KR20150046806A - Grid-connected uninterruptible power supply charging system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a grid-connected uninterruptible power supply charging system, which more specifically minimizes transient state of inverter output voltage caused by changing an operating mode from charging to discharging. The grid-connected uninterruptible power supply charging system can prevent overcurrent by minimizing the transient state of the inverter output voltage when the operation mode of grid-connected charging and discharging batteries are changed from charging to discharging. Consequently, malfunction and destruction caused by overcurrent in the inverter or load in advance are prevented, thereby improving the stability and reliability of the uninterrupted power supply charging apparatus and the load system.

Description

계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치 {Grid-connected uninterruptible power supply charging system}Technical Field [0001] The present invention relates to a grid-connected uninterruptible power supply charging system,

본 발명은 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)에 관한 것으로서, 구체적으로는 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터 출력 전압의 과도 상태를 최소화한 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to an uninterruptible power supply (UPS) of a grid-connected charging system, and more particularly, to a grid-connected power supply apparatus which minimizes a transient state of an inverter output voltage in accordance with an operation mode change from a charge mode to a discharge mode Type charging system.

무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)란 평상시에는 상용전원을 정류기를 통하여 직류전력으로 변환하고, 변환한 직류전력을 충전기를 통하여 배터리에 저장하거나 인버터를 통하여 부하에 교류전력을 공급하며, 상용전원에 정전, 순간정전, 전압변동과 같은 이상현상이 발생될 경우에는 배터리에 저장된 전력을 인버터를 통하여 부하에 교류전력을 공급하는 장치로, 통신시스템, 의료시스템, 방송장비, 전자계산소와 같은 높은 안정성과 신뢰성이 요구되는 전원에 많이 사용된다.Uninterruptible power supply (UPS) usually converts commercial power to direct power through a rectifier, stores the converted direct power in a battery through a charger, supplies AC power to the load through an inverter, When an abnormality such as power outage, momentary power failure, voltage fluctuation occurs in the power supply, it supplies the AC power to the load through the inverter stored in the battery. It is a high It is widely used for power sources requiring stability and reliability.

그러나, 종래의 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치는 상용전원으로부터 전력을 공급받는 충전모드 상태에서 부하로 전력을 공급하는 방전모드 상태로의 운용모드 변경 시에 인버터의 출력 전압이 급변하게 되는 과도 현상이 고려되지 않아 인버터 또는 부하에 과전류가 흐르게 되어 이들의 파손이나 수명 저하를 증대시킴은 물론 부하 시스템 전체의 신뢰성이 떨어진다는 문제가 있었다.However, in the conventional uninterruptible power supply system of the grid-connected charging system, when the operation mode is changed from the charge mode in which the power is supplied from the commercial power supply to the discharge mode in which the power is supplied to the load, The overcurrent phenomenon is not taken into consideration, so that the overcurrent flows to the inverter or the load, thereby increasing the breakage or the lifetime of the inverter or the load, and the reliability of the load system as a whole is lowered.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 충전모드에서의 최종 제어값을 방전모드에서의 인버터 출력 전압 제어를 위한 피드-포워드(feed-forward) 성분으로 이용함으로써 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터 출력 전압의 과도 상태를 최소화한 무정전 전원공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-described problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of controlling an inverter output voltage in a charge mode by using a final control value in a charge mode as a feed- The present invention provides an uninterruptible power supply apparatus that minimizes a transient state of an inverter output voltage in accordance with an operation mode change from a discharge mode to a discharge mode.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 상용전원에 연계되어 전력을 충전하는 충전모드 또는 충전된 전력을 부하로 공급하는 방전모드를 포함하여 운용되는 무정전 전원공급장치는, 전력의 충/방전이 가능한 비상전원; 상기 비상전원에 충전된 전력을 교류전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터; 및 상기 인버터의 출력 전압 제어를 통해 상기 충전모드에서는 상용전원으로부터 상기 비상전원으로의 충전 전류량을 조절하고, 상기 방전모드에서는 상기 비상전원에서 부하로의 방전 전력량을 조절하는 제어부를 포함한다.An uninterruptible power supply apparatus including a charge mode for charging electric power in association with a commercial power supply or a discharge mode for supplying charged electric power to a load according to an embodiment of the present invention for solving the above- / Emergency power source capable of discharging; An inverter for converting the electric power charged in the emergency power source into AC power and supplying the AC power to the load; And a control unit for controlling an amount of charge current from the commercial power source to the emergency power source through the output voltage control of the inverter and adjusting a discharge power amount from the emergency power source to the load in the discharge mode.

상기 제어부는 상기 충전모드에서 상기 방전모드로의 운용모드 변경 시에, 상기 방전모드에서의 상기 인버터 출력 전압 제어는 상기 충전모드에서의 최종 인버터 출력 전압 제어값에 기초하여 제어할 수 있다.The control section may control the inverter output voltage control in the discharge mode based on the final inverter output voltage control value in the charge mode when the operation mode is switched from the charge mode to the discharge mode.

상기 상용전원은 3상 교류전원이고, 상기 제어부는 상기 충전모드에서 상기 비상전원의 충전상태에 기초하여 설정되는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 출력측 기준무효전류 및 UPS 출력측 기준유효전류와 UPS 출력측 무효전류 및 UPS 출력측 유효전류에 기초하여 상기 인버터 출력 전압을 제어함으로써 상기 비상전원의 충전 전류량을 조절할 수 있다.Wherein the commercial power supply is a three-phase AC power supply, and the control unit is configured to control the uninterruptible power supply (UPS) based reactive current set on the basis of the charging state of the emergency power supply in the charging mode, the reference active current of the UPS output side, The amount of charge current of the emergency power source can be controlled by controlling the inverter output voltage based on the UPS output side effective current.

상기 제어부는 상기 충전모드에서 위상고정루프(phase locked loop)를 이용해 상기 인버터의 출력 전압 주파수를 상기 상용전원의 출력 주파수와 일치시킬 수 있다.The control unit may match the output voltage frequency of the inverter with the output frequency of the commercial power supply using a phase locked loop in the charging mode.

상기 상용전원은 3상 교류전원이고, 상기 제어부는 상기 방전모드에서 부하량에 기초하여 설정되는 UPS 출력측 기준무효전압 및 UPS 출력측 기준유효전압과 UPS 출력측 무효전압 및 UPS 출력측 유효전압에 기초하여 상기 인버터의 출력 전압을 제어함으로써 상기 비상전원의 방전 전력량을 조절할 수 있다.Wherein the commercial power supply is a three-phase AC power supply, and the control unit controls the inverter based on the UPS output-side reference reactive voltage, the UPS output-side reference effective voltage, the UPS output-side reactive voltage, and the UPS output- The discharge power amount of the emergency power source can be adjusted by controlling the output voltage.

상기 제어부는 상기 방전모드에서 상기 인버터의 출력 전압 주파수를 고정된 소정의 주파수가 되도록 제어할 수 있다.The controller may control the output voltage frequency of the inverter to be a fixed predetermined frequency in the discharge mode.

본 발명의 실시예에 따르면, 계통에 연계되는 충방전지의 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경 시에 인버터 출력 전압의 과도 상태를 최소화함으로써 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 인버터 또는 부하에 과전류로 인한 고장 또는 파괴를 미연에 방지하여 무정전 전원공급장치 및 부하 시스템의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, overcurrent can be prevented from flowing by minimizing the transient state of the inverter output voltage at the time of changing the operation mode from the charge mode to the discharge mode of the backup battery connected to the system, It is possible to prevent the failure or breakdown due to the overcurrent, thereby improving the stability and reliability of the uninterruptible power supply and the load system.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 운용모드 변경 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치의 회로를 나타내는 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 충/방전 모드 전환을 나타내는 블록 다이어그램이다.The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a diagram showing a schematic configuration of an uninterruptible power supply apparatus of a grid-connected charging system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a method of changing an operation mode of a controller according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply of a grid-connected charging system according to an embodiment of the present invention.
4 (a) to 4 (d) are block diagrams illustrating the charge / discharge mode switching of the controller according to the embodiment of the present invention.

본 발명은 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)에 관한 것으로서, 구체적으로는 충전모드에서의 최종 충전 전류 제어치를 방전모드에서의 인버터 출력 전압 제어를 위한 피드-포워드(feed-forward) 성분으로 이용함으로써 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터 출력 전압의 과도 상태를 최소화한 무정전 전원공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a grid-connected charging type uninterruptible power supply (UPS), and more particularly, to a grid-connected uninterruptible power supply (UPS) in which a final charge current control value in a charge mode is fed- feed-forward) component of the inverter, thereby minimizing the transient state of the inverter output voltage in accordance with the operation mode change from the charge mode to the discharge mode.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a schematic configuration of an uninterruptible power supply apparatus of a grid-connected charging system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치(100)는 비상전원(110), 상기 비상전원(110)의 충/방전을 위해 전력변환을 수행하는 인버터(120), 상기 인버터(120)의 동작을 제어하는 제어부(130)를 포함하며, 상용전원(10)으로부터 전력을 공급받아 비상전원(110)을 충전하는 충전모드 및 비상전원(110)에 저장된 전력을 부하(20)로 공급하는 방전모드를 포함하여 운용될 수 있다.Referring to FIG. 1, the uninterruptible power supply 100 of the grid-connected charging system according to the embodiment of the present invention performs power conversion for charging / discharging the emergency power source 110 and the emergency power source 110 And a control unit 130 for controlling the operation of the inverter 120. The control unit 130 includes a charging mode for charging the emergency power source 110 by receiving power from the commercial power source 10, And a discharge mode in which the stored power is supplied to the load 20.

상기 비상전원(110)은 상용전원(10)에서 발생 가능한 고장 등 전원 장애를 극복하여 양질의 안정된 교류전력을 인버터(120)를 통해 부하로 공급하기 위한 장치로, 전력의 저장 및 필요 시에 전력 충/방전 수행이 가능한 수단을 포괄적으로 지칭하며, 그 일 예로 축전지, BESS(Battery Energy Storage System), SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage), 플라이 휠 및 슈퍼 커패시터 일 수 있다.The emergency power source 110 is a device for supplying a stable AC power of good quality to the load through the inverter 120 by overcoming a fault power source fault that may occur in the commercial power source 10, (BESS), a superconducting magnetic energy storage (SMES), a flywheel, and a supercapacitor, for example.

상기 인버터(120)는 비상전원(110)의 충/방전을 위한 전력변환을 수행하는 장치로, 개략적으로 충전모드 운용 시에 상용전원(10)으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 비상전원(110)을 충전하며, 방전모드 운용 시에는 비상전원(110)에 저장된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하(20)로 전력을 공급할 수 있다. The inverter 120 is a device for performing power conversion for charging / discharging the emergency power source 110. The inverter 120 converts the AC power from the commercial power source 10 to DC power when operating the charging mode, 110), and in the discharge mode operation, DC power stored in the emergency power source 110 may be converted into AC power to supply power to the load 20. [

상기 제어부(130)는 각 운용모드에 따라 인버터(120)의 동작을 제어하는데, 특히 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터(120) 출력 전압의 과도 상태를 최소화하도록 제어하게 된다. 구체적으로 상기 제어부(130)는 상기 운용모드 변경 과정에서의 인버터(120) 출력 전압 변동으로 인한 순시 과도 상태로 예컨대, Votage dip, swell 등의 현상을 최소화하도록 인버터(120)의 동작을 제어하게 된다. The controller 130 controls the operation of the inverter 120 according to each operation mode, and in particular controls the transient state of the inverter 120 output voltage according to the operation mode change from the charge mode to the discharge mode to be minimized. Specifically, the controller 130 controls the operation of the inverter 120 to minimize a phenomenon such as a voltage dip or a swell due to an instantaneous transient state due to a change in the output voltage of the inverter 120 during the operation mode change process .

상기 제어부(130)의 인버터(120) 동작 제어와 관련하여 새로운 도면을 이용해 구체적으로 설명한다.The operation of the inverter 120 of the controller 130 will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 운용모드 변경 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a method of changing an operation mode of a controller according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제어부(130)는 충전모드에서 상용전원(10) 및 부하(20)와 연계되는 지점의 전압 조절이 불가능함(상용전원(10)이 절체되지 않은 상태이므로)에 따라 인버터(120)의 출력 전압 조절을 통해 상용전원(10)으로부터 비상전원(110)으로 공급되는 전류를 제어함으로써 비상전원(110)의 충전량을 제어하게 되며, 방전모드에서는 상용전원(10)이 부하(20)로부터 절체됨에 따라 인버터(120) 출력 전압의 제어을 통해 부하(20)와 연계되는 지점의 전압을 단독/직접 조절함으로써 부하(20) 변동에 따른 적절한 전력운용을 수행하게 된다.Referring to FIG. 2, the control unit 130 controls the voltage of the commercial power source 10 and the load 20 in the charging mode to a predetermined value (for example, because the commercial power source 10 is not switched) The commercial power supply 10 controls the amount of charge of the emergency power supply 110 by controlling the current supplied from the commercial power supply 10 to the emergency power supply 110 through the adjustment of the output voltage of the commercial power supply 120. In the discharge mode, 20, the voltage of the point associated with the load 20 is controlled independently by directly controlling the output voltage of the inverter 120, thereby performing proper power operation according to the load 20 variation.

이때, 상기 제어부(130)는 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터(120) 출력 전압의 과도 상태를 최소화하기 위하여 방전모드에서의 인버터(120) 출력 전압 제어 시에 충전모드 상태에서의 최종 인버터 출력 전압 제어값을 활용할 수 있는 것으로, 다시 말해 상기 충전모드 상태에서의 최종 인버터 출력 전압 제어값을 방전모드로 전환시의 인버터(120) 출력 전압을 제어하기 위한 피드 포워드(feed forward) 성분으로 이용할 수 있다.At this time, in order to minimize the transient state of the output voltage of the inverter 120 according to the operation mode change from the charge mode to the discharge mode, the controller 130 controls the output voltage of the inverter 120 in the charge mode That is, a feed forward control for controlling the output voltage of the inverter 120 when the final inverter output voltage control value in the charge mode state is switched to the discharge mode, Lt; / RTI >

이하에서는 상기 제어부(130)의 인버터(120) 동작 제어와 관련하여, 상용전원(10)으로 통상 이용되는 3상 구조를 갖는 계통 망에서의 실시예를 새로운 도면을 통해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a system network having a three-phase structure, which is generally used as a commercial power supply 10, will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치의 회로를 나타내는 도면이다.3 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply of a grid-connected charging system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치(300)가 충전모드로 운용되는 경우 제어부(330)는 인버터(320)의 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c) 조절을 통해 인버터(320) 의 출력 전류(iout_a, iout_b, iout_c)를 제어함으로써 비상전원(310)의 충전량을 제어하게 되며, 방전모드로 운용되는 경우 마찬가지 제어부(330)는 인버터(320)의 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c)을 제어함으로써 부하(40)에 전력을 공급한다. .3, when the uninterruptible power supply 300 of the grid-connected charging system according to the embodiment of the present invention is operated in the charging mode, the controller 330 outputs the output voltages V out_a , V when the through out_b, V out_c) adjusted by controlling an output current (i out_a, i out_b, i out_c) of the inverter 320 and to control the amount of charge of the emergency power supply 310, operating in the discharge mode, the same control unit (330 ) supplies power to the load 40 by controlling the output voltage (V out_a, V out_b, out_c V) of the inverter 320. .

한편, 상기 인버터(320)는 상용전원(30)으로 통상 이용되는 3상 구조의 계통 환경에서6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)와 같은 전력전자 스위칭 소자(TR1 내지 TR6)를 포함하여 구현할 수 있는 것으로, 상기 제어부(330)는 충/방전모드에서 상기 인버터(320)의 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c) 조절을 상기 스위칭 소자(TR1 내지 TR6)의 구동 전압 조절을 통해 구현할 수 있으며, 상기 스위칭 소자(TR1 내지 TR6)의 구동 전압은 PWM(Pluse Width Modulation) 신호 생성기를 이용하여 인가할 수 있다.The inverter 320 may include power electronic switching elements TR1 to TR6 such as six IGBTs (insulated gate bipolar mode transistors) in a three-phase system environment commonly used as a commercial power supply 30 that, the controller 330 may be implemented through a drive voltage control of the output voltage (V out_a, V out_b, V out_c) the switching device (TR1 to TR6) control of the inverter 320 from the charge / discharge mode in which And the driving voltages of the switching elements TR1 to TR6 may be applied using a PWM (Pluse Width Modulation) signal generator.

이때, 상기 PWM 신호 생성기의 출력은 비례적분제어기(Proportional plus Integral controller: PI)와 3상을 2개의 직류값으로 변환하기 위한 d-q변환기 및 2개의 직류값을 3상으로 변환하기 위한 역d-q 변환기를 활용하여 구현할 수 있는 것으로, 이하에서는 이에 대하여 구체적으로 설명한다.At this time, the output of the PWM signal generator includes a proportional plus integral controller (PI), a dq converter for converting three phases into two direct current values, and an inverse dq converter for converting two direct current values into three phases Which will be described in detail below.

도 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 충/방전 모드 전환을 나타내는 블록 다이어그램이다.4 (a) to 4 (d) are block diagrams illustrating the charge / discharge mode switching of the controller according to the embodiment of the present invention.

구체적으로 도 4의 (a)는 충/방전 모드에서의 제어 동작을 나타내는 도면, 도 4의 (b)는 상용전원의 위상각을 산출하는 방법을 나타내는 도면, 도 4의 (c)는 UPS 출력측 기준 유효/무효 전류를 산출하는 방법을 나태는 도면, 도 4의 (d)는 UPS 출력측 기준 유효/무효 전압을 산출하는 방법을 나태는 도면이다.4 (b) is a diagram showing a method of calculating a phase angle of a commercial power supply. FIG. 4 (c) FIG. 4 (d) is a diagram showing a method for calculating the reference effective / reactive voltage on the UPS output side.

도 3 및 도 4의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치(300)가 충전모드로 운용되는 경우 제어부(330)는 인버터(320)의 출력 전류(iout_a, iout_b, iout_c)를 조절하기 위한 제어값으로 비례적분제어기를 이용하여 역d-q변환기로 입력되는 기준무효전압 및 기준유효전압을 산출한다.Referring to FIGS. 3 and 4A to 4D, when the uninterruptible power supply 300 of the grid-connected charging system according to the embodiment of the present invention is operated in the charge mode, The reference reactive voltage and the reference effective voltage inputted to the inverse dq converter are calculated using a proportional integral controller as a control value for adjusting the output currents ( out_a , i out_b , i out_c )

상기 기준무효전압은 UPS 출력측 기준무효전류(id_ref)와 UPS 출력측 유효전류(iq)에 대해 비례적분제어기를 적용한 값과 상용전원의 각주파수(ω), 인버터의 필터용 리액턴스(L) 및 비상전원측 기준유효전류(id)를 곱한 값을 이용하여 산출될 수 있다.The reference reactive voltage is calculated by multiplying the proportional integral controller applied to the UPS reactive current (i d_ref ) and the UPS output active current (i q ), the angular frequency (ω) of the commercial power source, the filter reactance (L) Can be calculated by multiplying the reference active current (i d ) of the emergency power source side.

상기 기준유효전압은 UPS 출력측 기준유효전류(iq_ref)와 UPS 출력측 유효전류(iq)에 대해 비례적분제어기를 적용한 값, 상용전원의 각주파수(ω), 인버터의 필터용 리액턴스(L) 및 비상전원측 기준유효전류(id)를 곱한값, 상용전원측 유효전압(Vq_fd)를 이용하여 산출될 수 있다.The reference effective voltage is a value obtained by multiplying the proportional integral controller applied to the UPS output side reference active current (i q_ref ) and the UPS output active current (i q ), the angular frequency (ω) of the commercial power supply, the filter reactance (L) Can be calculated by multiplying the reference active current (i d ) of the emergency power source side and the commercial power source side effective voltage (V q_fd ).

이때, 상기 UPS 출력측 기준유효전류(iq_ref) 및 상기 UPS 출력측 기준무효전류(id_ref)는 충전모드에서의 비상전원(310) 충전을 위한 전류 지령값으로 제어부(330)는 비상전원의 충전량 및 충전상태를 고려하여 이를 적절히 설정할 수 있으며, 상기 UPS 출력측 기준무효전류(id_ref)는 무효전력량을 제어하기 위한 값으로 제어부(330)는 이를 0으로 제어할 수 있다.At this time, the UPS output side reference effective current (i q_ref ) and the UPS output side reference reactive current (i d_ref ) are current command values for charging the emergency power source 310 in the charging mode. The control unit 330 can set the reference reactive current i d_ref to a value 0 for controlling the reactive power amount.

그리고, 상기 UPS 출력측 유효전류(iq) 및 UPS 출력측 무효전류(id)는 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 현재의 인버터(320) 출력 전류(iout_a, iout_b, iout_c)를 d-q변환기에 적용하여 산출할 수 있다.The UPS output side active current i q and the UPS output side reactive current i d are obtained by subtracting the present output current i out_a , i out_b , i out_c of the inverter 320 from the current To the dq converter.

상기 과정을 통해 산출된 상기 기준무효전압 및 상기 기준유효전압은 상용전원(30)의 위상각(θ)과 함께 역d-q변환기에 적용되어 제어 대상인 인버터(320)의 출력 전압(Va, Vb, Vc)이 출력되며, 위 인버터의 출력 전압(Va, Vb, Vc)은 PWM 신호 생성기에 다시 적용되어 그 출력값이 6개의 스위칭 소자(TR1 내지 TR6)를 구동하기 위한 신호로 인가된다.The reference reactive voltage and the reference effective voltage calculated through the above process are applied to the inverse dq converter together with the phase angle of the commercial power supply 30 so that the output voltages V a and V b of the inverter 320, , V c) applied to the signal for driving this is output, the output voltage (V a, V b, V c above the inverter) is again applied to the PWM signal generator that outputs the six switching elements (TR1 to TR6) do.

이때, 상기 상용전원(30)의 위상각(θ)은 상용전원(30)과 비상전원(310)의 출력 주파수를 일치시키기 위한 값으로, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 상용전원(30)의 전압(ea, eb, ec)을 위상고정루프(phase locked loop: PLL)에 적용하는 것으로 산출될 수 있다.The phase angle? Of the commercial power supply 30 is a value for matching the output frequencies of the commercial power supply 30 and the emergency power supply 310. As shown in FIG. 4 (b) can be calculated by applying the PLL):) voltage (e a, e b, e c) a phase locked loop (phase locked loop of the.

전술한 과정을 통하여 상기 제어부(330)는 충전모드에서 비상전원(310)의 충전 전류량을 사전 설정되는 UPS 출력측 기준유효전류(iq_ref) 및 UPS 출력측 기준무효전류(Id_ref)에 기초하여 적절히 제어할 수 있다.The controller 330 appropriately controls the charge current amount of the emergency power source 310 in the charge mode on the basis of the UPS output side reference effective current iq_ref and the UPS output side reference reactive current Id_ref through the above- can do.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 충전방식의 무정전 전원공급장치(300)가 방전모드로 운용되는 경우 제어부(330)는 인버터(320)의 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c)을 조절하기 위한 제어값으로 비례적분제어기를 이용하여 역d-q변환기로 입력되는 기준무효전압 및 기준유효전압을 산출한다.Meanwhile, when the uninterruptible power supply 300 of the grid-connected charging system according to the embodiment of the present invention is operated in the discharge mode, the controller 330 outputs the output voltages Vout_a , Vout_b , Vout_c ), The reference reactive voltage and the reference effective voltage input to the inverse dq converter are calculated using the proportional integral controller.

상기 기준무효전압의 산출을 위해 UPS 출력측 기준무효전압(Vd_ref)과 UPS 출력측 유효전압(Vq)을 비례적분제어기에 적용하게 되는데, 이때 충전모드에서 방전모드로의 운용 모드 변경에 따른 인버터(320) 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c)의 과도 상태를 최소화하기 위해 충전모드 상태에서의 기준무효전압 즉, 상기 충전모드 상태에서의 최종 충전 전류 제어값을 인버터(320)의 출력 전압을 제어하기 위한 피드 포워드(feed forward) 성분으로 이용할 수 있다.In order to calculate the reference reactive voltage, the UPS reactive side reference voltage V d_ref and the UPS output side active voltage V q are applied to the proportional integral controller. At this time, the inverter In order to minimize the transient state of the output voltages V out_a , V out_b and V out_c , the reference reactive voltage in the charging mode state, that is, the final charging current control value in the charging mode state, As a feed forward component for controlling the feed forward.

구체적으로, 상기 기준무효전압은 UPS 출력측 기준무효전압(Vd_ref), UPS 출력측 유효전압(Vq) 및 UPS 출력측 기준무효전류(id_ref)와 UPS 출력측 유효전류(iq)에 대해 비례적분제어기를 적용한 값과 상용전원의 각주파수(ω), 인버터의 필터용 리액턴스(L) 및 UPS 출력측 기준유효전류(id)를 곱한값을 비례적분제어기에 적용하여 산출될 수 있다.Specifically, the proportional-integral control with respect to the reference invalid voltage UPS output based on invalid voltage (V d_ref), UPS output effective voltage (V q) and UPS output reference reactive current (i d_ref) and UPS output active current (i q) , The value obtained by multiplying the applied value by the angular frequency (?) Of the commercial power supply, the filter reactance (L) of the inverter, and the reference effective current (i d ) of the UPS output side to the proportional integral controller.

상기 기준유효전압의 산출을 위해 UPS 출력측 기준유효전압(Vq_ref)과 UPS 출력측 유효전압(Vq)을 비례적분기에 적용하게 되는데, 이때 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터(320) 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c)의 과도 상태를 최소화하기 위해 충전모드 상태에서의 기준유효전압 즉, 상기 충전모드 상태에서의 최종 제어값을 인버터(320)의 출력 전압을 제어하기 위한 피드 포워드(feed forward) 성분으로 이용할 수 있다.There is applied the UPS output based on the effective voltage (V q_ref) and UPS output effective voltage (V q) to the output of said reference effective voltage in proportion to the integrator, wherein the drive according to the changed operation mode to the discharging mode in the charge mode (320 To control the output voltage of the inverter 320 from the reference effective voltage in the charging mode state, that is, the final control value in the charging mode state, in order to minimize the transient state of the output voltages Vout_a , Vout_b , and Vout_c Lt; RTI ID = 0.0 > feed forward < / RTI >

구체적으로, 상기 기준유효전압은 UPS 출력측 기준유효전압(Vq_ref), UPS 출력측 유효전압(Vq) 및 UPS 출력측 기준유효전류(iq_ref)와 UPS 출력측 유효전류(iq)에 대해 비례적분제어기를 적용한 값, 상용전원의 각주파수(ω), 인버터의 필터용 리액턴스(L) 및 UPS 출력측 기준유효전류(id)를 곱한값, 상용전원측 기준유효전압(Vq_fd), UPS 출력측 기준유효전압(Vq_ref)의 연산을 통해 출력되는 값을 비례적분기에 적용하여 출력되는 값과 UPS 출력측 기준유효전압(Vq_ref)간의 연산을 통해 산출될 수 있다.Specifically, the reference effective voltage proportional integral controller for the UPS output based on the effective voltage (V q_ref), UPS output effective voltage (V q) and UPS output reference active current (i q_ref) and UPS output active current (i q) the applied values, each frequency of the commercial power supply (ω), multiplied by the filter reactance (L) and the UPS output reference active current (i d) for the drive value, a commercial power source side based on the effective voltage (V q_fd), UPS output reference effective voltage (V q_ref ) is applied to the proportional integrator, and the output value of the UPS output side reference effective voltage (V q_ref ) is calculated.

이때, 상기 UPS 출력측 기준유효전압(Vq_ref) 및 상기 UPS 출력측 기준무효전압(Vd_ref)은 방전모드에서의 인버터(320) 출력 전압에 대한 지령값으로, 제어부(330)는 부하량, 부하상태 및 비상전원(310)의 충전상태를 고려하여 이를 적절히 설정할 수 있으며, 상기 UPS 출력측 기준무효전압(Vd_ref)은 무효전력량을 제어하기 위한 값으로 제어부(330)는 이를 0으로 제어할 수 있다.At this time, the UPS output side reference effective voltage V q_ref and the UPS output side reference reactive voltage V d_ref are command values for the output voltage of the inverter 320 in the discharge mode, It is possible to set it appropriately considering the state of charge of the emergency power source 310. The UPS output-side reference reactive voltage V d_ref is a value for controlling the reactive power amount, and the control unit 330 can control it to zero.

그리고, 상기 UPS 출력측 유효전압(Vq) 및 UPS 출력측 무효전압(Vd)은 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 현재의 인버터 출력 전압(Vout_a, Vout_b, Vout_c)을 d-q변환기에 적용하여 산출할 수 있다.The UPS output side effective voltage V q and the UPS output side reactive voltage V d are obtained by multiplying the current inverter output voltages V out_a , V out_b , and V out_c by a dq converter And can be calculated.

상기 과정을 통해 산출된 상기 기준무효전압 및 상기 기준유효전압은 위상각(θ)과 함께 역d-q변환기에 적용되어 제어 대상인 인버터(320)의 출력 전압(Va, Vb, Vc)이 출력되며, 위 인버터(320)의 출력 전압(Va, Vb, Vc)은 PWM 신호 생성기에 다시 적용되어 그 출력값이 6개의 스위칭 소자(TR1 내지 TR6)를 구동하기 위한 신호로 인가된다.The reference reactive voltage and the reference effective voltage calculated through the above process are applied to an inverse dq converter together with a phase angle θ so that the output voltages V a , V b , and V c of the inverter 320, And the output voltages V a , V b , and V c of the inverter 320 are applied to the PWM signal generator again so that the output values are applied as signals for driving the six switching elements TR1 to TR6.

이때, 상기 위상각(θ)은 인버터 출력 전압의 주파수를 제어하기 위한 것으로, 상기 제어부(330)는 상용전원(30)이 부하(40)에서 절체되는 방전모드에서 위상고정루프를 이용하여 상기 인버터의 출력 전압 주파수를 고정된 소정의 주파수가 되도록 제어할 수 있으며, 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경에 따른 인버터 출력 전압 주파수의 변동을 최소화하기 위해 바람직하게는 상기 인버터 출력 전압 주파수를 상용전원(30)에서 통상적으로 사용하는 주파수 예컨대, 60Hz로 고정 운용할 수 있다.The controller 330 controls the frequency of the inverter output voltage by using a phase locked loop in a discharge mode in which the commercial power supply 30 is switched from the load 40. In this case, The inverter output voltage frequency can be controlled to be a fixed predetermined frequency. In order to minimize the variation of the inverter output voltage frequency due to the operation mode change from the charge mode to the discharge mode, For example, 60 Hz, which is conventionally used in the system 30.

전술한 과정을 통하여 상기 제어부(330)는 방전모드에서 인버터 출력 전압을 사전 설정되는 UPS 출력측 기준유효전압(Vq_ref) 및 UPS 출력측 기준무효전압(Vd_ref)에 기초하여 적절히 제어할 수 있으며, 특히 충전모드에서 방전모드로의 운용모드 변경 시에 충전모드에서의 최종 인버터 출력 전압 제어값을 방전모드에서의 인버터(320) 출력 전압을 제어하기 위한 피드-포워드(feed-foword) 성분으로 이용함으로써 인버터(320) 출력 전압의 과도 상태를 최소화할 수 있다.The controller 330 can appropriately control the inverter output voltage in the discharge mode based on the UPS output-side reference effective voltage ( Vq_ref ) and the UPS output-side reference reactive voltage ( Vd_ref ), and in particular By using the final inverter output voltage control value in the charge mode at the time of changing the operation mode from the charge mode to the discharge mode as a feed-forward component for controlling the output voltage of the inverter 320 in the discharge mode, The transient state of the output voltage of the inverter 320 can be minimized.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

Claims (6)

상용전원에 연계되어 전력을 충전하는 충전모드 또는 충전된 전력을 부하로 공급하는 방전모드를 포함하여 운용되는 무정전 전원공급장치에 있어서,
전력의 충/방전이 가능한 비상전원;
상기 비상전원에 충전된 전력을 교류전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터; 및
상기 인버터의 출력 전압 제어를 통해 상기 충전모드에서는 상용전원으로부터 상기 비상전원으로의 충전 전류량을 조절하고, 상기 방전모드에서는 상기 비상전원에서 부하로의 방전 전력량을 조절하는 제어부를 포함하는 무정전 전원공급장치.1. An uninterruptible power supply apparatus including a charging mode for charging electric power in association with a commercial power supply or a discharging mode for supplying charged electric power to a load,
An emergency power source capable of charging / discharging electric power;
An inverter for converting the electric power charged in the emergency power source into AC power and supplying the AC power to the load; And
And a controller for controlling the amount of charge current from the commercial power source to the emergency power source through the output voltage control of the inverter and adjusting the amount of discharge power from the emergency power source to the load in the discharge mode, . 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 충전모드에서 상기 방전모드로의 운용모드 변경 시에, 상기 방전모드에서의 상기 인버터 출력 전압 제어는 상기 충전모드에서의 최종 인버터 출력 전압 제어값에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the inverter output voltage control in the discharge mode is controlled based on a final inverter output voltage control value in the charge mode when the operation mode from the charge mode to the discharge mode is changed. . 제 2항에 있어서,
상기 상용전원은 3상 교류전원이고,
상기 제어부는,
상기 충전모드에서 상기 비상전원의 충전상태에 기초하여 설정되는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 출력측 기준무효전류 및 UPS 출력측 기준유효전류와 UPS 출력측 무효전류 및 UPS 출력측 유효전류에 기초하여 상기 인버터 출력 전압을 제어함으로써 상기 비상전원의 충전 전류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.3. The method of claim 2,
The commercial power source is a three-phase AC power source,
Wherein,
The inverter output voltage is controlled based on an uninterruptible power supply (UPS) based reactive current set on the basis of the charging state of the emergency power source in the charging mode, a reference active current of the UPS output side, a reactive current of the UPS output side, Thereby adjusting the amount of charge current of the emergency power source. 제 3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 충전모드에서 위상고정루프(phase locked loop)를 이용해 상기 인버터의 출력 전압 주파수를 상기 상용전원의 출력 주파수와 일치시키는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.The method of claim 3,
Wherein,
Wherein an output voltage frequency of the inverter is matched with an output frequency of the commercial power supply using a phase locked loop in the charging mode. 제 2항에 있어서,
상기 상용전원은 3상 교류전원이고,
상기 제어부는,
상기 방전모드에서 부하량에 기초하여 설정되는 UPS 출력측 기준무효전압 및 UPS 출력측 기준유효전압과 UPS 출력측 무효전압 및 UPS 출력측 유효전압에 기초하여 상기 인버터의 출력 전압을 제어함으로써 상기 비상전원의 방전 전력량을 조절하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.3. The method of claim 2,
The commercial power source is a three-phase AC power source,
Wherein,
The discharge power amount of the emergency power source is controlled by controlling the output voltage of the inverter based on the UPS output side reference reactive voltage, the UPS output side reference effective voltage, the UPS output side reactive voltage, and the UPS output side effective voltage set on the basis of the load in the discharge mode Wherein said uninterruptible power supply comprises: 제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 방전모드에서 위상고정루프를 이용하여 상기 인버터의 출력 전압 주파수를 고정된 소정의 주파수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.6. The method of claim 5,
Wherein,
And controls the output voltage frequency of the inverter to be a fixed predetermined frequency by using a phase locked loop in the discharge mode.
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