유닛
510, 520: 전압 검출 유닛

Claims (19)

  1. 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 제어신호에 따라 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 공급하는 전력 변환 유닛; 및
    상기 제어신호를 상기 전력 변환 유닛에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 구동하고, 상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 인버터 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하고, 상기 연산 결과를 근거로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어신호에 따라 상기 복수의 인버터 모듈 내의 게이트에 구동신호를 출력하는 구동 유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 모듈의 구동 내력을 저장하는 저장 유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 오류 검출 유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 다시 연산하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 다시 연산하고, 이에 따라 상기 제어신호를 다시 생성하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  10. 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 각각 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하는 전력 변환 유닛을 제어하는 인버터 제어 방법에 있어서,
    상기 전력 변환 유닛의 전체 출력전류 용량을 연산하는 단계;
    상기 복수의 인버터 모듈의 상기 전류 용량을 근거로 상기 전체 출력전류 용량 중 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계; 및
    상기 연산한 출력전류를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 제어하는 단계;를 포함하는 인버터 제어 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 모듈의 구동 내력을 저장하는 단계;를 더 포함하는 인버터 제어 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 연산하는 단계는,
    상기 구동 내력을 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 재연산하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 단계;를 더 포함하는 인버터 제어 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 출력 가능한 전체 출력전류 용량을 재연산하는 단계;를 더 포함하는 인버터 제어 방법.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 인버터 모듈의 오류 여부의 검출 결과를 근거로 상기 연산한 각 인버터 모듈에 해당하는 출력전류를 재연산하는 단계;를 더 포함하는 인버터 제어 방법.
  16. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
    상기 컨버터로부터 출력된 직류 전원을 평활화하는 평활 커패시터;
    제어신호에 따라 상기 평활화된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터; 및
    상기 인버터의 출력전류 용량을 제어하는 제어 유닛;을 포함하고,
    상기 인버터는, 각각 일정한 전류 용량을 가지고, 상기 제어신호에 따라 각각 상기 부하에 전류를 출력하는 복수의 인버터 모듈을 구비하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 복수의 인버터 모듈을 선택적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 복수의 인버터 모듈로부터 상기 부하로 출력되는 출력전류를 검출하는 전류 검출 유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.
  18. 제16 항 또는 제17 항에 있어서,
    상기 제어신호에 따라 상기 복수의 인버터 모듈 내의 게이트에 구동신호를 출력하는 구동 유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 구동 유닛으로부터 오류 신호를 수신하고, 이를 근거로 상기 복수의 인버터 모듈의 오류 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.
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