KR20200098653A - 전력 변환 시스템 - Google Patents

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Abstract

제 1~제 n(n은 2 이상의 정수) 전력 변환 장치(U1~Un)는, 부하(52)에 대하여 병렬로 접속된다. 제 1~제 n 배선부(W1~Wn)에는, 제 1~제 n 퓨즈(FS1~FSn)가 각각 마련된다. 제 1~제 n 전력 변환 장치(U1~Un)의 각각은, 컨버터(1)와, 인버터(2)와, 컨버터(1)로부터 인버터(2)에 직류 전압을 공급하기 위한 직류 모선(L1~L3)과, 직류 모선(L1~L3)에 접속되는 콘덴서(C1, C2)를 포함한다. 제 i(1≤i≤n-1) 배선부(Wi)는, 제 i 전력 변환 장치(Ui)의 직류 모선(L1~L3)과, 제 i+1 전력 변환 장치(Ui+1)의 직류 모선(L1~L3)의 사이에 접속된다. 제 n 배선부(Wn)는, 제 n 전력 변환 장치(Un)의 직류 모선(L1~L3)과, 제 1 전력 변환 장치(U1)의 직류 모선(L1~L3)의 사이에 접속된다.

Description

전력 변환 시스템
본 발명은 전력 변환 시스템에 관한 것이고, 특히, 부하에 대하여 병렬 접속되는 복수의 전력 변환 장치를 구비한 전력 변환 시스템에 관한 것이다.
종래, 부하에 대하여 병렬 접속되는 복수의 무정전 전원 장치를 구비한 무정전 전원 시스템이 알려져 있다. 각 무정전 전원 장치는, 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 순 변환 회로(컨버터)와, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하에 주는 역 변환 회로(인버터)와, 순 변환 회로에 의해 생성된 직류 전압을 역 변환 회로에 공급하기 위한 직류 모선을 포함한다.
일본 특허 공개 2007-74823호 공보(특허문헌 1)에는, 직류 양 모선, 직류 음 모선, 2개의 퓨즈, 및 2개의 단위 인버터 유닛을 구비한 전력 변환 장치가 개시되어 있다. 각 단위 인버터 유닛은, 서로 병렬로 접속된 콘덴서 및 반도체 모듈을 포함한다. 반도체 모듈의 양측 단자는 퓨즈를 통해서 직류 양 모선에 접속되고, 반도체 모듈의 음측 단자는 직류 음 모선에 접속된다. 단위 인버터 유닛의 반도체 모듈이 고장이 나서 단락 상태가 된 경우에는, 과전류가 흘러 퓨즈가 용단된다(비도통 상태가 된다).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2007-74823호 공보
종래의 무정전 전원 시스템에 있어서는, 복수의 인버터의 출력 전압이 서로 다르면, 복수의 인버터의 출력 단자 사이에 횡류(cross current)가 흐른다고 하는 문제가 있었다. 이 대책으로서, 복수의 인버터의 입력 전압을 균일하게 함으로써, 복수의 인버터의 출력 전압의 서로 다름을 억제하는 방법이 생각된다. 이 방법에서는, 무정전 전원 장치마다, 컨버터로부터 인버터에 공급되는 직류 전압을 제어하기 위해, 직류 전압을 검출하는 전압 검출기가 필요하게 된다.
또한, 무정전 전원 시스템에 있어서는, 기동 시에 각 무정전 전원 장치의 직류 모선에 접속된 콘덴서에 돌입 전류가 흘러드는 것을 방지하기 위해, 기동에 대비하여 콘덴서를 충전하여 둘 필요가 있다. 그 때문에, 무정전 전원 장치마다, 콘덴서를 충전하기 위한 예비 충전 회로를 마련할 필요가 있다.
이와 같이 무정전 전원 장치마다 전압 검출기 및 예비 충전 회로를 마련하면, 무정전 전원 장치가 대형의 것이 되기 때문에, 결과적으로 무정전 전원 시스템의 대형화를 초래한다고 하는 과제가 있었다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 부하에 대하여 병렬 접속되는 복수의 전력 변환 장치를 구비한 전력 변환 시스템의 소형화를 실현하는 것이다.
본 발명의 어느 국면에 따르면, 전력 변환 시스템은, 부하에 대하여 병렬로 접속되는 제 1~제 n(n은 2 이상의 정수) 전력 변환 장치와, 제 1~제 n 배선부와, 제 1~제 n 배선부에 각각 마련된 제 1~제 n 퓨즈를 구비한다. 제 1~제 n 전력 변환 장치의 각각은, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 컨버터로부터 인버터에 직류 전압을 공급하기 위한 직류 모선과, 직류 모선에 접속되고, 직류 전압을 평활화시키는 콘덴서를 포함한다. 제 i(1≤i≤n-1) 배선부는, 제 i 전력 변환 장치의 직류 모선과, 제 i+1 전력 변환 장치의 직류 모선의 사이에 접속된다. 제 n 배선부는, 제 n 전력 변환 장치의 직류 모선과, 제 1 전력 변환 장치의 직류 모선의 사이에 접속된다.
본 발명에 따르면, 부하에 대하여 병렬 접속되는 복수의 전력 변환 장치를 구비한 전력 변환 시스템의 소형화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는 컨버터 및 인버터의 각각에 포함되는 전력 변환 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 쌍방향 초퍼의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 예비 충전 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하에 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 이하 도면 중의 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 설명은 원칙적으로 반복하지 않는 것으로 한다.
(전력 변환 시스템의 구성)
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 본 발명의 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템은, 예컨대, 복수 대의 무정전 전원 장치를 병렬로 접속하여 부하에 급전하는 무정전 전원 시스템에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 무정전 전원 시스템은, 교류 전원(51)과 부하(52)의 사이에 병렬로 접속된 n대(n은 2 이상의 정수)의 무정전 전원 장치 U1~Un을 구비한다. 각 무정전 전원 장치는 "전력 변환 장치"의 일 실시예에 대응한다. n대의 무정전 전원 장치 U1~Un에 공통으로 1개의 배터리(53)가 마련된다. 배터리(53)는 "전력 저장 장치"의 일 실시예에 대응한다. 배터리(53) 대신에 콘덴서가 마련되더라도 좋다. 무정전 전원 장치 Uk(1≤k≤n)는 "제 k 무정전 전원 장치(제 k 전력 변환 장치)"에 대응한다.
교류 전원(51)은, 상용 주파수의 삼상 교류 전력을 무정전 전원 장치 U1~Un에 공급한다. 교류 전원(51)과 무정전 전원 장치 U1~Un을 연결하는 접속선 상에는 개폐기(8)가 마련된다. 개폐기(8)는, 무정전 전원 시스템 전체를 제어하는 제어 장치(도시하지 않음)로부터 제어 신호에 응답하여 도통/비도통(온/오프)되는 것에 의해, 교류 전원(51)과 무정전 전원 장치 U1~Un의 사이의 전력 공급 경로를 도통/차단한다. 부하(52)는, 무정전 전원 장치 U1~Un으로부터 공급되는 상용 주파수의 삼상 교류 전력에 의해 구동된다. 배터리(53)는 직류 전력을 저장한다.
무정전 전원 장치 U1~Un의 각각은, 컨버터(1), 인버터(2), 쌍방향 초퍼(3), 제어 회로(4), 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2, 직류 중성점 모선 L3, 및 콘덴서 C1, C2를 포함한다.
컨버터(1)는, 교류 전원(51)으로부터 공급되는 삼상 교류 전압에 근거하여 양전압, 음전압 및 중성점 전압을 생성한다. 컨버터(1)에 의해 생성된 양전압, 음전압 및 중성점 전압은, 각각 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2, 및 직류 중성점 모선 L3을 거쳐서 인버터(2)에 주어진다.
콘덴서 C1은, 직류 양 모선 L1 및 직류 중성점 모선 L3의 사이에 접속된다. 콘덴서 C1은, 직류 모선 L1, L3 사이의 직류 전압을 평활화 및 안정화시킨다. 콘덴서 C2는, 직류 중성점 모선 L3 및 직류 음 모선 L2의 사이에 접속된다. 콘덴서 C2는, 직류 모선 L3, L2 사이의 직류 전압을 평활화 및 안정화시킨다.
인버터(2)는, 컨버터(1)로부터 직류 모선 L1~L3을 거쳐서 공급되는 양전압, 음전압 및 중성점 전압에 근거하여 삼상 교류 전압을 생성하고, 그 삼상 교류 전압을 부하(52)에 공급한다.
쌍방향 초퍼(3)는, 교류 전원(51)으로부터 삼상 교류 전압이 공급되고 있는 통상 시는, 직류 모선 L1, L3 사이의 직류 전압 및 직류 모선 L3, L2 사이의 직류 전압의 각각을 강압하여 배터리(53)에 공급하는 것에 의해, 배터리(53)를 충전한다. 쌍방향 초퍼(3)는, 교류 전원(51)으로부터의 삼상 교류 전압의 공급이 정지된 정전 시는, 배터리(53)의 단자간 전압을 승압하여 직류 모선 L1, L2 사이에 공급하는 것에 의해, 배터리(53)를 방전시킨다.
제어 회로(4)는, 교류 전원(51)으로부터 공급되는 삼상 교류 전압, 직류 모선 L1, L2, L3의 각각의 직류 전압, 배터리(53)의 단자간 전압, 인버터(2)로부터 출력되는 삼상 교류 전압, 및 인버터(2)로부터 부하(52)에 흐르는 삼상 교류 전류(부하 전류) 등에 근거하여, 컨버터(1), 인버터(2) 및 쌍방향 초퍼(3)를 제어한다.
무정전 전원 장치 U1~Un의 제어 회로(4)는, 통신 회선(9)에 의해 서로 결합되어 있고, 부하 전류를 포함하는 여러 가지의 정보를 수수한다. 제어 회로(4)는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 부하 전류의 총합을 운전 중의 무정전 전원 장치 U의 대수로 제산하여 자신의 장치의 분단 전류를 구한다. 제어 회로(4)는, 그 분단 전류를 출력하도록 자신의 장치를 제어한다.
(전력 변환 회로의 구성)
도 2는 도 1에 나타낸 컨버터(1) 및 인버터(2)의 각각에 포함되는 전력 변환 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 전력 변환 회로는, 교류 단자 T1~T3, 중성점 단자 T4, 직류 단자 T5~T7, 교류 필터(10), 및 반도체 모듈(20)을 포함한다.
교류 단자 T1~T3은, 삼상 교류 전압을 수수하기 위해 이용된다. 컨버터(1)의 중성점 단자 T4와 인버터(2)의 중성점 단자 T4는 서로 접속된다. 직류 단자 T5~T7은, 각각 양전압, 음전압, 및 중성점 전압을 수수하기 위해 이용된다. 중성점 전압이란 양전압 및 음전압의 중간 전압이다.
교류 필터(10)는, 리액터(11~13) 및 콘덴서(14~16)를 포함한다. 리액터(11~13)의 한쪽 단자는 각각 교류 단자 T1~T3에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 각각 반도체 모듈(20)의 노드 N1~N3에 각각 접속된다. 콘덴서(14~16)의 한쪽 전극은 각각 교류 단자 T1~T3에 접속되고, 그들의 다른 쪽 전극은 함께 중성점 단자 T4에 접속된다. 교류 필터(10)는, 저역 통과 필터이고, 상용 주파수의 삼상 교류 전력을 통과시키고, 반도체 모듈(20)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호를 차단한다.
반도체 모듈(20)은, 트랜지스터 Q1~Q6, 다이오드 D1~D6, 및 교류 스위치 S1~S3을 포함한다. 트랜지스터 Q1~Q6의 각각은, 예컨대 N 채널 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터이다. 트랜지스터 Q1~Q3의 드레인은 함께 직류 단자 T5에 접속되고, 그들의 소스는 각각 노드 N1~N3에 접속된다. 트랜지스터 Q4~Q6의 드레인은 각각 노드 N1~N3에 접속되고, 그들의 소스는 함께 직류 단자 T6에 접속된다.
다이오드 D1~D6은, 각각 트랜지스터 Q1~Q6에 역 병렬로 접속된다.
교류 스위치 S1~S3의 각각은, 트랜지스터 Q7, Q8 및 다이오드 D7, D8을 포함한다. 트랜지스터 Q7, Q8의 각각은, 예컨대 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)이다. 교류 스위치 S1~S3의 트랜지스터 Q7의 이미터는 각각 노드 N1~N3에 접속되고, 교류 스위치 S1~S3의 트랜지스터 Q8의 이미터는 함께 직류 단자 T7에 접속된다. 교류 스위치 S1~S3의 각각에 있어서, 트랜지스터 Q7, Q8의 콜렉터는 서로 접속된다. 다이오드 D7, D8은, 각각 트랜지스터 Q7, Q8에 역 병렬로 접속된다.
트랜지스터 Q1~Q8의 각각은, 제어 회로(4)에 의해 PWM(Pulse Width Modulation) 제어되고, 교류 전원(51)으로부터의 삼상 교류 전압에 동기하여 소정의 타이밍에 온/오프가 된다. 예컨대, 트랜지스터 Q1~Q3은, 삼상 교류 전압에 동기하여 순차적으로 온/오프가 된다. 트랜지스터 Q1~Q3이 온으로 되어 있는 기간에서는 각각 트랜지스터 Q4~Q6이 오프가 된다. 트랜지스터 Q1~Q3이 오프로 되어 있는 기간에서는 각각 트랜지스터 Q4~Q6이 온이 된다.
컨버터(1)에 있어서는, 교류 단자 T1~T3은 교류 전원(51)으로부터의 삼상 교류 전압을 받고, 직류 단자 T5는 직류 양 모선 L1의 한쪽 단에 접속되고, 직류 단자 T6은 직류 음 모선 L2의 한쪽 단에 접속되고, 직류 단자 T7은 직류 중성점 모선 L3의 한쪽 단에 접속된다. 교류 필터(10)는, 교류 전원(51)으로부터 공급되는 상용 주파수의 삼상 교류 전력을 반도체 모듈(20)로 통과시키고, 반도체 모듈(20)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 교류 전원(51)으로 통과하는 것을 방지한다.
컨버터(1)에 있어서는, 반도체 모듈(20)은, 교류 전원(51)으로부터 교류 필터(10)를 거쳐서 공급되는 삼상 교류 전압에 근거하여 양전압, 음전압 및 중성점 전압을 생성하고, 생성한 양전압, 음전압 및 중성점 전압을 각각 직류 단자 T5~T7에 주는 3레벨 컨버터를 구성한다.
예컨대, 교류 단자 T1의 전압이 교류 단자 T2의 전압보다 높은 경우는, 트랜지스터 Q1 및 교류 스위치 S2의 트랜지스터 Q7, Q8이 온이 되고, 교류 단자 T1, 교류 필터(10)(리액터(11)), 트랜지스터 Q1, 직류 단자 T5, 콘덴서 C1, 직류 단자 T7, 교류 스위치 S2(트랜지스터 Q8, Q7), 교류 필터(10)(리액터(12)), 및 교류 단자 T2의 경로로 전류가 흐르고, 콘덴서 C1이 충전된다.
교류 단자 T1의 전압이 교류 단자 T3의 전압보다 높은 경우는, 교류 스위치 S1의 트랜지스터 Q7, Q8 및 트랜지스터 Q6이 온이 되고, 교류 단자 T1, 교류 필터(10)(리액터(11)), 교류 스위치 S1(트랜지스터 Q7, Q8), 직류 단자 T7, 콘덴서 C12, 직류 단자 T6, 트랜지스터 Q6, 교류 필터(10)(리액터(13)), 및 교류 단자 T3의 경로로 전류가 흐르고, 콘덴서 C2가 충전된다.
인버터(2)에 있어서는, 교류 단자 T1~T3은 부하(52)에 접속되고, 직류 단자 T5는 직류 양 모선 L1의 다른 쪽 단에 접속되고, 직류 단자 T6은 직류 음 모선 L2의 다른 쪽 단에 접속되고, 직류 단자 T7은 직류 중성점 모선 L3의 다른 쪽 단에 접속된다. 반도체 모듈(20)은, 컨버터(1) 또는 쌍방향 초퍼(3)로부터 직류 모선 L1~L3을 거쳐서 공급되는 양전압, 음전압 및 중성점 전압에 근거하여 삼상 교류 전압을 생성하고, 생성한 삼상 교류 전압을 노드 N1~N3에 출력하는 3레벨 인버터를 구성한다. 반도체 모듈(20)에서 생성되는 삼상 교류 전압의 각각은, 예컨대, 양전압, 중성점 전압, 음전압, 중성점 전압, 양전압, …의 차례로 변화하는 3레벨의 교류 전압이다.
예컨대, 트랜지스터 Q1 및 교류 스위치 S2의 트랜지스터 Q7, Q8이 온이 되면, 직류 단자 T5, 트랜지스터 Q1, 교류 필터(10)(리액터(11)), 교류 단자 T1, 부하(52), 교류 단자 T2, 교류 필터(10)(리액터(12)), 교류 스위치 S2(트랜지스터 Q7, Q8), 및 직류 단자 T7의 경로로 전류가 흐르고, 콘덴서 C1이 방전된다.
교류 스위치 S1의 트랜지스터 Q7, Q8 및 트랜지스터 Q6이 온이 되면, 직류 단자 T7, 교류 스위치 S1(트랜지스터 Q8, Q7), 교류 필터(10)(리액터(11)), 교류 단자 T1, 부하(52), 교류 단자 T3, 교류 필터(10)(리액터(11)), 트랜지스터 Q6, 및 직류 단자 T6의 경로로 전류가 흐르고, 콘덴서 C2가 방전된다.
인버터(2)에 있어서 교류 필터(10)는, 반도체 모듈(20)에 의해 생성된 상용 주파수의 삼상 교류 전압을 부하(52)로 통과시키고, 반도체 모듈(20)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 부하(52)로 통과하는 것을 방지한다. 바꿔 말하면, 인버터(2)의 교류 필터(10)는, 반도체 모듈(20)에 의해 생성된 삼상의 3레벨 교류 전압을 삼상의 정현파 형상의 교류 전압으로 변환하여 부하(52)에 준다.
(쌍방향 초퍼의 구성)
도 3은 도 1에 나타낸 쌍방향 초퍼(3)의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 쌍방향 초퍼(3)는, 직류 단자 T11~T13, 배터리 단자 T21, T22, 트랜지스터 Q21~Q24, 다이오드 D21~D24, 노멀 모드 리액터(30), 및 퓨즈 F11, F12를 포함한다. 노멀 모드 리액터(30)는, 2개의 코일(31, 32)을 포함한다. 직류 단자 T11, T12, T13은, 각각 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 접속된다. 배터리 단자 T21, T22는, 각각 배터리(53)의 양극 및 음극에 접속된다.
트랜지스터 Q21~Q24의 각각은, 예컨대 IGBT이다. 트랜지스터 Q21, Q22는, 직류 단자 T11, T13 사이에 직렬로 접속되고, 트랜지스터 Q23, Q24는, 직류 단자 T13, T12 사이에 직렬로 접속된다. 다이오드 D21~D24는, 각각 트랜지스터 Q21~Q24에 역 병렬로 접속된다.
코일(31)의 한쪽 단자는 트랜지스터 Q21의 이미터에 접속되고, 그 다른 쪽 단자는 퓨즈 F11을 거쳐서 배터리 단자 T21에 접속된다. 코일(32)의 한쪽 단자는 퓨즈 F12를 거쳐서 배터리 단자 T22에 접속되고, 그 다른 쪽 단자는 트랜지스터 Q23의 이미터에 접속된다. 퓨즈 F11, F12는 과전류가 흐른 경우에 용단되어, 배터리(53) 및 쌍방향 초퍼(3)를 보호한다.
쌍방향 초퍼(3)는, 트랜지스터 Q21~Q24의 온/오프 제어에 의해 3가지의 배터리 충전 모드를 실행할 수 있다. 제 1 배터리 충전 모드에서는, 트랜지스터 Q21이 온이 됨과 아울러 트랜지스터 Q22~Q24가 오프가 된다. 직류 단자 T11로부터 트랜지스터 Q21, 코일(31), 배터리(53), 퓨즈 F12, 코일(32), 및 다이오드 D23을 거쳐서 직류 단자 T13에 전류가 흐르는 것에 의해, 콘덴서 C1이 방전되어 배터리(53)가 충전된다.
제 2 배터리 충전 모드에서는, 트랜지스터 Q21, Q24가 온이 됨과 아울러 트랜지스터 Q22, Q23이 오프가 된다. 직류 단자 T11로부터 트랜지스터 Q21, 코일(31), 퓨즈 F11, 배터리(53), 퓨즈 F12, 코일(32), 트랜지스터 Q24를 거쳐서 직류 단자 T12에 전류가 흐르는 것에 의해, 콘덴서 C1, C2가 방전되어 배터리(53)가 충전된다.
제 3 배터리 충전 모드에서는, 트랜지스터 Q24가 온이 됨과 아울러 트랜지스터 Q21~Q23이 오프가 된다. 직류 단자 T13으로부터 다이오드 D22, 코일(31), 퓨즈 F11, 배터리(53), 퓨즈 F12, 코일(32), 트랜지스터 Q24를 거쳐서 직류 단자 T12에 전류가 흐르는 것에 의해, 콘덴서 C2가 방전되어 배터리(53)가 충전된다.
제 1 배터리 충전 모드와 제 2 배터리 충전 모드는, 번갈아 행하여진다. 제 1 배터리 충전 모드와 제 2 배터리 충전 모드의 사이의 기간에서는, 트랜지스터 Q21~Q24가 오프가 된다. 코일(31, 32)에 저장된 전자(電磁) 에너지가 방출되어, 다이오드 D22, 코일(31), 퓨즈 F11, 배터리(53), 퓨즈 F12, 코일(32), 및 다이오드 D23의 경로에 전류가 흐르고, 배터리(53)가 충전된다. 제 2 배터리 충전 모드는, 제 1 배터리 충전 모드와 제 3 배터리 충전 모드가 겹쳐 있는 모드이다.
쌍방향 초퍼(3)는 또한, 트랜지스터 Q21~Q24의 온/오프 제어에 의해 3가지의 방전 모드를 실행할 수 있다. 제 1 방전 모드에서는, 트랜지스터 Q22가 온이 됨과 아울러 트랜지스터 Q21, Q23, Q24가 오프가 된다. 배터리(53)의 양극으로부터 퓨즈 F11, 코일(31), 트랜지스터 Q22, 콘덴서 C2, 다이오드 D24, 코일(32), 및 퓨즈 F12를 거쳐서 배터리(53)의 음극에 전류가 흐르는 것에 의해, 배터리(53)가 방전되어 콘덴서 C2가 충전된다.
제 2 방전 모드에서는, 트랜지스터 Q21~Q24가 오프가 된다. 배터리(53)의 양극으로부터 퓨즈 F11, 코일(31), 다이오드 D21, 콘덴서 C1, C2, 다이오드 D24, 코일(32), 및 퓨즈 F12를 거쳐서 배터리(53)의 음극에 전류가 흐르는 것에 의해, 배터리(53)가 방전되어 콘덴서 C1, C2가 충전된다.
제 3 방전 모드에서는, 트랜지스터 Q23이 온이 됨과 아울러 트랜지스터 Q21, Q22, Q24가 오프가 된다. 배터리(53)의 양극으로부터 퓨즈 F11, 코일(31), 다이오드 D21, 콘덴서 C1, 트랜지스터 Q23, 코일(32), 및 퓨즈 F12를 거쳐서 배터리(53)의 음극에 전류가 흐르는 것에 의해, 배터리(53)가 방전되어 콘덴서 C1이 충전된다.
제 1 배터리 방전 모드와 제 3 배터리 방전 모드는, 번갈아 행하여진다. 제 1 배터리 방전 모드와 제 3 배터리 방전 모드의 사이의 기간에 있어서, 직류 단자 T11, T12 사이의 전압이 배터리(53)의 단자간 전압보다 저하하여 있는 경우는, 제 2 배터리 방전 모드가 행하여진다.
(배선부 및 퓨즈부의 구성)
도 1로 돌아가서, 무정전 전원 시스템은, 또한, 복수(도 1에서는 n개)의 배선부 W1~Wn, 및 복수(도 1에서는 n개)의 퓨즈부 FS1~FSn을 구비한다. 배선부 Wk(1≤k≤n)는 "제 k 배선부"에 대응하고, 퓨즈부 FSk는 "제 k 퓨즈부"에 대응한다.
배선부 W1~Wn의 각각은, 배선 Lp, Ln, Lc를 포함한다. 배선부 W1에 있어서, 배선 Lp, Ln, Lc의 한쪽 단자는, 무정전 전원 장치 U1의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는, 무정전 전원 장치 U2의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속된다. 배선부 W2에 있어서, 배선 Lp, Ln, Lc의 한쪽 단자는, 무정전 전원 장치 U2의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는, 무정전 전원 장치 U3의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3(도시하지 않음)에 각각 접속된다. 배선부 Wn-1에 있어서, 배선 Lp, Ln, Lc의 한쪽 단자는, 무정전 전원 장치 Un-1의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3(도시하지 않음)에 각각 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 무정전 전원 장치 Un의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속된다.
즉, 제 i 배선부 Wi(1≤i≤n-1)에 있어서, 배선 Lp, Ln, Lc의 한쪽 단자는, 제 i 무정전 전원 장치 Ui의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는, 제 i+1 무정전 전원 장치 Ui+1의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속된다.
이것에 대하여, 제 n 배선부 Wn에 있어서는, 배선 Lp, Ln, Lc의 한쪽 단자는, 제 n 무정전 전원 장치 Un의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는, 제 1 무정전 전원 장치 U1의 직류 양 모선 L1, 직류 음 모선 L2 및 직류 중성점 모선 L3에 각각 접속된다.
따라서, 배선부 W1~Wn 전체에 있어서는, 배선 Lp는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1 사이에 고리 모양으로 접속되게 되고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1의 전압을 서로 일치시킬 수 있다. 배선 Ln은, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2 사이에 고리 모양으로 접속되게 되고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2의 전압을 서로 일치시킬 수 있다. 배선 Lc는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 중성점 모선 L3 사이에 고리 모양으로 접속되게 되고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2의 전압을 서로 일치시킬 수 있다.
이와 같이 하면, 무정전 전원 장치 U1~Un의 인버터(2)의 입력 전압을 일치시킬 수 있다. 따라서, 무정전 전원 장치 U1~Un의 인버터(2)의 출력 전압의 서로 다름을 작게 할 수 있기 때문에, 무정전 전원 장치 U1~Un의 인버터(2)의 출력 단자 사이에 흐르는 횡류를 저감할 수 있다.
퓨즈부 FS1~FSn은, 배선부 W1~Wn에 각각 마련된다. 퓨즈부 FS1~FSn의 각각은, 퓨즈 F1~F3을 포함한다. 퓨즈 F1은 배선 Lp 상에 마련되고, 배선 Lp에 과전류가 흐른 경우에 용단된다. 퓨즈 F2는 배선 Ln 상에 마련되고, 배선 Ln에 과전류가 흐른 경우에 용단된다. 퓨즈 F3은 배선 Lc 상에 마련되고, 배선 Lc에 과전류가 흐른 경우에 용단된다.
즉, 제 k 배선부 Wk에는 제 k 퓨즈부 FSk가 마련된다. 제 k 퓨즈부 FSk에 있어서, 퓨즈 F1~F3은 각각, 제 k 배선부 Wk의 배선 Lp, Ln, Lc에 과전류가 흐른 경우에 용단됨으로써, 무정전 전원 시스템을 보호한다. 이것에 의해, 고장의 범위를 좁게 한정할 수 있다.
구체적으로는, 무정전 전원 장치 Uk 또는 Uk+1의 컨버터(1), 인버터(2), 쌍방향 초퍼(3) 등이 고장이 나서 직류 모선 L1, L3 사이가 단락한 경우, 배선부 Wk의 배선 Lp, Lc를 통해서 무정전 전원 장치 Uk의 직류 모선 L1, L3과 무정전 전원 장치 Uk+1의 직류 모선 L1, L3의 사이에 과전류가 흐른다. 이 경우, 퓨즈부 FSk의 퓨즈 F1, F3 중 적어도 1개가 용단되면, 무정전 전원 장치 Uk의 모선 L1, L3과 무정전 전원 장치 Uk+1의 모선 L1, L3이 전기적으로 분리된다. 따라서, 건전한 무정전 전원 장치가 고장이 나는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 무정전 전원 장치 Uk의 컨버터(1)의 반도체 모듈(20)에 포함되는 트랜지스터 Q1이 고장이 나서 도통 상태로 고정된 경우, 교류 스위치 S1(트랜지스터 Q7, Q8)이 온이 되면, 직류 모선 L1, L3 사이가 단락된다. 무정전 전원 장치 Uk의 직류 모선 L1, L3 사이가 단락되면, 예컨대, 무정전 전원 장치 Uk+1의 콘덴서 C1의 양측 전극으로부터 퓨즈 F1, 무정전 전원 장치 Uk의 단락부, 퓨즈 F3을 거쳐서 무정전 전원 장치 Uk+1의 콘덴서 C1의 음측 전극에 과전류가 흐른다. 이 과전류에 의해 퓨즈 F1, F3 중 적어도 1개가 용단되는 것에 의해, 과전류가 차단된다.
또는, 무정전 전원 장치 Uk 또는 Uk+1이 고장이 나서 모선 L2, L3 사이가 단락한 경우, 배선부 Wk의 배선 Lc, Ln을 통해서 무정전 전원 장치 Uk의 모선 L2, L3과 무정전 전원 장치 Uk+1의 모선 L2, L3의 사이에 과전류가 흐른다. 이 경우, 퓨즈부 FSk의 퓨즈 F2, F3 중 적어도 1개가 용단되는 것에 의해, 과전류가 차단된다.
또는, 무정전 전원 장치 Uk 또는 Uk+1이 고장이 나서 모선 L1, L2 사이가 단락한 경우, 배선부 Wk의 배선 Lp, Ln을 통해서 무정전 전원 장치 Uk의 모선 L1, L2와 무정전 전원 장치 Uk+1의 모선 L1, L2의 사이에 과전류가 흐른다. 이 경우, 퓨즈부 FSk의 퓨즈 F1, F2 중 적어도 1개가 용단되는 것에 의해, 과전류가 차단된다.
또, 무정전 전원 시스템이 정상인 경우, 각 퓨즈부의 퓨즈 F1~F3에 흐르는 전류는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 각각의 정격 전류치보다 충분히 작다. 이 때문에, 퓨즈 F1~F3의 각각의 정격 차단 전류치는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 각각의 정격 전류치보다 작은 값으로 선택되어 있다. 퓨즈에 흐르는 전류가 정격 차단 전류치를 넘으면, 퓨즈가 용단되고, 퓨즈에 흐르는 전류가 차단된다.
또한, 각 배선부의 배선 Lp, Ln, Lc의 허용 전류치는, 각각 모선 L1, L2, L3의 허용 전류치보다 작은 값으로 선택되어 있다. 배선에 흐르는 전류가 허용 전류치를 넘으면, 배선이 발열한다.
(예비 충전 회로의 구성)
도 1에 나타내는 바와 같이, 무정전 전원 시스템은, 또한, 예비 충전 회로(5)를 구비한다. 도 1의 예에서는, 예비 충전 회로(5)는, 교류 전원(51)과 제 1 무정전 전원 장치 U1의 직류 모선 L1, L2의 사이에 접속되어 있다. 교류 전원(51)과 예비 충전 회로(5)를 연결하는 접속선 상에는 개폐기(7)가 마련된다. 개폐기(7)는 도시하지 않는 제어 장치로부터의 제어 신호에 응답하여 온/오프가 되는 것에 의해, 교류 전원(51)과 예비 충전 회로(5)의 사이의 전력 공급 경로를 도통/차단한다.
무정전 전원 시스템의 기동 시에는, 각 무정전 전원 장치의 콘덴서 C1, C2가 무충전 상태로 되어 있는 경우가 있다. 이 경우에 개폐기(8)를 온으로 하여 교류 전원(51)과 각 무정전 전원 장치를 접속하면, 콘덴서 C1, C2에 과대한 돌입 전류가 흘러들 가능성이 있다. 이 기동 시의 돌입 전류를 억제하기 위해, 예비 충전 회로(5)를 이용하여, 무정전 전원 시스템의 기동에 대비하여 각 무정전 전원 장치의 콘덴서 C1, C2를 미리 충전한다.
구체적으로는, 무정전 전원 시스템의 기동 시에는, 개폐기(8)를 오프로 하여 두고, 개폐기(7)를 온으로 함으로써 예비 충전 회로(5)를 교류 전원(51)에 접속한다. 예비 충전 회로(5)는, 교류 전원(51)으로부터 공급되는 삼상 교류 전압에 근거하여 양전압 및 음전압을 생성한다. 무정전 전원 장치 U1에서는, 예비 충전 회로(5)에 의해 생성된 양전압 및 음전압이 각각, 직류 양 모선 L1 및 직류 음 모선 L2에 공급되는 것에 의해, 콘덴서 C1, C2가 충전된다.
도 4는 도 1에 나타낸 예비 충전 회로(5)의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 예비 충전 회로(5)는, 교류 단자 T31~T33, 직류 단자 T34, T35, 저항 소자 R1~R3, 및 반도체 모듈(25)을 포함한다.
교류 단자 T31~T33은, 개폐기(8)(도 1)를 거쳐서 교류 전원(51)으로부터 삼상 교류 전압을 받는다. 직류 단자 T34는 무정전 전원 장치 U1의 직류 양 모선 L1에 접속되고, 직류 단자 T35는 무정전 전원 장치 U1의 직류 음 모선 L2에 접속된다.
저항 소자 R1은, 교류 단자 T31 및 노드 N11의 사이에 접속된다. 저항 소자 R2는, 교류 단자 T32 및 노드 N12의 사이에 접속된다. 저항 소자 R3은, 교류 단자 T33 및 노드 N13의 사이에 접속된다.
반도체 모듈(25)은, 다이오드 D11~D16을 포함한다. 다이오드 D11~D13의 캐소드는 함께 직류 단자 T34에 접속되고, 그들의 애노드는 각각 노드 N11~N13에 접속된다. 다이오드 D14~D16의 캐소드는 각각 노드 N11~N13에 접속되고, 그들의 애노드는 함께 직류 단자 T35에 접속된다.
반도체 모듈(25)은, 다이오드 브리지를 포함하는 삼상 전파(全波) 정류 회로를 구성한다. 반도체 모듈(25)은, 교류 전원(51)으로부터 저항 소자 R1~R3을 거쳐서 공급되는 삼상 교류 전압에 근거하여 양전압 및 음전압을 생성하고, 생성한 양전압 및 음전압을 각각 무정전 전원 장치 U1의 직류 양 모선 L1 및 직류 음 모선 L2에 공급한다.
상술한 바와 같이, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1은, 배선부 W1~Wn의 배선 Lp에 의해 서로 접속되어 있다. 따라서, 예비 충전 회로(5)로부터 무정전 전원 장치 U1의 직류 양 모선 L1에 공급된 양전압은, 배선 Lp를 거쳐서 무정전 전원 장치 U2~Un의 각각의 직류 양 모선 L1에 공급된다.
마찬가지로, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2는, 배선부 W1~Wn의 배선 Ln에 의해 서로 접속되어 있다. 따라서, 예비 충전 회로(5)로부터 무정전 전원 장치 U1의 직류 음 모선 L2에 공급된 음전압은, 배선 Ln을 거쳐서 무정전 전원 장치 U2~Un의 각각의 직류 음 모선 L2에 공급된다.
이와 같이 하여, 예비 충전 회로(5)에 의해 생성된 양전압 및 음전압이, 배선부 W1~Wn을 거쳐서 무정전 전원 장치 U1~Un의 각각의 직류 양 모선 L1 및 직류 음 모선 L2에 공급되는 것에 의해, 각 무정전 전원 장치의 콘덴서 C1, C2가 충전된다. 각 무정전 전원 장치의 콘덴서 C1, C2를 충전한 후는, 개폐기(7)를 오프로 하고 개폐기(8)를 온으로 함으로써, 교류 전원(51)과 각 무정전 전원 장치를 접속한다.
또, 예비 충전 시에 배선부 W1~Wn의 배선 Lp, Ln, Lc 및 퓨즈부 FS1~FSn-1의 퓨즈 F1~F3에 흐르는 전류는, 배선 및 퓨즈의 허용 전류치보다 작은 값으로 선택되어 있다.
본 실시의 형태에 따르면, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1이 서로 접속되고, 그들의 직류 음 모선 L2가 서로 접속되어 있기 때문에, 1대의 예비 충전 회로(5)에 의해 무정전 전원 장치 U1~Un의 모든 콘덴서 C1, C2를 일괄하여 충전할 수 있다. 이것에 의해, 무정전 전원 시스템의 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다.
(전압 검출기의 구성)
도 1에 나타내는 바와 같이, 무정전 전원 시스템은, 또한, 전압 검출기(6)를 구비한다. 도 1의 예에서는, 전압 검출기(6)는, 제 n 무정전 전원 장치 Un의 직류 모선 L1~L3에 접속되어 있다. 전압 검출기(6)는, 무정전 전원 장치 Un의 직류 모선 L1~L3의 전압을 검출하면, 그 검출치를 나타내는 신호를 무정전 전원 장치 Un의 제어 회로(4)에 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1을 서로 접속하고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1의 전압을 일치시키고 있다. 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2를 서로 접속하고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2의 전압을 일치시키고 있다. 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 중성점 모선 L3을 서로 접속하고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 중성점 모선 L3의 전압을 일치시키고 있다. 따라서, 무정전 전원 장치 Un의 직류 모선 L1~L2에 접속된 1대의 전압 검출기(6)에 의해 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 전압을 일괄하여 검출할 수 있다. 이것에 의해, 무정전 전원 시스템의 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다.
(무정전 전원 시스템의 동작)
다음으로, 본 실시의 형태에 따른 무정전 전원 시스템의 동작에 대하여 설명한다.
무정전 전원 장치 U1~Un의 제어 회로(4)는, 통신 회선(9)에 의해 서로 결합되어 1개의 종합 제어 회로를 구성하고 있다. 종합 제어 회로는, 전압 검출기(6)의 검출치를 모니터하고 있다. 상술한 콘덴서 C1, C2의 예비 충전에서는, 종합 제어 회로는, 전압 검출기(6)의 검출치가 미리 정해진 기준치를 넘은 경우에는, 콘덴서 C1, C2의 충전이 완료됐다고 판정하여 예비 충전 회로(5)의 운전을 정지시킨다.
교류 전원(51)으로부터 삼상 교류 전력이 정상으로 공급되고 있는 통상 시는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 각각에 있어서, 교류 전원(51)으로부터의 삼상 교류 전력이 컨버터(1)에 의해 직류 전력으로 변환된다. 제어 회로(4)는, 전압 검출기(6)의 검출치가 미리 정해진 지령치와 일치하도록, 컨버터(1)를 제어한다. 컨버터(1)에 의해 생성된 직류 전력은, 쌍방향 초퍼(3)에 의해 배터리(53)에 저장됨과 아울러, 인버터(2)에 의해 삼상 교류 전력으로 변환되어 부하(52)에 공급된다. 제어 회로(4)는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 부하 전류의 총합을 운전 중의 무정전 전원 장치 U의 대수로 제산하여 구해진 자신의 장치의 분단 전류를 출력하도록, 인버터(2)를 제어한다.
교류 전원(51)으로부터의 삼상 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시는, 무정전 전원 장치 U1~Un의 각각에 있어서, 컨버터(1)의 운전이 정지된다. 배터리(53)의 직류 전력이 쌍방향 초퍼(3)를 거쳐서 인버터(2)에 공급되고, 삼상 교류 전력으로 변환되어 부하(52)에 공급된다. 제어 회로(4)는, 전압 검출기(6)의 검출치가 지령치와 일치하도록 쌍방향 초퍼(3)를 제어함과 아울러, 자신의 장치의 분단 전류를 출력하도록, 인버터(2)를 제어한다. 따라서, 배터리(53)에 직류 전력이 저장되고 있는 기간은, 부하(52)의 운전을 계속할 수 있다.
여기서, 퓨즈부 FS1~FSn 중 어느 하나에 있어서 퓨즈 F1~F3 중 적어도 1개가 용단되어 있는 경우를 상정한다. 도 5에는, 퓨즈부 FS1의 퓨즈 F1, F3이 용단되어 있는 경우가 예시되어 있다. 예컨대, 무정전 전원 장치 U1의 컨버터(1)의 반도체 모듈(20)에 포함되는 트랜지스터 Q1이 고장이 나서 도통 상태로 고정된 경우에, 교류 스위치 S1의 트랜지스터 Q7, Q8이 온이 되면, 직류 모선 L1, L3 사이가 단락된다. 무정전 전원 장치 U1의 직류 모선 L1, L3 사이가 단락되면, 예컨대 무정전 전원 장치 U2의 콘덴서 C1의 양측 전극으로부터 퓨즈부 FS2의 퓨즈 F1, 무정전 전원 장치 U1의 단락부(트랜지스터 Q1, Q7, Q8), 퓨즈부 FS2의 퓨즈 F3을 거쳐서 무정전 전원 장치 U2의 콘덴서 C1의 음측 전극에 과전류가 흐른다. 이 과전류에 의해 퓨즈부 FS2의 퓨즈 F1, F3 중 적어도 1개가 용단된다.
이 경우, 무정전 전원 장치 U1의 직류 모선 L1, L3과 무정전 전원 장치 U2의 직류 모선 L1, L3은 물리적으로 분리되게 된다. 그렇지만, 무정전 전원 장치 U1의 직류 모선 L1~L3은, 배선부 Wn에 의해, 무정전 전원 장치 Un의 직류 모선 L1~L3과 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 양 모선 L1의 전압을 서로 동일한 크기로 유지할 수 있다. 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 음 모선 L2의 전압을 서로 동일한 크기로 유지할 수 있다. 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 중성점 모선 L3의 전압을 서로 동일한 크기로 유지할 수 있다.
또한, 무정전 전원 장치 Un의 직류 모선 L1~L2에 접속된 1대의 전압 검출기(6)에 의해 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 전압을 일괄하여 검출할 수 있다.
또, 무정전 전원 시스템에 있어서 배선부 Wn이 존재하지 않는 경우, 도 5의 예에서는, 퓨즈부 FS1이 용단되면, 무정전 전원 장치 U1의 직류 모선 L1~L3의 전압을 검출할 수 없게 된다. 한편, 본 실시의 형태에서는, 배선부 Wn을 마련한 것에 의해, 배선부 W1~Wn이 고리 모양으로 접속되게 되고, 이 고리 모양의 배선부 W1~Wn을 거쳐서 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 각각이 서로 전기적으로 접속되어 있다. 그 때문에, 배선부 W1~Wn 중 어느 하나에 있어서 퓨즈부가 용단된 경우이더라도, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 각각을 서로 전기적으로 계속 접속할 수 있다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 무정전 전원 시스템 전체에서는, 퓨즈부 FS1이 용단된 후도, 무정전 전원 장치 U1~Un을 동작시킬 수 있고, 결과적으로 부하(52)의 운전을 계속할 수 있다.
이때, 무정전 전원 장치 U1에 있어서는, 반도체 모듈(20)에 포함되는 트랜지스터 Q1의 고장에 의해 컨버터(1)의 동작을 정상적으로 행할 수 없는 경우, 예컨대 트랜지스터 Q1에 내장된 자기 보호 회로로부터 이상 검지 신호가 출력된 경우에는, 제어 회로(4)는, 컨버터(1) 및 인버터(2)의 운전을 정지시킬 수 있다. 또, 이상 검지 신호는, 자기 보호 회로에 포함되는 전류 센서(또는 온도 센서)의 출력에 과전류(또는 과열)가 검지된 경우에, 자기 보호 회로로부터 출력되는 신호이다. 무정전 전원 장치 U1의 운전이 정지되면, 다른 무정전 전원 장치에 있어서는, 제어 회로(4)는, 변경 후의 무정전 전원 장치의 운전 대수에 근거하여, 운전 중의 무정전 전원 장치의 분단 전류를 구하고, 그 분단 전류를 출력하도록 인버터(2)를 제어한다.
또한, 무정전 전원 시스템의 기동에 대비하여 각 무정전 전원 장치의 콘덴서 C1, C2를 예비 충전할 때에, 퓨즈부 FS1이 용단되어 있는 경우이더라도, 배선부 W2~Wn을 거쳐서, 예비 충전 회로(5)에 의해 생성된 양전압 및 음전압을, 무정전 전원 장치 U2~Un의 각각의 직류 모선 L1, L2에 각각 공급할 수 있다. 따라서, 각 무정전 전원 장치의 콘덴서 C1, C2를 충전할 수 있다.
[본 실시의 형태의 작용 효과]
다음으로, 본 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템의 작용 효과에 대하여 설명한다.
본 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템에 따르면, 배선부 W1~Wn에 의해, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 각각을 서로 접속하는 것에 의해, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 각각의 전압을 일치시킬 수 있다. 이것에 의해, 무정전 전원 장치 U1~Un의 인버터(2)의 입력 전압을 일치시킬 수 있고, 무정전 전원 장치 U1~Un의 인버터(2)의 출력 단자 사이에 흐르는 횡류를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템에 따르면, 무정전 전원 장치 U1~Un에 대하여, 전압 검출기(6) 및 예비 충전 회로(5)가 1대씩으로 충분하기 때문에, 무정전 전원 시스템의 소형화, 저비용화를 실현할 수 있다.
또한, 배선부 W1~Wn에 대하여 퓨즈부 FS1~FSn을 각각 마련하는 것에 의해, 무정전 전원 장치 U1~Un 중 1대의 무정전 전원 장치가 고장이 난 경우에도, 다른 무정전 전원 장치가 이차적으로 고장이 나는 것을 방지할 수 있고, 결과적으로 무정전 전원 시스템의 고장 범위를 좁게 한정할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에 따른 전력 변환 시스템에 따르면, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3을 서로 접속하기 위한 배선부 W1~Wn이 고리 모양으로 접속되기 때문에, 퓨즈부 FS1~FSn 중 어느 하나의 퓨즈부가 용단된 경우에도, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3을 서로 접속한 상태로 유지할 수 있다. 이것에 의해, 퓨즈부가 용단된 후에 있어서도, 무정전 전원 장치 U1~Un의 인버터(2)의 입력 전압을 일치시킬 수 있다. 또한, 전압 검출기(6)를 이용하여, 무정전 전원 장치 U1~Un의 직류 모선 L1~L3의 전압을 검출할 수 있다. 또한, 예비 충전 회로(5)를 이용하여, 무정전 전원 장치 U1~Un의 콘덴서 C1, C2를 충전할 수 있다.
또, 상술한 실시의 형태에서는, 각 배선부의 배선 Lp, Ln, Lc에 대하여, 각 퓨즈부의 퓨즈 F1~F3을 각각 마련하는 구성에 대하여 설명했지만, 3개의 퓨즈 F1~F3 중 어느 1개를 생략하더라도 상관없다. 예컨대, 배선 Lp, Ln에 퓨즈 F1, F2를 각각 마련하고, 배선 Lc에는 퓨즈를 마련하지 않는 구성으로 하더라도 좋다. 혹은, 배선 Lp, Lc에 퓨즈 F1, F3을 각각 마련하고, 배선 Ln에는 퓨즈를 마련하지 않는 구성으로 하더라도 좋다. 혹은, 배선 Ln, Lc에 퓨즈 F2, F3을 각각 마련하고, 배선 Lp에는 퓨즈를 마련하지 않는 구성으로 하더라도 좋다.
또한, 상술한 실시의 형태에서는, 무정전 전원 장치 U1의 직류 모선 L1, L2에 예비 충전 회로(5)를 접속하고, 무정전 전원 장치 Un의 직류 모선 L1~L3에 전압 검출기(6)를 접속하는 구성에 대하여 설명했지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 무정전 전원 장치 U1~Un 중 어느 1대의 무정전 전원 장치의 직류 모선 L1, L2에 예비 충전 회로(5)를 접속할 수 있고, 무정전 전원 장치 U1~Un 중 어느 1대의 무정전 전원 장치의 직류 모선 L1~L3에 전압 검출기(6)를 접속할 수 있다.
또한, 상술한 실시의 형태에서는, 컨버터(1) 및 인버터(2)의 각각에 포함되는 전력 변환 회로를 3레벨 회로로 하는 구성에 대하여 설명했지만, 전력 변환 회로를 2레벨 회로로 하더라도 좋다.
이번 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아닌 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 컨버터
2 : 인버터
3 : 쌍방향 초퍼
4 : 제어 회로
5 : 예비 충전 회로
6 : 전압 검출기
7, 8 : 개폐기
9 : 통신 회선
10 : 교류 필터
11~13 : 리액터
14~16, C1, C2 : 콘덴서
20, 25 : 반도체 모듈
30 : 노멀 모드 리액터
31, 32 : 코일
51 : 교류 전원
52 : 부하
53 : 배터리
U1~Un : 무정전 전원 장치(전력 변환 장치)
L1 : 직류 양 모선
L2 : 직류 음 모선
L3 : 직류 중성점 모선
T1~T3, T11~T13, T31~T33 : 교류 단자
T4 : 중성점 단자
T5~T7, T21, T22, T34, T35 : 직류 단자
Q1~Q8, Q21~Q24 : 트랜지스터
D1~D8, D11~D16, D21~D24 : 다이오드
R1~R3 : 저항 소자
S1~S3 : 교류 스위치
W1~Wn : 배선부
Lp, Ln, Lc : 배선
FS1~FSn : 퓨즈부
F1~F3, F11, F12 : 퓨즈

Claims (7)

  1. 부하에 대하여 병렬로 접속되는 제 1~제 n(n은 2 이상의 정수) 전력 변환 장치와,
    제 1~제 n 배선부와,
    상기 제 1~제 n 배선부에 각각 마련된 제 1~제 n 퓨즈
    를 구비하고,
    상기 제 1~제 n 전력 변환 장치의 각각은,
    교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와,
    직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 부하에 공급하는 인버터와,
    상기 컨버터로부터 상기 인버터에 직류 전압을 공급하기 위한 직류 모선과,
    상기 직류 모선에 접속되고, 직류 전압을 평활화시키는 콘덴서
    를 포함하고,
    제 i(1≤i≤n-1) 배선부는, 제 i 전력 변환 장치의 상기 직류 모선과, 제 i+1 전력 변환 장치의 상기 직류 모선의 사이에 접속되고,
    상기 제 n 배선부는, 상기 제 n 전력 변환 장치의 상기 직류 모선과, 상기 제 1 전력 변환 장치의 상기 직류 모선의 사이에 접속되는
    전력 변환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1~제 n 전력 변환 장치 중 어느 1개의 전력 변환 장치의 상기 직류 모선에 접속되고, 상기 직류 모선의 직류 전압을 검출하는 전압 검출기를 더 구비하는 전력 변환 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1~제 n 전력 변환 장치 중 어느 1개의 전력 변환 장치의 상기 직류 모선에 접속되고, 상기 전력 변환 시스템의 기동에 대비하여 미리 상기 제 1~제 n 전력 변환 장치의 각각의 상기 콘덴서를 충전하기 위한 예비 충전 회로를 더 구비하는 전력 변환 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 i 퓨즈는, 상기 제 i 또는 제 i+1 전력 변환 장치가 고장이 난 경우에, 상기 제 i 전력 변환 장치의 상기 직류 모선과 상기 제 i+1 전력 변환 장치의 상기 직류 모선의 사이에 흐르는 전류에 의해 용단되는 전력 변환 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 i 퓨즈의 정격 차단 전류치는, 상기 제 i 또는 제 i+1 전력 변환 장치의 각각의 정격 전류치보다 작은 전력 변환 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 i 배선부의 허용 전류치는, 상기 직류 모선의 허용 전류치보다 작은 전력 변환 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터는, 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되고,
    상기 제 1~제 n 전력 변환 장치의 각각은, 상기 직류 모선 및 전력 저장 장치의 사이에 접속되고, 상기 교류 전원으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 상기 컨버터에 의해 생성된 직류 전력을 상기 전력 저장 장치에 공급하고, 상기 교류 전원으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시는, 상기 전력 저장 장치의 직류 전력을 상기 인버터에 공급하도록 구성된 쌍방향 초퍼를 더 포함하는
    전력 변환 시스템.
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KR20230036471A (ko) * 2021-09-07 2023-03-14 광주과학기술원 3상 인버터 병렬 운전 시스템 및 직류단 전압 보정 방법

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