KR20140119173A - 전력 제공 유닛에 대한 dc 공급 유닛 - Google Patents

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Abstract

DC 공급 네트워크에서의 사용을 위한 전력 제공 유닛에 대한 DC 공급 유닛 (9-1) 이 제시된다. DC 공급 유닛은, 전류를 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 통해 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르게 하고, 제 1 방향과 반대인 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 포함한다. 이러한 맥락에서, 제 1 방향은 DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안의 전류의 흐름 방향이다. DC 공급 유닛 (9-1) 은 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 와 역병렬 연결로 배열되는 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 더 포함하고, 제 1 스위칭 유닛 (21) 은, 온 상태-상태에서, DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안의 역전류를 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 통해 제 2 방향 (19-2) 으로 선택적으로 흐르게 하여 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 바이패스하도록, 그리고 오프-상태에서, DC 공급 네트워크에서 고장이 발생할 때의 제 2 방향 (19-2) 으로의 전류를 차단하도록 제어가능하다. 또한, 이러한 DC 공급 유닛을 포함하는 전력 제공 유닛이 제시된다.

Description

전력 제공 유닛에 대한 DC 공급 유닛{DC SUPPLY UNIT FOR A POWER PROVISION UNIT}
본 개시물은 일반적으로 전력 시스템들에 관한 것으로, 특히, DC 공급 네트워크 환경에서 사용되는 전력 제공 유닛에 대한 DC 공급 유닛에 관한 것이다.
전력 시스템들은 통상적으로 복수의 컴포넌트들, 예컨대, 하나 이상의 전력 발생 소스, 드라이브들 및 에너지 저장 모듈들을 포함한다. 이들 컴포넌트들은 통상적으로, 전력 시스템에 연결된 하나 이상의 부하들에 전력을 제공하기 위해 전류들을 흐르게 할 수 있는 버스바 시스템에 의해 상호연결된다.
어느 포인트에 있어서, 버스바 시스템에서, 이 시스템의 컴포넌트들 중 하나의 컴포넌트에서, 또는 부하에서, 단락과 같은 고장 (fault) 이 전력 시스템에서 불가피하게 발생한다. 고장의 경우, 시스템의 강건한 부분으로부터 그 고장을 격리시켜 강건한 부분에 의해 정상 전력 제공이 계속될 수 있도록 하고, 강건한 부분들이 손상되는 것으로부터 보호하는 것이 중요하다. 이러한 목적을 위해, 전력 시스템에 보호 시스템이 통상적으로 포함된다.
전력 시스템에서 고장들을 핸들링하기 위해 배열된 보호 시스템은 통상적으로, 전력 시스템에서 전류들과 같은 전기적 파라미터들을 모니터링하도록 배열된 모니터링 장비, 및 그 모니터링 장비에 의해 제어되는 서킷 브레이커들 (circuit breakers) 을 포함한다. 서킷 브레이커들은, 고장의 경우에 선택적인 고장 격리가 달성될 수 있도록 전력 시스템에 배열된다.
그러나, 기존의 보호 시스템들은 일부 적용에 있어서 매우 고비용이면서도 공간 소비적일 수 있다.
교류 서킷 (AC) 브레이커들과는 반대로, 직류 (DC) 서킷 브레이커들은 제로 크로싱들에 의존하지 않을 수 있기 때문에, 이러한 직류 (DC) 서킷 브레이커들은 특히 크다. 따라서, 적절한 보호를 보장하기 위해 DC 서킷 브레이커들에서는 보다 큰 에어 갭들이 필요하다. 그 결과, DC 서킷 브레이커들은 통상적으로 큰 양의 공간을 소비하고, 이들은 제조하는데 고비용이 든다.
위의 고려사항들의 관점에서, 본 개시물의 일반적인 목적은, 고장들을 선택적으로 핸들링할 수 있는 DC 공급 네트워크보다 작은 서킷 브레이커의 생성을 가능하게 하는 DC 공급 유닛을 제공하는 것이다.
따라서, 본 개시물의 제 1 양태에 따르면, 일단 (one end) 에서는 DC 공급 네트워크에 연결되도록 배열되고 타단에서는 전력 제공 유닛 내부 버스에 연결되도록 배열되는 DC 공급 유닛이 제공되고, DC 공급 유닛은, 전류를 제 1 전류 차단 디바이스를 통해 제 1 방향으로 흐르게 하고, 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된 제 1 전류 차단 디바이스로서, 제 1 방향은 DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안의 전류의 흐름 방향인, 그 제 1 전류 차단 디바이스, 및 제 1 전류 차단 디바이스와 역병렬 연결 (anti-parallel connection) 로 배열되는 제 1 스위칭 유닛을 포함하고, 제 1 스위칭 유닛은, 온 상태-상태에서, DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안의 역전류를 제 1 스위칭 유닛을 통해 제 2 방향으로 선택적으로 흐르게 하여 제 1 전류 차단 디바이스를 바이패스 (bypass) 하도록, 그리고 오프-상태에서, DC 공급 네트워크에서 고장이 발생할 때의 제 2 방향으로의 전류를 차단하도록 제어가능하다.
본 개시물에 따른 하나 이상의 DC 공급 유닛들을 활용함으로써, 서킷 브레이커들의 사용 없이 고장들을 선택적으로 핸들링할 수 있는 DC 공급 네트워크가 생성될 수 있다. 이 때문에, 전력이 DC 공급 네트워크로부터 전력 제공 유닛으로 제공될 수 있도록 전류가 DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안 DC 공급 유닛을 통해 흐르는 것이 가능하다. 또한, 제 1 스위칭 유닛이 온-상태에 있음에 따라 정상 동작 동안의 역전류도 또한 제 1 스위칭 유닛을 통해 DC 공급 유닛을 통해 흐르는 것이 가능하다. 또한, 고장이 DC 공급 네트워크에서 발생할 때, 제 1 스위칭 유닛은 오프-상태에서 설정되어, 전류가 제 1 스위칭 유닛을 통해 흐르는 것을 차단하여, 전력 제공 유닛이 전류들을 고장에 제공하는 것을 방지한다.
여기서, 전력 제공 유닛은, 예비 전력을 DC 공급 네트워크에 제공하도록 배열되는 유닛, 예컨대, 에너지 저장 유닛, 또는 DC 공급 네트워크에 연결된 전기 모터들 또는 유사한 전기 장비에 전력을 제공하도록 배열되는 드라이브 유닛과 같은 유닛인 것으로 정의된다.
하나의 실시형태는, DC 공급 유닛을 DC 공급 네트워크 및 전력 제공 유닛에 연결하기 위한 제 1 컨덕터 및 제 2 컨덕터를 포함하고, 제 1 전류 차단 디바이스와 제 1 스위칭 유닛 각각은, 제 2 컨덕터에 연결된 각각의 입력 단자와 출력 단자를 갖는다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 전류 차단 디바이스는 수동 전류 차단 디바이스이다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 전류 차단 디바이스는 다이오드이다.
하나의 실시형태는 제 2 컨덕터에 연결된 인덕터를 포함한다. 그에 따라, 역 피딩 (reverse feeding) 이 제어된 전류가 고장 동안 제공되어, 배터리 또는 슈퍼 커패시터 피딩 DC-DC 초퍼 (super capacitor fed DC-DC chopper) 를 포함하는 전력 제공 유닛의 보호를 가능하게 할 수도 있다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 전류 차단 디바이스는, 제 1 방향으로 흐르는 전류가 인덕터를 바이패스하도록 제 1 스위칭 유닛과 그리고 인덕터와 병렬로 연결된다.
하나의 실시형태는, 제 1 전류 차단 디바이스와 병렬로 연결된 제 2 스위칭 유닛을 포함한다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 2 스위칭 유닛은 사이리스터이다.
하나의 실시형태는, 제 2 스위칭 유닛과 병렬로 연결된 제 3 전류 차단 디바이스를 포함하고, 이 제 3 전류 차단 디바이스는 전류를 제 3 전류 차단 디바이스를 통해 제 2 방향으로 흐르게 하도록 배열되며, 제 3 전류 차단 디바이스는, 제 1 방향으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 2 스위칭 유닛은, 제 1 방향으로 흐르는 전류가 제 3 전류 차단 디바이스를 바이패스하도록 제 3 전류 차단 디바이스와 병렬로 배열된다.
하나의 실시형태에 따르면, 제 1 스위칭 유닛은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함한다.
하나의 실시형태에 따르면, 전력 제공 유닛은 드라이브 유닛이다.
하나의 실시형태에 따르면, 전력 제공 유닛은 에너지 저장 유닛이다.
본 개시물의 제 2 양태에 따르면, 여기에 제시된 제 1 양태에 따른 DC 공급 유닛을 포함하는 전력 제공 유닛이 제공된다.
일반적으로, 특허청구범위에서 사용된 모든 용어들은, 여기에 명시적으로 다르게 정의되지 않는 한, 이 기술분야에서 의미하는 통상의 것들에 따라 해석되어야 한다. "한/하나/그 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단 등" 에 대한 모든 언급들은, 여기에 명시적으로 다르게 진술되지 않는 한, 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단 등의 적어도 하나의 실례를 지칭하는 것으로 공개적으로 해석되어야 한다.
첨부 도면들을 참조하여, 일 예로서, 본 발명의 컨셉트의 특정 실시형태들이 이하 설명된다.
도 1 은 DC 공급 유닛이 전력 제공 유닛들과 함께 사용될 수도 있는 DC 공급 네트워크의 개략도이다;
도 2a 는 DC 공급 유닛의 제 1 예의 개략도이다;
도 2b 는 DC 공급 유닛의 제 2 예의 개략도이다;
도 2c 는 DC 공급 유닛의 제 3 예의 개략도이다;
도 3a 는 도 2a 의 DC 공급 유닛이 어떻게 정상 동작 조건들 하에서 동작할 수도 있는지의 일 예를 도시한 것이다;
도 3b 는 도 2a 의 DC 공급 유닛이 어떻게 정상 동작 조건들 하에서 동작할 수도 있는지의 다른 예를 도시한 것이다; 그리고
도 3c 는 도 2a 의 DC 공급 유닛이 어떻게, DC 공급 네트워크가 연결되는 DC 공급 네트워크에서의 고장 조건 하에서 동작할 수도 있는지의 일 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 컨셉트는, 예시한 실시형태들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 아래에 더욱 완전히 설명된다. 그러나, 본 발명의 컨셉트는, 많은 상이한 형태들로 구현될 수도 있고 여기에 설명된 실시형태들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다; 오히려, 이들 실시형태들은, 본 개시물이 철저하고 완벽하게 되도록, 그리고 본 발명의 컨셉트의 범위를 이 기술분야의 당업자에게 완전히 전달하도록 일 예로서 제공된다. 동일한 도면부호들은 설명 전반에 걸쳐 동일한 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1 은 본 개시물에 따른 DC 공급 유닛이 활용될 수도 있는 DC 공급 네트워크 (1) 의 일 예의 개략도를 나타낸 것이다. DC 공급 네트워크 (1) 는 버스타이 브레이커 (bustie breaker; 5) 에 의해 분리가능한 제 1 버스바 (3-1) 와 제 2 버스바 (3-2) 를 갖는 메인 DC 버스 (3), 제 1 전력 발생 유닛 (P1), 제 2 전력 발생 유닛 (P2), 제 3 전력 발생 유닛 (P3), 제 4 전력 발생 유닛 (P4), 에너지 저장 유닛 (E), 제 1 드라이브 유닛 (D), 제 2 드라이브 유닛 (D2), 및 DC 공급 유닛들 (9) 을 포함한다.
제 1 드라이브 유닛 (D1) 및 제 2 드라이브 유닛 (D2) 은 전력 전기 모터들 또는 유사한 장비로 배열된다. 이러한 드라이브 유닛들의 예들은, 50 Hz 또는 60 Hz AC 전력을 정상 AC 컨슈머들에게 공급하는 것으로 의도된 싱글 드라이브들, 멀티 드라이브들 또는 정적 주파수 컨버터들이다.
드라이브 유닛들 (D1, D2) 및 에너지 저장 유닛 (E) 은 더욱 일반적인 용어들로 본 개시물에서 전력 제공 유닛들이라고 지칭되는 예들이다.
DC 공급 네트워크 (1) 는, 메인 DC 버스 (3) 로부터 전력 발생 유닛들 (P1, P2, P3, P4) 을 연결해제할 수 있는, 각각의 전력 발생 유닛 (P1, P2, P3, P4) 과 연관된 아이솔레이터 스위치들 (7), 즉, 디스커넥터들을 더 포함한다. 그에 따라, 각각의 전력 발생 유닛은, 예를 들어, 메인 DC 버스 (3) 상의 고장 (fault) 으로부터 격리될 수 있고, 또는 이들 전력 발생 유닛은 유지보수 목적을 위해 격리될 수 있다.
제 1 전력 발생 유닛 (P1) 은 메인 DC 버스 (3) 를 피딩하도록 배열되고, 아이솔레이터 스위치 (7) 를 통해 메인 DC 버스 (3) 에 연결가능하다. 도 1 의 예에 따르면, 제 1 전력 발생 유닛 (P1) 은 제 1 버스바 (3-1) 에 연결가능하다.
제 2 전력 발생 유닛 (P2) 은 메인 DC 버스 (3) 를 피딩하도록 배열되고, 아이솔레이터 스위치 (7) 를 통해 메인 DC 버스 (3) 에 연결가능하다. 도 1 의 예에 따르면, 제 2 전력 발생 유닛 (P2) 은 제 1 버스바 (3-1) 에 연결가능하다.
제 3 전력 발생 유닛 (P3) 은 메인 DC 버스 (3) 를 피딩하도록 배열되고, 아이솔레이터 스위치 (7) 를 통해 메인 DC 버스 (3) 에 연결가능하다. 도 1 의 예에 따르면, 제 3 전력 발생 유닛 (P3) 은 제 2 버스바 (3-2) 에 연결가능하다.
제 4 전력 발생 유닛 (P4) 은 메인 DC 버스 (3) 를 피딩하도록 배열되고, 아이솔레이터 스위치 (7) 를 통해 메인 DC 버스 (3) 에 연결가능하다. 도 1 의 예에 따르면, 제 4 전력 발생 유닛 (P1) 은 제 2 버스바 (3-2) 에 연결가능하다.
제 1 전력 발생 유닛 (P1) 은, 교류를 발생시키도록 배열된, 디젤 엔진 구동 발전기와 같은 발전기 (G1), 및 메인 DC 버스 (3) 에 피딩되도록 교류를 직류로 컨버팅하도록 배열된 정류기 (R1) 를 포함한다. 정류기 (R1) 에는 정류기 (R1) 에서의 고장의 경우에 용단 (blow) 되도록 치수화된 퓨즈들이 제공될 수도 있다.
제 2 전력 발생 유닛 (P2), 제 3 전력 발생 유닛 (P3), 및 제 4 전력 발생 유닛 (P4) 은 제 1 전력 발생 유닛 (P1) 과 유사한 설계를 가질 수도 있고 또는 이들의 설계는 상이할 수도 있다, 예를 들어, 이들은 정류기 DC 단자의 양극에 다이오드 상의 다이오드와 함께 크로 바 설계 (crow bar design) 를 가질 수도 있다.
예시된 제 1 드라이브 유닛 (D1) 과 제 2 드라이브 유닛 (D2) 각각은, 제 1 버스 (DB1) 및 제 2 버스 (DB2) 를 포함하는 드라이브 유닛 버스 시스템 (DB) 을 갖는다. 또한, 제 1 드라이브 유닛 (D1) 과 제 2 드라이브 유닛 (D2) 각각은 다수의 컨버터 유닛들을 가지며, 이 다수의 컨버터 유닛들은 다음과 같이 각각의 드라이브 유닛 버스 시스템 (DB) 에 연결된 인버터들 (I1, I2, I3), 및 드라이브 유닛 버스 시스템 (DB) 과 인버터들 (I1, I2, I3) 의 단자들 사이에 배열된 퓨즈들 (F) 로 예시된다. 적합한 인버터의 일 예는 ABB 의 ACS8oo 인버터이다.
예시된 에너지 저장 유닛 (E) 은 제 1 버스 (EB1) 및 제 2 버스 (EB2) 를 갖는 에너지 저장 유닛 버스 시스템 (EB) 을 갖는다. 에너지 저장 유닛 (E) 은, 에너지 저장 유닛 버스 시스템 (EB) 에 연결된 커패시터 뱅크 (C) 및 배터리 유닛 (B) 과 같은 전력 제공 디바이스들, 에너지 저장 유닛 버스 시스템 (EB) 에 연결된 DC-DC 컨버터 (15), 및 퓨즈들 (F) 을 더 포함한다. 퓨즈들 (F) 은 에너지 저장 유닛 버스 시스템 (EB) 과 DC-DC 컨버터 (15) 의 단자들 사이에, 커패시터 뱅크 (C) 와 에너지 저장 유닛 버스 시스템 (EB) 사이에, 그리고 배터리 유닛 (B) 과 에너지 저장 유닛 버스 시스템 (EB) 사이에 배열된다.
DC-DC 컨버터 (15) 에 의해, 전력이 에너지 저장 유닛 (E) 으로부터 메인 DC 버스 (3) 로 제공되는 경우, 배터리 유닛 (B) 의 전압 레벨 출력이 제어될 수 있다.
에너지 저장 유닛 (E) 이 다수의 전력 제공 디바이스들과 컨버터들에 관한 많은 가능한 구성들의 일 예라는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 에너지 저장 유닛의 어떤 변형들은 커패시터 뱅크를 갖지 않으며, 어떤 것은 DC-DC 컨버터 없이 이루어질 수도 있다.
각각의 DC 공급 유닛 (9) 은 일단 (one end) 에서는 메인 DC 버스 (3) 와 연결되도록 배열되고, 타단에서는 전력 제공 내부 버스, 예컨대, 드라이브 유닛 버스 시스템 또는 에너지 저장 유닛 버스 시스템에 연결되도록 배열된다. DC 공급 유닛 (9) 은 전력 제공 유닛의 부분을 형성할 수도 있다. 대안적으로, DC 공급 유닛은 전력 제공 유닛에 연결될 수 있는 외부 컴포넌트일 수도 있다.
DC 공급 유닛 (9) 의 예들은 도 2a 내지 도 2c 를 참조하여 이하 설명된다.
도 2a 는 DC 공급 유닛 (9) 의 제 1 예의 개략도를 나타낸 것이다. DC 공급 유닛 (9-1) 은 제 1 컨덕터 (16-1), 제 2 컨덕터 (16-2), 제 1 전류 차단 디바이스 (19), 및 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 포함한다.
제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 예를 들어 다이오드와 같은 수동 전류 차단 디바이스일 수 있다. 또한, DC 공급 유닛 (9-1) 이 사용되는 DC 공급 시스템의 전력 소요량 (power rating) 에 따라, 추가의 전류 차단 디바이스들이 제 1 전류 차단 디바이스와 병렬로 배열될 수도 있다, 예를 들어, 복수의 다이오드들이 고전류를 핸들링하는 것이 가능하도록 병렬 연결될 수도 있다.
제 1 스위칭 유닛 (21) 은 예를 들어 하나 이상의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터들 (insulated gate bipolar transistors; IGBT) 을 포함한다.
제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 전류를 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 통해 제 1 방향 (19) 으로 흐르게 하도록 배열된다. 제 1 방향 (19-1) 은, DC 공급 유닛 (9-1) 이 연결될 수도 있는 DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안의 전류의 흐름 방향이다. 이러한 의미에서, 정상 동작은, DC 공급 네트워크에 어떠한 고장도 존재하지 않는 DC 공급 네트워크의 동작 상태이고, 이러한 고장은 DC 공급 유닛 (9-1) 외부와, DC 공급 유닛 (9-1) 이 연결될 수도 있는 드라이브 유닛 외부에 존재한다. 통상적으로 정상 동작 동안, 제 1 컨덕터 (16-1) 는 플러스 극이고 제 2 컨덕터 (16-2) 는 마이너스 극이지만, 정상 동작 동안 발생할 수도 있는 일부 상황들에서, 보다 짧은 기간 동안 전류가 역으로 될 수도 있다. 그러나, 여기서 제 1 방향 (19-1) 이라는 언급은, 전력이 DC 공급 유닛을 통해 부하로부터 DC 공급 네트워크로 제공될 때가 아니라, 전력이 DC 공급 네트워크로부터 전력 제공 유닛으로 제공될 때의 상황을 의미해야 한다. 이러한 정의는 여기에 개시된 모든 예들에 적용한다.
제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 또한 제 1 방향 (19-1) 과 반대인 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된다.
제 1 스위칭 유닛 (21) 은 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 와 역병렬 연결 (anti-parallel connection) 로 배열된다. 제 1 스위칭 유닛 (21) 은, 제어 신호들에 의해, 전류를 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 통해 제 2 방향 (19-2) 으로 선택적으로 흐르게 하여 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 바이패스 (bypass) 하도록 하고, 제 2 방향 (19-2) 으로의 전류를 차단하도록 제어가능하다.
제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 입력 단자 (17-1) 와 출력 단자 (17-2) 를 갖는다. 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 입력 단자 (21-1) 및 출력 단자 (21-2) 를 갖는다. 도 2a 의 예에 따르면, 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 의 입력 단자 (17-1) 및 출력 단자 (17-2) 는 제 2 컨덕터 (16-2) 에 연결된다. 이와 유사하게, 제 1 스위칭 유닛 (21) 의 입력 단자 (21-1) 및 출력 단자 (21-2) 는 또한 제 2 컨덕터 (16-2) 에 연결된다.
제 1 예의 변형으로서, 제 1 전류 차단 디바이스와 제 1 스위칭 유닛의 배열이 미러링된 경우, 제 1 전류 차단 디바이스의 입력 단자와 출력 단자가 제 1 컨덕터에 연결될 수도 있고 제 1 스위칭 유닛의 입력 단자와 출력 단자가 또한 제 1 컨덕터에 연결될 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 이 경우, 제 1 전류 차단 디바이스가 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르는 전류를 제 1 전류 차단 디바이스를 통해 흐르게 하도록 배열되고, 제 1 스위칭 유닛이 그 후에, 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르는 전류를 제 1 스위칭 유닛을 통해 흐르게 하도록 제어될 수 있도록 배열된다. 또한, 동일한 것이 여기에 개시된 제 2 및 제 3 예들에 적용한다.
이하 도 2a 로 되돌아가면, DC 공급 유닛 (9-1) 은 제 1 컨덕터 (16-1) 와 제 2 컨덕터 (16-2) 사이에 연결된 프리휠링 다이오드 (23) 를 더 포함할 수도 있다.
부가적으로, DC 공급 유닛 (9-1) 은 일부 변형들에서 또한 아이솔레이터 스위치 유닛 (25), 즉, 디스커넥터를 포함할 수도 있다. 그에 따라, DC 공급 유닛 (9-1) 그리고 그에 따라 DC 공급 유닛에 연결된 전력 제공 유닛은 예를 들어 도 1 에 도시된 메인 DC 버스 상의 고장으로부터 격리될 수도 있고, 또는 아이솔레이터는 DC 공급 유닛 (9-1) 에 연결된 고장난 전력 제공 유닛을 격리시킬 수도 있다.
이하 도 2b 를 참조하면, DC 공급 유닛의 제 2 예가 이하 설명된다. DC 공급 유닛 (9-2) 은 제 1 컨덕터 (16-1), 제 2 컨덕터 (16-2), 제 1 전류 차단 디바이스 (17), 제 1 스위칭 유닛 (21) 및 인덕터 (27) 를 포함한다.
제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 전류를 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 통해 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르게 하도록 배열된다. 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 또한, 제 1 방향 (19-1) 과 반대인 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된다.
이 예에서, 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 예를 들어 다이오드와 같은 수동 전류 차단 디바이스일 수 있다. 또한, DC 공급 유닛 (9-2) 이 사용되는 DC 공급 시스템의 전력 소요량에 따라, 추가의 전류 차단 디바이스들이 제 1 전류 차단 디바이스와 병렬로 배열될 수도 있다, 예를 들어, 복수의 다이오드들이 보다 고전류를 핸들링하는 것이 가능하도록 병렬 연결될 수도 있다. 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는, 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르는 전류가 인덕터 (27) 및 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 바이패스하도록 제 1 스위칭 유닛 (21) 과 그리고 인덕터 (27) 와 병렬로 (22) 연결될 수도 있다.
하나의 변형에 따르면, DC 공급 유닛 (9-2) 은 제 2 전류 차단 디바이스 (22) 를 포함할 수도 있다. 이 실시형태에 따르면, 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 제 2 전류 차단 디바이스 (22) 와 역병렬 연결로 배열될 수도 있다. 제 2 전류 차단 디바이스 (22) 는 예를 들어, 제 1 스위칭 유닛 (21) 에 포함되거나 또는 제 1 스위칭 유닛 (21) 의 부분을 형성하는 다이오드일 수 있다.
제 1 스위칭 유닛 (21) 은, 제어 신호들에 의해, 전류를 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 통해 제 2 방향 (19-2) 으로 선택적으로 흐르게 하여 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 및 제 2 전류 차단 디바이스 (22) 를 바이패스하도록 하고, 제 2 방향 (19-2) 으로의 전류를 차단하도록 제어가능하다.
제 1 스위칭 유닛 (21) 은 예를 들어 IGBT 일 수도 있다.
인덕터 (27) 는, 제 2 컨덕터 (16-2) 에 연결된 단자들을 가질 수도 있다. 인덕터 (27) 는, 제 1 방향 (19-1) 에 대해, 제 2 전류 차단 디바이스 (22) 및 제 1 스위칭 유닛 (21) 의 역병렬 연결의 하류에 배열될 수도 있다. 미러 배열의 경우, 언급된 컴포넌트들이 제 1 컨덕터에 연결될 때, 인덕터는, 제 1 방향 (19-1) 에 대해, 제 2 전류 차단 디바이스 (22) 및 제 1 스위칭 유닛 (21) 의 역병렬 연결의 상류에 있다.
DC 공급 유닛 (9-2) 은 제 1 컨덕터 (16-1) 와 제 2 컨덕터 (16-2) 사이에 연결된 프리휠링 다이오드 (23) 를 더 포함할 수도 있다.
DC 공급 유닛 (9-2) 은 일부 변형들에서 또한 아이솔레이터 스위치 유닛 (25), 즉, 디스커넥터를 포함할 수도 있다. 그에 따라, DC 공급 유닛 (9-2) 그리고 그에 따라 DC 공급 유닛에 연결된 전력 제공 유닛은 예를 들어 도 1 에 도시된 메인 DC 버스 상의 고장으로부터 격리될 수도 있고, 또는 아이솔레이터는 DC 공급 유닛 (9-2) 에 연결된 고장난 전력 제공 유닛을 격리시킬 수도 있다.
DC 공급 유닛의 제 3 예가 이하 도 2c 를 참조하여 설명된다. DC 공급 유닛 (9-3) 은 제 1 컨덕터 (16-1), 제 2 컨덕터 (16-2), 제 1 전류 차단 디바이스 (17), 제 1 스위칭 유닛 (21), 제 2 스위칭 유닛 (29), 및 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 라고 지칭되는 다른 전류 차단 디바이스를 포함한다.
제 1 전류 차단 디바이스 (17) 및 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 도 2a 및 도 2b 를 참조하여 설명된 것과 유사하여, 더욱 상세히 설명되지 않는다.
제 2 스위칭 유닛 (29) 은 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 와 병렬로 연결된다. 제 2 스위칭 유닛 (29) 은 예를 들어 사이리스터일 수도 있다.
예를 들어 다이오드일 수도 있는 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 는, 제 2 스위칭 유닛 (29) 과 병렬로 연결된다. 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 는 전류를 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 를 통해 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르게 하고, 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된다.
제 2 스위칭 유닛 (29) 은 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르는 전류가 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 를 바이패스하도록 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 와 병렬로 배열된다.
DC 공급 유닛 (9-3) 의 설계는, 정상 동작 동안 전류를 제 2 스위칭 유닛 (29) 을 통해 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르게 한다. 전류 방향이, 예를 들어, 모터 브레이킹으로 인해, 정상 동작 동안 역으로 되는 경우, 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 는 전류를 그것을 통해 흐르게 하고, 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 오픈 상태에 있도록 제어되어, 전류가 DC 공급 유닛 (9-3) 을 통해 흐르게 된다. 제 2 방향으로 흐르도록 전류 흐름이 역으로 되는 DC 공급 네트워크에서의 고장의 경우, 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 에서와 같이 제 2 스위치 유닛 (29) 은 전류를 차단하고, 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 오프 상태로 설정된다. 그에 따라, 전류들이 DC 공급 유닛 (9-3) 에 연결될 수도 있는 전력 제공 유닛으로부터 고장으로 흐르는 것이 차단된다.
DC 공급 유닛 (9-3) 은 제 1 컨덕터 (16-1) 와 제 2 컨덕터 (16-2) 사이에 연결된 프리휠링 다이오드 (23) 를 더 포함할 수도 있다.
DC 공급 유닛 (9-3) 은 일부 변형들에서 또한 아이솔레이터 스위치 유닛 (25), 즉, 디스커넥터를 포함할 수도 있다. 그에 따라, DC 공급 유닛 (9-3) 그리고 그에 따라 DC 공급 유닛에 연결된 전력 제공 유닛은 예를 들어 도 1 에 도시된 메인 DC 버스 상의 고장으로부터 격리될 수도 있고, 또는 아이솔레이터는 DC 공급 유닛 (9-3) 에 연결된 고장난 전력 제공 유닛을 격리시킬 수도 있다.
이하 도 3a 내지 도 3c 를 참조하면, 제 1 예에 따른 DC 공급 유닛 (9-1) 의 동작은 이하 일부 특정 상황들에서 설명된다.
도 3a 에서, DC 공급 유닛 (9-1) 은 일단에서는 DC 공급 네트워크 (1) 에 연결되고, 타단에서는 제 1 드라이브 유닛 (D1) 에 연결된다. 이 예에 따르면, 제 1 드라이브 유닛 (D1) 은 모터 (M) 에 전력공급하도록 배열된다. 도 3a 의 예에서, DC 공급 네트워크 (1) 는 정상 동작 조건들 하에서 동작한다, 즉, DC 공급 네트워크에는 어떠한 고장들도 존재하지 않는다.
따라서, 전류가 제 1 드라이브 유닛 (D1) 을 통해 모터 (M) 에 제공되고, 전류 (iN) 가 DC 공급 네트워크 (1) 로부터 제 1 컨덕터 (16-1) 를 통해 제 1 드라이브 유닛 (D1) 및 모터 (M) 로 흐른 뒤에, 제 2 컨덕터 (16-2) 를 통해 DC 공급 네트워크 (1) 로 다시 흐른다.
이 예에 따르면, 전류 (iN) 는 제 2 컨덕터 (16-2) 에서 제 1 방향 (19-1) 으로 흐른다. 따라서, 전류 (iN) 는 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 통해 DC 공급 네트워크 (1) 로 다시 흐르는 것이 가능하다. 통상적으로, 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 정상 동작 동안 온-상태에 있다.
도 3b 에서, 모터 (M) 가 브레이킹된 상황이 도시되고, 여기서 전류 (iN) 는 역으로 된다. 이 경우, 제 2 컨덕터 (16-2) 에서의 전류 흐름 방향은 제 2 방향 (19-2) 으로 된다. 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 오픈 상태에 있도록 제어되어 전류 (iN) 가 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 통해 흐를 수 있도록 한다. 그에 따라, 전류는 DC 공급 유닛 (9-1) 을 통해 그리고 제 1 드라이브 유닛 (D1) 을 통해 흐르는 것이 가능하다.
도 3c 에서, DC 공급 네트워크 (1) 의 메인 DC 버스 상의 어딘가에 단락 고장 (33) 이 발생한 상황이 도시된다. 이 경우, 메인 DC 버스 상의 전압 레벨이 떨어지고, 제 1 드라이브 유닛 (D1) 에서의 전압 레벨보다 더 낮아진다. 따라서, 전류 흐름 방향은 도 3a 에서의 정상 동작 상태의 흐름 방향과 비교하여 역으로 된다. 이 상황에서, 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 오프-상태에서 설정되어, 전류가 제 1 스위칭 유닛을 통해 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르는 것이 차단된다. 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 또한 전류가 그것을 통해 흐르는 것을 차단한다. 따라서, 고장 전류 (iF) 는 프리휠링 다이오드 (23) 를 통해 DC 공급 네트워크 (1) 로 다시 흐른다. 그 결과, 단지 제 1 드라이브 유닛 (D1) 에서의 내부 고장의 경우에 또는 어쩌면 제 1 드라이브 유닛 (D1) 의 하류의 고장의 경우에 통상적으로는 보호 퓨즈들이 용단되는 것으로 의도되지만, 제 1 드라이브 유닛 (D1) 에서의 커패시터 뱅크들로부터 인출된 전류들이 제한되어, 제 1 드라이브 유닛 (D1) 에서 보호 퓨즈들 (F) 이 용단되는 것을 막을 수 있다.
DC 공급 네트워크에서 전류들 및 전압들과 같은 전기적 파라미터들을 측정하기 위해 센서들이 통상적으로 배열된다. 측정된 파라미터들에 기초하여, 여기에 제시된 임의의 예에 따라 DC 공급 유닛에서의 스위칭 유닛(들) 에 적절한 제어가 제공될 수 있다. 따라서, 고장으로 인해 역전류가 있는지 여부 (여기서 스위칭 유닛(들) 은 오프-상태에서 설정됨), 또는 정상 동작으로 인해 역전류가 있는지 (여기서 스위칭 유닛은 전류가 DC 공급 네트워크로 다시 전달될 수 있도록 제어됨) 가 결정될 수 있다.
여기에 설명된 DC 공급 유닛들에 의해 제공된 전류 흐름 제어 이외에도, DC 공급 유닛을 DC 공급 네트워크로부터 연결해제하기 위해, 예를 들어, 유지보수 목적을 위해 또는 고장난 전력 제공 유닛을 DC 공급 네트워크로부터 연결해제하기 위해, 옵션적인 아이솔레이터 스위치 유닛 (25) 이 사용될 수도 있다.
여기에 설명된 DC 공급 유닛들은, 예를 들어, 베젤에 전력공급하기 위한 온보드 전력 시스템에서 사용될 수도 있다. 여기에 제시된 DC 공급 유닛들은 통상적으로 저전압 환경에서 사용될 수도 있지만, 보다 고전압 적용들, 예를 들어, 중간 전압이 또한 고려된다.
본 발명의 컨셉트는 주로 몇몇 예들을 참조하여 상술되었다. 그러나, 이 기술분야의 당업자에 의해 용이하게 인식되는 바와 같이, 위에 개시된 것들 이외의 다른 실시형태들은, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은, 본 발명의 컨셉트의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (14)

  1. 일단 (one end) 에서는 DC 공급 네트워크에 연결되도록 배열되고 타단에서는 전력 제공 유닛 내부 버스에 연결되도록 배열되는 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 으로서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 은,
    전류를 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 통해 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르게 하고, 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열된 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 로서, 상기 제 1 방향 (19-1) 은 상기 DC 공급 네트워크 (1) 의 정상 동작 동안의 전류의 흐름 방향인, 상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17), 및
    상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 와 역병렬 연결 (anti-parallel connection) 로 배열되는 제 1 스위칭 유닛 (21)
    을 포함하고,
    상기 제 1 스위칭 유닛 (21) 은, 온 상태-상태에서, 상기 DC 공급 네트워크의 정상 동작 동안의 역전류를 상기 제 1 스위칭 유닛 (21) 을 통해 상기 제 2 방향 (19-2) 으로 선택적으로 흐르게 하여 상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 를 바이패스 (bypass) 하도록, 그리고 오프-상태에서, 상기 DC 공급 네트워크에서 고장이 발생할 때의 상기 제 2 방향 (19-2) 으로의 전류를 차단하도록 제어가능한, DC 공급 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 은,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 을 상기 DC 공급 네트워크 (3) 및 상기 전력 제공 유닛 (D1; D2; E) 에 연결하기 위한 제 1 컨덕터 (16-1) 및 제 2 컨덕터 (16-2) 를 포함하고,
    상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 와 상기 제 1 스위칭 유닛 (21) 각각은, 상기 제 2 컨덕터 (16-2) 에 연결된 각각의 입력 단자 (17-1, 21-1) 와 출력 단자 (17-2, 21-2) 를 갖는, DC 공급 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 에서,
    상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 수동 전류 차단 디바이스인, DC 공급 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 에서,
    상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는 다이오드인, DC 공급 유닛.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 은,
    상기 제 2 컨덕터 (16-2) 에 연결된 인덕터 (27) 를 포함하는, DC 공급 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-2) 에서,
    상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 는, 상기 제 1 방향으로 흐르는 전류가 상기 인덕터 (27) 를 바이패스하도록 상기 제 1 스위칭 유닛 (21) 과 그리고 상기 인덕터 (27) 와 병렬로 연결되는, DC 공급 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-3) 은,
    상기 제 1 전류 차단 디바이스 (17) 와 병렬로 연결된 제 2 스위칭 유닛 (29) 을 포함하는, DC 공급 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-3) 에서,
    상기 제 2 스위칭 유닛 (29) 은 사이리스터인, DC 공급 유닛.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-3) 은,
    상기 제 2 스위칭 유닛 (29) 과 병렬로 연결된 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 를 포함하고,
    상기 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 는 전류를 상기 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 를 통해 상기 제 2 방향 (19-2) 으로 흐르게 하도록 배열되며,
    상기 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 는, 상기 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르는 전류를 차단하도록 배열되는, DC 공급 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-3) 에서,
    상기 제 2 스위칭 유닛 (29) 은, 상기 제 1 방향 (19-1) 으로 흐르는 전류가 상기 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 를 바이패스하도록 상기 제 3 전류 차단 디바이스 (31) 와 병렬로 배열되는, DC 공급 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 에서,
    상기 제 1 스위칭 유닛 (21) 은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함하는, DC 공급 유닛.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 에서,
    상기 전력 제공 유닛 (D1; D2; E) 은 드라이브 유닛 (D1; D2) 인, DC 공급 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 에서,
    상기 전력 제공 유닛 (D1; D2; E) 은 에너지 저장 유닛 (E) 인, DC 공급 유닛.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 DC 공급 유닛 (9-1; 9-2; 9-3) 을 포함하는, 전력 제공 유닛 (D1; D2; E).
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