KR20220103626A - 인버터 시스템, 인버터 시스템의 제어방법 및 병렬연결 인버터 시스템 - Google Patents

인버터 시스템, 인버터 시스템의 제어방법 및 병렬연결 인버터 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하는 인버터 시스템에 관한 것으로; 전단 편환회로는 전원 전압을 DC 전압으로 변환하여 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며, 전단 변환회로와 후단 변환회로 사이에 DC 버스 전압이 걸리며; 후단 변환회로는 AC를 출력하는 데 사용되며; 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC 성분을 검출하는 데 사용되며, 0값과 DC 성분 사이의 차이로 DC 성분의 편차 값을 획득한 후, DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 진행하여 전압 보상값을 얻으며, 해당 전압 보상값은 DC 버스 전압을 조절하는 데 사용된다.

Description

인버터 시스템, 인버터 시스템의 제어방법 및 병렬연결 인버터 시스템
본 발명은 전원기술 분야에 관한 것으로, 특히 인버터 시스템, 인버터 시스템의 제어방법 및 병렬연결 인버터 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기재된 설명은 본 발명의 종래기술에 한해 제공되는 정보로, 반드시 예시적인 기술을 구성하는 것은 아니다.
단일 인버터 시스템의 전원 장치의 용량은 제한적이며, 인버터 시스템의 병렬 연결 기술은 전원 용량을 증가시키고 전원의 신뢰성을 개선할 수 있다. 인버터 시스템이 AC를 출력하는 병렬 시스템(AC 병렬급전 시스템이라고도 함)은 입력 조건에 따라 두 가지 유형, 즉 DC 버스를 공유하는 AC 병렬급전 시스템과 DC 버스를 공유하지 않는 AC 병렬급전 시스템으로 나눌 수 있다. 단, 이와 같은 두 가지 유형의 AC 병렬급전 시스템에는 DC 순환 전류 문제가 존재한다.
예를 들어, DC 버스를 공유하는 AC 병렬급전 시스템에서 브리지 인버터 회로 상에 있는 스위치 튜브의 스위칭 속도, 포화 강압, 데드 타임, 샘플링 오류 및 구동 차이와 같은 비이상적인 요인으로 인해 전원 주파수 주기내 브리지 암의 중간점 전압의 볼트-초 곱은 0이 아니므로 인버터 시스템의 AC 출력 전압에는 DC 성분이 포함된다. 인버터 시스템의 내부 저항은 매우 작기 때문에 아주 작은 DC 성분의 전압의 경우에도 큰 DC 순환 전류를 생성하게 된다. DC 순환 전류의 존재는 인버터 전원 효율의 저하를 유발할 뿐만 아니라 인덕터 포화 및 파워장치의 손상과 같은 심각한 결과도 쉽게 초래한다.
다른 예로, DC 버스를 공유하지 않는 AC 병렬급전 시스템에서는 공용 DC 버스와 같은 요소가 존재하지 않음에도 시스템에 있는 각 인버터 시스템의 DC 버스 전압이 일관성을 유지하지 못하는 열악 요소도 존재한다. DC 버스 전압이 일치하지 않은 경우, 인버터 시스템 자체의 비이상적인 요소를 고려하지 않더라도 DC 순환 전류를 제거할 수 없다. DC 버스를 공유하지 않는 시스템에서 DC 순환 전류가 존재하면 DC 버스에 과전압이 걸려 DC 측 버스의 커패시터가 손상되는 경우를 초래하게 된다.
따라서, 인버터 시스템의 병렬 응용 시나리오는 반드시 DC 버스(마이크로그리드)를 병렬 연결해야 하거나 상이한 인버터 시스템 내부 DC 버스 전압 레벨이 기본상 무차별하도록 보장해야 하는 경우가 많아, 상이한 생산업체 또는 상이한 모델 제품은 기본상 AC 출력 병렬 작동을 달성할 수 없게 된다.
본 발명의 다양한 실시예와 연결시켜 인버터 시스템, 인버터 시스템의 제어방법 및 병렬연결 인버터 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예를 통해 설명하는 인버터 시스템에 있어서, 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 상기 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻고, 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 후단 변환회로는 브리지 인버터 유닛 및 인덕터를 포함하며;
상기 브리지 인버터 유닛의 입력단은 상기 전단 변환회로의 출력단에 연결되고, 상기 브리지 인버터 유닛의 출력단은 상기 인덕터에 직렬로 연결되고, 상기 브리지 인버터 유닛의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 제어회로는 상기 브리지 인버터 유닛에서 각 브리지 암의 중간점 사이 전압에 대한 DC 성분을 검출하거나 상기 인덕터를 통과하는 전류의 DC 성분을 검출하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
상기 실시예에서, 상기 브리지 인버터 유닛은 2상 브리지 인버터 회로 또는 3상 브리지 인버터 회로를 적용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 후단 변환회로가 작업상태를 가동하기 전에 상기 제어회로는 상기 사전 설정된 DC 전압 참조값에 기반하여 상기 전단 변환회로를 제어하여 상기 전원을 초기 DC 버스 전압으로 전환한 후, 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어회로는 전단 루프 컨트롤러와 후단 루프 컨트롤러를 포함하며, 상기 전단 루프 컨트롤러의 신호단과 상기 후단 루프 컨트롤러의 신호단은 직렬 포트 또는 버스 통신을 통해 연결되며;
상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 전단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되며, 상기 후단 변환회로의 신호제어단은 상기 후단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되며;
상기 전단 루프 컨트롤러는 상기 전단 변환회로를 제어하여 상기 DC 전압을 출력하는 데 사용되며;
상기 후단 루프 컨트롤러는 상기 후단 변환회로를 제어하여 상기 AC전력을 출력하는 데 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전단 루프 컨트롤러는 DC순환전류제어모듈, 제1 전압 루프, 제1 전류 루프 및 전단 PWM 구동 모듈을 포함하며;
상기 DC순환전류제어모듈의 입력단은 상기 후단 루프 컨트롤러에 연결되고, 상기 제1전압 루프의 입력단은 상기 DC순환전류제어모듈의 출력단에 연결되고, 상기 제1 전류 루프의 입력단은 상기 제1 전압 루프의 출력단에 연결되며, 상기 제1 전류 루프의 출력단은 상기 전단 PWM 구동모듈의 입력단에 연결되고, 상기 전단 PWM 구동모듈의 출력단은 상기 전단 변환회로 신호 제어단에 연결되며;
상기 DC 순환전류제어모듈은 상기 DC 성분을 얻고 0 값과 상기 DC 성분 간의 차이를 만들어 DC성분의 편차값을 획득하며, 사전 설정된 PI 조절계수를 통해 상기 DC 성분 편차값을 조절하여 상기 전압 보상값을 획득하며;
상기 제1 전압루프는 상기 사전 설정된 직류 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 보정된 전압값을 계산하고, 샘플링한 상기 전단 변환회로의 출력단 DC 전압값과 상기 보정된 전압값에 기반하여 제1 전압값을 계산하는 데 사용되며;
상기 제1 전류 루프는 상기 제1전압값과 샘플링한 상기 전단 변환회로 상의 전류값에 기반하여 전단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며;
상기 전단 PWM 구동 모듈은 상기 전단 제어 신호량에 따라 상기 전단 변환회로 상의 스위치 튜브를 구동하여 DC 전압을 출력하는 데 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 후단 루프 컨트롤러는 DC 성분 샘플링 모듈, 순차적으로 연결되는 제2 전압 루프, 제2 전류 루프 및 후단 PWM 구동 모듈을 포함하며;
상기 DC 성분 샘플링 모듈의 입력단은 상기 후단 변환회로의 출력단에 연결되며, 상기 후단 PWM 구동 모듈의 출력단은 상기 후단 변환회로의 신호제어단에 연결되며;
상기 DC 성분 샘플링 모듈은 상기 후단 변환회로 출력단에서 DC 성분 신호를 샘플링하고 아날로그-디지털 변환기를 통해 샘플링된 신호를 변환하여 상기 DC 성분을 획득하며, 상기 후단 루프 컨트롤러는 통신방식을 통해 상기 DC성분을 상기 전단 루프 컨트롤러로 발송하며;
상기 제2 전압루프는 상기 사전 설정된 AC 전압 참조값과 샘플링된 상기 후단 변환회로 출력단의 AC 전압값에 기반하여 제2 전압값을 계산하는 데 사용되며;
상기 제2 전류 루프는 상기 제2 전압값과 샘플링된 상기 후단 변환회로 상의 전류값에 기반하여 후단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며;
상기 후단 PWM 구동 모듈은 상기 후단 제어 신호량에 기반하여 상기 후단 변환회로 상의 스위치 튜브를 구동하여 AC 전압을 출력하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전단 변환회로는 DC-DC 변환회로 또는 AC-DC 변환회로를 적용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 후단 변환회로는 상기 브리지 인버터 유닛의 출력단과 병렬연결된 커패시터를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 브리지 인버터 유닛은 직렬 연결된 두 개의 파워 스위치 튜브로 구성된 브리지 암 구조를 복수개 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전단 변환회로는 Buck 강압회로, Boost 승압회로 또는 스위치 튜브 부품을 포함하는 전압 변환회로를 적용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 DC 순환전류제어모듈은 감산기와 PI 조절기를 포함하며;
상기 감산기는 상기 DC 성분 편차값을 얻기 위해 0 값과 DC 성분 사이의 차이를 만드는 데 사용되며;
상기 PI 조절기는 사전에 설정된 PI 조절계수를 통해 상기 DC 성분 편차 값을 조절하여 상기 전압 보상값을 얻는 데 사용된다.
본 발명의 실시예를 통해 설명하는 인버터 시스템에 있어서, 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 상기 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻고, 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하며;
상기 제어회로는 전단 루프 컨트롤러와 후단 루프 컨트롤러를 포함하며, 상기 전단 루프 컨트롤러의 신호단과 상기 후단 루프 컨트롤러의 신호단은 직렬 포트 또는 버스 통신을 통해 연결되며; 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 전단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되고, 상기 후단 변환회로의 신호제어단은 상기 후단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되며;
전단 루프 컨트롤러는 DC순환전류제어모듈, 제1 전압 루프, 제1 전류 루프 및 전단 PWM 구동 모듈을 포함하며;
상기 DC순환전류제어모듈의 입력단은 상기 후단 루프 컨트롤러에 연결되고, 상기 제1전압 루프의 입력단은 상기 DC순환전류제어모듈의 출력단에 연결되고, 상기 제1 전류 루프의 입력단은 상기 제1 전압 루프의 출력단에 연결되며, 상기 제1 전류 루프의 출력단은 상기 전단 PWM 구동모듈의 입력단에 연결되고, 상기 전단 PWM 구동모듈의 출력단은 상기 전단 변환회로 신호 제어단에 연결되며;
상기 DC 순환전류제어모듈은 상기 DC 성분을 얻고 0 값과 상기 DC 성분 간의 차이를 만들어 DC성분의 편차값을 획득하며, 사전 설정된 PI 조절계수를 통해 상기 DC 성분 편차값을 조절하여 상기 전압 보상값을 획득하며;
상기 제1 전압루프는 상기 사전 설정된 직류 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 보정된 전압값을 계산하고, 샘플링한 상기 전단 변환회로의 출력단 DC 전압값과 상기 보정된 전압값에 기반하여 제1 전압값을 계산하는 데 사용되며;
상기 제1 전류 루프는 상기 제1전압값과 샘플링한 상기 전단 변환회로 상의 전류값에 기반하여 전단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며;
상기 전단 PWM 구동 모듈은 상기 전단 제어 신호량에 기반하여 상기 전단 변환회로 상의 스위치 튜브를 구동하여 DC 전압을 출력하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
본 발명의 실시예를 통해 설명하는인버터 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 인버터 시스템은 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 다음의 방법을 실시하여 인버터를 제어하며, 상기 방법은:
상기 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 단계;
상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, DC 성분 편차 값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻는 단계;
사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 제어 방법.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 인버터 시스템의 제어방법은:
전원을 연결한 후, 상기 제어회로는 상기 사전 설정된 DC 전압 참조값에 기반하여 상기 전단 변환회로를 제어하여, 접속된 전원을 초기 DC 버스 전압으로 전환한 후, 상기 후단 변환회로로 출력하는 단계;
제어회로는 상기 후단 변환회로의 작동상태 진입여부를 검출하는 단계;
상기 후단 변환회로가 작동 상태로 들어감을 감지한 후, 상기 제어회로는 상기 검출해낸 상기 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 단계 및 상응한 후속 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 제어방법.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 인버터 시스템의 제어방법은:
만약 상기 후단 변환회로가 작동상태로 진입하지 않은 것으로 검출되면, 상기 제어회로는 상기 전단 변환회로를 제어하여 상기 초기 DC 전압을 후단 변환회로로 지속 출력하는 단계도 포함한다.
본 발명의 실시예를 통해 설명하는병렬연결 인버터 시스템은 복수 인버터 시스템을 포함하며, 상기 복수 인버터 시스템의 AC 출력단은 병렬 연결되고, 상기 각 인버터 시스템은 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 상기 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 데 사용되며;
상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻고, 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
본 발명의 하나 이상의 실시예 세부사항은 아래의 도면과 설명을 통해 명시한다. 본 발명의 기타 특징, 목적 및 장점은 명세서, 도면 및 청구범위를 통해 보다 분명해진다.
실시예를 통해 본 발명의 기술방안을 보다 분명하게 설명하기 위해, 다음과 같이 본 실시예 설명에 필요한 도면에 대하여 간단하게 설명하며, 아래 도면은 본 발명의 일부 실시예를 설명하기 위해 명시된 것으로 이를 통해 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않음은 자명한 사실이며, 본 발명이 속하는 분야의 일반 기술자에 의해 창조적인 과정을 투입하지 않는 전제하에서 이와 같은 도면을 통해 기타 관련 도면을 도출할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 인버터 시스템의 개략적인 구조도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 시스템의 개략적인 구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 시스템의 응용 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 시스템의 제1 제어 프로세스의 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 시스템의 제2 제어 프로세스의 개략도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 시스템 제어회로 구조 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명:
100-인버터 시스템; 10-전단 변환회로; 20-후단 변환회로; 30-제어회로;
310-전단 루프 컨트롤러; 311-제1 전압 루프; 312-제1 전류 루프; 313-전단 PWM 구동 모듈; 314-DC 순환전류제어모듈;
320-후단 루프 컨트롤러; 321-제2 전압 루프; 322-제2 전압 루프; 323-후단 PWM 구동 모듈; 324-DC 성분 샘플링 모듈.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하며, 본 발명에 첨부된 도면을 통해 상기 실시예를 예시적으로 나타내며, 동일하거나 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 소자 또는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 소자를 나타낸다. 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 실시예들은 예시적인 것으로, 단지 본 발명을 설명하기 위해 안출되며, 본 발명에 대한 제한 요소로 이해되지 아니한다.
본 발명에서 한 소자가 다른 소자에 "고정"되는 것으로 언급되는 경우, 이와 같은 소자는 다른 소자 상에 직접 존재하거나 중앙 부위에 있는 소자가 존재할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 발명에서 한 소자가 다른 소자에 "연결"되는 것으로 간주될 경우, 이와 같은 소자가 다른 소자에 직접 연결되거나 중간에 위치한 소자가 동시에 존재할 수 있음에 유의해야 한다. 대조적으로, 한 소자가 다른 소자 “상”에 "직접 존재하는 것"으로 언급되는 경우 중간 소자는 존재하지 않음에 유의해야 한다. 본 문에 언급된 "수직된", "수평적", "좌", "우" 및 이와 유사한 표현은 단지 설명을 위한 목적으로 사용된다.
본 발명에서 별도로 명시된 규정이나 제한을 제외하고 "설치", "상호 연결", "연결", "고정" 등과 같은 용어는 광의적인 의미로 이해되어야 한다. 예를 들어 고정 연결 또는 분리 가능한 연결 또는 일체화 연결일 수 있으며; 기계적 연결 또는 전기적 연결일 수도 있으며; 적접 연결 또는 중간 매개물을 통한 간접 연결일 수도 있으며, 두 구성 소자의 내부적인 관통 또는 2개 소자간의 상호작용 관계일 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 상기 용어들의 구체적인 의미는 본 발명의 특정한 상황에 따라 이해될 수 있다.
또한, "제1" 및 "제2"라는 용어는 설명의 목적으로만 사용되며, 상대적 중요성을 나타내거나 암시하거나 표시된 기술적 특징 수를 암시적으로 나타내는 것으로 이해되지 아니한다. 따라서, "제1" 및 "제2"로 한정된 특징은 이와 같은 특징 중 하나 또는 그 이상을 명시적으로 또는 묵시적으로 포함할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 "다수"는 특별히 한정되지 않는 한, 2개 또는 2개 이상을 의미한다.
별도로 정의되지 않는 한, 본 문에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 템플릿을 설명할 때 사용한 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 의도로 적용되지 아니한다. 본 명세서에 사용된 용어 "및/또는"은 하나 또는 그 이상의 관련 나열 항목의 임의의 모든 조합을 포함한다.
기존 기술에서는 다수 인버터 시스템 장비가 병렬 작동할 때, 인버터 시스템 고유의 요소 및/또는 각 인버터 시스템의 DC 버스 전압이 일치하지 않은 등의 문제가 존재할 수 있으므로 큰 DC 순환 전류가 발생하기 쉬워 AC 병렬급전 시스템의 정상적인 작동에 영향을 미치게 된다. DC 순환 전류 문제를 억제하기 위해 통상적으로 인버터 시스템 AC 출력 측의 DC 성분을 검출한 다음 인버터 시스템의 브리지 인버터 회로 상에 있는 제어 전압 루프에 피드백하여, 인버터 시스템의 DC 성분을 억제하는 접근 방식을 적용한다.
위의 방법은 일정한 정도의 억제 효과는 있지만 DC 버스를 공유하지 않고 각 DC 버스 간의 전압차가 비교적 큰 AC 병렬급전 시스템에서는 여전히 병렬 작동을 달성할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예는 DC 순환 전류를 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라 DC 버스를 공유하지 않는 일부 인버터 시스템의 장비 병렬에 적용할 수도 있고 인버터 시스템의 사양 요구사항 등의 요소도 줄일 수 있는 인버터 시스템을 안출한다. 본 발명의 인버터 시스템에 관하여 다음과 같이 상세히 설명한다.
실시예 1
도 1을 참조하면, 본 실시예는 인버터 시스템(100)을 안출하며, 해당 인버터 시스템(100)은 주로 AC 부하에 AC 전력을 제공하기 위해 접속된 전원을 AC전력 출력으로 변환하는데 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 인버터 시스템(100)은 AC 병렬급전 시스템에 적용될 수 있으며, 해당 AC 병렬급전 시스템은 복수의 인버터 시스템(100)을 연결하여 AC측 병렬 출력 진행, 즉 공유하는 AC 버스를 통해 부하와 연결한다.
본 실시예에서, 인버터 시스템(100)은 2단 변환회로 구조를 갖는다. 예시적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터 시스템(100)은 전단 변환회로(10), 후단 변환회로(20) 및 제어회로(30)를 포함하며, 여기서, 전단 변환회로(10)의 입력단은 전원을 연결하는 데 사용되며, 출력단은 후단 변환회로(20)의 입력단에 연결되고, 신호제어단은 제어회로(30)의 출력단에 연결되며; 후단 변환회로(20)의 입력단은 전단 변환회로(10)의 출력단에 연결되고, 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 신호제어단은 제어회로(30)의 출력단에 연결된다. 선택적으로, 인버터 시스템(100)은 상기 전원을 더 포함하며, 해당 전원은 전단 변환회로(10)의 입력단에 연결된다. 여기서, 전원은 DC 전원 또는 AC 전원일 수 있다.
전단 변환회로(10)는 연결된 전원 전압을 DC 전압으로 변환하여 후단 변환회로(20)로 출력하는데 사용된다. 여기서, 전단 변환회로(10)와 후단 변환회로(20) 사이의 연결 회선을 버스라 하고, 두 변환회로 사이의 DC 전압을 DC 버스 전압이라고도 한다. 본 실시예의 전단 변환회로(10)에 의해 출력되는 DC 전압은 조절 가능해야 한다는 점에 유의해야 한다. 병렬 동작 중 DC 순환 전류를 억제하기 위해, 후단 변환회로(20)의 AC 출력에서 DC 성분이 검출될 때, DC 성분을 사용하여 전단 변환회로(10)의 DC 버스 전압을 대응되게 조절하여, 위에서 언급된 DC 성분 순환 문제 등을 해결할 수 있다.
일 실시예에서, 해당 전단 변환회로(10)는 직류 전압 간의 변환을 실현하기 위한 Buck 강압회로, Boost 승압회로 또는 스위치 튜브 장치의 전압 변환회로 등일 수 있는 직류-직류(DC-DC) 변환회로이다. 이 경우 연결되는 전원은 축전지, 태양전지판 등과 같이 DC전원인 것은 자명하다. 다른 실시예에서, 전단 변환회로(10)는 또한 AC에서 DC로의 변환을 실현하기 위한 교류-직류(AC-DC) 변환회로일 수 있다. 이 경우, 상기 전단 변환회로(10)의 입력단은 AC 전원에 연결하는데 사용된다. 예를 들어, 무정전전원(UPS)과 같은 병렬급전 시스템에서 이와 같은 AC 전원은 도시전력이거나 풍력과 같은 발전기로부터 출력되는 AC 전력일 수 있다.
후단 변환회로(20)는 전단 변환회로(10)로부터 입력되는 DC전력을 AC전력으 변환하여 출력하는 데 사용된다. 예시적으로, 후단 변환회로(20)는 주로 DC전력을 AC전력으로 변환하는 브리지 인버터 유닛을 포함한다. 통상적으로, 이와 같은 브리지 인버터 장치는 직렬로 연결된 두 개의 전원 스위치 튜브로 구성된 복수 브리지 암 구조를 포함하며, 예를 들어 두 개의 브리지 암으로 구성된 2상 브리지 인버터 회로 또는 세 개의 브리지 암으로 구성된 3상 브리지 인버터 회로일 수 있다. 여기서, 각 브리지 암의 중간점은 AC 출력단의 상응한 리드로 사용된다. 또한, 후단 변환회로(20)는 브리지 인버터 유닛의 AC 출력단과 직렬로 연결된 인덕터, AC 출력단과 병렬로 연결된 커패시터 등을 포함할 수도 있다.
제어회로(30)는 연결된 DC 전원/AC 전원을 필요한 DC 버스 전압으로 변환하도록 전단 변환회로(10)를 제어하고, 상기 AC 전원를 출력하도록 후단 변환회로(20)를 제어하는 등을 포함하여 전체 시스템의 인버터 제어를 구현하는 데 사용된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같은 AC 병렬 연결 상황에서 인버터 시스템(100)의 DC 순환 전류 문제를 해결하기 위해, 본 실시예의 제어 회로(30)는 후단 변환회로(20)의 AC 출력측 DC 성분에 기반하여 전단 변환 회로(10)의 DC 버스 전압을 조절하는 데에도 사용되며, 예시적으로 도 2에 도시된 바와 같이 해당 인버터 제어 과정에는 주로 다음 단계가 포함된다.
후단 변환회로(20)의 AC 출력단의 DC 성분을 검출하는 단계(S100).
예시적으로, 제어회로(30)는 후단 변환회로(20)의 상이한 위치를 통해 AC 출력의 DC 성분을 수집할 수 있으며, 이 부분에서 한정하지 않는다.
제1 실시예에서, 도 3에 도시된 샘플링 지점 위치(a)와 같이, 후단 변환회로(20)에서 브리지 인버터 유닛의 브리지 암의 중간점 사이의 AC 출력 전압을 통해 DC 성분을 검출하여, DC 전압 성분이 샘플링된다. 예를 들어, 지점(a)에서 샘플링 저항을 통해 신호를 샘플링한 다음, 샘플링된 신호를 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 입력 변환하여 상술한 DC 성분을 얻을 수 있다.
제2 실시예에서, 도 3에 도시된 샘플링 지점 위치(b)와 같이, 후단 변환회로(20) 상의 인덕터를 통과하는 전류의 DC 성분에 대한 DC 전류 성분 샘플링을 진행하여 DC 전류 성분이 샘플링된다. 예를 들어, 홀 센서와 같은 전류 센서를 사용하여 지점(b)에서 샘플링한 신호를 아날로그-디지털(AD) 변환기에 입력 변환하여 상술한 DC 성분을 얻을 수 있다.
여기서, 상술한 아날로그-디지털 변환기는 별도의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 칩일 수 있으며, 제어회로(30) 상의 제어칩 자체에 집적된 아날로그-디지털 변환 유닛일 수도 있다. 이와 같은 아날로그-디지털 변환기의 존재 형태에 대하여 제한하지 않음은 자명한 것이다.
0값과 상기 DC 성분의 차이로 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI 조절을 수행하여 전압 보상값을 얻는 단계(S200).
예시적으로, 제어회로(30)는 우선 설정된 0 값과 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻은 다음, DC 성분 편차값에 기반하여 PI 조절을 수행하여 전압 보상값을 얻게 되며, 여기서 해당 전압 보상값은 DC 순환 전류 보상에 사용된다.
상술한 0 값은 주어진 값이며, 주어진 값과 실제 값 사이의 차이를 만들어냄으로써 양자 사이의 편차를 얻을 수 있으며, 이와 같은 편차의 크기는 후속 보상 조절 작업에 사용됨은 자명하다. 본 실시예에서 PI 조절은 광의적인 의미의 PI 조절이라는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 비례(P)-적분(I) 조절기를 통해 조절할 수 있거나 비례(P) 조절기를 통해 조절하는 등과 같이 실제 필요에 따라 세부 사항을 설정할 수 있다.
사전에 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 전단 변환회로(10)와 후단 변환회로(20) 사이의 DC 버스 전압이 조절되는 단계(S300).
예시적으로, 제어회로(30)는 이와 같은 전압 보상값을 획득한 후, 미리 설정된 DC 전압 참조값과 결합하여 전단 변환회로(10)의 제어 신호량을 공동 계산하여 전단 변환회로(10)가 예상과 일치한 DC 버스 전압을 출력하도록 한다. 여기서, 미리 설정된 DC 전압 참조값은 통상적으로 이상적인 여건에서 출력 대상 DC 버스 전압을 기반으로 계산된다.
이와 같은 AC 출력측의 DC 성분을 이용하여 전단 변환회로(10)의 DC 버스 전압을 조절하여, 각 인버터 시스템(100)이 AC 병렬 진행 중 DC 버스 전압의 상이함에 의해 비교적 큰 DC 순환 전류가 발생하는 것을 효과적으로 억제하여, AC 병렬의 안정성을 진일보 향상시킬 수 있음은 자명하다.
통상적으로, 후단 변환회로(20)는 전단 변환회로(10)에서 우선 기본 동작 전압을 설정해야 장비를 정상적으로 가동할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 후단 변환회로(20)가 작동 상태로 진입하기 전에, 해당 인버터 시스템(100)의 제어회로(30)가 진행하는 인버터 제어 과정은 다음 단계도 포함한다:
전원이 연결된 후, 사전 설정된 DC 전압 참조값에 기반하여 전단 변환회로(10)를 제어하여 접속된 연결전원을 초기 DC 버스전압으로 변환하여 후단 변환회로(20)로 출력하는 단계(S101).
여기서, 초기 DC 버스 전압은 후단 변환회로(20)를 정상적으로 가동하는데 사용된다. 후단 변환회로(20)가 작동 상태로 진입하기 전에는 DC 성분과 전압 보상값이 모두 0임은 자명하다.
후단 변환회로(20)의 작동 상태 진입 여부를 검출하는 단계(S102).
후단 변환회로가 작동 상태에 들어가지 않은 것으로 검출되면, 즉 AC 전원이 정상적으로 출력되지 않을 때 제어회로(30)는 전단 변환회로(10)가 이와 같은 초기 DC 버스 전압을 지속 출력하도록 제어하여, 후단 변환회로(20)가 작동 상태로 진입한 것을 검출한 후, 즉, AC 전원이 정상적으로 출력될 수 있게 된 후, 상기 단계(S100-S300)가 실행된다.
상술한 제어회로(30)에 대해, 전단 변환회로(10) 및 후단 변환회로(20)의 대응 제어를 실현하기 위한 일 실시예에서, 이와 같은 제어회로(30)는 동일한 제어 칩 및 그 주변 회로로 구성될 수 있고, 즉, 전단 변환회로(10) 및 후단 변환회로(20)는 도 1에 도시된 인버터 시스템(100)의 경우와 같은 동일한 제어 칩에 의해 제어된다.
다른 실시예에서, 제어회로(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 전단 루프 컨트롤러(310) 및 후단 루프 컨트롤러(320)가 별도로 구비될 수 있다. 별도로 설치되는 전단 루프 컨트롤러(310)와 후단 루프 컨트롤러(320)를 사용하는 경우, 전단과 후단의 전압 레벨이 상이한 경우가 많기 때문에 전단과 후단 사이의 분리 디자인 여건을 충족시킬 필요가 있다. 예를 들어, 전단 루프 컨트롤러(310)의 신호단과 후단 루프 컨트롤러(320)의 신호단은 직렬 포트나 버스를 통해 통신연결될 수 있으며, 예를 들어, 직렬 포트나 CAN 버스 등을 통해 통신할 수 있다.
이와 같은 제어회로(30)와 관련하여 별도로 설치되는 전단 루프 컨트롤러(310)와 후단 루프 컨트롤러(320)를 예로 들어 다음과 같이 설명한다.
전단 루프 컨트롤러(310)는 전단 변환회로(10)를 제어하여 접속된 전원을 필요한 DC 버스 전압으로 변환하고, 획득한 AC의 DC 성분에 기반하여 DC 버스 전압을 조절하는 등에도 사용되며; 후단 루프 컨트롤러(320)는 필요한 AC 전력을 출력하도록 후단 변환회로(20)를 제어하는 데 사용된다.
일 실시예에서, 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 전단 루프 컨트롤러(310)는 주로 순차적으로 연결된 제1 전압 루프(311), 제1 전류 루프(312) 및 전단 PWM 구동 모듈(313), 및 DC 순환 전류 제어 모듈(314)을 포함하며, 여기서, 제1 전압 루프(311)의 입력단은 DC 순환 전류 제어 모듈(314)의 출력단에 연결되고, DC 순환 전류 제어 모듈(314)의 입력단은 후단 루프 컨트롤러(320)에 연결되며; 전단 PWM 구동 모듈(313)의 출력단은 전단 변환회로(10)의 신호 제어단에 연결된다.
위에서 언급한 바와 같이, DC 순환 전류 제어 모듈(314)은 감산기 및 PI 조절기 등을 포함할 수 있으며, 감산기는 DC 성분 편차값을 얻기 위해 0 값과 DC 성분 간의 차이를 얻는 데 사용되며; PI조절기는 사전설정된 PI조절계수를 통해 DC 성분 편차를 조절하여 전압 보상값을 얻는 데 사용된다. 이와 같은 PI 조절계수는 실제 요구사항에 기반하여 설정될 수 있으며, 이 부분에서 한정되지 아니한다.
상술한 바와 같이, 제1 전압 루프(311)는 DC 루프 전류 제어 모듈(314)에서 출력된 전압 보상값과 사전 설정된 DC 전압 참조값(VDC_ref)에 기반하여 보정된 전압값을 계산하고, 샘플링된 전단 변환회로(10) 가 출력한 DC 전압값(VO_DC) 및 보정된 전압값에 기반하여 제1 전압 값을 계산한다. 또한, 제1 전류 루프(312)는 제1전압값과 샘플링한 전단 변환회로(10) 상의 인덕터를 경과하는 전류값(IL)에 기반하여 전단 제어 신호량을 계산한다. 여기서, 제1 전류 루프(312)에 입력되는 전류는 접속된 전원의 종류에 따라 달라지며, 예를 들어 AC 전원 입력의 경우, 샘플링된 인덕터 전류는 AC 전류이다. 마지막으로, 전단 PWM 구동 모듈(313)은 전단 제어 신호량에 기반하여 전단 변환회로(10) 상의 스위치 튜브를 구동하여 필요한 DC 버스 전압을 출력한다.
상술한 제1 전압 루프(311), 제1 전류 루프(312) 및 전단 PWM 구동 모듈(313)은 분리된 하드웨어 회로 구조를 통해 구현될 수 있고, 집적 제어 칩을 통해 구현될 수도 있음에 유의할 필요가 있다. 전술한 직류 전압값(VO_DC) 및 전류값(IL)은 해당 전단 샘플링 회로를 전단 루프 컨트롤러(310)에서 샘플링하여 얻을 수 있음은 자명하며, 이 부분에서 더 이상 설명하지 아니한다.
일 실시예에서, 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 후단 루프 컨트롤러(320)는 주로 순차적으로 연결된 제2 전압 루프(321), 제2 전류 루프(322) 및 후단 PWM 구동 모듈(323) 및 DC 성분 샘플링 모듈(324)을 포함하며, 여기서, DC 성분 샘플링 모듈(324)은 후단 변환회로(20)의 출력단에 연결되고, 후단 PWM 구동 모듈(323)의 출력단은 후단 변환회로(20)의 신호 제어단에 연결된다.
상술한 DC 성분 샘플링 모듈(324)은 후단 변환회로(20)의 AC 출력단으로부터 DC 성분 신호를 샘플링하고, 아날로그-디지털 변환기를 통해 샘플링된 신호를 변환하여 DC 성분을 획득하는 데 사용되며, 이와 같은 DC 성분은 DC 순환 전류 제어 모듈(314)로 발송하여, DC 순환 전류 보상을 수행하는 데 사용된다. 예를 들어, DC 성분 샘플링 모듈(324)은 샘플링 저항 또는 홀 센서 및 아날로그-디지털 변환기 등으로 구성될 수 있다.
DC 성분 샘플링 모듈(324)은 전단 루프 컨트롤러(310)에 위치할 수 있음은 자명하며, 즉, 전단 루프 컨트롤러(310)에 의해 검출되며, 단, 전단 샘플링을 위해 사용한 분리 디자인은 전단 루프 컨트롤러(310)와 같이 분리 연산 증폭기 샘플링 회로 등을 사용하여 샘플링할 수 있다.
상술한 제2 전압루프(321)는 사전설정된 AC 전압 참조값(VAC_ref)과 샘플링한 후단 변환회로(20)가 출력한 AC 전압값(VO_AC)에 기반하여 제2 전압 값을 계산하는 데 사용되며; 제2 전류 루프(322)는 이와 같은 제2 전압값과 샘플링한 후단 변환회로(20) 상의 AC 전류값(Iac)에 기반하여 후단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며; 또한, 후단 PWM 구동 모듈(323)은 이와 같은 후단 제어 신호량에 기반하여 후단 변환회로(20) 상의 각 파워 스위치 튜브를 구동하여 교류 전압과 교류 전류를 포함하는 AC전력을 출력하는 데 사용된다.
상술한 제2 전압 루프(321), 제2 전류 루프(322) 및 후단 PWM 구동 모듈(323)은 별도의 하드웨어 회로 구조를 통해 구현될 수 있고, 집적 컨트롤러 칩으로 구현될 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 상술한 교류 전압값(VO_AC) 및 교류 전류값(Iac)은 후단 루프 제어유닛 상의 해당 후단 샘플링 회로를 통해 샘플링하여 얻을 수 있으며, 이 부분에서 더 이상 설명하지 아니한다.
본 실시예에서 취급한 인버터 시스템은 2단 변환회로로 구성되며, 후단 변환회로의 AC 출력 측을 통해 DC 성분이 검출되고, 검출된 DC 성분에 기반하여 전단 변환회로의 DC 전압 출력을 조절하여, 장비 병렬 작동과정에서 병렬급전 시스템에서 발생하는 DC 순환 전류를 효과적으로 억제할 수 있으며, 진일보로 인버터 변환 효율을 향상시킬 수 있고, 파워 장치의 사용수명 등을 연장할 수 있다. 또한, DC 순환 전류를 효과적으로 억제하는 외에도 병렬연결된 인버터 시스템의 모델 또는 제조업체에 대한 사양 요구사항을 줄일 수도 있는바, 예를 들어, 각 인버터 시스템 내부의 DC 버스 전압 레벨을 엄격하게 보장할 필요가 없으며, 이와 같은 병렬연결된 인버터의 경우, 접속된 전원은 상호 독립적일 수 있어, 인버터 시스템을 병렬연결하여 사용하는 경우가 대폭 증가된다.
실시예 2
도 1 및 도 2를 참조하여, 상술한 실시예 1을 통해 취급한 인버터 시스템(100)에 기반하여, 본 실시예 2를 통해 인버터 시스템의 제어 방법을 안출하며, 예시적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 인버터 시스템(100)은 전단 변환회로(10), 후단 변환회로(20) 및 제어회로(30)를 포함하며, 전단 변환회로(10)의 입력단은 전원을 연결하는 데 사용되며, 출력단은 후단 변환회로(20)의 입력단에 연결되고, 신호제어단은 제어회로(30)의 출력단에 연결되며; 후단 변환회로(20)의 입력단은 전단 변환회로(10)의 출력단에 연결되고, 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 신호제어단은 제어회로(30)의 출력단에 연결된다. 여기서, 상기 전단 변환회로(10)는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로(20)로 출력하는 데 사용되며; 전단 변환회로(10)와 후단 변환회로(20) 사이의 DC 전압은 DC 버스 전압이며; 후단 변환 회로(20)는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용된다.
전단 변환 회로(10) 및 후단 변환 회로(20)의 구조와 기능은 상술한 실시예 1과 동일함은 자명하며, 여기서 설명을 반복하지 아니한다. 본 실시예는 인버터 시스템(100) 의 제어회로(30)에 대한 존재 형태를 한정하지 않으며, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 동일한 컨트롤러 칩을 공유하는 형태로 존재할 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 별도로 설치된 전단 루프 컨트롤러(310)와 후단 루프 컨트롤러(320) 등의 형태로도 존재할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어회로(30)는 다음의 방법을 통해 인버터를 제어하며, 상기 방법은:
후단 변환회로(20) 출력단의 DC성분을 검출하는 단계(S100);
0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻는 단계(S200);
사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 전단 변환회로(10)와 상기 후단 변환회로(20) 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 단계(S300)를 포함한다.
본 실시예에서 취급하는 인버터 시스템 제어 방법은 상술한 실시예 1에서 취급한 인버터 시스템(100)에 적용될 수 있음은 자명하며, 여기에서 설명을 반복하지 아니한다. 상술한 실시예 1에서 취급한 인버터 시스템(100)의 일부 옵션사항도 본 실시예에 적용가능하기에 이 부분에서 설명을 반복하지 아니한다.
실시예 3
도 1을 참조하여, 본 실시예를 통해 병렬연결된 인버터 시스템도 안출하며, 이와 같은 병렬연결된 인버터 시스템은 다수 축전지 장치를 병렬연결하는 모바일 에너지 저장 전원공급장치, UPS 병렬 시스템 또는 분산형 마이크로그리드 발전 시스템 등과 같은 다양한 경우에 적용될 수 있다.
예시적으로, 이와 같은 병렬 인버터 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 각 인버터 시스템의 AC 출력단이 병렬 연결되어 공용 AC 버스를 통해 AC 전력을 출력하는 다수 인버터 시스템을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 취급하는 각 인버터 시스템은 상술한 실시예 1에서 취급한 인버터 시스템(100)을 적용하며, 일부 옵션사항도 본 실시예에 적용가능하여 이 부분에서 설명을 반복하지 아니한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인버터 제어 과정에서 각 인버터 시스템(100)의 제어회로(30)는 후단 변환회로(20) 출력단의 DC 성분을 검출하여, 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻으며; 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 전단 변환회로(10)와 후단 변환회로(20) 사이의 DC 버스 전압을 조절하여, DC 순환 전류에 대한 억제를 달성하여 병렬 인버터 시스템의 안정적인 작동 등을 보장한다.
이와 같은 병렬연결 인버터 시스템의 경우, 각 인버터 시스템은 검출된 AC 출력 중의 DC 성분에 따라 DC 버스 전압을 조절할 수 있기 때문에, 한편으로는 생성된 DC 성분을 상쇄하거나 보상할 수 있고, 다른 한편으로는 각 DC 버스 전압 일관성을 유지할 수 있어, DC 순환 전류를 억제하는 데 도움이 된다. 이러한 병렬 인버터 시스템의 경우 DC 버스를 공유하지 않더라도 병렬 작동 가능함은 자명하기에, 사용자 차원에서 제조업체별 또는 모델별로 인버터 시스템에 대한 병렬 작동을 구현할 수 있어, AC 장비 병렬 사용 시나리오와 실용성을 대폭 높이고 사용자 체험도 개선할 수 있다.
이 부분에서 명시되고 설명된 모든 예에서, 임의의 특정 값은 한정된 것이 아니라 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 따라서 예시적인 실시예의 다른 예는 상이한 값을 가질 수 있다.
도면에 표시된 유사한 부호와 문자는 하기 도면에서 유사한 항목을 나타내기에, 한 도면에서 특정 항목이 정의된 후, 이 후 도면에서 중복하여 나타나면 더 이상 정의 및 설명하지 않아도 됨을 유의하여야 한다.
상술한 실시예는 본 발명의 여러 실시방식에 대하여 설명하였으며 이와 같은 설명은 비교적 구체적이고 상세하지만, 이를 통해 본 발명의 출원 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 분야의 당업자라면 본 발명의 구상을 벗어나지 않는 전제 하에서, 다양한 변형과 개선을 진행할 수 있으며, 이와 같은 과정은 전부 본 발명의 보호 범위에 속함은 자명하다.

Claims (17)

  1. 인버터 시스템에 있어서,
    전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
    상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 상기 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
    상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻고, 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후단 변환회로는 브리지 인버터 유닛 및 인덕터를 포함하며;
    상기 브리지 인버터 유닛의 입력단은 상기 전단 변환회로의 출력단에 연결되고, 상기 브리지 인버터 유닛의 출력단은 상기 인덕터에 직렬로 연결되고, 상기 브리지 인버터 유닛의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 제어회로는 상기 브리지 인버터 유닛에서 각 브리지 암의 중간점 사이 전압에 대한 DC 성분을 검출하거나 상기 인덕터를 통과하는 전류의 DC 성분을 검출하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 브리지 인버터 유닛은 2상 브리지 인버터 회로 또는 3상 브리지 인버터 회로인 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 후단 변환회로가 작동상태로 진입하기 전에 상기 제어회로는 상기 사전 설정된 DC 전압 참조값에 기반하여 상기 전단 변환회로를 제어하여 상기 전원을 초기 DC 버스 전압으로 전환한 후, 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는 전단 루프 컨트롤러와 후단 루프 컨트롤러를 포함하며, 상기 전단 루프 컨트롤러의 신호단과 상기 후단 루프 컨트롤러의 신호단은 직렬 포트 또는 버스 통신을 통해 연결되며;
    상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 전단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되며, 상기 후단 변환회로의 신호제어단은 상기 후단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전단 루프 컨트롤러는 DC순환전류제어모듈, 제1 전압 루프, 제1 전류 루프 및 전단 PWM 구동 모듈을 포함하며;
    상기 DC순환전류제어모듈의 입력단은 상기 후단 루프 컨트롤러에 연결되고, 상기 제1전압 루프의 입력단은 상기 DC순환전류제어모듈의 출력단에 연결되고, 상기 제1 전류 루프의 입력단은 상기 제1 전압 루프의 출력단에 연결되며, 상기 제1 전류 루프의 출력단은 상기 전단 PWM 구동모듈의 입력단에 연결되고, 상기 전단 PWM 구동모듈의 출력단은 상기 전단 변환회로 신호 제어단에 연결되며;
    상기 DC 순환전류제어모듈은 상기 DC 성분을 얻고 0 값과 상기 DC 성분 간의 차이를 만들어 DC성분의 편차값을 획득하며, 사전 설정된 PI 조절계수를 통해 상기 DC 성분 편차값을 조절하여 상기 전압 보상값을 획득하며;
    상기 제1 전압루프는 상기 사전 설정된 직류 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 보정된 전압값을 계산하고, 샘플링한 상기 전단 변환회로의 출력단 DC 전압값과 상기 보정된 전압값에 기반하여 제1 전압값을 계산하는 데 사용되며;
    상기 제1 전류 루프는 상기 제1전압값과 샘플링한 상기 전단 변환회로 상의 전류값에 기반하여 전단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며;
    상기 전단 PWM 구동 모듈은 상기 전단 제어 신호량에 기반하여 상기 전단 변환회로 상의 스위치 튜브를 구동하여 DC 전압을 출력하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 후단 루프 컨트롤러는 DC 성분 샘플링 모듈, 순차적으로 연결되는 제2 전압 루프, 제2 전류 루프 및 후단 PWM 구동 모듈을 포함하며;
    상기 DC 성분 샘플링 모듈의 입력단은 상기 후단 변환회로의 출력단에 연결되며, 상기 후단 PWM 구동 모듈의 출력단은 상기 후단 변환회로의 신호제어단에 연결되며;
    상기 DC 성분 샘플링 모듈은 상기 후단 변환회로 출력단에서 DC 성분 신호를 샘플링하고 아날로그-디지털 변환기를 통해 샘플링된 신호를 변환하여 상기 DC 성분을 획득하며, 상기 후단 루프 컨트롤러는 통신방식을 통해 상기 DC성분을 상기 전단 루프 컨트롤러로 발송하며;
    상기 제2 전압루프는 상기 사전 설정된 AC 전압 참조값과 샘플링된 상기 후단 변환회로 출력단의 AC 전압값에 기반하여 제2 전압값을 계산하는 데 사용되며;
    상기 제2 전류 루프는 상기 제2 전압값과 샘플링된 상기 후단 변환회로 상의 전류값에 기반하여 후단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며;
    상기 후단 PWM 구동 모듈은 상기 후단 제어 신호량에 기반하여 상기 후단 변환회로 상의 스위치 튜브를 구동하여 AC 전압을 출력하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전단 변환회로는 DC-DC 변환회로 또는 AC-DC 변환회로인 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 후단 변환회로는 브리지 인버터 유닛의 출력단과 병렬연결된 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 브리지 인버터 유닛은 직렬 연결된 두 개의 파워 스위치 튜브로 구성된 브리지 암 구조를 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전단 변환회로는 Buck 강압회로, Boost 승압회로 또는 스위치 튜브 부품을 포함하는 전압 변환회로인 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  12. 제6항에 있어서, 상기 DC 순환전류제어모듈은 감산기와 PI 조절기를 포함하며;
    상기 감산기는 상기 DC 성분 편차값을 얻기 위해 0 값과 DC 성분 사이의 차이를 만드는 데 사용되며;
    상기 PI 조절기는 사전에 설정된 PI 조절계수를 통해 상기 DC 성분 편차 값을 조절하여 상기 전압 보상값을 얻는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  13. 인버터 시스템에 있어서,
    전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
    상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 상기 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
    상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻고, 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하며;
    상기 제어회로는 전단 루프 컨트롤러와 후단 루프 컨트롤러를 포함하며, 상기 전단 루프 컨트롤러의 신호단과 상기 후단 루프 컨트롤러의 신호단은 직렬 포트 또는 버스 통신을 통해 연결되며; 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 전단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되고, 상기 후단 변환회로의 신호제어단은 상기 후단 루프 컨트롤러의 출력단에 연결되며;
    전단 루프 컨트롤러는 DC순환전류제어모듈, 제1 전압 루프, 제1 전류 루프 및 전단 PWM 구동 모듈을 포함하며;
    상기 DC순환전류제어모듈의 입력단은 상기 후단 루프 컨트롤러에 연결되고, 상기 제1전압 루프의 입력단은 상기 DC순환전류제어모듈의 출력단에 연결되고, 상기 제1 전류 루프의 입력단은 상기 제1 전압 루프의 출력단에 연결되며, 상기 제1 전류 루프의 출력단은 상기 전단 PWM 구동모듈의 입력단에 연결되고, 상기 전단 PWM 구동모듈의 출력단은 상기 전단 변환회로 신호 제어단에 연결되며;
    상기 DC 순환전류제어모듈은 상기 DC 성분을 얻고 0 값과 상기 DC 성분 간의 차이를 만들어 DC성분의 편차값을 획득하며, 사전 설정된 PI 조절계수를 통해 상기 DC 성분 편차값을 조절하여 상기 전압 보상값을 획득하며;
    상기 제1 전압루프는 상기 사전 설정된 직류 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 보정된 전압값을 계산하고, 샘플링한 상기 전단 변환회로의 출력단 DC 전압값과 상기 보정된 전압값에 기반하여 제1 전압값을 계산하는 데 사용되며;
    상기 제1 전류 루프는 상기 제1전압값과 샘플링한 상기 전단 변환회로 상의 전류값에 기반하여 전단 제어 신호량을 계산하는 데 사용되며;
    상기 전단 PWM 구동 모듈은 상기 전단 제어 신호량에 기반하여 상기 전단 변환회로 상의 스위치 튜브를 구동하여 DC 전압을 출력하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  14. 인버터 시스템 제어 방법에 있어서,
    상기 인버터 시스템은 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
    상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
    상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 다음의 방법을 실시하여 인버터를 제어하며, 상기 방법은:
    상기 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 단계;
    상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, DC 성분 편차 값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻는 단계;
    사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인버터 시스템에 대한 제어방법은:
    전원을 연결한 후, 상기 제어회로는 상기 사전 설정된 DC 전압 참조값에 기반하여 상기 전단 변환회로를 제어하여, 접속된 전원을 초기 DC 버스 전압으로 전환한 후, 상기 후단 변환회로로 출력하는 단계;
    제어회로는 상기 후단 변환회로의 작동상태 진입여부를 검출하는 단계;
    상기 후단 변환회로가 작동 상태로 들어감을 감지한 후, 상기 제어회로는 상기 검출해낸 상기 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 단계 및 상응한 후속 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 인버터 시스템에 대한 제어방법은:
    만약 상기 후단 변환회로가 작동상태로 진입하지 않은 것으로 검출되면, 상기 제어회로는 상기 전단 변환회로를 제어하여 상기 초기 DC 전압을 후단 변환회로로 지속 출력하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 제어방법.
  17. 병렬연결 인버터 시스템에 있어서,
    복수 인버터 시스템을 포함하며, 복수 인버터 시스템의 AC 출력단은 병렬 연결되고, 상기 각 인버터 시스템은 전단 변환회로, 후단 변환회로 및 제어회로를 포함하며;
    상기 전단 변환회로의 입력단은 전원 연결에 사용되며, 상기 전단 변환회로의 출력단은 상기 후단 변환회로의 입력단에 연결되며, 상기 전단 변환회로의 신호제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 후단 변환회로의 출력단은 AC 부하를 연결하는 데 사용되며, 상기 후단 변환회로의 신호 제어단은 상기 제어회로의 출력단에 연결되며;
    상기 전단 변환회로는 상기 전원의 전압을 DC 전압으로 변환하여 상기 후단 변환회로로 출력하는 데 사용되며; 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 상기 DC 전압은 DC 버스 전압이며;
    상기 후단 변환회로는 상기 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 후단 변환회로 출력단의 DC성분을 검출하는 데 사용되며;
    상기 제어회로는 0값과 상기 DC 성분 사이의 차이를 만들어 DC 성분 편차값을 얻고, 상기 DC 성분 편차값에 대해 PI조절을 수행하여 전압 보상값을 얻고, 사전 설정된 DC 전압 참조값과 상기 전압 보상값에 기반하여 상기 전단 변환회로와 상기 후단 변환회로 사이의 DC 버스 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
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