KR20220170261A - 지그재그 변압기를 이용한 바이폴러 전력변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 양극에 대해 지그재그 변압기를 이용하여 각 극의 독립적인 전력제어 및 부하측 제어 동특성 향상이 가능한 바이폴러 전력변환장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 바이폴러 전력변환장치는, 상기 양극 및 음극의 전원 소스와, 상기 양극 및 음극의 전원 소스로부터 AC/DC 기반으로 변환하여 그리드 또는 부하로 출력하는 제1 및 제2 전력변환장치와, 상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 그리드 또는 부하 사이에 연결되는 지그재그 변압기를 포함하고, 상기 지그재그 변압기는 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 PCC(Point of Common Coupling)단에 접속되고, 상기 지그재그 변압기의 중성점이 상기 양극 또는 음극 전원소스의 중성점과 일치하도록 결선하는 것을 특징으로 한다.

Description

지그재그 변압기를 이용한 바이폴러 전력변환장치{DC Bipolar Converter using Zig-zag Transformer}
본 발명은 직류배전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DC 배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 양극에 대해 지그재그 변압기를 이용하여 각 극의 독립적인 전력제어 및 부하측 제어 동특성 향상이 가능한 바이폴러 전력변환장치에 관한 것이다.
석탄, 석유 등 화석연료의 연소로 인한 이산화탄소(온실가스)의 배출 문제가 심각해짐에 따라, 국제사회는 기후변화에 따른 국가별 탄소중립 및 감축목표를 제시하며 탈탄소 정책을 강화하고 있다.
이러한 온실가스 배출 규제 및 대기오염의 심각화에 따라 신재생 에너지를 이용한 발전량 및 발전 설비가 확대되고 있다.
신재생 에너지원의 확산으로 DC 기반의 전력변환장치 및 배전 계통에 대한 직류 기술 적용 방안이 대두되고 있으며, 차세대 배전방식인 LVDC(Low Voltage Direct Current) 및 MVDC(Medium Voltage Direct Current)의 수요가 증가하고 있는 추세이다.
선행기술로서 LVDC 저압배전 시스템에 적용되는 DC/DC 컨버터를 명칭으로 하여 특허공개된 대한민국 특허공개 제1020200113870호가 있다. 이는 전력을 저장하는 배터리부와 상기 배터리부로부터 부하에 대응하는 전압으로 변환하여 부하에 에너지를 공급하는 PCS(Power Conditioning System)와 제어부와 및 슈퍼캐패시터가 직병렬로 연결된 슈퍼캐패시터부를 포함하는 LVDC 저압배선 시스템에 설치되는 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터는 양방향으로 전력이 전달되는 대칭형 스키메틱 회로로 구성되되, 어느 한쪽은 그라운드 방향으로 도통되는 스위치 2개가 직렬로 연결되어 있고, 이 스위치 2개가 연결된 회로에 평활콘덴서가 병렬로 연결되어 있는 회로를 구성하되, 상기 스위치 2개의 중간 접점 사이에 인덕터가 연결되고, 스위치 2개의 연결에서 그라운드 접점이 서로 연결되어 구성되는 LVDC 저압배선 시스템에 적용되는 DC/DC 컨버터를 개시한다.
그리고, 대한민국 특허공개 제1020200053144호는 직류의 입력 전압을 제1교류 전압으로 변환하며, 상기 제1교류 전압을 출력하는 복수의 연결단자를 포함하는 입력부; 및 상기 연결단자와 각각 연결되며, 상기 제1교류 전압을 제2 교류전압으로 변압하고, 상기 제2교류 전압을 직류의 출력전압으로 변환하는 복수의 출력부를 포함하는 다출력 컨버터를 개시한다.
이러한 DC 배전 방식은 기존 AC 배전 방식에 비해 더 높은 효율성과 유연성을 제공할 수 있으며, DC 배전 방식의 경우 단극(monopole) 방식과 양극(bipolar) 방식으로 구분된다.
단극성 구조는 양극와 음극이 하나의 공통된 직류 전압을 공급하며, 양극성 구조는 양극과 음극 사이에 중성점을 공유하여 각각의 독립된 직류 전압 공급이 가능한 구조이다.
여기서, 하나의 극성을 가지는 단극성 구조는 간단한 구조로 인해 제어가 용이하다는 장점이 있지만 직류단 사고 시 전체 전력이 차단되므로 전력 공급 신뢰성이 낮은 단점이 존재한다. 이에 반해 양극성 구조는 두극의 독립적인 작동이 가능하며 직류단 사고 시 안정적인 대처가 가능한 장점이 있어 이에 대한 연구와 개발이 요구되고 있다.
대한민국 특허공개 제1020200113870호 대한민국 특허공개 제1020200053144호
본 발명은 전술한 바와 같은 요구를 반영한 것으로, DC 배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 양극에 대해 지그재그 변압기를 이용하여 각 극의 독립적인 전력제어 및 부하측 제어 동특성 향상이 가능한 바이폴러 전력변환장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 바이폴러 전력변환장치는, 상기 양극 및 음극의 전원 소스와, 상기 양극 및 음극의 전원 소스로부터 AC/DC 기반으로 변환하여 그리드 또는 부하로 출력하는 제1 및 제2 전력변환장치와, 상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 그리드 또는 부하 사이에 연결되는 지그재그 변압기를 포함하고,
상기 지그재그 변압기는 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 PCC(Point of Common Coupling)단에 접속되고, 상기 지그재그 변압기의 중성점이 상기 양극과 음극 전원소스의 중성점과 일치하도록 결선하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 전력변환장치는, 2레벨 DC-AC 인버터, 3레벨 또는 그 이상의 멀티레벨 DC-AC 인버터 중의 어느 하나가 해당될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 상기 제2 전력변환장치는 DC-AC 인버터이고, 제1 및 제2 인버터는 교류 PCC를 기준으로 병렬로 연결하고, 병렬로 연결된 제1 및 제2 인버터의 상기 PCC단에 접속된 상기 지그재그 변압기는 교류 계통의 그리드 또는 부하에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 상기 제2 전력변환장치는 DC-AC 인버터이고, 제1 및 제2 인버터는 교류 PCC를 기준으로 직렬로 연결하고, 직렬로 연결된 제1 및 제2 인버터의 상기 PCC단에 접속된 상기 지그재그 변압기는 교류 계통의 그리드 또는 부하에 델타 또는 와이 결선으로 직렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 인버터의 구동을 위한 제어부는, DC 링크 전압 제어부와 직류단의 DC 옵셋(offset) 주입을 위한 직류단 전류 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지그재그 변압기와 상기 제1 및 제2 전력변환장치 사이에는 보호회로가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 DC 배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 양극에 대해 지그재그 변압기를 이용하여 각 극의 독립적인 전력제어 및 부하측 제어 동특성 향상이 가능하게 한다.
또한, DC 배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 각 극에 대해 상이한 부하량 대처를 가능하게 함은 물론이고, 빠른 조류 제어 및 직류단 사고시 능동적으로 안정적인 대처를 가능하게 할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그재그 변압기를 이용한 바이폴러 전력변환장치의 회로도를 나타낸 것으로, 각각 도 1은 지그재그 변압기(200)를 병렬 연결한 상태를 예시한 도면이고, 도 2는 지그재그 변압기(300)를 직렬 연결한 상태를 예시한 도면이고,
도 3은 도 1 및 도 2의 바이폴러 전력변환장치의 회로도에서 지그재그 변압기(200, 300)의 구조를 예시한 도면,
도 4는 도 2의 바이폴러 전력변환장치의 회로도에서 3상 2레벨 인버터의 의 평균 등가회로 모델을 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 평균 등가회로 모델을 이용하여 제안된 바이폴러 DC 배전 인버터 회로의 전체 등가 모델을 나타낸 도면,
도 6은 도 5의 바이폴러 DC 배전 인버터 회로에서 VPG를 제어하기 위한 블럭도,
도 7은 10kVA급 프로토타입 컨버터(converter)를 사용하여 도 1 및 도 2의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이폴러 전력변환장치의 하드웨어 구성을 나타낸 도면이고,
도 8 및 도 9는 도 7의 실험 장치를 통한 시뮬레이션 결과 및 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 DC 배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 양극성 구조에 대해 독립적으로 AC로 변환한 후에 변압함으로써 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 DC 배전 시스템으로부터 제공되는 DC 전원의 각 극에 대한 상이한 부하량 대처를 가능하게 함은 물론이고, 빠른 조류제어 및 직류단 사고시 능동적으로 안정적인 대처를 가능하게 할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그재그 변압기를 이용한 바이폴러 전력변환장치의 구성 및 동작을 이하에서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그재그 변압기를 이용한 전력변환장치의 회로도이고, 각각 도 1은 지그재그 변압기(200)를 병렬 연결한 상태를 예시한 도면이고, 도 2는 델타 지그재그 변압기(300)를 직렬 연결한 상태를 예시한 도면이다.
상기한 본 발명에 따른 지그재그 변압기(200, 300)는 제1 및 제2 인버터(100,102)의 출력단에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 지그재그 변압기(200)를 병렬연결한 상태를 예시한 도면이고, 도 2는 델타 지그재그 변압기(300)를 직렬연결한 상태를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지그재그 변압기를 이용한 바이폴러 전력변환장치는, 양극(+극) 또는 음극(-극)의 2 레벨 인버터 모듈 2대(100, 102)를 교류 PCC(Point of Common Coupling)을 기준으로 병렬로 연결하고, 병렬 인버터의 PCC단에 접속된 지그재그 변압기(Zigzag Transformer, 200)의 중성점이 직류전원의 중성점(G)과 일치하도록 결선한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상단 인버터(100)의 직류단 전압의 양의 노드(P node)가 전체 양극(bipole) 직류단의 양의 극(positive pole)을 제공하며, 하단 인버터(102)의 직류단 전압의 음의 노드(N node)가 전체 양극(bipole) 직류단의 음의 극(negative pole)을 제공한다. 교류 영상분 성분에 대하여 낮은 임피던스를 가지는 지그재그 변압기(200)의 중성점(G) 제공으로 전력변환장치는 완전한 바이폴러 동작 구조를 제공할 수 있으며, 각각의 인버터는 정현파 비교 변조 방식(Sinusoidal Pulse Width Modulation : SPWM)을 기반으로 동작하게 된다. 이때, 본 발명에 따른 바이폴러 전력변환장치에서 회로 구성 방식은 2레벨 DC-AC 인버터에 국한되지 않고, 3레벨 또는 그 이상의 멀티레벨 DC-AC 인버터 등 일반적인 AC/DC 기반의 전력변환장치들을 이용하여 확장 응용이 가능하다.
이하에서는 본 발명에 따른 바이폴러 전력변환장치에서 회로 구성 방식으로 2레벨 DC-AC 인버터를 중심으로 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 양극의 DC 전원을 제공받아 제1 AC 전원으로 변환하여 출력하는 제1 인버터(100), 음극의 DC 전원을 제공받아 제2 AC 전원으로 변환하여 출력하는 제2 인버터(102), 및 상기 제1 및 상기 제2 인버터(100, 102)에 중성극을 제공함과 아울러, 상기 제1 및 제2컨버터(100, 102)로부터 제1 및 제2 AC 전원을 제공받아 미리 정해진 출력 AC 전원으로 변압하여 출력하는 지그재그 변압기(200)로 구성된다.
상기 제1 인버터(100)는 콘덴서와 브리지회로로 구성되어, DC 링크로부터 양극의 DC 전원을 제공받아 제1 AC 전원으로 변환하여 출력한다.
상기 제2 인버터(102)는 콘덴서와 브리지회로로 구성되어, DC 링크로부터 음극의 DC 전원을 제공받아 제2AC 전원으로 변환하여 출력한다.
상기 지그재그 변압기(300)는 제1 인버터(100) 및 제2 인버터(102)로 입력되는 양극의 DC 전원과 음극의 DC 전원에 대한 중성점을 제공함과 아울러, 상기컨버터 및 제2 인버터(100, 102)가 출력하는 제1 및 제2 AC 전원을 제공받아 변압하여 출력한다.
그리고, 상기 지그재그 변압기(200)와 상기 제1 및 제2 인버터(100,102) 사이에는 인덕턴스와 저항 등으로 구성되는 보호회로가 더 구비될 수 있으며, 이는 본 발명에 의해 당업자에게 자명하다.
상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따르는 바이폴러 전력변환장치의 지그재그 변압기(200,300)는 A, B, C를 각각 A, B, C 순으로 지그재그 결선하여 접지측에 낮은 임피던스를 제공하여 중성점을 형성한다.
그리고, 지그재그 변압기(200,300)가 형성한 중성점에 제1 인버터(100)의 양극과 제2 인버터(102)의 음극이 직렬 또는 병렬로 연결되며, 제1 및 제2 인버터(100,102)의 DC 단의 중성단을 제공하여 양극(bipolar) 구조를 제공한다.
또한 영상분(zero-sequence) 레퍼런스를 조절하여 DC 링크 중성점에 대한 전류 제어가 가능하며, 이로써 양극에 대한 DC 링크 전압(VPG,VGN)도 조절가능해지며, 후술하는 도 4 내지 도 6에서 자세히 설명한다.
상기의 지그재그 변압기(200, 300)에 대해 조금 더 상세히 설명한다. 도 3은상기한 지그재그 변압기(200, 300)의 구조를 예시한 것이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 접지 변압기의 구조를 예시한 것이다. 상기 접지 변압기는 전력계통에 중성점을 만들기 위한 변압기로, 계통 보호에 필요한 요소인 전압 및 전류를 검출한다. 특히, 상기 중성점과 연결되는 중성선에 대해서는 상대적으로 낮은 임피던스 경로를 제공하며, 지락 발생시 일시적인 과전압을 제한한다. 이러한 접지 변압기는 지그재그 및 델타 또는 와이 결선으로 구성된 변압기를 사용한다.
도 3의 (c) 및 (d)는 지그재그 변압기(300)의 구조를 예시한 것으로, 상기 지그재그 변압기(200, 300)의 1차측은 u,v,w 각 상에 1개의 권선으로 연결되고 2차측은 각 상에 2개의 권선으로 결선되어 지그재그의 형상을 가지며, 같은 림(limb)상 위에 있는 두 권선의 제로 시퀀스 전류는 암페어 턴(ampere turns)을 제거(canceling)한다.
이러한 지그재그 변압기(200, 300)는 주로 전력계통에서 중성점을 구할 수 없을 때에 사용하며 접지용 변압기(grounding transformer)라고도 한다.
상기 지그재그 변압기(200, 300)를 구성하는 권선 a1,a2는 같은 림(limb)상 위에 있으며, 동일 턴수비로 반대방향으로 감겨있다. 각 레그(leg)의 MMF(Magnetic Motive Force) 균형 유지를 위해 모든 전류는 동일(ia1=ia2=ib1=ib2=ic1=ic2)하다. 이러한 지그재그 변압기(200, 300)는 3상 4선식 계통에서 중성선 영상분 고조파 전류를 제거할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 지그재그 변압기(200, 300)는 제1 및 제2 인버터(100,102)로 입력되는 DC 전원에 대한 중성극을 제공하여 양극(bipolar) 구조를 형성할 수 있게 한다.
그리고 도 3의 (e)는 지그재그 변압기(200, 300)의 등가회로를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 지그재그 변압기(200, 300)는 제1 및 제2 인버터(100,102)의 병렬 운전시 생기는 중성단 전류 성분들을 지그재그 변압기(200, 300)의 중성점으로 흘려보내기 위해 ZG 값을 0으로 하여 시뮬레이션하였다. 이와 같이, 본 발명은 지그재그 변압기(200, 300)를 통해 중성점을 제공하여 제1 및 제2 인버터(100,102)에 대한 DC 측의 특성을 향상시킬 수 있다.
<Average model을 이용한 영상분 옵셋전압 분석>
도 4는 도 2의 바이폴러 전력변환장치의 회로도에서 3상 2레벨 인버터의 의 평균 등가회로 모델을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 평균 등가회로 모델을 이용하여 제안된 바이폴러 DC 배전 인버터 회로의 전체 등가 모델을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, VPG, VGN은 지그재그 변압기의 중성점과 직류단 양긍 및 음극 사이의 전압을 나타내고, VPN 은 양극과 음극 사이의 전체 전압을 나타낸다.
도 4의 a상의 daVdc는 Va를 의미하고, 다음 수학식 1의 관계를 가진다.(단, dχ 는 x상 듀티 사이클이며, x는 a, b, c상 중 하나이다.)
Figure pat00001
계통전압이 3상 균형되어 있음을 가정하면, 각 상하단 인버터의 상전압의 합은 0이다. 이를 토대로 도 3의 직류 등가회로에 대한 키르히호프 전압식은 다음과 같다. 또한, 후술한 지그재그 변압기의 특성을 반영하여 VOG = 0을 가정한다.
즉, 직류단 전압은 각 인버터 직류단 전압의 절반에 옵셋전압의 합으로 표현된다. 직류단 전압과 각 극의 옵셋 전압 성분은 수학식 2 내지 수학식 4와 같은 관계식을 가지며, 각 극의 영상분 주입에 따라 직류단 전압을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
<Average model 기반 옵셋 전압 주입 제어 방식>
도 6은 도 5의 바이폴러 DC 배전 인버터 회로에서 양의 극 VPG를 제어하기 위한 블럭도이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 바이폴러 DC 배전 인버터 회로의 구동을 위한 제어 구성으로는 상단 인버터의 DC link 전압제어와 직류단의 DC 옵셋(offset) 주입을 위한 직류단 전류제어로 구성된다. 또한, VGN을 제어하기 위해 하단 인버터에도 동일한 제어를 적용할 수 있다.
이때, 상기 직류단 전류제어기의 출력인 옵셋전압은 인버터 극전압 지령에 더해지게 된다.
여기서, 수학식 5와 수학식 6은 각 극의 옵셋전압을 나타내며, 평균 등가 모델 분석을 통한 각 극의 옵셋 전압 주입을 통해 직류단 전압 제어가 가능하다.
Figure pat00005
Figure pat00006
<지그재그 변압기 특성을 이용한 직류단 동적 응답>
도 2에서 변압기는 계통측이 델타 결선으로 이루어졌으며, 코어 비선형성 등에 의한 3고조파 전류의 순환 경로를 제공한다. 본 발명에서 적용된 변압기의 인버터단은 도 2에 도시된 바와 같이, 지그 재그 결선으로 이루어져 있다. 지그재그 변압기는 전력계통의 중성점 제공 및 보호를 위한 접지 목적으로 주로 사용되며, 본 발명에서는 부하측 직류단 중성점 제공을 목적으로 한다.
이때, 지그재그 변압기의 원리와 구조적인 특성상 변압기 권선 전류의 영상분에 의한 선속(flux)이 서로 상쇄되므로 영상분 임피던스가 누설 임피던스의 크기 정도로 매우 작다. 따라서, 지그재그 변압기의 중성점을 직류단 양극(bipole)의 중성점으로 연결할 경우, 매우 빠른 직류단 동적 응답을 가질 수 있다.
<시뮬레이션 및 실험 결과>
제안된 바이폴러 전력변환장치의 직류단 동특성 향상 기법에 대한 타당성 검증을 위해 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다.
도 7은 10kVA급 프로토타입 컨버터(converter)를 사용하여 도 1 및 도 2의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이폴러 전력변환장치의 하드웨어 구성을 나타낸 도면이고, 시뮬레이션 및 실험에 사용된 조건을 표 1과 같다.
Parameter Value
DC 전압 ( Vdc-link ) 400V
그리드 인덕턴스 ( Lg ) 4mH
스위칭 주파수 (fs ) 5kHz
인터페이스 인덕턴스 ( Lsh ) 2mH
DC side 로드 저항 ( Rload ) 60Ω
양극의 독립적인 제어 및 동특성 향상 검증을 위해 직류단 옵셋 전압 주입에 따른 출력 응답 특성을 모의하였다.
실험은 시뮬레이션 결과를 바탕으로 수행되었으며, 도 8 및 도 9는 시뮬레이션 결과 및 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 각 극에 옵셋 전압을 주입하지 않았을 경우의 직류단 전압(VPG, VGN)을 나타낸다.
평균 등가 모델을 통해 분석한 수학식 3 및 수학식 4와 같이 컨버터 DC link 전압의 절반이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 8b는 초기에 옵셋 전압을 인가하지 않은 채 동작을 하다가 1초에 양극에 옵셋 전압을 주입하여 양극전압(VPG)을 40V 증가시켰으며, 직류단 전압(VPN)도 40V 증가한다. 이때 옵셋 전압 주입 후 정상상태에 도달하기까지 0.01초가 걸렸다.
도 8c는 도 8b와 동일한 초기 상태에서 동작을 하다가 1초에 양극에는 negative 옵셋을, 음극에는 positive 옵셋을 주입하여 직류단 전압(VPG, VGN)을 각각 40V 증가시켰으며, 0.01초 후에 정상상태 응답을 가진다.
도 9a는 도 8b와 같이 양극에만 25V의 옵셋을 주입하였으며 0.005초 후에 정상상태 응답을 가진다.
도 9b는 도 8c와 같이 양극과 음극에 25V의 옵셋을 주입하였으며, 0.005초 후에 정상상태에 도달하는 것을 확인하였다.
상기 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해 옵셋전압 주입에 따른 각 극의 독립적인 전압 제어 및 동특성 향상이 가능함을 검증하였다.
따라서, 본 발명에서는 직류 배전 시스템의 신뢰성과 유연성 확보를 위해 지그재그 변압기를 사용한 개선된 양극성 구조를 제안한다. 이때, 제안된 회로의 평균 모델을 통해 각 극의 영상분 옵셋 전압 성분을 분석하였으며, 각 극의 영상분 주입에 따른 컨버터 직류단 전압 제어가 가능함을 확인하였다. 또한, 각 극의 독립적인 제어는 제어대역폭의 동특성 향상이 가능하며 직류단 사고 시 부하에 대한 안정성 확보가 가능함을 확인하였다..
또한, 제안된 회로 및 동적 응답 특성은 시뮬레이션 및 10kVA급 프로토타입 하드웨어 장치를 통해 방법의 유효성을 검증하였다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : 제1 인버터
102 : 제2 인버터
200, 300 : 지그재그 변압기

Claims (6)

  1. 상기 양극 및 음극의 전원 소스와,
    상기 양극 및 음극의 전원 소스로부터 AC/DC 기반으로 변환하여 그리드 또는 부하로 출력하는 제1 및 제2 전력변환장치와,
    상기 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 그리드 또는 부하 사이에 연결되는 지그재그 변압기를 포함하고,
    상기 지그재그 변압기는 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 PCC(Point of Common Coupling)단에 접속되고, 상기 지그재그 변압기의 중성점이 상기 양극 및 음극의 전원소스의 중성점과 일치하도록 결선하는 것을 특징으로 하는 바이폴러 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전력변환장치는,
    2레벨 DC-AC 인버터, 3레벨 또는 그 이상의 멀티레벨 DC-AC 인버터 중의 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 바이폴러 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 전력변환장치는 DC-AC 인버터이고,
    제1 및 제2 인버터는 교류 PCC를 기준으로 병렬로 연결하고,
    병렬로 연결된 제1 및 제2 인버터의 상기 PCC단에 접속된 상기 지그재그 변압기는 교류 계통의 그리드 또는 부하에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 바이폴러 전력변환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 전력변환장치는 DC-AC 인버터이고,
    제1 및 제2 인버터는 교류 PCC를 기준으로 직렬로 연결하고,
    직렬로 연결된 제1 및 제2 인버터의 상기 PCC단에 접속된 상기 지그재그 변압기는 교류 계통의 그리드 또는 부하에 델타 또는 와이결선으로 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 바이폴러 전력변환장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 인버터의 구동을 위한 제어부는,
    DC 링크 전압 제어부와 직류단의 DC 옵셋(offset) 주입을 위한 직류단 전류 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이폴러 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지그재그 변압기와 상기 제1 및 제2 전력변환장치 사이에는 보호회로가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 바이폴러 전력변환장치.
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