KR20190095802A - Ｄｃ배전에서 무순단 전력변환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DC배전의 마스터 전력변환장치에 고장발생시 슬레이브 전력변환장치가 마스터 전력변환장치로 빠르게 전환하여 무순단으로 전압제어를 수행하도록 하는 DC배전에서 무순단 전력변환 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 DC배전에서 무순단 전력변환 시스템은, 병렬로 연결된 복수의 전력변환장치를 포함하여 AC배전망과 DC배전망 사이에서 AC전압을 DC전압으로 변환을 수행하는 전력변환시스템에 있어서, 상기 복수의 전력변환장치 중 마스터 전력변환장치는 상기 AC배전망으로부터 공급된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 크기의 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하여 상기 DC배전망의 DC배전라인에 공급하고, 상기 복수의 전력변환장치 중 나머지 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전라인의 DC전압을 실시간 감지하여 상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 검출되지 않으면 상기 나머지 슬레이브 전력변환장치 중 하나가 마스터 전력변환장치로 전환한다.

Description

ＤＣ배전에서 무순단 전력변환 시스템{Seamless transfer of power conversion system for DC distribution line}
본 발명은 DC배전에서 무순단 전력변환에 관한 것으로서, 특히 DC배전의 마스터 전력변환장치에 고장발생시 슬레이브 전력변환장치가 마스터 전력변환장치로 빠르게 전환하여 무순단으로 전압제어를 수행하도록 하는 DC배전에서 무순단 전력변환 시스템에 관한 것이다.
DC배전라인을 통해 각종 설비로 DC전력을 공급하기 위해서는 AC배전망으로부터 공급된 AC전력을 DC전력으로 변환하기 위한 전력변환장치가 필요하다. 이러한 전력변환장치는 하나의 큰 용량으로 제조하는 것은 기술적으로도 어려울 뿐만 아니라 DC전력의 용량에 따라 복수의 작은 용량을 병렬연결하는 것이 합리적이다.
DC배전에서 마스터/슬레이브 방식으로 병렬운전하는 계통연계형 전력변환장치의 경우 DC배전망의 전압제어는 마스터 장치가 수행하고 복수의 슬레이브 장치는 전류제어를 각각 수행하는 것이 산업계에서 일반적이다.
일반적인 DC배전의 전력변환 시스템이 도 1에 도시된다. AC배전망(10)으로부터 공급되는 AC전력은 복수의 전력변환장치(20)에 의해 DC전력으로 변환되어 DC배전망(30)의 DC배전라인(40)을 통해 각종 설비(50)로 DC전력이 공급된다.
이때, 복수의 전력변환장치(20) 중 하나는 마스터 전력변환장치(20)로 동작하여 DC배전망(30)의 전압제어를 수행하고 나머지는 슬레이브 전력변환장치(20)로 동작하여 DC배전망(30)의 전력제어(전류제어)를 수행한다. 이를 위해 마스터 전력변환장치(20)는 DC배전라인(40)에 DC전압을 공급하도록 한다.
이처럼 마스터/슬레이브 방식의 경우 마스터 전력변환장치(20)의 의존도가 크기 때문에 DC배전망(30)에 사고가 발생하게 되면 DC배전망(30)의 전압을 제어할 수 없기 때문에 DC배전망(30) 전체는 정전을 유발하는 문제점이 있다.
마스터 전력변환장치(20)에 고장(fault)이 발생하면 도 2와 같이 고장시점부터 DC전압은 점차 감소한다. 이때 상위제어기는 도 3과 같이 DC배전라인(40)의 DC전압이 기설정된 범위(△Vdc) 이하로 떨어지면 고장을 감지하여 복수의 슬레이브 전력변환장치(20) 중 하나를 마스터 전력변환장치로 전환하여 그 전환된 마스터 전력변환장치가 DC배전망(30)의 전압제어를 계속 수행하도록 한다.
그런데, 종래에 마스터 전력변환장치(20)의 고장발생시 DC배전라인(40)에서 DC전압의 감소를 통해 고장발생을 판단하므로 전환시간이 많이 걸리고 DC배전에서의 무순단 전환이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
특히, AC전력공급의 특성에 따라 DC배전망(30)에 공급되는 DC전압에 일정 범위의 마진을 두기 때문에 오차범위(예:± 10% 정도) 이내는 고장으로 판단하지 않고 도 3과 같이 DC전압이 그 마진의 오차범위(△Vdc)를 벗어나고서야 고장으로 판단하므로 고장 판단이 늦게 된다는 문제점이 있다.
또한, 상위제어기가 전체 전력변환장치(20) 및 부하(50)의 정보를 통신으로 수신받아 고장판단과 모드전환이 이루어지므로 통신속도에 따라 모드전환의 속도가 결정되고 낮은 통신의 신뢰성으로 인해 최악의 경우 DC배전망의 정전사고가 발생할 수 있다는 문제점을 안고 있다.
한국 공개특허공보 제2016-0060652호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, DC 배전에서 슬레이브 전력변환장치가 마스터 전력변환장치의 고장발생을 즉시 감지하여 DC배전망의 전압제어를 수행하도록 하는 DC배전의 무순단 전력변환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 DC배전의 마스터 전력변환장치에 고장발생시 슬레이브 전력변환장치가 즉시 DC배전라인에 DC전압을 공급함으로써 DC배전에서 무순단 전력공급이 가능하도록 하는 DC배전에서의 무순단 전력변환 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 DC배전에서 무순단 전력변환 시스템은, 병렬로 연결된 복수의 전력변환장치를 포함하여 AC배전망과 DC배전망 사이에서 AC전압을 DC전압으로 변환을 수행하는 전력변환시스템에 있어서, 상기 복수의 전력변환장치 중 마스터 전력변환장치는 상기 AC배전망으로부터 공급된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 크기의 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하여 상기 DC배전망의 DC배전라인에 공급하고, 상기 복수의 전력변환장치 중 나머지 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전라인의 DC전압을 실시간 감지하여 상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 검출되지 않으면 상기 나머지 슬레이브 전력변환장치 중 하나가 마스터 전력변환장치로 전환한다.
본 발명에서, 상기 전력변환장치 각각은, 복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부; 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부; 를 포함하고, 상기 DC전압제어부는 상위제어기로부터 마스터 전력변환장치 동작신호가 수신되면 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 각각 제어하여 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 생성하도록 하고 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 상기 DC배전망의 DC배전라인으로 공급한다.
본 발명에서, 상기 전력변환장치 각각은, 복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부; 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부; 상기 DC배전라인에서 DC전압을 감지하는 DC전압감지부; 및 상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 추출하는 AC전압추출부; 를 포함하고, 상기 AC전압추출부에서 상기 DC전압으로부터 AC전압이 추출되면 자신은 슬레이브 전력변환장치로 동작한다.
본 발명에서, 상기 AC전압추출부에서 상기 DC전압으로부터 AC전압이 추출되지 않으면 슬레이브 전력변환장치에서 마스터 전력변환장치로 전환된다.
본 발명에서, 상기 AC전압의 크기는 상기 DC전압 크기의 0.3~0.7%이다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 DC배전에서의 무순단 전력변환 시스템은, 마스터/슬레이브 전력변환장치가 병렬운전되는 무순단 전력변환 시스템에 있어서, 상기 마스터 전력변환장치는 AC배전망에서 공급된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 크기의 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하여 DC배전망의 DC배전라인에 공급하고, 상기 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전라인에서 DC전압을 실시간 감지하여 상기 DC전압으로부터 AC전압이 검출되면 슬레이브 전력변환장치로 계속 동작하고 검출되지 않으면 자신이 마스터 전력변환장치로 전환한다.
본 발명에서, 상기 마스터 전력변환장치는 상기 DC배전망의 전압제어를 수행하고 상기 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전망의 전류제어를 수행한다.
본 발명에서, 상기 마스터 전력변환장치는, 복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부; 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부; 를 포함하고, 상기 DC전압제어부는 상위제어기로부터 마스터 전력변환장치 동작신호가 수신되면 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 각각 제어하여 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 생성하도록 하고 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 상기 DC배전망의 DC배전라인으로 공급한다.
본 발명에서, 상기 슬레이브 전력변환장치는, 복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부; 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부; 상기 DC배전라인에서 DC전압을 감지하는 DC전압감지부; 및 상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 추출하는 AC전압추출부; 를 포함하고, 상기 AC전압추출부에서 상기 DC전압으로부터 AC전압이 추출되면 자신은 슬레이브 전력변환장치로 계속 동작하고 검출되지 않으면 자신이 마스터 전력변환장치로 전환한다.
본 발명에 의하면 DC배전에서 마스터 전력변환장치 및 슬레이브 전력변환장치 간에 빠른 반응속도로 전환이 이루어지므로 DC배전라인에서 무순단 전력공급이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면 마스터 전력변환장치에서 DC전압 출력치에 미세한 AC전압 지령치를 포함시켜 DC배전망에 DC전압제어를 수행하고 슬레이브 전력변환장치가 AC전압의 미검출시 마스터 전력변환장치의 고장으로 판단하여 마스터 전력변환장치로 전환하도록 하므로 적은 비용과 간단한 방법으로 마스터/슬레이브 간에 무순단 전환(seamless transfer)이 가능하다.
도 1은 종래의 일반적인 DC배전에서의 전력변환 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 DC배전의 전력변환 시스템에서 마스터 전력변환장치가 동작중 고장발생시 DC전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래의 DC배전의 전력변환 시스템에서 고장판단에 따른 슬레이브 전력변환장치의 전환시점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전의 전력변환 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전의 전력변환 시스템에서 마스터 전력변환장치가 동작중 고장발생시 DC전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전의 전력변환 시스템에서 고장판단에 따른 슬레이브 전력변환장치의 전환시점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 종래의 DC배전의 전력변환 시스템과 본 발명의 DC배전의 전력변환 시스템 간의 전력변환에 대한 실험결과를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전의 전력변환 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전에서의 무순단 전력변환 시스템(100)은 AC배전망(110)과 DC배전망(130) 사이에 연결되어 AC배전망(110)으로부터 공급되는 AC전압을 DC배전망(130)에서 사용할 수 있도록 DC전압으로 변환하여 DC배전라인(140)을 통해 DC배전망(130)에 공급한다.
복수의 전력변환장치(120)는 적어도 2개 이상이 각각 서로 병렬로 연결된다. 이들 전력변환장치(120)의 개수는 DC배전망(130)에서 필요로 하는 DC전력량에 따라 결정될 수 있으며, DC배전망(130)에서 요구하는 DC전압(전력량)이 증가할수록 전력변환장치(120)의 변환용량도 증가할 것이다.
최근 전력변환장치를 큰 용량으로 제조하는 시도가 있으나, 바람직하게는 상대적으로 적은 용량의 전력변환장치라도 이들을 병렬로 연결하여 사용하도록 한다. 본 실시 예에서 이러한 전력변환장치는 인버터 또는 컨버터 등이 될 수 있다.
복수의 전력변환장치(120)에는 DC배전망(130)의 전압제어를 수행하는 마스터 전력변환장치(120a)와 DC배전망(130)의 전력제어, 즉 전류제어를 수행하는 나머지 슬레이브 전력변환장치(120b)가 포함된다.
이와 같이 하나의 마스터 전력변환장치(120a)와 나머지 적어도 하나의 슬레이브 전력변환장치(120b)로 구성하기 위해 상위제어기(미도시)는 복수의 전력변환장치(120) 중에서 어느 하나를 선택하여 마스터 전력변환장치(120a)로 동작하도록 설정하고 나머지는 슬레이브 전력변환장치(120b)로 동작하도록 설정한다.
이때, 본 실시 예에서 중요한 특징은 상위제어기(미도시)에 의해 마스터 전력변환장치(120a)로 설정된 전력변환장치는 AC배전망(110)으로부터 공급된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 크기의 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하여 DC배전망(130)의 DC배전라인(140)에 공급한다는 것이다.
즉, 종래기술과는 달리 본 실시 예에서는 DC배전망(130)의 전압제어를 실시하는 마스터 전력변환장치(120a)가 DC배전망(130)에 DC전압을 공급할 때, 소량의 AC전압이 포함된 DC전압을 공급한다는 것이다. 이는 실질적으로 DC전압이 AC전압의 진폭에 대응하는 범위만큼 크기 변화를 갖는다는 것을 의미한다.
주의할 것은 이러한 AC전압에 의해 DC전압의 변동이 DC배전망(130)에 미치는 영향은 무시될 정도이다.
이때, 나머지 적어도 하나의 슬레이브 전력변환장치(120b)는 각각 DC배전라인(140)의 DC전압을 실시간 감지하고, 그 감지된 DC전압에서 AC전압이 검출되는지 확인한다. 여기서 검출대상이 되는 AC전압은 결국 마스터 전력변환장치(120a)가 공급한 전압이 되는 것이다.
각각의 슬레이브 전력변환장치(120b)가 DC배전라인(140)의 DC전압으로부터 AC전압이 검출되면 자신은 계속해서 슬레이브 전력변환장치(120b)로 동작하도록 하고, 반대로 AC전압이 검출되지 않으면 마스터 전력변환장치(120a)에 고장이 발생한 것으로 판단하여 나머지 슬레이브 전력변환장치(120b) 중 하나가 마스터 전력변환장치(120a)로 전환하여 마스터 전력변환장치(120a)로서의 동작, 즉 DC배전망(130)의 전압제어를 계속 수행하도록 하는 것이다.
이는 상기와 같이 마스터 전력변환장치(120a)가 AC전압이 포함된 DC전압을 DC배전라인(140)에 공급하므로 마스터 전력변환장치(120a)가 정상적으로 동작한다면 슬레이브 전력변환장치(120b)에서는 DC배전라인(140)에서 감지된 DC전압에서 AC전압을 추출할 수 있다.
그런데 마스터 전력변환장치(120a)에 고장이 발생하게 되면 DC배전라인(140)에 공급되는 DC전압에 AC전압이 포함되지 못하므로 슬레이브 전력변환장치(120b)에서는 DC배전라인(140)에서 감지된 DC전압으로부터 AC전압이 검출되지 않으므로 마스터 전력변환장치(120a)에 고장이 발생한 것으로 즉시 판단하는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는 슬레이브 전력변환장치(120b)가 마스터 전력변환장치(120a)의 고장발생으로 인해 DC배전라인(140)에서 감소되는 DC전압의 크기를 이용하여 마스터 전력변환장치(120a)의 고장발생을 감지하는 것이 아니라, DC전압에서 AC전압이 검출되는지를 확인하여 마스터 전력변환장치(120a)의 고장발생을 감지하는 것이므로, 슬레이브 전력변환장치(120a)는 마스터 전력변환장치(120a)의 고장발생을 빠른 시간 내에 감지할 수 있는 것이다.
따라서 슬레이브 전력변환장치(120b)가 마스터 전력변환장치(120a)로 전환되는 속도가 빨라지게 되어 DC배전에서의 무순단 전력공급이 가능하게 된다.
도면을 참조하면, 각각의 전력변환장치(120)는 복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지(bridge) 구조의 스위칭부(121)와, 이들 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부(122)를 포함한다. DC전압제어부(122)는 반도체스위치를 설정된 프로세스에 따라 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)함으로써 입력되는 AC전압을 DC전압으로 변환하여 커패시터에 저장되도록 한다.
특히, 본 실시 예에서는 상위제어기로부터 마스터 전력변환장치(120a)로 동작하도록 하는 동작신호가 수신되면 DC전압제어부(122)는 브릿지 구조의 반도체스위치들의 스위칭을 각각 제어하여 입력된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하도록 한다. 이러한 AC전압은 DC전압제어부(122)에 의해 반도체스위치의 턴온/턴오프 시간을 조정함으로써 생성이 가능하다.
이와 같이 AC전압이 포함된 DC전압은 DC배전라인(140)으로 공급되며, 이로써 DC배전라인(140)에 연결된 각종 부하(150)들이 이를 소비하게 된다.
또한, 상기한 각각의 전력변환장치(120)는 DC배전라인(120)에서 DC전압을 감지하는 DC전압감지부(123) 및 상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 추출하는 AC전압추출부(124)를 더 포함한다. 이들 DC전압감지부(123)과 AC전압추출부(124)는 바람직하게는 전력변환장치(120)가 슬레이브 전력변환장치(120b)로 동작할 때 동작할 수 있다. 즉, 마스터 전력변환장치(120a)가 DC배전라인(140)에 AC전압이 포함된 DC전압을 공급하는 경우에 슬레이브 전력변환장치(120b)의 DC전압감지부(123)는 DC배전라인(140)에서 DC전압을 검출한다. 이때, AC전압추출부(124)에서 검출된 DC전압에 AC전압을 추출하여 DC전압에 AC전압이 포함되어 있는지를 확인한다.
만약, AC전압이 포함되어 있으면 마스터 전력변환장치(120a)가 정상적으로 동작하고 있는 것으로 판단하여 자신은 계속 슬레이브 전력변환장치(120b)로 동작하도록 한다. 반대로 AC전압이 포함되어 있지 않으면 마스터 전력변환장치(120a)에 고장이 발생한 것으로 판단하여 자신이 마스터 전력변환장치로 전환된다.
복수의 슬레이브 전력변환장치의 경우 선택된 어느 하나가 마스터 전력변환장치로 전환될 수 있다. 예컨대 복수의 슬레이브 전력변환장치 중 마스터 전력변환장치의 고장을 가장 빨리 감지한 슬레이브 전력변환장치가 마스터 전력변환장치로 전환할 수 있다.
본 실시 예에서 DC배전망(130)에 공급되는 DC전압에 포함된 AC전압은 DC배전망(130)의 DC전압에 영향을 주지 않아야 한다. 따라서 AC전압의 크기는 매우 작다. 예컨대 AC전압의 크기는 DC전압 크기의 1% 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.3~0.7%으로 한다. 물론, DC배전망에서 요구되는 DC전압의 용량 및 크기에 따라 AC전압의 크기 및 비율은 변경될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전의 전력변환 시스템에서 마스터 전력변환장치가 동작중 고장발생시 DC전압을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 DC배전의 전력변환 시스템에서 고장판단에 따른 슬레이브 전력변환장치의 전환시점을 설명하기 위한 그래프이다.
먼저 도 5에는 마스터 전력변환장치(120a)가 DC배전라인(140)에 공급하는 DC전압, 상세하게는 AC전압이 포함된 DC전압을 도시한다. 도 5에는 설명의 편의상 예시적으로 AC전압으로 도시되어 있으나 실질적으로 AC전압이 포함된 DC전압을 공급하도록 한다.
이와 같이 마스터 전력변환장치(120a)가 정상적으로 동작하여 AC전압이 포함된 DC전압을 DC배전라인(140)에 공급하는 도중에 어떠한 원인에 의해 고장(fault)이 발생한다면, DC배전라인(140)에서의 DC전압은 계속 감소하게 된다.
이에 과정에 대응하여 도 6과 같이 슬레이브 전력변환장치(120b)에서는 DC배전라인(140)에서 DC전압을 실시간으로 검출한다. 마스터 전력변환장치(120a)가 정상적으로 동작하는 경우에는 DC배전라인(140)에서 감지한 DC전압에는 AC전압이 포함되어 있어 도 6과 같은 전압신호가 검출된다.
마스터 전력변환장치(120a)에 고장이 발생하면 DC배전라인(140)에서의 DC전압으로부터 AC전압이 검출되지 않게 되고 슬레이브 전력변환장치(120b)는 이를 확인하는 즉시 마스터 전력변환장치(120a)의 고장을 감지하여 자신이 마스터 전력변환장치(120a)로 전환하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 AC전압이 검출되지 않는 즉시 마스터 - 슬레이브의 전환이 이루어지므로 빠른 전환속도를 갖게 되고, 이로써 DC배전라인(140)에 무순단 전력공급이 가능하게 되는 것이다.
도 7은 종래의 DC배전의 전력변환 시스템과 본 발명의 DC배전의 전력변환 시스템 간의 무순단 전력변환에 대한 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 7의 (a)는 종래기술에서 슬레이브 전력변환장치(120b)가 DC배전라인(140)의 DC전압이 일정 범위 이하로 떨어지는 경우에 마스터 전력변환장치(120a)의 고장발생으로 감지하므로 -130V의 전압 강하가 발생하게 되고, 이후에 안정적인 DC전압을 확보하기 위해서는 상당한 시간이 걸리게 됨을 알 수 있다.
반면에, 도 7의 (b)는 본 발명에서 슬레이브 전력변환장치(120b)가 DC배전라인(140)의 DC전압에서 AC전압을 실시간으로 감지하여 AC전압이 감지되지 않는 즉시 마스터 전력변환장치(120a)의 고장발생으로 감지하므로 불과 -15V의 전압 강하만 발생하게 되고, 이후에 즉시 안정적인 DC전압을 확보할 수 있게 됨을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 DC배전에서의 무순단 전력변환시스템에서는 슬레이브 전력변환장치에서 DC배전라인에서 검출된 DC전압에서 AC전압이 감지되지 않은 즉시 마스터 전력변환장치의 고장으로 판단하여 슬레이브 전력변환장치가 마스터 전력변환장치로 전환할 수 있도록 함으로써 DC배전에서 무순단 전력공급이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : AC배전망 120 : 전력변환장치
120a : 마스터 전력변환장치 120b : 슬레이브 전력변환장치
121 : 스위칭부 122 : DC전압제어부
123 : DC전압감지부 124 : AC전압추출부
130 : DC배전망 140 : DC배전라인
150 : 부하

Claims (9)

  1. 병렬로 연결된 복수의 전력변환장치를 포함하여 AC배전망과 DC배전망 사이에서 AC전압을 DC전압으로 변환을 수행하는 전력변환시스템에 있어서,
    상기 복수의 전력변환장치 중 마스터 전력변환장치는 상기 AC배전망으로부터 공급된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 크기의 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하여 상기 DC배전망의 DC배전라인에 공급하고,
    상기 복수의 전력변환장치 중 나머지 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전라인의 DC전압을 실시간 감지하여 상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 검출되지 않으면 상기 나머지 슬레이브 전력변환장치 중 하나가 마스터 전력변환장치로 전환하는 무순단 전력변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력변환장치 각각은,
    복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부;
    상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부; 를 포함하고,
    상기 DC전압제어부는 상위제어기로부터 마스터 전력변환장치 동작신호가 수신되면 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 각각 제어하여 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 생성하도록 하고 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 상기 DC배전망의 DC배전라인으로 공급하는 무순단 전력변환 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전력변환장치 각각은,
    복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부;
    상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부;
    상기 DC배전라인에서 DC전압을 감지하는 DC전압감지부; 및
    상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 추출하는 AC전압추출부; 를 포함하고,
    상기 AC전압추출부에서 상기 DC전압으로부터 AC전압이 추출되면 자신은 슬레이브 전력변환장치로 동작하는 무순단 전력변환 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 AC전압추출부에서 상기 DC전압으로부터 AC전압이 추출되지 않으면 슬레이브 전력변환장치에서 마스터 전력변환장치로 전환되는 무순단 전력변환 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 AC전압의 크기는 상기 DC전압 크기의 0.3~0.7%인 것을 특징으로 하는 무순단 전력변환 시스템.
  6. 마스터/슬레이브 전력변환장치가 병렬운전되는 무순단 전력변환 시스템에 있어서,
    상기 마스터 전력변환장치는 AC배전망에서 공급된 AC전압을 DC전압으로 변환하되, 기설정된 크기의 AC전압이 포함된 DC전압으로 변환하여 DC배전망의 DC배전라인에 공급하고,
    상기 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전라인에서 DC전압을 실시간 감지하여 상기 DC전압으로부터 AC전압이 검출되면 슬레이브 전력변환장치로 계속 동작하고 검출되지 않으면 자신이 마스터 전력변환장치로 전환하는 무순단 전력변환 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마스터 전력변환장치는 상기 DC배전망의 전압제어를 수행하고 상기 슬레이브 전력변환장치는 상기 DC배전망의 전류제어를 수행하는 무순단 전력변환 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 마스터 전력변환장치는,
    복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부;
    상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부; 를 포함하고,
    상기 DC전압제어부는 상위제어기로부터 마스터 전력변환장치 동작신호가 수신되면 상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 각각 제어하여 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 생성하도록 하고 상기 AC전압이 포함된 DC전압을 상기 DC배전망의 DC배전라인으로 공급하는 무순단 전력변환 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 슬레이브 전력변환장치는,
    복수의 반도체스위치와 커패시터로 이루어진 브릿지 구조의 스위칭부;
    상기 복수의 반도체스위치의 스위칭을 제어하는 DC전압제어부;
    상기 DC배전라인에서 DC전압을 감지하는 DC전압감지부; 및
    상기 감지된 DC전압에서 AC전압이 추출하는 AC전압추출부; 를 포함하고,
    상기 AC전압추출부에서 상기 DC전압으로부터 AC전압이 추출되면 자신은 슬레이브 전력변환장치로 계속 동작하고 검출되지 않으면 자신이 마스터 전력변환장치로 전환하는 무순단 전력변환 시스템.
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