KR20180052017A

KR20180052017A - A Single-Phase Quasi Z-Source Dynamic Voltage Restorer(DVR)

Info

Publication number: KR20180052017A
Application number: KR1020160149051A
Authority: KR
Inventors: 이기택
Original assignee: 지에프텍 주식회사
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-05-17

Abstract

The present invention proposes a single phase quasi z-source topology dynamic voltage restorer (DVR) for compensating instantaneous voltage sag and swell. The DVR of the proposed system is based on an operation principle of a quasi z-source PWM converter. The DVR has instantaneous compensation capability for voltage sag and swell. The proposed system can reduce a size of the system because the system does not use energy storage devices such as a battery stack and a capacitor with high capacity.

Description

A Single-Phase Quasi Z-Source Dynamic Voltage Restorer (DVR)

본 발명은 Quasi Z-소스 토폴로지의 동적 전압 보상기에 관한 것으로서, 전원의 전압이 불평형이 발생하였을 때 별도의 에너지 저장시스템을 이용하지 않고 부하에 일정한 정현파 전원을 공급하는데 주된 목적이 있는 것이다.The present invention relates to a dynamic voltage compensator of a Quasi Z-source topology and has a main purpose to supply a constant sinusoidal wave power to a load without using a separate energy storage system when a voltage of the power source is unbalanced.

무정전전원장치인 UPS는 정전시에 부하에 일정한 정현파 전원을 공급해 주는 대신, 별도의 에너지 저장 시스템 및 충전시스템이 구비되어야 하므로 스택의 크기가 크며, 비용이 커지는 단점이 있다.UPS, which is an uninterruptible power supply, has a disadvantage in that it requires a separate energy storage system and a charging system instead of supplying a constant sinusoidal power to the load in the case of a power failure, so that the size of the stack is large and the cost is increased.

본 발명에서 제안하는 단상 Quasi Z-소스 토폴로지의 동적 전압 보상기는 별도의 에너지 저장시스템을 이용하지 않고 입력전원을 이용하여 부하에 일정한 전원을 공급하기 때문에 입력전압의 50% 전압강하 또는 50%의 전압상승까지만 보상하는 한계는 가지고 있다.Since the dynamic voltage compensator of the single phase Quasi Z-source topology proposed in the present invention supplies a constant power to the load by using an input power source without using a separate energy storage system, a voltage drop of 50% or 50% There is a limit to only compensate for the rise.

정보화 산업화로 정보통신기기, 반도체 제조공장 자동화와 같은 설비나 디지털 정보기기 및 의료기기 등은 마이크로 콘트롤러를 내장하고 있어서 그 자체로 기기에 공급되는 전력의 품질에 매우 민감하다. 전력의 품질에 영향을 끼치는 문제들의 원인으로는 공급되는 전력의 질을 저하시키는 고조파(harmonic), 순간전압상승(voltage swell), 순간전압강하(voltage sag), 전압 또는 전류의 불평형(unbalance), 전압변동(voltage fluctuation)과 플리커(flicker) 그리고 전압 노치(voltage notch) 등이 있다. 전력계통에서 발생되는 전력 품질을 저하시키는 여러 문제들 중에서 가장 빈도가 높고 민감한 부하를 가지고 있는 수용가에 많은 영향을 주고 있는 것은 순간 전압강하뿐 만 아니라 고조파 등의 문제가 상당한 부분을 차지하고 있으며 이중에서 순간 전압강하는 49%, 고조파 문제는 22%를 차지하고 있다. 이러한 현상에 대처하기 위하여 현재까지는 무정전 전원장치(UPS)가 널리 사용되어 왔다. 그러나 UPS는 기본적으로 정전에 대비한 장치로 순간전압강하가 발생하는 경우에도 입력전원을 차단하고 UPS가 모든 부하를 담당하게 되므로 효율적이지 못하다. 순간전압강하 보상기기는 이런한 문제에 효율적으로 대처하기 위한 기기로 입력전압에서 강하된 부분만큼의 부족한 부분만 공급하도록 하는 장치이다. 이렇게 동작하는 순간전압강하 보상기기의 경우 전압강하분만 보상하기 때문에 UPS에 비해 용량이 현격하게 줄어들 수 있다는 장점이 있다. As information technology industrialization, equipment such as information communication equipment, automation of semiconductor manufacturing factory, digital information equipment and medical equipment incorporate microcontroller, which is very sensitive to the quality of electric power supplied to the device itself. Some of the problems that affect the quality of the power include harmonics, voltage swell, voltage sag, unbalance of voltage or current, Voltage fluctuations, flickers, and voltage notches. Among the various problems that degrade the power quality of the power system, the most frequent and sensitive loads are the ones that have a great influence on not only the instantaneous voltage drop but also the harmonics. The voltage drop is 49% and the harmonic problem is 22%. Up until now, uninterruptible power supply (UPS) has been widely used to cope with this phenomenon. However, UPS is basically a device to prevent power failure, and even if momentary voltage drop occurs, it is not effective because it cuts off the input power and the UPS is responsible for all the load. The instantaneous voltage drop compensation device is a device for effectively coping with such a problem, and is a device for supplying only the deficient portion of the input voltage drop. In this case, the voltage drop compensator compensates only for the voltage drop, so that the capacity can be significantly reduced compared to the UPS.

한편 동적전압보상기(DVR)은 유효전력을 다루기 때문에 별도 에너지 저장장치(energy storage system : ESS)를 필요로 한다. 에너지 저장장치로는 커패시터, 배터리등이 있으나 소비전력이 증가하게 되면 에너지 저장장치의 크기도 증가하게 되고 결국에는 시스템의 비용이 증가하는 문제점이 발생된다. On the other hand, dynamic voltage compensators (DVRs) require separate energy storage systems (ESS) because they deal with active power. The energy storage device includes a capacitor, a battery, and the like. However, when the power consumption increases, the size of the energy storage device also increases. As a result, the cost of the system increases.

배터리를 사용하는 UPS는 부하의 급변에도 안정적인 전원보상이 확보되는 관점에서는 유리하지만 카드늄, 수은, 납과 같은 독성이 강한 중금속을 포함하고 있기 때문에 특별한 방법을 사용하여 폐지하지 않으면 심각한 환경 오염문제를 발생시킨다.A UPS using a battery is advantageous from the standpoint of ensuring stable power compensation even when the load is suddenly changed. However, since it contains heavy metals which are highly toxic such as cadmium, mercury and lead, serious environmental pollution .

무정전 전원장치는 기본적으로 정전에 대비한 장치로 순간전압강하가 발생하는 경우에도 입력전원을 차단하고 무정전 전원 공급장치가 모든 부하를 담당하게 되므로 효율적이지 못하다.The uninterruptible power supply is basically a device against power failure, which is inefficient because the input power is cut off and the uninterruptible power supply takes charge of all the loads even if momentary voltage drop occurs.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 별도의 에너지 저장장치가 필요하지 않는 Quasi-Z-소스 토폴로지를 갖는 교류-교류 PWM 컨버터의 DVR을 적용하여 교류 보상 에너지의 저장과 방출이 되도록 함을로써 부하에 일정한 전압 및 전류가 공급되도록 한다. In order to achieve the above object, the present invention applies a DVR of an AC-AC PWM converter having a Quasi-Z-source topology, which does not require a separate energy storage device, to store and discharge AC compensation energy, So that a constant voltage and current are supplied.

무정전전원장치인 UPS는 정전시에 부하에 일정한 정현파 전원을 공급해 주는 대신 별도의 에너지 저장 시스템 및 충전시스템이 구비되어야 하므로 스택의 크기가 크며 비용이 커지는 단점이 있다.UPS, which is an uninterruptible power supply, has a drawback in that it requires a separate energy storage system and a charging system instead of supplying a constant sinusoidal power to the load in the case of a power failure, which increases the size of the stack and increases the cost.

Quasi Z-소스 토폴로지의 동적 전압 보상기는 이러한 문제에 효율적으로 대처하기 위한 기기로 입력전압에서 불평형이 발생한 부분만 공급하도록 하는 장치이다.The dynamic voltage compensator of the Quasi Z-source topology is a device to efficiently cope with this problem, and it is a device which supplies only the part where the unbalance occurs in the input voltage.

이렇게 동작하는 전압 불평형 보상기기의 경우 불평형 전압분만 보상하기 때문에 무정전 전원 공급장치에 비해 용량이 현격하게 줄어들 수 있다는 장점이 있다.In this case, the voltage unbalance compensating device compensates for the unbalanced voltage, so that the capacity of the voltage unbalance compensating device can be remarkably reduced as compared with the uninterruptible power supply.

특히, 정전시에 배터리의 전원을 사용하지 않고 디젤발전기를 가동하여 전원을 공급하는 시스템에 매우 유용할 것으로 생각된다.Particularly, it is considered to be very useful for a system for supplying power by operating a diesel generator without using battery power during a power failure.

[제2도]의 단상 Quasi Z-소스 동적전압보상기는 Quasi Z-소스 AC-AC 컨버터(10)와 변압기(11)로 구성된다.
[제2도]의 입력전압센서(12)는 입력전압의 불평형을 감지하는데 사용된다.
[제2도]의 전압 불평형 감지 제어기(9)는 입력전압 정현파의 피크값을 계산하여 제어기를 동작시킨다.
[제2도]의 LC필터(13)는 Quasi Z-소스 AC-AC 컨버터(10)에서 출력된 출력전압을 필터링한다.
[제2도]의 변압기(11)은 입력전압의 불평형이 발생하여 AC-AC 컨버터가 동작하였을 때 AC-AC컨버터의 출력전압을 입력전압에 보상해 주는데 사용되며, 입력전압이 안정화 상태일 경우 부하에 전원을 공급해준다.The single phase Quasi Z-source dynamic voltage compensator of FIG. 2 comprises a Quasi Z-source AC-AC converter 10 and a transformer 11.
The input voltage sensor 12 of FIG. 2 is used to sense the imbalance of the input voltage.
The voltage unbalance detection controller 9 of FIG. 2 calculates the peak value of the input voltage sinusoidal wave to operate the controller.
The LC filter 13 of FIG. 2 filters the output voltage output from the Quasi Z-source AC-AC converter 10.
The transformer 11 of FIG. 2 is used to compensate the input voltage of the AC-AC converter when the input voltage is unbalanced and the AC-AC converter operates. When the input voltage is in the stabilized state Provides power to the load.

[제2도]의 전압센서(12)는 입력전압의 불평형을 감지하는데 사용되며, 불평형이 발생하지 않을시에는 컨버터(10)의 DVR이 동작하지 않고 변압기를 통해 부하로 전원이 공급된다.The voltage sensor 12 of FIG. 2 is used for detecting the unbalance of the input voltage. When the unbalance does not occur, the DVR of the converter 10 is not operated and power is supplied to the load through the transformer.

[제2도]의 전압센서(12)에서 입력전압의 강하를 감지하면 불평형 감지 제어기(9)가 동작하여 Quasi Z-소스 AC-AC 컨버터(10)의 sw1, sw2를 제어한다.When the voltage sensor 12 of FIG. 2 senses a drop in the input voltage, the unbalance detection controller 9 operates to control the sw1 and sw2 of the quasi Z-source AC-AC converter 10.

[제3도]의 출력파형은 입력전압이 강하되었을 때 DVR의 출력파형을 나타내고 있으며, 입력전압(Vi)가 전압강하가 발생하여도 부하전압을 일정하게 공급됨을 나타내고 있다.The output waveform of FIG. 3 shows the output waveform of the DVR when the input voltage drops, and the input voltage Vi indicates that the load voltage is constantly supplied even if a voltage drop occurs.

[제4도]의 출력파형은 입력전압이 상승되었을 때 DVR의 출력파형을 나타내고 있으며, 입력전압(Vi)가 전압상승이 발생하여도 부하전압을 일정하게 공급됨을 나타내고 있다.The output waveform of FIG. 4 shows the output waveform of the DVR when the input voltage is increased, and the input voltage Vi indicates that the load voltage is constantly supplied even when a voltage rise occurs.

Claims

In the dynamic voltage compensator of the Quasi Z-source topology
Voltage unbalance compensator.