KR20150112406A - Uninterruptible power supply and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무정전 전원 공급 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하단에 전력을 공급하는 주체가 상용 전원에서 인버터로 절체될 때, 과도 응답 특성을 개선하고 이를 향상시킬 수 있는 무정전 전원 공급 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
무정전 전원 공급 장치(UPS : Uninterruptible Power supply System)는 상용 전원에서 일어날 수 있는 전원 장애를 극복하여 좋은 품질의 안정된 교류 전력을 공급하는 장치이다. 무정전 전원 공급 장치는 선로의 정전시나 입력 전원에 이상 사태가 발생하였을 경우 정상적인 전원을 부하측에 공급하는 설비로 최근 컴퓨터 산업설비의 발달로 부하측에서 양질의 전원공급을 요구하고 있어 선로의 완벽한 전원공급과 최상의 전원을 공급할 목적으로 널리 사용되고 있다.The uninterruptible power supply system (UPS) is a device that supplies good quality stable AC power overcoming the power failure that can occur in commercial power supply. The uninterruptible power supply system supplies normal power to the load side in the event of a power outage or an input power failure. Due to recent development of computer industry equipment, it is required to supply high quality power from the load side. It is widely used for supplying the best power.
무정전 전원 공급 장치는 크게 두 가지 범주로 분류할 수 있는데 하나는 오프라인(Off-line) 방식의 무정전 전원 공급 장치이고, 다른 하나는 온라인(On-line)방식의 무정전 전원 공급 장치이다.Uninterruptible power supplies can be classified into two broad categories: off-line uninterruptible power supplies and on-line uninterruptible power supplies.
도 1 및 도 2는 종래의 오프라인 방식 및 온라인 방식의 무정전 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.FIGS. 1 and 2 are block diagrams for explaining an uninterruptible power supply apparatus of an off-line method and an on-line method according to the related art.
도 1에 따른 오프라인 방식의 무정전 전원 공급 장치(10)는 AC 전원(11), 필터(12), 배터리(13), 인버터(14) 및 스위치(15)를 포함한다. An off-line
정상 운전 모드에서 스위치(15)는 AC 전원(11)측으로 연결되며, 전원은 AC 전원(11), 필터(12), 스위치(15)를 통해 부하단과 연결되며, 배터리(13)를 충전시킨다. 즉 정상 운전 모드에서는 부하 장비를 본선과 직접 연결하는 것과 큰 차이가 없다.In the normal operation mode, the
이후, 정전, 순간전압강하/상승, 과전압, 전선 노이즈, 주파수 변화 등으로 인한 전원 장애가 발생하면 스위치(15)가 인버터(14) 방향으로 전환된다. 오프 라인 모드에서 전원은 배터리(13), 인버터(14) 및 스위치(15)를 거쳐 부하단에 공급된다. 즉, 전원 장애 상황에서 오프라인 방식의 무정전 전원 공급 장치(10)는 배터리(13)의 용량에 따라 몇 분, 또는 몇 시간 동안 부하단에 전원을 공급하게 된다.Thereafter, when a power failure occurs due to a power failure, an instantaneous voltage drop / rise, an overvoltage, a wire noise, a frequency change, or the like, the
한편, 도 2에 따른 온라인 방식의 무정전 전원 공급 장치(20)는 AC 전원(21), 필터(22), 정류기(23), 인버터(24), 배터리(25) 및 스위치(26)를 포함한다.2 includes an
정상 운전 모드에서 AC 전원(21)은 필터(22), 정류기(23), 인버터(24) 및 스위치(26)를 통해 부하단과 연결됨과 동시에 배터리(25)를 충전시킨다. 운전 도 중 전원 장애가 발생되면, AC 전원(21)과 부하단의 연결은 차단되고 배터리(25)가 인버터(24) 및 스위치(26)를 통해 부하단에 전원을 공급한다. 즉, 정상 운전 모드에서 백업 모드가 될 때 스위치(26)의 동작에 변화가 없다.In the normal operation mode, the
스위치(26)는 온라인 방식의 무정전 전원 공급 장치(20)가 고장나거나 유지 보수가 필요한 경우 AC 전원(21)과 부하단을 직접 연결하도록 동작한다. 즉, 스위치(26)가 외부 전원으로부터 직접 전원이 공급되도록 연결된 형태에서는 AC 전원(21)이 필터(220) 및 스위치(26)를 거쳐 부하단과 연결된다.The
한편, 무정전 전원 공급 장치는 양질의 전원을 부하단에 공급하여야 함에도 각 모드가 변경될 때 발생되는 과도 응답에 의해 일정 시간동안 원하는 출력값을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.On the other hand, although the uninterruptible power supply has to supply a good quality power to the load, there is a problem that a desired output value can not be obtained for a predetermined time due to the transient response generated when each mode is changed.
예를 들어, 오프라인 방식의 무정전 전원 공급 장치(10) 또는 온라인 방식의 무정전 전원 공급 장치(20)의 각 모드가 전환될 때 스위치가 동작함에 따라 순간 과도로 인해 인버터의 출력 전압이 일그러지거나, 돌입 전류 발생으로 인하여 원하는 출력값을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.For example, when the switch is operated when each mode of the offline
이에, 무정전 전원 공급 장치에서 모드가 변경될 때, 과도 응답을 최소화시킬 수 있는 제어 방법의 필요성이 대두되었다.Accordingly, there is a need for a control method capable of minimizing the transient response when the mode is changed in the uninterruptible power supply.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무정전 전원 공급 장치에서 모드가 변경될 때 발생되는 과도 응답을 최소화하여 부하단에 일정한 전원을 공급할 수 있는 무정전 전원 공급 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide an uninterruptible power supply apparatus capable of minimizing a transient response generated when a mode is changed in an uninterruptible power supply apparatus, And to provide a control method thereof.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치는, 배터리; 상기 배터리로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터; 기준 전압과 상기 인버터의 출력 전압의 차이를 입력으로 제1 제어신호를 출력하는 제1 제어부; 기준 전압과 상기 인버터의 출력 전압의 차이를 입력으로, 상기 기준 전압과 상기 인버터 출력 전압의 차이에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력하는 제2 제어부; 상기 제2 제어신호 및 기준 전류와 상기 인버터의 출력 전류의 차이를 입력으로 제3 제어신호를 출력하는 제3 제어부; 및 상기 인버터 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로 상기 인버터 출력 전압을 결정하기 위한 제4 제어신호를 출력하는 제4 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an uninterruptible power supply comprising: a battery; An inverter for converting a DC power output from the battery into an AC power; A first controller for outputting a first control signal based on a difference between a reference voltage and an output voltage of the inverter; A second controller for receiving a difference between a reference voltage and an output voltage of the inverter as an input and outputting a second control signal obtained by multiplying a difference between the reference voltage and the inverter output voltage by a predetermined gain; A third controller for outputting a third control signal based on a difference between the second control signal and the reference current and the output current of the inverter; And a fourth control unit for outputting a fourth control signal for determining the inverter output voltage based on the ineffective component and the effective component of the inverter output current.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 제어신호는 상기 기준 전압과 상기 인버터의 출력 전압 차이에 비례하여 상기 인버터의 출력 전압을 증가시키는 제어신호일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first control signal may be a control signal that increases the output voltage of the inverter in proportion to the difference between the reference voltage and the output voltage of the inverter.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 제어신호는 상기 인버터 출력 전압의 왜곡을 보상하는 제어신호일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the third control signal may be a control signal for compensating distortion of the inverter output voltage.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3 제어부는, 상기 인버터가 부하단에 절체되면, 상기 인버터에 인가되는 돌입 전류를 검출하고, 상기 돌입 전류의 반대방향으로 전압을 인가하는 제어신호를 더 출력할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the inverter is switched to the lower stage, the third controller detects a rush current applied to the inverter, and outputs a control signal for applying a voltage in a direction opposite to the rush current Can be output.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법은 기준 전압과 인버터 출력 전압의 차이를 입력으로 상기 인버터 출력 전압의 크기를 제어하기 위한 제1 제어신호를 출력하는 단계; 기준 전압과 인버터 출력 전압의 차이를 입력으로, 상기 기준 전압과 상기 인버터 출력 전압의 차이에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력하는 단계; 상기 제 2제어신호 및 기준 전류와 인버터의 출력 전류의 차이를 입력으로 상기 인버터 출력 전압의 왜곡을 보상하기 위한 제3 제어신호를 출력하는 단계; 인버터 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로 상기 인버터 출력 전압을 결정하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an uninterruptible power supply, the method comprising: outputting a first control signal for controlling a magnitude of the inverter output voltage based on a difference between a reference voltage and an inverter output voltage; Outputting a second control signal obtained by multiplying a difference between the reference voltage and the inverter output voltage by a predetermined gain, using a difference between the reference voltage and the inverter output voltage as an input; Outputting a third control signal for compensating distortion of the inverter output voltage by taking a difference between the second control signal and the reference current and the output current of the inverter as an input; And determining the inverter output voltage by inputting an invalid component and an effective component of the inverter output current.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 부하단에 전원을 공급하는 주체가 외부 상용 전원에서 인버터로 절체될 때, 과도 응답 특성을 개선할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to improve the transient response characteristic when the main power supply source is switched from the external commercial power supply to the inverter.
또한, 인버터 출력 전압의 왜곡을 보상함에 따라 부하단에 양질의 전력을 공급할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.In addition, since distortion of the inverter output voltage is compensated, it is possible to provide an effect that high-quality power can be supplied to the lower stage.
또한, 인버터로의 절체시 발생되는 돌입 전류에 의해 무정전 전원 공급 장치 및 부하단이 손상되는 것을 방지할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the uninterruptible power supply unit and the bottom end from being damaged by the rush current generated upon switching to the inverter.
도 1은 종래 오프라인 방식의 무정전 전원 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 온라인 방식의 무정전 전원 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 제어부의 비례-적분 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 1 is a view for explaining an uninterruptible power supply apparatus of a conventional offline system.
FIG. 2 is a view for explaining an uninterruptible power supply apparatus of the conventional on-line type.
3 is a block diagram illustrating an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating a method of controlling an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a proportional-integral control method of a first controller according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of controlling an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치(300)를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an
도 3에 도시된 무정전 전원 공급 장치(300)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.Only the components related to the present embodiment are shown in the
도 3에 도시된 무정전 전원 공급 장치(300)는 배터리(310), 인버터(320), 제1 제어부(330), 제2 제어부(340), 제3 제어부(350) 및 제4 제어부(360)을 포함한다.3 includes a
배터리(310)는 상용전원의 정전시 또는 입력전원이 낮아질 때, 무정전 전원 공급 장치(300)의 가동을 유지하기 위해 사용된다. 저용량의 무정전 전원 공급 장치(300)에서는 유지보수가 용이한 무보수 밀폐형 납축전지가 사용될 수 있고, 대형 무정전 전원 공급 장치(300)에서는 장수명 또는 ES형 축전지가 사용될 수 있다. 무정전 전원 공급 장치(300)의 가동 시간은 배터리(310)의 용량에 의해 결정될 수 있다.The
인터버(320)는 배터리(310)로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하단에 공급한다. 구체적으로, 인버터의 DC 측은 배터리(110)에 연결되고 AC 측은 부하단에 연결되어 제어신호에 따라 베터리(310)의 에너지를 교류 전원으로 변환한 후 이를 부하단에 전달한다.The
제1 제어부(330)는 기준 전압과 인버터(320)의 출력 전압의 차이를 입력으로 제1 제어신호를 출력한다. 제1 제어신호의 크기는 기준 전압과 인버터(320)의 출력 전압과의 차이에 비례하며, 인버터(320)의 출력 전압이 기준 전압에 가까워질수록 그 조작량이 줄어들게 된다.The
상술한 바와 같이 인버터(320)의 출력 전압이 기준 전압에 가까워질수록 제1 제어신호의 크기를 조절하면 미세하게 기준 전압에 가까워지도록 제어할 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.As described above, as the output voltage of the
한편, 무정전 전원 공급 장치(300)가 정상적으로 제어가 되고 과도 응답이 크게 없는 경우 상술한 제1 제어부(330)만을 가지고도 인버터(320)의 출력 전압을 안정한 범위 내에서 제어할 수 있으나, 외란에 의한 과도 응답이 존재하는 경우 또는 무정전 전원 공급 장치(300)가 다양한 모드를 가지고 있는 경우 제1 제어부(330)만으로는 원하는 결과를 도출할 수 없게 된다.On the other hand, if the
제2 제어부(340)는 인버터(320)의 출력 전압과 기준 전압의 차이를 입력으로, 이 차이에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력한다.The
오프라인 방식에서 부하단이 외부의 상용 전원으로부터 전원을 공급받는 정상 모드에서는 인버터(320)는 정지 상태로 있게 된다. 그러나, 상용 전원에서 설정된 전압범위, 주파수 범위, 효율 범위를 벗어나 백업 모드로 전환되는 순간 인버터(320)는 부하단의 출력 부하를 수용하여 자신의 주파수로 동작하게 된다. 이때, 인버터(320)는 과도기를 거치게 되는바, 인버터(320) 출력 전압에 일그러짐이 발생하게 된다.In the off-line mode, the
제2 제어부(340)는 이러한 인버터(320) 출력 전압의 일그러짐을 보상하기 위해 제3 제어부(350)에 입력될 제2 제어신호를 출력한다. 제2 제어신호는 인버터(320) 출력 전압 및 기준 전압의 차이를 입력으로, 이 차이값에 기설정된 이득이 곱해져 출력된다.The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설절정 이득은 인버터(320) 출력 전압 및 기준 전압의 차이에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 인버터(320)의 출력 전압과 기준 전압의 차이가 큰 경우, 출력 전압 왜곡을 보상하기 위해 큰 제2 신호가 필요하므로 이에 대응되는 큰 이득이 인버터(320)의 출력 전압 및 기준 전압의 차이값에 곱해진다. 반면, 인버터(320)의 출력 전압과 기준 전압의 차이가 작은 경우, 작은 이득이 인버터(320)의 출력 전압 및 기준 전압의 차이값에 곱해진다.According to one embodiment of the present invention, the current peak gain may vary depending on the difference between the output voltage of the
상술한 과정을 거쳐 출력된 제2 제어신호는 제3 제어부(350)에 입력되어 인버터(320)의 전압 일그러짐을 보상하기 위한 제3 제어신호를 출력하는데 사용된다.The second control signal output through the above-described process is input to the
제3 제어부(350) 제2 제어부(340)으로 출력된 제2 제어신호와 인버터(320)의 출력 전류 및 기준 전류의 차이값을 입력으로 제3 제어신호를 출력한다.The
한편, 무정전 전원 공급 장치(300)가 정상 모드에서 백업 모드로 전환되는 순간, 과도상태에서 인버터(320)의 출력 전압이 일그러지는 현상 이외에 돌입전류(Inrush Current)가 흐르는 현상이 발생될 수도 있다. 구체적으로, 인버터(320)에는 고주파용 변압기가 포함되는데, 정상 모드에서는 변압기의 한 단자가 부하단과 개방된 상태로 유지된다. 이후, 무정전 전원 공급 장치(300)의 모드가 정상 모드에서 백업 모드로 전환되면 개방되어 있던 단자가 연결되며 순간적으로 큰 돌입전류가 발생하게 된다.On the other hand, when the
이에, 제3 제어부(350)는 모드 전환시 인버터(320)에 포함된 돌입전류를 연산하여 돌입전류의 반대 방향으로 인버터 전압을 인가할 수 있는 제3 제어신호를 출력함으로써, 변압기의 포화를 방지하고 돌입전류로 인한 인버터(320)의 오작동을 최소화시킬 수도 있다.The
제4 제어부(360)은 인버터(320) 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로 인버터(320) 출력 전압을 결정한다.The
무정전 전원 공급 장치(300)가 정상 모드에서 백업 모드로 변경되면, 바이패스 경로로 흐르던 전류가 인버터(320) 내부로 흐르게 되면서, 인버터(320)에 포함된 변압기의 내부 및 필터용으로 삽입된 리액터로 인한 전압강하를 피할 수 없게 된다.When the
즉, 인버터(320)의 출력 전압은 부하단에 인가되는 전압과 리액터에 의한 전합 강하분을 합한 것이므로, 인버터(320) 출력 전류를 유효성분과 무효성분으로 분류하고, 각 전류 성분을 이용하여 출력 전압의 크기가 결정되도록 제어하면 리액터에 의한 전압 강하를 보상할 수 있다.That is, since the output voltage of the
인버터(320) 출력 전류로부터 무효 성분과 유효 성분을 분류하는 방법은 다음과 같다.A method of classifying the invalid component and the effective component from the output current of the
출력 전류를,The output current,
라고 가정하고 출력 전류의 유효 성분을 구하기 위해 sinωt를 곱하면,And multiplying sin ωt to obtain the effective component of the output current,
가 된다..
위의 수식에서 cos2ωt, sin2ωt의 경우 반주기 평균을 하면 0이 되므로, 반주기 동안 디지털 버퍼를 사용하여 FIFO(First in First Out) 방식으로 버퍼에 이를 저장하고, 반주기 값을 실시간으로 합하여 평균을 구하면, 직류 성분인 를 구할 수 있고 이 값에 2를 곱하면 유효 성분의 전류 크기를 얻을 수 있다.In case of cos2ωt and sin2ωt in the above equation, it becomes 0 when half-period averaging is performed. Therefore, if the average value is obtained by summing the half-period values in real time by storing them in a buffer in FIFO (First in First Out) Ingredient And by multiplying this value by 2, the current magnitude of the effective component can be obtained.
다음으로 출력 전류의 무효 성분을 구하기 위해 cosωt를 곱하면,Next, multiplying cos ωt to obtain the ineffective component of the output current,
가 된다..
마찬가지로, 위의 수식에서 cos2ωt, sin2ωt의 경우 반주기 평균을 하면 0이 되므로, 반주기 동안 디지털 버퍼를 사용하여 FIFO(First in First Out) 방식으로 버퍼에 이를 저장하고, 반주기 값을 실시간으로 합하여 평균을 구하면, 직류 성분인 를 구할 수 있고, 이 값에 2를 곱하면 무효 성분의 전류 크기를 얻을 수 있게 된다.Likewise, in the above equation, cos2ωt and sin2ωt are equal to zero when half-period averaging is performed, so they are stored in a buffer in FIFO (first in first out) method using a digital buffer for half a period, , A direct current component If this value is multiplied by 2, the current magnitude of the reactive component can be obtained.
상술한 바와 같이 복수의 제어부를 이용하여 인버터(320)의 출력 전원을 제어하면 외부 교란이 발생한 경우 또는 무정전 전원 공급 장치(300)가 복수의 모드를 가지고 있는 경우라도 과도 응답을 최소화하여 양질의 전원을 부하단에 공급할 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.As described above, by controlling the output power of the
한편, 상술한 실시예에서는 제1 제어부(330) 내지 제4 제어부(340)가 각각 독립적이 구성인 것으로 표현하였으나, 하나의 구성에 포함되어 각각 독립적인 동작을 수행하는 형태로 구현할 수 있음을 물론이다.Although the first to
또한, 제1 제어부(330) 내지 제4 제어부(340)는 소프트웨어 또는 Field Progarammable Gate Array(FPGA)나 주문형 반도체(Application specific Intergrated Circuit, ASIC)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수도 있다. 또한, 각 제어부는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성되어 적어도 하나의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다.Also, the first to
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a method of controlling an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
제1 제어부(330)는 기준 전압 및 인버터(320)의 출력 전압을 입력으로 인버터(320) 출력 전압을 제어하기 위한 제1 제어신호를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 제어부(330)는 PI 제어(비례-적분 제어)를 수행할 수 있다.The
구체적으로, 제1 제어부(330)는 기준 전압과 인버터(320) 출력 전압의 차이에 비례하여 인버터(320) 출력 전압을 제어할 수 있는 제1 제어신호를 출력할 수 있다. 즉, 인버터(320) 출력 전압이 기준 전압에 근접할수록 제1 제어신호의 크기가 줄어들게 되고, 출력 전압이 기준전압에 가까워 지면 미소한 오차인 잔류 편차를 제거하기 위한 적분 제어가 수행된다. 적분 제어는 미소한 잔류 편차를 시간적으로 누적하여, 누적값이 기설정된 기준값을 초과하면 편차를 없애는 식으로 수행된다.The
상술한 바와 같이, 인버터(320) 출력 전압을 비례-적분 방식으로 제어하면, 기준 전압을 중심으로 발생되는 맥동(脈動)전압을 최소화시킬 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.As described above, by controlling the output voltage of the
제2 제어부(340)는 인버터(320)의 출력 전압 및 기준 전압의 차이를 입력으로, 두 전압의 차이에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력한다. 또한, 제2 제어부(340)로부터 출력된 제2 제어신호는 제3 제어부(350)에 입력된다.The
제3 제어부(350)는 제2 제어부(340)로부터 출력된 제2 제어신호 및 기준 전류와 인버터(320) 출력 전류의 차이를 입력으로 제3 제어신호를 출력한다. 제3 제어부(350)로부터 출력된 제3 제어신호는 무정전 전원 공급 장치(300)의 모드가 변경되어 인버터(320)가 순간적으로 동작함에 따라 발생되는 출력 전압의 일그러짐을 보상할 수 있다.The
또한, 제3 제어부(350)은 인버터(320)가 부하단으로 절체될 때, 인버터에 포함된 고주파용 변압기에 순간적으로 발생되는 돌입전류를 상쇄시킬 수 있는 제어신호를 더 출력할 수도 있다.The
구체적으로, 제3 제어부(350)는 무정전 전원 공급 장치(300)의 모드 전환시 인버터(320)에 인가되는 돌입전류를 검출하고, 돌입전류가 흐르는 반대 방향으로 인버터(320)에 전압을 인가함으로써, 인버터(320)에 포함된 변압기의 포화를 방지하고, 돌입전류로 인한 오작동을 최소화시킬 수 있다.Specifically, the
제4 제어부(360)는 인버터(320) 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로 하여, 인버터(320)의 출력 전압을 결정하기 위한 제4 제어신호를 출력한다.The
구체적으로, 제4 제어부(360)는 바이패스 전압으로부터의 PLL(Phase Locked Loop)을 통해 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 구해 인버터(320) 출력 전압을 제어하기 위한 제4 제어신호를 출력할 수 있다.Specifically, the
이와 같은 제4 제어신호에 의해 인버터(320)의 변압기 내부 및 필터용으로 삽입된 리액터로부터의 전압 강하를 보상하여 과도 응답을 최소화시킬 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.Such a fourth control signal can compensate for the voltage drop from the reactor inserted into the transformer of the
본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 제어부(330)는 비례-적분 제어(PI 제어)를 수행하고, 제2 제어부(340) 및 제3 제어부(350)는 비례 제어(P 제어)를 수행하는 형태로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상황에 따른 최적의 제어 방법을 채택하여 무정전 전원 공급 장치(300)를 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 제어부의 비례-적분 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a proportional-integral control method of a first controller according to an embodiment of the present invention.
제1 제어부(330)는 기준 전압(510)과 인버터(320)의 출력 전압(520)의 편차를 입력으로, 출력 전압(520)을 제어하기 위한 제1 제어신호(530)를 출력한다. 제1 제어신호(530)는 기준 전압(510)과 출력 전압(520)과의 차이에 비례하므로, 제어 초기 제1 제어신호(530)는 100% 출력값을 갖을 수 있다.The
이후, 출력 전압(520)이 기준 전압(510)에 근접함에 따라 제1 제어신호(530)에 따른 조작량이 줄어들게 되고, 출력 전압(520)과 기준 전압(510)의 미세한 오차인 잔류 편차를 제거하기 위한 적분 조작량(540)이 증가하게 된다.Thereafter, as the
구체적으로, 적분 제어는 미소한 잔류 편차를 시간적으로 누적하여, 누적값이 기설정된 기준값을 초과하면 편차를 없애는 식으로 수행된다.Specifically, the integration control is performed by accumulating minute residual deviations temporally and eliminating the deviation when the cumulative value exceeds a preset reference value.
상술한 실시예에서는 제1 제어부(330)가 비례-적분 제어를 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 상황에 따라 다른 제어 방식을 채택할 수 있음은 물론이다.In the above-described embodiment, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of controlling an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
제1 제어부(330)는 기준 전압과 버터(320) 출력 전압의 차이를 입력으로 인버터(320) 출력 전압의 크기를 제어하기 위한 제1 제어신호를 출력한다(S610). 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 제어부(330)는 비례-적분(PI 제어)를 통해 인버터(320) 출력 전압을 제어할 수 있다.The
제2 제어부(340)는 기준 전압과 인버터(320) 출력 전압의 차이를 입력으로 이 차이값에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력한다(S620). 이때, 기설정된 이득은 기준 전압과 인버터(320) 출력 전압의 차이에 따라 달라질 수 있다.The
제3 제어부(350)는 제2 제어신호 및 기준 전류와 인버터 출력 전류의 차이를 입력으로 인버터 출력 전압의 왜곡을 보상하기 위한 제3 제어신호를 출력한다(S630). 또한, 제4 제어부(360)는 인터버 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로, 인버터 출력 전압을 결정하기 위한 제4 제어신호를 출력한다(S640).The
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described method can be implemented in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium. In addition, the structure of the data used in the above-described method can be recorded on a computer-readable recording medium through various means. The computer-readable recording medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (e.g., CD ROM,
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed methods should be considered from an illustrative point of view, not from a restrictive point of view. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
300 : 무정전 전원 공급 장치
310 : 배터리
320 : 인버터
330 : 제1 제어부
340 : 제2 제어부
350 : 제3 제어부
360 : 제4 제어부300: uninterruptible power supply 310: battery
320: inverter 330: first control unit
340: second control unit 350: third control unit
360: fourth control section
Claims (5)
상기 배터리로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;
기준 전압과 상기 인버터의 출력 전압의 차이를 입력으로 제1 제어신호를 출력하는 제1 제어부;
기준 전압과 상기 인버터의 출력 전압의 차이를 입력으로, 상기 기준 전압과 상기 인버터 출력 전압의 차이에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력하는 제2 제어부;
상기 제2 제어신호 및 기준 전류와 상기 인버터의 출력 전류의 차이를 입력으로 제3 제어신호를 출력하는 제3 제어부; 및
상기 인버터 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로 상기 인버터 출력 전압을 결정하기 위한 제4 제어신호를 출력하는 제4 제어부;를 포함하는 무정전 전원 공급 장치.battery;
An inverter for converting a DC power output from the battery into an AC power;
A first controller for outputting a first control signal based on a difference between a reference voltage and an output voltage of the inverter;
A second controller for receiving a difference between a reference voltage and an output voltage of the inverter as an input and outputting a second control signal obtained by multiplying a difference between the reference voltage and the inverter output voltage by a predetermined gain;
A third controller for outputting a third control signal based on a difference between the second control signal and the reference current and the output current of the inverter; And
And a fourth control unit for outputting a fourth control signal for determining the inverter output voltage based on an invalid component and an effective component of the inverter output current.
상기 제1 제어신호는 상기 기준 전압과 상기 인버터의 출력 전압 차이에 비례하여 상기 인버터의 출력 전압을 증가시키는 제어신호인 무정전 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first control signal is a control signal that increases the output voltage of the inverter in proportion to the difference between the reference voltage and the output voltage of the inverter.
상기 제3 제어신호는 상기 인버터 출력 전압의 왜곡을 보상하는 제어신호인 무정전 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the third control signal is a control signal that compensates for distortion of the inverter output voltage.
상기 제3 제어부는,
상기 인버터가 부하단에 절체되면, 상기 인버터에 인가되는 돌입 전류를 검출하고, 상기 돌입 전류의 반대방향으로 전압을 인가하는 제어신호를 더 출력하는 무정전 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
And the third control unit,
Wherein the inverter further detects a rush current applied to the inverter and outputs a control signal for applying a voltage in a direction opposite to the rush current when the inverter is switched to the lower stage.
기준 전압과 인버터 출력 전압의 차이를 입력으로, 상기 기준 전압과 상기 인버터 출력 전압의 차이에 기설정된 이득이 곱해진 제2 제어신호를 출력하는 단계;
상기 제 2제어신호 및 기준 전류와 인버터의 출력 전류의 차이를 입력으로 상기 인버터 출력 전압의 왜곡을 보상하기 위한 제3 제어신호를 출력하는 단계;
인버터 출력 전류의 무효 성분 및 유효 성분을 입력으로 상기 인버터 출력 전압을 결정하기 위한 제4 제어신호를 출력하는 단계;를 포함하는 무정전 전원 공급 장치의 제어 방법.Outputting a first control signal for controlling a magnitude of the inverter output voltage by inputting a difference between a reference voltage and an inverter output voltage;
Outputting a second control signal obtained by multiplying a difference between the reference voltage and the inverter output voltage by a predetermined gain, using a difference between the reference voltage and the inverter output voltage as an input;
Outputting a third control signal for compensating distortion of the inverter output voltage by taking a difference between the second control signal and the reference current and the output current of the inverter as an input;
And outputting a fourth control signal for determining the inverter output voltage based on an invalid component and an effective component of the inverter output current.
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KR1020140036519A KR20150112406A (en) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Uninterruptible power supply and control method thereof |
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