KR20160011862A - 고압 인버터의 병렬 운전 방법 - Google Patents

고압 인버터의 병렬 운전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160011862A
KR20160011862A KR1020140093058A KR20140093058A KR20160011862A KR 20160011862 A KR20160011862 A KR 20160011862A KR 1020140093058 A KR1020140093058 A KR 1020140093058A KR 20140093058 A KR20140093058 A KR 20140093058A KR 20160011862 A KR20160011862 A KR 20160011862A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
inverter
master controller
link
output
Prior art date
Application number
KR1020140093058A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101950302B1 (ko
Inventor
윤홍민
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020140093058A priority Critical patent/KR101950302B1/ko
Publication of KR20160011862A publication Critical patent/KR20160011862A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101950302B1 publication Critical patent/KR101950302B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/07—Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings

Abstract

마스터 제어기; 및 상기 마스터 제어기에 병렬로 연결된 복수의 고압 인버터를 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법으로서, 상기 마스터 제어기가 상기 복수의 고압 인버터에 대하여 해당 복수의 고압 인버터의 출력 전류에 기반하여 동일의 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 출력하는 단계; 및 상기 복수의 고압 인버터 각각이 상기 마스터 제어기로부터 상기 전압 지령치 및 운전 지령을 수신하여 각 전력셀들간에 발생된 DC 링크차이와 전류차이를 보상한 PWM 신호를 생성하여 해당 인버터의 출력 전압으로 부하에 출력하는 단계를 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법이 제공된다.

Description

고압 인버터의 병렬 운전 방법{PARALLEL OPERATION CONTROL METHOD OF MEDIUM VOLTAGE INVERTER}
본 발명은 고압 인버터의 병렬 운전 방법에 관한 것으로, 상세하게는 고압 멀티 레벨 인버터를 병렬로 연결하여 병렬 운전할 때 두 인버터가 출력하는 전류의 균형을 맞추어 전류를 안정화하는 고압 인버터의 병렬 운전 방법에 관한 것이다.
인버터(invertor)는 모터의 속도 및 토크를 제어할 수 있는 장치이다. 전동기의 속도제어 방식에는 여러 가지가 있으나, 대표적인 방법은 1차 전압제어 방식과 주파수 변환 방식이 있다. 인버터는 효율제어, 역률 제어 등에 사용될 수도 있고, 예비 전원, 컴퓨터용의 무정전 전원, 직률 송전 등에 응용되어 사용될 수 도 있다.
인버터의 사용 목적은 공정제어, 공장 자동화 및 에너지 절약을 하기 위한 것이다. 예를 들면, 가열로 송풍기(blower)의 경우, 인버터가 제품의 종류나 생산량에 따라 송풍기의 속도를 조정할 수 있다. 인버터가 송풍기의 풍량을 조절함으로써 가열로 내의 온도를 최적의 온도로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 질적 향상을 도모할 수 있다. 위와 같이 함으로써, 커다란 에너지 절감 효과를 가져 올 수 있다.
멀티레벨 고압 인버터(multi-level medium-voltage inverter)는 입력되는 선간전압의 실효치가 600V 이상인 인버터로서, 출력되는 상전압(voltage)이 멀티레벨이다. 이러한 고압 인버터는 수백kW~수십MW의 용량을 갖는 대용량의 전동기를 구동하는데 사용되며, 팬(fan), 펌프(pump), 압축기(compressor), 견인(traction), 승강(hoist), 컨베이어(conveyor)와 같은 분야에서 주로 사용된다.
인버터의 용량확대를 위해 사용하는 방법에는 파워소자의 전압/전류 용량을 증대시켜 새로운 제품을 설계하는 방법과 기존 개발되어 있는 제품을 병렬로 구성하여 용량을 확대하는 방법이 있다.
산업용 인버터의 경우 파워소자의 제한된 전압/전류용량으로 인해 단위인버터로 대용량 인버터를 개발하기에는 한계가 있다. 특히 고압 멀티레벨 인버터의 경우 사용되는 파워소자의 정격, 복잡한 구조설계, 냉각방식 등의 이유로 병렬구조의 설계가 필요한 경우가 있다.
인버터 병렬운전의 경우 출력전압의 동기를 정확하게 맞추는 것이 핵심기술이며 이를 위해 다양한 방법이 연구되고 있다.
병렬시스템에서는 두 인버터는 전압원 형태로 동작하게 되며, 출력 임피던스에 따라 적은 전압차이에 의해서도 급격한 출력전류 차이가 발생할 수 있다.
두 인버터의 출력전압들이 서로 동기가 어긋나거나, 각 전력셀별 전압차가 발생하여 어긋나거나, 고장 상황에 따라 출력 전압이 다른 경우 한쪽 인버터는 고장상황이 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 상황에서 두 인버터가 출력하는 전류의 균형을 맞출 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수의 고압 멀티 레벨 인버터를 병렬로 연결하여 병렬 운전할 때 각 인버터가 출력하는 전류의 균형을 맞추어 전류를 안정화하는 고압 인버터의 병렬 운전 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 마스터 제어기; 및 상기 마스터 제어기에 병렬로 연결된 복수의 고압 인버터를 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법으로서, 상기 마스터 제어기가 상기 복수의 고압 인버터에 대하여 해당 복수의 고압 인버터의 출력 전류에 기반하여 동일의 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 출력하는 단계; 및 상기 복수의 고압 인버터 각각이 상기 마스터 제어기로부터 상기 전압 지령치 및 운전 지령을 수신하여 각 전력셀들간에 발생된 DC 링크차이와 전류차이를 보상한 PWM 신호를 생성하여 해당 인버터의 출력 전압으로 부하에 출력하는 단계를 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법이 제공된다.
상기 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법은 상기 복수의 고압 인버터중에서 임의의 인버터가 다른 인버터에 비하여 상대적으로 출력전류가 커지면, 상기 마스터 제어기가 상기 임의의 인버터의 출력 전압 지령치를 낮춰주어 최종 출력 전류의 차이를 줄이도록 상기 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법은, 상기 복수의 고압 인버터 각각은, 해당 고압 인버터를 구성하는 전력셀들의 기준 DC 링크 전압값을 저장한 상태에서, 측정된 DC 링크 전압값과의 차이를 보상하도록 PWM 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법은, 상기 복수의 고압 인버터 각각은 출력 전류, DC_링크 전압, 각종 트립정보를 포함하는 데이터들을 상기 마스터 제어기에 주기마다 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법은, 상기 마스터 제어기는 상기 복수의 고압 인버터로부터 수신된 상기 데이터들을 취합하여 병렬운전에 필요한 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 생성하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 PWM 신호를 생성하여 해당 인버터의 출력 전압으로 부하에 출력하는 단계는, 상기 각 고압 인버터를 구성하는 복수의 전력셀에 각각 구비된 전력셀 제어부에 의해 수행될 수 있다.
상기 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법은 상기 전력셀 제어부가 상기 마스터 제어기로부터 기준 전압 지령(iVdqseRef)을 수신하는 단계; 상기 전력셀 제어부가 해당 DC링크부에서 측정된 DC_링크 측정 전압(wVdc)을 수신하는 단계; 상기 전력셀 제어부가 저장하고 있던 기준 DC_링크 전압(wVdRef)을 상기 DC링크부의 DC_링크 측정 전압(wVdc)으로 나누어 DC_링크 차이 전압을 구하여 출력하는 단계; 및 상기 전력셀 제어부가 상기 기준 전압 지령(iVdqseRef)에 상기 DC_링크 차이 전압을 보상하여 인버터부를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 인버터부에 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 마스터 제어기가 병렬로 연결된 각 인버터에 전압지령 및 운전지령을 전송하고, 각 인버터는 자체 연산을 통해 마스터 제어기로부터 수신된 같은 전압 지령에 따른 PWM 값에 각 인버터의 전력셀별 DC_링크 변동분과 출력전류 차이분을 반영하여 새로운 출력전압을 생성하여 출력함으로써 최종 출력전류에 오차를 최소화하여 병렬운전시 발생할 수 있는 순환전류를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 병렬로 연결된 복수의 인버터들의 출력전압들이 서로 동기가 어긋나거나, 각 전력셀별 전압차가 발생하여 어긋나거나, 고장 상황에 따라 출력 전압이 다름으로 인해 일부 인버터에 고장이 발생되더라도 병렬로 연결된 인버터가 출력하는 전류의 균형을 맞출 수 있음에 별도의 하드웨어 없이 안정적인 병렬운전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템에서 제1 인버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 전력셀의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템에서 인버터의 병렬 운전 제어 방법을 설명하기 위한 모델링 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 시스템에서 제1 인버터와 제2 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 시스템에서 출력 전류를 제어하는 것을 설명하기 위한 신호 파형이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀 두고자 한다.
즉, 이하의 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템은 마스터 제어기(110), 제1 인버터(120), 제2 인버터(130), 인덕터 회로(140), 부하(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 부하(150)는 예를 들어 유도 전동기일 수 있다.
마스터 제어기(110)는 별도의 동기 라인없이 CAN 통신으로 제1 인버터(120), 제2 인버터(130)와 통신을 수행한다.
마스터 제어기(110)는 제1 인버터(120), 제2 인버터(130)에 운전 제어 정보를 전달한다. 운전 제어 정보는 지령전압 크기, 지령 전압 위상, 운전 명령을 포함 할 수 있다. 마스터 제어기(110)는 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)의 최종 출력전류에 오차를 최소화하여 병렬운전시 발생할 수 있는 순환전류를 감소시키도록 운전 제어 정보를 생성하여 출력한다.
마스터 제어기(110)가 병렬로 연결된 각 인버터에 전압지령 및 운전지령을 전송하면, 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)는 자체 연산을 통해 마스터 제어기(110)로부터 수신된 같은 전압 지령에 따른 PWM 값에 각 인버터의 전력셀별 DC_링크 변동분과 출력전류 차이분을 반영하여 새로운 출력전압을 생성하여 출력한다.
제1 인버터(120)는 캐스 케이드로 연결된 복수의 전력셀들을 포함하여 구성된다. 제1 인버터(120)는 마스터 제어기(110)로부터의 제어신호에 따라 내부 연산을 통해 PWM 파형을 발생시켜 동작한다.
제1 인버터(120)는 출력 전류, DC_링크 전압, 각종 트립정보를 포함하는 각종 데이터들을 마스터 제어기(110)에 주기마다 전송한다. 마스터 제어기(110)는 제1 인버터(120)로부터 받아들인 정보들을 취합하여 병렬운전에 필요한 기능들을 수행하게 된다.
제2 인버터(130)도 제1 인버터(120)와 마찬가지로 캐스 케이드로 연결된 복수의 전력셀들을 포함하여 구성된다. 제2 인버터(130)는 마스터 제어기(110)로부터의 제어신호에 따라 내부 연산을 통해 PWM 파형을 발생시켜 동작한다.
제2 인버터(130)는 출력 전류, DC_링크 전압, 각종 트립정보를 포함하는 각종 데이터들을 마스터 제어기(110)에 주기마다 전송한다. 마스터 제어기(110)는 제2 인버터(130)로부터 받아들인 정보들을 취합하여 병렬운전에 필요한 기능들을 수행하게 된다.
인덕터 회로(140)는 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)의 출력을 연결하여 단일 출력을 만들어 사용한다.
인덕터 회로(140)는 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)의 출력단에 설치되어 정상상태 전압차는 줄이고 위상차가 발생될 이상상황에 대해선 순환전류를 줄이도록 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템에서 제1 인버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템에서 제1 인버터(120)는 CHB 방식의 고압 인버터이다.
도시된 바와 같이, 제1 인버터(120)는 CHB 방식의 고압 인버터로서, 위상치환 변압기(10)와 복수의 전력셀(20)를 포함하여 구성되며, 마스터 제어기(110)와 인덕터 회로(140)에 연결된다.
위상치환 변압기(10)는 입력전원의 위상을 치환하여 이를 복수의 전력셀(20)에 공급한다. 마스터 제어기(110)는 복수의 전력셀(20)과 네트워크를 통해 각각 연결되며, 이때 네트워크의 종류는 바람직하게는 계측 제어 네트워크(Controller Area Network; CAN)인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 마스터 제어기(110)는 전력셀(20)과의 통신을 통해, 전력셀(20)을 제어한다.
전력셀(20)은 단상 인버터로서, 직렬로 연결되어 인덕터 회로(140)에 출력하는 하나의 상전압을 구성하는 것으로, 전체적으로 고압 출력을 얻을 수 있는 삼상 인버터가 된다. 본 발명의 일실시예를 설명하기 위하여, 단상 인버터인 전력셀(20)이 18개 구비된 것을 예를 들어 설명하겠으나, 이에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 전력셀(20)의 수가 많을수록, 더 큰 전력을 출력할 수 있다.
또한, 전력셀(20)은 마스터 제어기(110)와 네트워크를 통해 통신하며, 마스터 제어기(110)의 제어에 의해 출력 전류 제어를 수행한다. 이를 위해, 그 내부에 마스터 제어기(110)와 통신하는 전력셀 제어부를 포함할 수 있다. 이하, 전력셀의 상세한 구성을 설명하기로 한다.
도 3은 도 2의 전력셀의 일실시예 상세 구성도로서, 복수의 각 전력셀(20)의 구성은 상호 동일하다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전력셀(20)은, 정류부(21), DC링크부(22), 인버터부(23) 및 전력셀 제어부(24)를 포함할 수 있다.
정류부(21)는 3상의 교류인 입력전압을 직류로 변환하고, DC링크부(22)는 정류부(21)에 의해 직류로 변환된 전압을 저장한다. 또한, DC링크부(22)는 정류된 파형을 평활 캐패시터를 통해 안정된 직류로 변환할 수도 있다.
인버터부(23)는, 정류된 직류를 트랜지스터를 이용하여 스위칭하여 교류를 생성하여, 부하(150)를 구동한다.
인버터부(23)는 전력셀 제어부(24)의 출력 주파수에 따라 스위칭을 수행하며, 인버터부(23)의 트랜지스터는, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; 'IGBT'라 함)이다.
전력셀 제어부(24)는 DC링크부(22)의 전압을 마스터 제어기(110)로 전송하고, 마스터 제어기(110)의 제어에 의해 인버터부(23)의 출력 주파수를 전달한다. 마스터 제어기(110)의 스위칭 제어에 의해, 인버터부(23)의 출력 주파수와 전압을 조정할 수 있는 것이다. 즉, 전력셀 제어부(24)는 마스터 제어기(110)의 제어에 의해 제어신호를 전달하는 기능을 담당한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고압 인버터 시스템에서 인버터의 병렬 운전 제어 방법을 설명하기 위한 모델링 회로도이다.
도 4를 참조하면, 제1 인버터(120)과 제2 인버터(130)는 병렬로 연결된 제1 전압원(Va1)과 제2 전원압(Va2)으로 모델링할 수 있다.
여기에서, 인덕터 회로(140)에 걸리는 전압을 수식으로 전개하면 수식1과 같다.
[수식 1]
Figure pat00001
위의 수식1에서 전압과 전류는 기본파 성분과 PWM에 의한 미소 성분으로 나눌 수 있으며, 각각 수식2와 수식3으로 나타낼 수 있다.
[수식2]
Figure pat00002
[수식3]
Figure pat00003
여기에서 제1 인버터(120)과 제2 인버터(130)의 기본파 전압은 수식 4에 나타낸 바와 같이 동일하다.
[수식 4]
Figure pat00004
또한, 부하(150)에 흐르는 전류는 제1 인버터(120)와 제2 인버터(130)에서 흐르는 전류의 합이며 수식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수식 5]
Figure pat00005
수식 5는 수식 6과 같이 정리할 수 있다.
[수식 6]
Figure pat00006
즉, 극전압의 맥동 성분은 부하 전압 맥동 성분의 1/2값이다.
인덕터 회로(140)는 기본파 전압 강하를 만들어낸다. 인덕터 회로(140)에 의한 기본파 전압 강하는 수식 1 내지 수식 6을 이용하여 구할 수 있으며, 정리하면 수식7과 같이 표현될 수 있다.
[수식 7]
Figure pat00007
자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스의 값의 차이가 없게 되면 인덕터 회로(140)에 의한 기본파 전압 강하는 무시할 수 있다.
인덕터 회로(140)에서 PWM 맥동에 의한 순환 전류는 수식8과 같이 표현될 수 있다.
[수식 8]
Figure pat00008
PWM 맥동에 의한 순환 전류는 L, M 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스를 통하여 제한할 수 있다.
제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)는 병렬 연결되어 전압원 형태로 동작함으로 인해, 출력 임피던스에 따라 작은 전압 차이에 의해서도 급격한 출력 전류 차이를 발생시킬 수 있다.
인덕터 회로(140)는 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)의 출력단에 설치되어 정상상태 전압차는 줄이고 위상차가 발생될 이상상황에 대해서는 순환전류를 줄이도록 동작한다.
그러나, 제1 인버터(120)의 전압(Va1n)과 제2 인버터(130)의 전압(Va2n)간에 동기가 맞지 않거나, 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)를 구성하는 각 전력셀별간에 전압차가 발생하여 출력 전압의 크기가 서로 다르거나, 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)를 구성하는 전력셀중에서 일부 전력셀의 고장으로 인해 출력 전압의 크기가 달라지게 되면, 인덕터 회로(140)에서 순환 전류의 양이 계속 커질 우려가 있다.
따라서, 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)는 각각 위의 3가지 경우에 대하여 내부적으로 출력하는 전류의 균형을 맞추는 동작을 수행하도록 구성된다.
이를 위해, 제1 인버터(120)에 구비되는 각 전력셀 제어부 및 제2 인버터(130)에 구비되는 각 전력셀 제어부는 각 전력셀별 출력 전압을 균등하게 출력하기 위한 AVR 출력 제어를 수행한다. AVR 출력 계산식은 수식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[수식 9]
AVR 출력 = AVR 입력 * 기준 DC Link 전압 / 실측된 DC 링크 전압
수식 9를 이용하면 각 전력셀 제어부는 출력 전류가 반영된 DC 링크 전압변동을 이용하여 각 전력셀별 출력 전압을 균등하게 만들 수 있다.
예를 들어 제1 인버터(120)에 구비되는 하나의 전력셀 제어부(24)는 마스터 제어기(110)로부터 기준 전압 지령(iVdqseRef)을 수신한다. 전력셀 제어부(24)는 해당 DC링크부(22)에서 측정된 DC_링크 측정 전압(wVdc)을 수신한다.
전력셀 제어부(24)는 저장하고 있던 기준 DC_링크 전압(wVdRef)을 DC링크부(22)의 DC_링크 측정 전압(wVdc)으로 나누어 DC_링크 차이 전압을 구하여 출력한다. 전력셀 제어부(24)는 기준 전압 지령(iVdqseRef)에 DC_링크 차이 전압을 보상하여 인버터부(23)를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성하여 인버터부(23)에 출력한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 시스템에서 제1 인버터와 제2 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 보상전에는 제1 인버터(120)의 출력 전류(1)와 제2 인버터(130)의 출력전류(2) 사이에 크기 차이가 있을 수 있다. 그러나, (b)를 참조하면 보상을 통해 제1 인버터(120)의 출력 전류(1)와 제2 인버터(130)의 출력전류(2) 사이에 크기의 차이를 줄이거나 없앨 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 시스템에서 출력 전류를 제어하는 것을 설명하기 위한 신호 파형이다.
도 6을 참조하면, 제1 곡선(11)은 부하(150)에 입력되는 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)의 최종 출력 전류 파형이다. 즉, 제1 인버터(120)로부터 출력되는 제1 출력 전류와 제2 인버터(130)로부터 출력되는 제2 출력 전류의 합계 출력 전류의 파형이다. 제2 곡선(12)는 제1 인버터(120)로부터 부터 출력되는 제1 출력 전류 파형과 제2 인버터(130)로부터 출력되는 제2 출력 전류 파형의 각각을 나타내는 것이다. 그래프에서는 제1 출력 전류 파형과 제2 출력 전류 파형이 겹치는 구간이 있기 때문에 시각적으로 명확하게 구별되어 보이지 않지만 2개의 출력 전류 파형을 포함하고 있다. 제3 곡선(13)은 제1 출력 전류 파형과 제2 출력 전류 파형의 차이를 보여주는 것으로 인덕터 회로(140)에서 발생되는 순환 전류에 해당된다. 즉, 순환 전류의 변동 크기가 일정한 범위내에서 변동폭이 작다는 것은 제1 출력 전류와 제2 출력 전류에 대한 적절한 제어가 이루어지고 있음을 보여주는 것이다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 마스터 제어기(110)를 이용한 병렬 인버터 운전을 통하여 인버터의 병렬 운전 전류 안정화기법에서의 신뢰성 및 가격상승에 대한 우려를 해결할 수 있다. 마스터 제어기(110)를 이용함으로써 각 전력셀별 전류 균형을 맞추고 별도의 하드웨어 없이 병렬운전이 가능하다.
마스터 제어기(110)는 예를 들어, CAN모듈을 이용하여 제1 인버터(120) 및 제2 인버터(130)내의 각 전력셀 제어부에 전압지령 및 운전지령을 전송하면 각 전력셀 제어부는 자체 연산으로 PWM파형을 생성하여 제1 인버터(120)의 각 전력셀들과 제2 인버터(130)의 각 전력셀들을 구동한다. 이때 같은 PWM값에 DC_링크 변동분과 출력전류 차이분을 반영하여 새로운 출력전압을 생성하게 되면 최종 출력전류에 오차가 덜 발생할 수 있다.
이 경우 제1 인버터(120)와 제2 인버터(130)에서 검출한 전류를 이용하여 두 전류오차에 대한 PI제어를 실시하여 최종 PWM 파형을 출력한다. 전류오차를 최소화하여 병렬운전시 발생할 수 있는 순환전류는 감소하게 된다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 마스터 제어기; 및 상기 마스터 제어기에 병렬로 연결된 복수의 고압 인버터를 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법으로서,
    상기 마스터 제어기가 상기 복수의 고압 인버터에 대하여 해당 복수의 고압 인버터의 출력 전류에 기반하여 동일의 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 출력하는 단계; 및
    상기 복수의 고압 인버터 각각이 상기 마스터 제어기로부터 상기 전압 지령치 및 운전 지령을 수신하여 각 전력셀들간에 발생된 DC 링크차이와 전류차이를 보상한 PWM 신호를 생성하여 해당 인버터의 출력 전압으로 부하에 출력하는 단계를 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 고압 인버터중에서 임의의 인버터가 다른 인버터에 비하여 상대적으로 출력전류가 커지면, 상기 마스터 제어기가 상기 임의의 인버터의 출력 전압 지령치를 낮춰주어 최종 출력 전류의 차이를 줄이도록 상기 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 출력하는 단계를 더 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 고압 인버터 각각은, 해당 고압 인버터를 구성하는 전력셀들의 기준 DC 링크 전압값을 저장한 상태에서, 측정된 DC 링크 전압값과의 차이를 보상하도록 PWM 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 고압 인버터 각각은 출력 전류, DC_링크 전압, 각종 트립정보를 포함하는 데이터들을 상기 마스터 제어기에 주기마다 전송하는 단계를 더 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 마스터 제어기는 상기 복수의 고압 인버터로부터 수신된 상기 데이터들을 취합하여 병렬운전에 필요한 전압 지령치 및 각각의 운전 지령을 생성하여 출력하는 단계를 더 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 PWM 신호를 생성하여 해당 인버터의 출력 전압으로 부하에 출력하는 단계는, 상기 각 고압 인버터를 구성하는 복수의 전력셀에 각각 구비된 전력셀 제어부에 의해 수행되는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전력셀 제어부가 상기 마스터 제어기로부터 기준 전압 지령(iVdqseRef)을 수신하는 단계;
    상기 전력셀 제어부가 해당 DC링크부에서 측정된 DC_링크 측정 전압(wVdc)을 수신하는 단계;
    상기 전력셀 제어부가 저장하고 있던 기준 DC_링크 전압(wVdRef)을 상기 DC링크부의 DC_링크 측정 전압(wVdc)으로 나누어 DC_링크 차이 전압을 구하여 출력하는 단계; 및
    상기 전력셀 제어부가 상기 기준 전압 지령(iVdqseRef)에 상기 DC_링크 차이 전압을 보상하여 인버터부를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성하여 상기 인버터부에 출력하는 단계를 더 포함하는 고압 인버터 시스템의 병렬 운전 방법.
KR1020140093058A 2014-07-23 2014-07-23 고압 인버터의 병렬 운전 방법 KR101950302B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140093058A KR101950302B1 (ko) 2014-07-23 2014-07-23 고압 인버터의 병렬 운전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140093058A KR101950302B1 (ko) 2014-07-23 2014-07-23 고압 인버터의 병렬 운전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160011862A true KR20160011862A (ko) 2016-02-02
KR101950302B1 KR101950302B1 (ko) 2019-02-20

Family

ID=55354385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140093058A KR101950302B1 (ko) 2014-07-23 2014-07-23 고압 인버터의 병렬 운전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101950302B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017155572A1 (en) * 2016-03-11 2017-09-14 General Atomics Multi-level high-speed adjustable speed drive

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900004350B1 (ko) * 1987-05-15 1990-06-22 미쓰비시 뎅끼 가부시끼가이샤 상간 리액터 다중식 pwm 인버터
KR0139771B1 (ko) * 1992-06-09 1998-08-17 기타오카 다카시 펄스폭변조 인버터의 병렬운전제어장치
JP2002345252A (ja) * 2001-05-17 2002-11-29 Meidensha Corp 複数台の電力変換装置の運転方法とその装置
JP2008086127A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Meidensha Corp インバータ装置の並列運転装置
JP2011147334A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Siemens Ag 電力コンバータの電力変換を制御するための方法およびコントロールシステム
KR20130077013A (ko) * 2011-12-29 2013-07-09 주식회사 포스코아이씨티 멀티레벨 인버터 제어 시스템
KR20150011064A (ko) * 2013-07-22 2015-01-30 엘에스산전 주식회사 멀티레벨 인버터

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900004350B1 (ko) * 1987-05-15 1990-06-22 미쓰비시 뎅끼 가부시끼가이샤 상간 리액터 다중식 pwm 인버터
KR0139771B1 (ko) * 1992-06-09 1998-08-17 기타오카 다카시 펄스폭변조 인버터의 병렬운전제어장치
JP2002345252A (ja) * 2001-05-17 2002-11-29 Meidensha Corp 複数台の電力変換装置の運転方法とその装置
JP2008086127A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Meidensha Corp インバータ装置の並列運転装置
JP2011147334A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Siemens Ag 電力コンバータの電力変換を制御するための方法およびコントロールシステム
KR20130077013A (ko) * 2011-12-29 2013-07-09 주식회사 포스코아이씨티 멀티레벨 인버터 제어 시스템
KR20150011064A (ko) * 2013-07-22 2015-01-30 엘에스산전 주식회사 멀티레벨 인버터

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. Fukuda 외 1인, "A Control Method For Parallel-Connected Multiple Inverter Systems", Power Electronics and Variable Speed Device, No.456, IEE 1998, 1998. 09.* *
홍정원 외 3인,"HVDC 적용을 위한 MMC 기반 Back-to-Back 컨버터의 스위칭레벨 동작분석", pp. 1240~1248, 전기학회논문지, 2013.09.* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017155572A1 (en) * 2016-03-11 2017-09-14 General Atomics Multi-level high-speed adjustable speed drive
US10727774B2 (en) 2016-03-11 2020-07-28 General Atomics Multi-level high-speed adjustable speed drive

Also Published As

Publication number Publication date
KR101950302B1 (ko) 2019-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3780310A1 (en) Control device for distributed power source
US8228699B2 (en) Power converting apparatus including half-bridge inverters connected between positive and negative terminals of a DC power supply
EP2779405B1 (en) Methods and apparatus for continuous and discontinuous active rectifier boost operation to increase power converter rating
CN107852023B (zh) 不间断电源装置
WO2019129729A1 (en) Unbalance compensation by optimally redistributing current
BR102014029257A2 (pt) sistema de conversão de energia, método para operação de conversores paralelos para acionar uma carga, e meio legível por computador não transitório com instruções executáveis por computador
GB2394129A (en) Control of parallel connected bridge converters
US10186995B2 (en) Rotating switching strategy for power converters
KR102576611B1 (ko) 전압 제어 장치
CN105144534A (zh) 逆变器同步
US20160134202A1 (en) Control signal generating system and inverter control device thereof
WO2019019925A1 (zh) 一种交直流变换电路的控制方法、装置和计算机存储介质
Alepuz et al. Development and testing of a bidirectional distribution electronic power transformer model
CN105098823A (zh) 高压直流输电系统及其控制方法
CN103988412A (zh) 多相转换器系统和方法
US20160197566A1 (en) Method and apparatus to control a single-phase induction motor
JP2010172141A (ja) ３相電力変換装置
TWI616047B (zh) 雙向電源轉換裝置
US10811990B1 (en) Multi-segment and nonlinear droop control for parallel operating active front end power converters
Puls et al. Lifetime calculation for capacitors in industrial micro dc grids
Williamson et al. A controller for single-phase parallel inverters in a variable-head pico-hydropower off-grid network
KR101950302B1 (ko) 고압 인버터의 병렬 운전 방법
CN206960640U (zh) 基于载波移相多重化技术的gis电流互感器校验电源
Cho et al. A reliable suppression method of high frequency circulating current in parallel grid connected inverters
Urrejola et al. Direct torque control of an 3L-NPC inverter-fed induction machine: A model predictive approach

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant