KR20210068212A - Discharge control apparatus and method for high voltage capacitors of semiconductor transformer used in train - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a discharge control apparatus and a method for high voltage capacitors of a semiconductor transformer used in a train. The discharge control apparatus for high voltage capacitors of a semiconductor transformer used in a train, which includes a plurality of input capacitors and one output capacitor, includes: a discharge device connected in parallel only to the output capacitor; and a control unit for outputting a total command power to be transmitted from the input capacitor based on a difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V_out), calculating one cell command power from the total command power, and switching and controlling the semiconductor elements of the input-side converter and the output-side converter of the railway vehicle semiconductor transformer according to a phase difference (D_Φ) of the output voltage between an input-side converter and an output-side converter of the semiconductor transformer, so as to control the discharge based on the phase difference (D_Φ).

Description

철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치 및 방법{DISCHARGE CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR HIGH VOLTAGE CAPACITORS OF SEMICONDUCTOR TRANSFORMER USED IN TRAIN}Discharging control apparatus and method of high voltage capacitor of semiconductor transformer of railway vehicle {DISCHARGE CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR HIGH VOLTAGE CAPACITORS OF SEMICONDUCTOR TRANSFORMER USED IN TRAIN}

본 발명은 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 입력커패시터와 하나의 출력커패시터를 구비하는 철도차량 반도체변압기에 있어서, 출력커패시터에만 방전장치를 구비하여 출력커패시터 뿐만 아니라 입력커패시터의 방전까지 수행할 수 있도록 하는, 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer for a railway vehicle, and more particularly, to a semiconductor transformer for a railway vehicle having a plurality of input capacitors and one output capacitor, in which only the output capacitor is provided with a discharge device The present invention relates to an apparatus and method for controlling the discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle, which enables discharge of an input capacitor as well as an output capacitor.

일반적으로 철도차량은 교류가선 운전을 위해서 대용량 변압기가 사용된다. In general, a large-capacity transformer is used for AC line operation in railway vehicles.

이때 상기 철도차량에서 통상적으로 사용되는 변압기는 유압식으로 교류가선의 60Hz/25kV를 60Hz/1-2kV로 변환하는 역할을 수행한다. At this time, the transformer commonly used in the railroad car serves to convert 60Hz/25kV of the AC line into 60Hz/1-2kV in a hydraulic manner.

그런데 최근 철도차량의 고효율화와 경량화를 위해서 유압식/저주파변압기를 대신하여 반도체/고주파변압기로 구성된 반도체변압기를 적용하려는 연구가 진행되고 있다. 이때 상기 반도체변압기는 다수의 반도체소자, 다수의 고주파변압기, 및 다수의 커패시터로 구성되며, 기존 철도차량의 유압식/저주파변압기와 컨버터부를 대체하여 사용된다. However, recently, research is being conducted to apply a semiconductor transformer composed of a semiconductor/high-frequency transformer instead of a hydraulic/low-frequency transformer for high efficiency and light weight of railway vehicles. At this time, the semiconductor transformer is composed of a plurality of semiconductor elements, a plurality of high-frequency transformers, and a plurality of capacitors, and is used to replace the hydraulic/low-frequency transformer and converter of the existing railway vehicle.

한편 철도차량에 사용되는 전력변환장치(예 : 변압기)는 동작이 멈추었을 경우, 장치 내 고압이 인가된 커패시터(즉, 고압커패시터)를 방전하는 기능이 필수적이다. 이때 고압커패시터 방전을 위해서는 방전저항을 커패시터에 병렬로 연결하는 방법이 가장 일반적인 방법이나, 상시 방전저항에서 손실이 발생함에 따라 방전용량을 작게 설정하기 때문에 실제 전력변환장치가 동작을 멈추었을 경우 방전되는 속도가 현저하게 느리다는 단점이 있다. On the other hand, power conversion devices (eg, transformers) used in railway vehicles have a function of discharging the high-voltage capacitor (ie, high-voltage capacitor) in the device when the operation is stopped. At this time, to discharge the high-voltage capacitor, the most common method is to connect the discharge resistor to the capacitor in parallel. However, since the discharge capacity is set small as the loss occurs in the regular discharge resistor, the actual power conversion device is discharged when the operation stops. The disadvantage is that it is remarkably slow.

이에 따라 고압커패시터의 단시간 방전을 위해서 반도체소자와 직렬로 연결된 방전용량이 큰 저항을 커패시터에 병렬로 연결하는 방법이 사용된다(도 1 참조). 도 1은 종래의 고압커패시터 방전장치를 예시적으로 보인 회로도이다.Accordingly, in order to discharge the high-voltage capacitor for a short time, a method of connecting a resistor having a large discharge capacity connected in series with the semiconductor device in parallel to the capacitor is used (see FIG. 1 ). 1 is a circuit diagram exemplarily showing a conventional high-voltage capacitor discharge device.

상술한 바와 같이 상기 반도체변압기는 다수의 반도체소자, 다수의 고주파변압기, 및 다수의 고압커패시터를 포함하며, 따라서 반도체변압기가 정지하였을 경우 고압커패시터에 인가되어 있는 전압을 단시간에 저전압으로 낮춰야 한다. 이에 따라 통상적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고압커패시터의 단시간 방전을 위해서 반도체소자에 직렬로 연결된 방전용량이 큰 방전저항을 고압커패시터에 병렬로 연결하는 방전장치가 사용된다.As described above, the semiconductor transformer includes a plurality of semiconductor elements, a plurality of high-frequency transformers, and a plurality of high-voltage capacitors. Therefore, when the semiconductor transformer is stopped, the voltage applied to the high-voltage capacitor must be lowered to a low voltage in a short time. Accordingly, as shown in FIG. 1, a discharge device is used in which a discharge resistor having a large discharge capacity connected in series with a semiconductor device is connected in parallel to the high-voltage capacitor for short-time discharge of the high-voltage capacitor.

그런데 도 2에 도시된 바와 같이, 철도차량에 일반적으로 적용된 반도체변압기에서 기존에 고압커패시터의 방전을 위해서는, 셀 당 2곳(예 : 입력측 컨버터의 고압커패시터, 출력측 컨버터의 고압커패시터)에 방전장치가 연결되어야 하며, 상기 반도체변압기는 다수의 셀을 갖는 만큼 방전장치의 개수도 셀의 개수에 비례하여 증가하게 된다. 참고로 도 2에는 2개의 셀로 구성된 반도체 변압기가 도시되어 있으나, 더 많은 셀로 구성될 수 있다. However, as shown in FIG. 2, in order to discharge the high-voltage capacitor in the conventional semiconductor transformer generally applied to railway vehicles, a discharge device is installed in two places per cell (eg, the high-voltage capacitor of the input-side converter and the high-voltage capacitor of the output-side converter). must be connected, and as the semiconductor transformer has a plurality of cells, the number of discharge devices increases in proportion to the number of cells. For reference, although FIG. 2 shows a semiconductor transformer composed of two cells, it may be composed of more cells.

또한 상기 방전장치를 사용하는 것은 반도체소자와 방전저항만이 추가되는 것이 아니라, 하나의 방전장치 당 반도체소자 구동을 위한 게이트드라이버 회로 및 이를 제어하기 위한 제어 배선 등이 포함되어야 하기 때문에 반도체변압기의 복잡도가 증가할 뿐만 아니라 크기, 무게, 및 단가를 상승시킨다. In addition, in using the discharge device, not only a semiconductor device and a discharge resistor are added, but a gate driver circuit for driving a semiconductor device and a control wiring for controlling the semiconductor device must be included per one discharge device. Therefore, the complexity of the semiconductor transformer is complicated. not only increases, but also increases the size, weight, and unit cost.

상기와 같이 철도차량의 반도체변압기는 다수의 고압커패시터를 포함하고 있기 때문에 만약 모든 커패시터에 단시간 방전을 위한 방전장치(즉, 반도체소자에 방전저항이 직렬로 연결된 방전장치)를 연결하는 것은 반도체변압기의 크기, 무게, 및 단가를 상승시키는 문제점이 있다.As described above, since the semiconductor transformer of a railway vehicle includes a large number of high-voltage capacitors, if a discharge device for short-time discharge (that is, a discharge device in which a discharge resistor is connected in series to a semiconductor device) is connected to all capacitors, There is a problem of increasing the size, weight, and unit price.

따라서 방전장치에 포함되는 방전저항의 개수를 최소화시키면서 반도체변압기 내 모든 고압커패시터를 방전시키기 위한 기술이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need for a technology for discharging all high-voltage capacitors in a semiconductor transformer while minimizing the number of discharge resistors included in the discharge device.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2006-0050621호(2006.05.19. 공개, 콘덴서 충전 장치, 그를 위한 반도체 집적 회로, 및 콘덴서충방전 시스템)에 개시되어 있다. The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2006-0050621 (published on May 19, 2006, a capacitor charging device, a semiconductor integrated circuit therefor, and a capacitor charging/discharging system).

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 복수의 입력커패시터와 하나의 출력커패시터를 구비하는 철도차량 반도체변압기에 있어서, 출력커패시터에만 방전장치를 구비하여 출력커패시터 뿐만 아니라 입력커패시터의 방전까지 수행할 수 있도록 하는, 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. According to one aspect of the present invention, the present invention was created to solve the above problems, and in a railway vehicle semiconductor transformer having a plurality of input capacitors and one output capacitor, a discharge device is provided only for the output capacitor, An object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling the discharge of a high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer, which enables discharge of an input capacitor as well as an output capacitor.

본 발명의 일 측면에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치는, 복수의 입력커패시터와 하나의 출력커패시터를 포함하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치에 있어서, 상기 출력커패시터에만 병렬로 연결되는 방전장치; 및 출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 상기 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하고, 상기 전체지령전력에서 하나의 셀지령전력을 계산하며, 상기 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터 간의 출력전압의 위상차이(DΦ)에 따라, 상기 철도차량 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터의 반도체소자를 스위칭 제어하여, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Discharge control apparatus of a high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer according to an aspect of the present invention, in the discharge control apparatus of a high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer comprising a plurality of input capacitors and one output capacitor, only the output capacitor Discharge devices connected in parallel; and calculating the total command power to be transmitted from the input capacitor based on the difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out ), and calculating one cell command power from the total command power, and the semiconductor transformer in accordance with the input-side converter and a phase difference between the output voltage between the output-side converter (D Φ), and the switching control of the semiconductor elements on the input side converter and the output converter of the railroad car semiconductor transformer, the discharge control of the phase difference (D Φ) It characterized in that it comprises a; control unit to implement.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 아래의 수학식 1에 기초하여, 상기 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터 간의 출력전압의 위상차이(DΦ)에 의해 전달되는 전력(P)을 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit, based on Equation 1 below, calculates the power (P) delivered by the phase difference (D Φ ) of the output voltage between the input-side converter and the output-side converter of the semiconductor transformer do it with

(수학식 1)(Equation 1)

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Vin, 및 Vout은 입출력전압의 크기, DΦ은 입출력컨버터간 출력전압의 위상차이, L은 변압기 누설인덕턴스, n은 변압기턴비, fs는 주파수(fs)이다.Here, V in and V out are the magnitude of the input/output voltage, D Φ is the phase difference of the output voltage between the input/output converters, L is the transformer leakage inductance, n is the transformer turn ratio, and f s is the frequency (f s ).

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하는 PI제어기; 상기 전체지령전력을 셀 개수로 나누어 하나의 셀지령전력을 계산하는 셀지령전력 산출부; 및 상기 수학식 1을 이용하여 계산된 위상차이(DΦ)를 최종 산출하는 위상차이 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit, the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out ) based on the difference between the PI controller for calculating the total command power to be transmitted from the input capacitor; a cell command power calculation unit calculating one cell command power by dividing the total command power by the number of cells; and a phase difference calculator that finally calculates the phase difference D Φ calculated using Equation 1 above.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 아래의 수학식 3에 기초하여 출력커패시터방전지령전압을 산출하며,In the present invention, the control unit calculates the output capacitor discharge command voltage based on Equation 3 below,

(수학식 3)(Equation 3)

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 Vout,t=0은 출력커패시터의 초기전압, Vin,t=0은 입력커패시터의 초기전압, Vin은 입력커패시터전압인 것을 특징으로 한다.Here, V out, t = 0 is the initial voltage of the output capacitor, V in, t = 0 is the initial voltage of the input capacitor, V in is characterized in that the input capacitor voltage.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 출력커패시터전압(Vout)을 요구되는 전압(VR)까지 요구되는 시간(tR)에 방전하기 위해서 아래의 수학식 6에 기초하여 상기 방전장치의 방전저항(R) 값을 결정하되,In the present invention, in order to discharge the output capacitor voltage (V out ) to the required voltage (V R ) in the required time (t R ), based on the following Equation 6, the discharge resistance of the discharge device (R) determine the value,

(수학식 6)(Equation 6)

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서 Ct는 모든 입력커패시터(Cin)와 출력커패시터(Cout)에 저장된 에너지로부터 계산된 전체 에너지 값인 것을 특징으로 한다.Here, C t is characterized as a total energy value calculated from energy stored in all input capacitors (C in ) and output capacitors (C out ).

본 발명의 다른 측면에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법은, 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법에 있어서, 철도차량 반도체변압기가 정지될 경우, 제어부가 방전장치의 전력반도체소자를 스위칭 온시키는 단계; 상기 제어부가 현재의 입력커패시터전압과 출력커패시터전압을 측정하고, 이를 바탕으로 출력커패시터방전지령전압을 실시간으로 자동 선정하는 단계; 및 상기 제어부가 출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야 하는 전체지령전력을 산출하고, 상기 전체지령전력에서 하나의 셀지령전력을 계산하며, 지정된 방식에 따라 계산된 위상차이(DΦ)에 따라 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터의 반도체소자를 스위칭 제어하여 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, in the method for controlling the discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer for a railway vehicle, the method for controlling the discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer for a railway vehicle, when the semiconductor transformer of the railway vehicle is stopped, the controller is switching on the device; measuring, by the control unit, the current input capacitor voltage and the output capacitor voltage, and automatically selecting an output capacitor discharge command voltage based on this in real time; and the control unit calculates the total command power to be delivered from the input capacitor based on the difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out ), and calculates one cell command power from the total command power, and controlling the semiconductor elements of the input-side converter and the output-side converter according to the phase difference (D Φ ) calculated according to the method to perform discharge control based on the phase difference (D Φ).

본 발명에 있어서, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계 이후, 상기 제어부가 상기 출력커패시터전압(Vout)이 지정된 목표전압(VL)보다 작아질 때까지, 상기 출력커패시터방전지령전압을 실시간으로 자동 선정하는 단계 내지 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계를 반복 수행하는 단계; 및 상기 출력커패시터전압(Vout)이 지정된 목표전압(VL)보다 작아지면, 상기 제어부가 방전장치의 전력반도체소자를 스위치 오프시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, after the step of performing the discharge control by the phase difference (D Φ ), the controller discharges the output capacitor until the output capacitor voltage (V out ) becomes smaller than the specified target voltage (VL). Repeatingly performing the step of automatically selecting the command voltage in real time to the step of performing the discharge control by the phase difference (D Φ); and when the output capacitor voltage (V out ) becomes smaller than a specified target voltage (VL), switching off, by the controller, a power semiconductor element of the discharge device.

본 발명에 있어서, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계에서, 상기 제어부는, 아래의 수학식 1에 기초하여, 상기 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터 간의 출력전압의 위상차이(DΦ)에 의해 전달되는 전력(P)을 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of performing the discharge control by the phase difference (D Φ ), the control unit, based on Equation 1 below, the phase difference of the output voltage between the input-side converter and the output-side converter of the semiconductor transformer It is characterized in that the power (P) delivered by (D Φ) is calculated.

(수학식 1)(Equation 1)

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Vin, 및 Vout은 입출력전압의 크기, DΦ은 입출력컨버터간 출력전압의 위상차이, L은 변압기 누설인덕턴스, n은 변압기턴비, fs는 주파수(fs)이다.Here, V in and V out are the magnitude of the input/output voltage, D Φ is the phase difference of the output voltage between the input/output converters, L is the transformer leakage inductance, n is the transformer turn ratio, and f s is the frequency (f s ).

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하는 PI제어기; 상기 전체지령전력을 셀 개수로 나누어 하나의 셀지령전력을 계산하는 셀지령전력 산출부; 및 상기 수학식 1을 이용하여 계산된 위상차이(DΦ)를 최종 산출하는 위상차이 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit, the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out ) based on the difference between the PI controller for calculating the total command power to be transmitted from the input capacitor; a cell command power calculation unit calculating one cell command power by dividing the total command power by the number of cells; and a phase difference calculator that finally calculates the phase difference D Φ calculated using Equation 1 above.

본 발명에 있어서, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계에서, 상기 제어부는, 아래의 수학식 3에 기초하여 출력커패시터방전지령전압을 산출하며,In the present invention, in the step of performing discharge control by the phase difference (D Φ ), the control unit calculates the output capacitor discharge command voltage based on Equation 3 below,

(수학식 3)(Equation 3)

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서 Vout,t=0은 출력커패시터의 초기전압, Vin,t=0은 입력커패시터의 초기전압, Vin은 입력커패시터전압인 것을 특징으로 한다.Here, V out, t = 0 is the initial voltage of the output capacitor, V in, t = 0 is the initial voltage of the input capacitor, V in is characterized in that the input capacitor voltage.

본 발명에 있어서, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계에서, 상기 제어부는, 출력커패시터전압(Vout)을 요구되는 전압(VR)까지 요구되는 시간(tR)에 방전하기 위해서 아래의 수학식 6에 기초하여 상기 방전장치의 방전저항(R) 값을 결정하되,In the present invention, in the step of performing the discharge control by the phase difference (D Φ ), the control unit, the output capacitor voltage (V out ) to the required voltage (V R ) to the required time (t R ) In order to discharge, a value of the discharge resistance (R) of the discharge device is determined based on Equation 6 below,

(수학식 6)(Equation 6)

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서 Ct는 모든 입력커패시터(Cin)와 출력커패시터(Cout)에 저장된 에너지로부터 계산된 전체 에너지 값인 것을 특징으로 한다.Here, C t is characterized as a total energy value calculated from energy stored in all input capacitors (C in ) and output capacitors (C out ).

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 다수의 입력커패시터와 1개의 출력커패시터를 구비하는 철도차량 반도체변압기에 있어서, 출력커패시터에만 방전장치를 구비하여 출력커패시터 뿐만 아니라 입력커패시터의 방전까지 수행할 수 있도록 한다.According to one aspect of the present invention, in a railway vehicle semiconductor transformer having a plurality of input capacitors and one output capacitor, a discharge device is provided only on the output capacitor to discharge the output capacitor as well as the input capacitor. let it be

도 1은 종래의 고압커패시터 방전장치를 예시적으로 보인 회로도.
도 2는 종래의 철도차량에 적용된 반도체변압기를 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 철도차량 반도체변압기의 입력측 컨버터와 출력측 컨버터의 출력전압과 출력전류 파형을 보인 예시도.
도 5는 상기 도 3에 있어서, 두 컨버터의 위상차이를 발생시키기 위한 위상제어를 수행하는 제어부의 구성을 보인 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전장치용 제어 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 상기 도 3에 있어서, 본 실시예에 따라 출력커패시터 전압을 조정하는 경우의 입력측 컨버터 전류의 변화 그래프를 보인 예시도.
도 8은 상기 도 7과 대비하여, 본 실시예에 따른 방전 제어를 수행하지 않았을 경우의 입력측 컨버터 전류의 변화 그래프를 보인 예시도.
1 is a circuit diagram exemplarily showing a conventional high-voltage capacitor discharge device.
2 is an exemplary view showing a semiconductor transformer applied to a conventional railway vehicle.
3 is an exemplary view showing a schematic configuration of a discharge control device of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view showing the output voltage and output current waveforms of the input-side converter and the output-side converter of the railway vehicle semiconductor transformer in FIG. 3 .
5 is an exemplary view showing the configuration of a control unit that performs phase control for generating a phase difference between the two converters in FIG. 3 .
6 is a flowchart for explaining a method of operating a control device for a discharge device of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an exemplary view showing a change graph of an input-side converter current when an output capacitor voltage is adjusted according to the present embodiment in FIG. 3 .
FIG. 8 is an exemplary view showing a change graph of the input-side converter current when the discharge control according to the present embodiment is not performed, as compared with FIG. 7 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of an apparatus and method for controlling discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.3 is an exemplary view showing a schematic configuration of a discharge control device of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 철도차량 반도체변압기에서 존재하는 고압커패시터는 다수의 입력커패시터와 1개의 출력커패시터(즉, 직렬 연결된 복수의 출력커패시터는 하나의 출력커패시터로 간주됨)를 포함하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 출력커패시터에만 방전장치(100)가 연결되며, 상기 방전장치(100)를 통해 출력커패시터 뿐만 아니라 입력커패시터의 방전을 수행한다. The high-voltage capacitor present in the semiconductor transformer for a railway vehicle according to the present embodiment includes a plurality of input capacitors and one output capacitor (that is, a plurality of output capacitors connected in series are considered as one output capacitor), as shown in FIG. As described above, in the present embodiment, the discharge device 100 is connected only to the output capacitor, and discharge of the input capacitor as well as the output capacitor is performed through the discharge device 100 .

이때 설명이 생략된 제어부(200)의 동작은 도 5를 참조하여 설명한다.In this case, the operation of the control unit 200, which is not described, will be described with reference to FIG. 5 .

도 4는 상기 도 3에 있어서, 철도차량 반도체변압기의 입력측 컨버터와 출력측 컨버터의 출력전압과 출력전류 파형을 보인 예시도로서, 상기 입력커패시터에 저장된 에너지는 입력측 컨버터와 변압기를 통해서 출력커패시터로 전달되는데, 이때 입력측 컨버터와 출력측 컨버터는, 도 4에 도시된 바와 같이 동작하며, 상기 두 컨버터(즉, 입력측 컨버터, 출력측 컨버터)의 출력전압의 위상차이에 의해서 변압기에 전류가 생성되고 전력을 전달한다.4 is an exemplary view showing the output voltage and output current waveforms of the input-side converter and the output-side converter of the railway vehicle semiconductor transformer in FIG. 3, and the energy stored in the input capacitor is transferred to the output capacitor through the input-side converter and the transformer. , At this time, the input-side converter and the output-side converter operate as shown in FIG. 4 , and a current is generated in the transformer by the phase difference between the output voltages of the two converters (ie, the input-side converter and the output-side converter) and power is transmitted.

도 4의 (a),(b)에 도시된 그래프에서 변압기 입력전압과 변압기 출력전압 간의 위상차이에 의해 전달되는 전력은, 아래의 수학식 1과 같이 계산되며, 입출력전압의 크기(Vin, Vout), 입출력컨버터간 출력전압의 위상차이(DΦ), 변압기 누설인덕턴스(L), 변압기턴비(n), 주파수(fs)에 의해서 결정된다. In the graphs shown in (a) and (b) of FIG. 4, the power delivered by the phase difference between the transformer input voltage and the transformer output voltage is calculated as in Equation 1 below, and the magnitude of the input/output voltage (V in , V out ), the phase difference of the output voltage between the input and output converters (D Φ ), the transformer leakage inductance (L), the transformer turn ratio (n), and the frequency (f s ) are determined.

상기 변압기턴비(n)에 의해서는 전압 레벨 차이가 발생한다.A voltage level difference is generated by the transformer turn ratio n.

Figure pat00007
Figure pat00007

한편 도 3에 도시된 방전장치(100)의 방전스위치(즉, 방전반도체소자)가 동작되면 출력커패시터의 전압은 시간이 흐름에 따라 방전이 되지만, 입력커패시터의 전압은 그대로 유지된다. Meanwhile, when the discharge switch (ie, the discharge semiconductor device) of the discharge device 100 shown in FIG. 3 is operated, the voltage of the output capacitor is discharged over time, but the voltage of the input capacitor is maintained as it is.

따라서 입력커패시터도 함께 방전시키기 위해서는 두 컨버터 동작의 제어를 통한 전력전달이 필요하다. 즉, 상기 두 컨버터(즉, 입력측 컨버터, 출력측 컨버터)의 출력전압의 위상차이에 의해서 변압기에 전류가 생성되게 하여, 상기 입력커패시터에 저장된 에너지를 입력측 컨버터와 변압기를 통해서 출력커패시터로 전달시켜야 한다. 이때 전달되는 전력은 수학식 1과 같이 위상차이(DΦ)에 의해서 결정된다. 상기 제어부(200)는 상기 위상차이(DΦ)가 발생하도록 하기 위하여, 상기 두 컨버터(즉, 입력측 컨버터, 출력측 컨버터)의 반도체소자를 스위칭하여 위상제어를 수행한다.Therefore, in order to discharge the input capacitor together, power transmission through control of the operation of the two converters is required. That is, the current is generated in the transformer by the phase difference of the output voltages of the two converters (ie, the input-side converter and the output-side converter), and the energy stored in the input capacitor must be transferred to the output capacitor through the input-side converter and the transformer. At this time, the transmitted power is determined by the phase difference (D Φ) as shown in Equation (1). The controller 200 performs phase control by switching semiconductor devices of the two converters (ie, an input-side converter and an output-side converter) so that the phase difference D Φ occurs.

도 5는 상기 도 3에 있어서, 두 컨버터의 위상차이를 발생시키기 위한 위상제어를 수행하는 제어부의 구성을 보인 예시도이다.FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating the configuration of a control unit that performs phase control for generating a phase difference between two converters in FIG. 3 .

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(200)는 PI(Proportional Integral) 제어기(210), 셀지령전력 산출부(220), 및 위상차이 산출부(230)를 포함한다.As shown in FIG. 5 , the controller 200 includes a proportional integral (PI) controller 210 , a cell command power calculator 220 , and a phase difference calculator 230 .

상기 제어부(200)는 출력커패시터전압(Vout)만을 제어하며, 상기 PI제어기(210)가 "출력커패시터방전지령전압"과 "출력커패시터전압(Vout)" 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하여 출력하고, 상기 셀지령전력 산출부(220)가 상기 전체지령전력을 셀 개수로 나누어 하나의 셀지령전력을 계산하여 출력하며, 상기 위상차이 산출부(230)가 상기 수학식 1을 이용하여 계산된 위상차이(DΦ)를 최종 산출한다.The control unit 200 controls only the output capacitor voltage V out , and the PI controller 210 transmits it from the input capacitor based on the difference between the “output capacitor discharge command voltage” and the “output capacitor voltage V out ” The total command power to be calculated is output, and the cell command power calculation unit 220 divides the total command power by the number of cells to calculate and output one cell command power, and the phase difference calculation unit 230 divides the total command power by the number of cells. The phase difference (D Φ ) calculated using Equation 1 is finally calculated.

상기 제어부(200)는 상기 최종 산출한 위상차이(DΦ)에 따라 상기 두 컨버터(즉, 입력측 컨버터, 출력측 컨버터)의 반도체소자를 스위칭 제어하는 것이다.The controller 200 is to control the semiconductor switching element of the two converters (i.e., the input side converter, the output-side converter) according to the final calculation of the phase difference D).

이때 상기 출력커패시터에 병렬 연결된 방전저항(R)에 의해서 방전되는 순시전력(P)은 아래의 수학식 2와 같이 결정된다.At this time, the instantaneous power P discharged by the discharge resistor R connected in parallel to the output capacitor is determined as in Equation 2 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

이때 출력커패시터 전압이 일정하려면 방전저항에서 소모되는 전력만큼 입력커패시터로부터 일정한 전력이 공급되어야 한다. At this time, in order for the output capacitor voltage to be constant, constant power must be supplied from the input capacitor as much as the power consumed by the discharge resistor.

이에 따라 전력공급 시간이 증가함에 따라 입력커패시터의 전압은 낮아지게 되며, 동일한 전력공급을 위해서 입력측 컨버터에 흐르는 전류가 증가하게 되고, 전압이 매우 작아지면 전류가 무한대로 증가할 수 있다. 하지만, 입력측 컨버터에 사용되는 반도체소자는 정격전류 이상으로 동작시킬 수 없기 때문에 전류가 무한대로 증가하는 것을 방지하기 위하여 출력커패시터 전압을 적절하게 제어해야 한다. Accordingly, as the power supply time increases, the voltage of the input capacitor decreases, the current flowing through the input-side converter increases for the same power supply, and when the voltage becomes very small, the current may increase infinitely. However, since the semiconductor device used in the input-side converter cannot operate beyond the rated current, the output capacitor voltage must be appropriately controlled to prevent the current from increasing indefinitely.

따라서 본 실시예에서는 컨버터에 사용되는 반도체소자의 과전류를 방지하기 위해서 수학식 3과 같이 “출력커패시터방전지령전압”을 적용한다. Therefore, in this embodiment, "output capacitor discharge command voltage" is applied as in Equation 3 in order to prevent overcurrent of the semiconductor device used in the converter.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서 Vout,t=0은 출력커패시터의 초기전압, Vin,t=0은 입력커패시터의 초기전압, Vin은 입력커패시터전압이다.Where V out, t = 0 is the initial voltage of the output capacitor, V in, t = 0 is the initial voltage, V in the input capacitor is a capacitor type voltage.

상기 수학식 3과 같이, 상기 “출력커패시터방전지령전압”은 입력커패시터전압(Vin)이 감소되는 비율만큼 같이 감소하게 된다.As shown in Equation 3, the “output capacitor discharge command voltage” decreases as much as the rate at which the input capacitor voltage V in decreases.

이때 출력커패시터전압(Vout)은 수학식 4와 같이 시간에 따라 변하게 되며, R은 방전저항값, Ct는 수학식 5와 같이 모든 입력커패시터(Cin)와 출력커패시터(Cout)에 저장된 에너지로부터 계산된 전체 에너지 값이다.At this time, the output capacitor voltage (V out ) changes with time as shown in Equation 4, R is the discharge resistance value, and C t is stored in all input capacitors (C in ) and output capacitors (C out ) as shown in Equation 5 It is the total energy value calculated from energy.

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

본 실시예에 따른 방법을 통해 출력커패시터전압(Vout)을 요구되는 전압(VR)까지 요구되는 시간(tR)에 방전하기 위해서는 적절한 방전저항 값을 결정해야 하는데, 상기 방전저항 값은 수학식 4로부터 아래의 수학식 6과 같이 계산될 수 있다. In order to discharge the output capacitor voltage (V out ) to the required voltage (V R ) in the required time (t R ) through the method according to this embodiment, it is necessary to determine an appropriate discharge resistance value. From Equation 4, it can be calculated as Equation 6 below.

Figure pat00012
Figure pat00012

이때 상기 입력커패시터전압(Vin)과 출력커패시터전압(Vout)은 상기 수학식 3의 비율로 변화하기 때문에 입력커패시터전압(Vin) 기준으로 요구되는 전압 설정이 가능하다. At this time, since the input capacitor voltage (V in ) and the output capacitor voltage (V out ) change in the ratio of Equation (3), a required voltage can be set based on the input capacitor voltage (V in ).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전장치용 제어 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart for explaining a method of operating a control device for a discharge device of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 철도차량 반도체변압기가 정지될 경우(S101), 제어부(200)는 방전을 위한 방전장치의 전력반도체소자를 단락(즉, 스위칭 온)시킨다(S102).Referring to FIG. 6 , when the railway vehicle semiconductor transformer is stopped ( S101 ), the controller 200 short-circuits (ie, switches on) the power semiconductor element of the discharge device for discharging ( S102 ).

그리고 상기 제어부(200)는 현재의 입력커패시터전압과 출력커패시터전압을 측정하고(S103), 상기 수학식 3에 따라 출력커패시터방전지령전압이 실시간으로 자동 선정된다(S104).The control unit 200 measures the current input capacitor voltage and the output capacitor voltage (S103), and the output capacitor discharge command voltage is automatically selected in real time according to Equation 3 (S104).

상기 제어부(200)는 "출력커패시터방전지령전압"과 "출력커패시터전압(Vout)" 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하고, 상기 전체지령전력에서 하나의 셀지령전력을 계산하며, 상기 수학식 1을 이용하여 계산된 위상차이(DΦ)에 따라 상기 두 컨버터(즉, 입력측 컨버터, 출력측 컨버터)의 반도체소자를 스위칭 제어함으로써, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시한다(S105).The control unit 200 calculates the total command power to be transmitted from the input capacitor based on the difference between the "output capacitor discharge command voltage" and the "output capacitor voltage (V out )", and one cell command from the total command power By calculating power and switching the semiconductor elements of the two converters (ie, the input-side converter and the output-side converter) according to the phase difference (D Φ ) calculated using Equation 1, the phase difference (D Φ ) discharge control is performed (S105).

또한 상기 제어부(200)는 상기 출력커패시터전압(Vout)이 지정된 목표전압(VL)보다 작아질 때까지(S106), 상기 S103 단계 내지 S106 단계를 반복해서 수행하며, 상기 출력커패시터전압(Vout)이 지정된 목표전압(VL)보다 작아지면, 상기 제어부(200)는 방전장치(100)의 전력반도체소자를 개방(즉, 스위치 오프)시킨다(S107).In addition, the controller 200 repeatedly performs steps S103 to S106 until the output capacitor voltage V out becomes smaller than the specified target voltage VL ( S106 ), and the output capacitor voltage V out ) is smaller than the specified target voltage VL, the control unit 200 opens (ie, switches off) the power semiconductor element of the discharge device 100 ( S107 ).

도 7은 상기 도 3에 있어서, 본 실시예에 따라 출력커패시터 전압을 조정하는 경우의 입력측 컨버터 전류의 변화 그래프를 보인 예시도로서, 도 7의 (d)와 같이, 상기 수학식 3에 기초하여 출력커패시터전압을 조정하면서 방전을 수행할 경우, 전류가 증가되지 않고, 각 모듈(즉, 셀)의 입력커패시터전압이 서서히 감소함에 따라 입력측 컨버터전류도 서서히 감소되는 것을 알 수 있다.7 is an exemplary view showing a change graph of the input-side converter current when the output capacitor voltage is adjusted according to the present embodiment in FIG. 3, and as shown in FIG. 7(d), based on Equation 3 It can be seen that when discharging is performed while adjusting the output capacitor voltage, the current does not increase, and the input-side converter current also decreases gradually as the input capacitor voltage of each module (ie, cell) gradually decreases.

도 8은 상기 도 7과 대비하여, 본 실시예에 따른 방전 제어를 수행하지 않았을 경우의 입력측 컨버터 전류의 변화 그래프를 보인 예시도로서, 도 8의 (d)와 같이, 출력커패시터 전압을 조정하지 않고 일정하게 유지하면서 방전을 수행했을 경우, 각 모듈(즉, 셀)의 입력커패시터전압이 감소함에 따라 입력측 컨버터전류가 점차 증가하는 문제점이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 8 is an exemplary view showing a change graph of the input-side converter current when the discharge control according to the present embodiment is not performed in comparison with FIG. 7, and as shown in FIG. 8(d), the output capacitor voltage is not adjusted. It can be seen that when the discharge is performed while maintaining the constant voltage, the input-side converter current gradually increases as the input capacitor voltage of each module (ie, cell) decreases.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom by those of ordinary skill in the art. will understand the point. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims. Also, the implementations described herein may be implemented as, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), implementations of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, in an apparatus or a program). The apparatus may be implemented in suitable hardware, software and firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as, for example, a processor, which generally refers to a computer, a microprocessor, a processing device, including an integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants ("PDAs") and other devices that facilitate communication of information between end-users.

100 : 방전장치 200 : 제어부
210 : PI 제어기 220 : 셀지령전력 산출부
230 : 위상차이 산출부
100: discharge device 200: control unit
210: PI controller 220: cell command power calculation unit
230: phase difference calculator

Claims (11)

복수의 입력커패시터와 하나의 출력커패시터를 포함하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치에 있어서,
상기 출력커패시터에만 병렬로 연결되는 방전장치; 및
출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 상기 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하고, 상기 전체지령전력에서 하나의 셀지령전력을 계산하며, 상기 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터 간의 출력전압의 위상차이(DΦ)에 따라, 상기 철도차량 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터의 반도체소자를 스위칭 제어하여, 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치.
An apparatus for controlling the discharge of a high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer including a plurality of input capacitors and one output capacitor, the apparatus comprising:
a discharge device connected in parallel only to the output capacitor; and
Calculate the total command power to be delivered from the input capacitor based on the difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out ), and calculate one cell command power from the total command power, According to the phase difference (D Φ ) of the output voltage between the input-side converter and the output-side converter, the semiconductor element of the input-side converter and the output-side converter of the railway vehicle semiconductor transformer is switched and controlled to perform discharge control by the phase difference (D Φ) A control unit for controlling the discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle, characterized in that it comprises a.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
아래의 수학식 1에 기초하여, 상기 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터 간의 출력전압의 위상차이(DΦ)에 의해 전달되는 전력(P)을 산출하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치.
(수학식 1)
Figure pat00013

여기서, Vin, 및 Vout은 입출력전압의 크기, DΦ은 입출력컨버터간 출력전압의 위상차이, L은 변압기 누설인덕턴스, n은 변압기턴비, fs는 주파수(fs)이다.
According to claim 1, wherein the control unit,
Based on Equation 1 below, the high-voltage capacitor of a semiconductor transformer for a railway vehicle, characterized in that the electric power (P) transferred by the phase difference (D Φ ) of the output voltage between the input-side converter and the output-side converter of the semiconductor transformer is calculated of discharge control device.
(Equation 1)
Figure pat00013

Here, V in and V out are the magnitude of the input/output voltage, D Φ is the phase difference of the output voltage between the input/output converters, L is the transformer leakage inductance, n is the transformer turn ratio, and f s is the frequency (f s ).
제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하는 PI제어기;
상기 전체지령전력을 셀 개수로 나누어 하나의 셀지령전력을 계산하는 셀지령전력 산출부; 및
상기 수학식 1을 이용하여 계산된 위상차이(DΦ)를 최종 산출하는 위상차이 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치.
According to claim 2, wherein the control unit,
a PI controller for calculating the total command power to be transmitted from the input capacitor based on the difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out );
a cell command power calculation unit calculating one cell command power by dividing the total command power by the number of cells; and
Discharge control device of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle, comprising a; a phase difference calculator that finally calculates the phase difference (D Φ ) calculated using Equation (1).
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
아래의 수학식 3에 기초하여 출력커패시터방전지령전압을 산출하며,
(수학식 3)
Figure pat00014

여기서 Vout,t=0은 출력커패시터의 초기전압, Vin,t=0은 입력커패시터의 초기전압, Vin은 입력커패시터전압인 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치.
According to claim 1, wherein the control unit,
Calculate the output capacitor discharge command voltage based on Equation 3 below,
(Equation 3)
Figure pat00014

Here, V out, t = 0 is the initial voltage of the output capacitor, V in, t = 0 is the initial voltage of the input capacitor, V in is the input capacitor voltage, characterized in that the discharge control device of the high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
출력커패시터전압(Vout)을 요구되는 전압(VR)까지 요구되는 시간(tR)에 방전하기 위해서 아래의 수학식 6에 기초하여 상기 방전장치의 방전저항(R) 값을 결정하되,
(수학식 6)
Figure pat00015

여기서 Ct는 모든 입력커패시터(Cin)와 출력커패시터(Cout)에 저장된 에너지로부터 계산된 전체 에너지 값인 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어장치.
According to claim 1, wherein the control unit,
In order to discharge the output capacitor voltage (V out ) to the required voltage (V R ) in the required time (t R ), the discharge resistance (R) value of the discharge device is determined based on Equation 6 below,
(Equation 6)
Figure pat00015

Here, C t is the total energy value calculated from the energy stored in all the input capacitors (C in ) and the output capacitors (C out ) Discharge control device of the high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer.
철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법에 있어서,
철도차량 반도체변압기가 정지될 경우, 제어부가 방전장치의 전력반도체소자를 스위칭 온시키는 단계;
상기 제어부가 현재의 입력커패시터전압과 출력커패시터전압을 측정하고, 이를 바탕으로 출력커패시터방전지령전압을 실시간으로 자동 선정하는 단계; 및
상기 제어부가 출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야 하는 전체지령전력을 산출하고, 상기 전체지령전력에서 하나의 셀지령전력을 계산하며, 지정된 방식에 따라 계산된 위상차이(DΦ)에 따라 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터의 반도체소자를 스위칭 제어하여 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법.
A method for controlling discharge of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer of a railway vehicle,
When the railway vehicle semiconductor transformer is stopped, the control unit switching on the power semiconductor element of the discharge device;
measuring, by the control unit, the current input capacitor voltage and the output capacitor voltage, and automatically selecting an output capacitor discharge command voltage based on this in real time; and
The control unit calculates the total command power to be transmitted from the input capacitor based on the difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out ), calculates one cell command power from the total command power, and a specified method According to the calculated phase difference (D Φ ) according to the switching control of the semiconductor elements of the input-side converter and the output-side converter to perform discharge control by the phase difference (D Φ ); Railroad vehicle semiconductor comprising a Discharge control method of high voltage capacitor of transformer.
제 6항에 있어서,
상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계 이후,
상기 제어부가 상기 출력커패시터전압(Vout)이 지정된 목표전압(VL)보다 작아질 때까지, 상기 출력커패시터방전지령전압을 실시간으로 자동 선정하는 단계 내지 상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계를 반복 수행하는 단계; 및
상기 출력커패시터전압(Vout)이 지정된 목표전압(VL)보다 작아지면, 상기 제어부가 방전장치의 전력반도체소자를 스위치 오프시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법.
7. The method of claim 6,
After the step of performing discharge control by the phase difference (D Φ),
The control unit automatically selects the output capacitor discharge command voltage in real time until the output capacitor voltage (V out ) becomes smaller than the specified target voltage (VL) or discharge control by the phase difference (D Φ) repeating the step of performing; and
When the output capacitor voltage (V out ) becomes smaller than the specified target voltage (VL), the control unit switches off the power semiconductor element of the discharge device; Discharge control method.
제 6항에 있어서,
상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계에서,
상기 제어부는,
아래의 수학식 1에 기초하여, 상기 반도체변압기의 입력측 컨버터 및 출력측 컨버터 간의 출력전압의 위상차이(DΦ)에 의해 전달되는 전력(P)을 산출하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법.
(수학식 1)
Figure pat00016

여기서, Vin, 및 Vout은 입출력전압의 크기, DΦ은 입출력컨버터간 출력전압의 위상차이, L은 변압기 누설인덕턴스, n은 변압기턴비, fs는 주파수(fs)이다.
7. The method of claim 6,
In the step of performing discharge control by the phase difference (D Φ),
The control unit is
Based on Equation 1 below, the high-voltage capacitor of a semiconductor transformer for a railway vehicle, characterized in that the electric power (P) transferred by the phase difference (D Φ ) of the output voltage between the input-side converter and the output-side converter of the semiconductor transformer is calculated of discharge control method.
(Equation 1)
Figure pat00016

Here, V in and V out are the magnitude of the input/output voltage, D Φ is the phase difference of the output voltage between the input/output converters, L is the transformer leakage inductance, n is the transformer turn ratio, and f s is the frequency (f s ).
제 8항에 있어서, 상기 제어부는,
출력커패시터방전지령전압과 출력커패시터전압(Vout) 간의 차이를 바탕으로 입력커패시터에서 전달되어야하는 전체지령전력을 산출하는 PI제어기;
상기 전체지령전력을 셀 개수로 나누어 하나의 셀지령전력을 계산하는 셀지령전력 산출부; 및
상기 수학식 1을 이용하여 계산된 위상차이(DΦ)를 최종 산출하는 위상차이 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법.
The method of claim 8, wherein the control unit,
a PI controller for calculating the total command power to be transmitted from the input capacitor based on the difference between the output capacitor discharge command voltage and the output capacitor voltage (V out );
a cell command power calculation unit calculating one cell command power by dividing the total command power by the number of cells; and
A discharge control method of a high-voltage capacitor of a semiconductor transformer for a railway vehicle, comprising a; a phase difference calculator that finally calculates the phase difference (D Φ ) calculated by using Equation (1).
제 6항에 있어서,
상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계에서,
상기 제어부는,
아래의 수학식 3에 기초하여 출력커패시터방전지령전압을 산출하며,
(수학식 3)
Figure pat00017

여기서 Vout,t=0은 출력커패시터의 초기전압, Vin,t=0은 입력커패시터의 초기전압, Vin은 입력커패시터전압인 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법.
7. The method of claim 6,
In the step of performing discharge control by the phase difference (D Φ),
The control unit is
Calculate the output capacitor discharge command voltage based on Equation 3 below,
(Equation 3)
Figure pat00017

Here, V out, t = 0 is the initial voltage of the output capacitor, V in, t = 0 is the initial voltage of the input capacitor, V in is the input capacitor voltage, characterized in that the discharge control method of the high-voltage capacitor of a railway vehicle semiconductor transformer.
제 6항에 있어서,
상기 위상차이(DΦ)에 의한 방전 제어를 실시하는 단계에서,
상기 제어부는,
출력커패시터전압(Vout)을 요구되는 전압(VR)까지 요구되는 시간(tR)에 방전하기 위해서 아래의 수학식 6에 기초하여 상기 방전장치의 방전저항(R) 값을 결정하되,
(수학식 6)
Figure pat00018

여기서 Ct는 모든 입력커패시터(Cin)와 출력커패시터(Cout)에 저장된 에너지로부터 계산된 전체 에너지 값인 것을 특징으로 하는 철도차량 반도체변압기의 고압커패시터의 방전 제어방법.
7. The method of claim 6,
In the step of performing discharge control by the phase difference (D Φ),
The control unit is
In order to discharge the output capacitor voltage (V out ) to the required voltage (V R ) in the required time (t R ), the discharge resistance (R) value of the discharge device is determined based on Equation 6 below,
(Equation 6)
Figure pat00018

where C t is the total energy value calculated from the energy stored in all input capacitors (C in ) and output capacitors (C out ).
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