KR20240048042A - Average current value transmitter of large-capacity parallel power converter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 전력변환모듈을 병렬로 연결하여 대용량으로 구성할 경우 순환전류를 억제하기 위한 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치를 개시한다.
개시된 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치는 전체 동작을 운영하고 관리하기 위한 에이치엠아이(HMI)와, 고전류 DC 배전을 위해 n개가 병렬로 연결되어 있으며, 교류전원을 입력받아 DC로 변환하여 백업 배터리를 충전시키면서 부하측으로 DC 전류를 공급할 수 있고, 순환전류를 제거하기 위해 평균 전류값을 수신하는 평균값 전류 수신부를 포함하는 n개의 전력변환모듈과, 상기 n개의 전력변환모듈에서 부하측으로 분배되는 전체 전류값을 감지하기 위한 토탈 소모전류 감지부와, 상기 에이치엠아이(HMI)를 통해 입력되는 설정 및 조작에 따라 제어명령을 각 전력변환모듈로 전달하고, 각 전력변환모듈의 동작상태를 전달받아 상기 에이치엠아이(HMI)로 전달하며, 상기 토탈 소모전류 감지부로부터 전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 각 전력변환모듈로 전달하여 순환전류를 제거하기 위한 전력변환 제어부를 포함한다. The present invention discloses a device for transmitting the average current value of a large-capacity parallel power conversion device for suppressing circulating current when a large number of power conversion modules are connected in parallel to configure a large capacity.
The average current value transmission device of the disclosed large-capacity parallel power converter is connected in parallel with HMI for operating and managing the entire operation, and n units are connected in parallel for high-current DC distribution. It receives AC power and converts it to DC. n power conversion modules that can supply DC current to the load while charging the backup battery and include an average value current receiving unit that receives the average current value to remove circulating current, and distributed from the n power conversion modules to the load. A total current consumption detection unit to detect the total current value, transmits control commands to each power conversion module according to the settings and operations input through the HMI, and receives the operating status of each power conversion module. It is transmitted to the HMI, and includes a power conversion control unit for removing the circulating current by receiving the total current value from the total current consumption detection unit, calculating the average current value, and then transmitting it to each power conversion module.
Description
본 발명은 교류전원을 입력받아 직류전원을 공급하는 전력변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 전력변환모듈을 병렬로 연결하여 대용량으로 구성할 경우 순환전류를 억제하기 위한 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device that receives AC power and supplies direct current power. More specifically, a large-capacity parallel power conversion device for suppressing circulating current when a large capacity is configured by connecting multiple power conversion modules in parallel. It relates to a device for transmitting average current values.
일반적으로, 전력 변환 장치는 전력을 변환하는 장치로서, AC-DC 컨버터, DC-DC 컨버터, 인버터 등을 이용한다. 이러한 전력 변환 장치는 하나의 컨버터나 인버터를 사용하여 구현될 수도 있지만, 대용량 시스템을 위하여 병렬로 연결된 복수의 컨버터 모듈이나 인버터 모듈들을 사용하여 구현될 수도 있다.Generally, a power conversion device is a device that converts power and uses an AC-DC converter, DC-DC converter, inverter, etc. This power conversion device may be implemented using a single converter or inverter, but may also be implemented using a plurality of converter modules or inverter modules connected in parallel for a large-capacity system.
특히, 최근 IT 기술의 급속한 발달로 인해 디지털 기기의 수요가 많아졌고 이에 따라 전력 효율을 고려한 DC 배전에 대한 요구가 증가하면서 모듈 방식의 DC 전력변환장치를 구성하기 위해서는 각 모듈간의 PWM 동기 및 출력 전압/전류의 안정화가 필수적으로 요구되고 있다.In particular, the demand for digital devices has increased due to the recent rapid development of IT technology, and as the demand for DC distribution considering power efficiency has increased accordingly, PWM synchronization and output voltage between each module are required to configure a modular DC power conversion device. / Stabilization of current is essential.
그런데 대용량 시스템을 구현하기 위해 병렬 구조의 DC 전력변환장치를 구현할 때 전력변환 모듈의 개수가 늘어날수록 전력변환 모듈 사이에 순환전류가 발생할 수 있다. 이러한 순환 전류는 전력변환장치의 전체 에너지 변환 효율을 감소시키고 출력 전류의 품질을 저하시킬 수 있다. However, when implementing a DC power conversion device with a parallel structure to implement a large capacity system, as the number of power conversion modules increases, circulating current may occur between power conversion modules. This circulating current can reduce the overall energy conversion efficiency of the power conversion device and deteriorate the quality of the output current.
따라서 대용량의 DC 전력변환장치를 구현하기 위해서는 순환전류를 제거하기 위한 기술적 고려가 요구된다.Therefore, in order to implement a large-capacity DC power conversion device, technical considerations to eliminate circulating current are required.
대한민국 특허청 등록특허공보에 등록번호 제10-1789913호(이하, 특허문헌 1이라 함)로 공고된 "순환 전류를 방지하는 전력 변환 장치 및 이의 구동 방법"은 순환 전류 제어부가 인버터의 3상 출력 전류들의 합산하여 순환 전류의 값을 계산하는 합산부 및 합산부의 출력에 따라 순환 전류를 억제하기 위한 보상 동작을 수행하여 보상값을 출력하는 보상 제어기를 포함하고, 보상 제어기의 출력은 인버터 제어기의 3상 출력들에 각기 동일하게 합하여지고, 동작 제어부는 인버터 제어부의 출력에 순환 전류 제어부의 출력을 합하여 스위치들의 듀티비를 조절하는 것이다.“Power conversion device for preventing circulating current and driving method thereof,” published as Registration No. 10-1789913 (hereinafter referred to as Patent Document 1) in the Korean Intellectual Property Office Registered Patent Gazette, has a circulating current control unit that controls the three-phase output current of the inverter. It includes a summing unit that calculates the value of the circulating current by summing the values, and a compensation controller that performs a compensation operation to suppress the circulating current according to the output of the summing unit and outputs a compensation value, and the output of the compensation controller is output from the three-phase inverter controller. The outputs are added equally, and the operation control unit adjusts the duty ratio of the switches by adding the output of the inverter control unit to the output of the circulating current control unit.
또한 대한민국 특허청 공개특허공보에 공개번호 제10-2020-0093996호(이하 특허문헌 2라 함)로 공개된 "전력 변환 장치 및 이에 있어서 순환 전류 저감 방법"은 제 1 스위치를 가지는 제 1 인버터, 상기 제 1 인버터와 병렬로 연결되며, 제 2 스위치를 가지는 제 2 인버터, 제 1 제어 신호를 이용하여 상기 제 1 스위치의 동작을 제어하는 제 1 제어부 및 제 2 제어 신호를 이용하여 상기 제 2 스위치의 동작을 제어하는 제 2 제어부를 포함하고, 상기 제어부들 중 적어도 하나가 지령 전압에 보상 전압을 추가하는 방법을 통하여 상기 제어 신호들을 동기화시켜 순환 전류를 저감시키는 것이다.In addition, "Power conversion device and method for reducing circulating current therein" published as Publication No. 10-2020-0093996 (hereinafter referred to as Patent Document 2) in the Korean Intellectual Property Office Publication Patent Publication includes a first inverter having a first switch, the above A second inverter connected in parallel with the first inverter and having a second switch, a first control unit that controls the operation of the first switch using a first control signal, and a second inverter that controls the operation of the second switch using a second control signal. It includes a second control unit that controls the operation, and at least one of the control units synchronizes the control signals by adding a compensation voltage to the command voltage to reduce the circulating current.
특허문헌들은 주로 인버터가 병렬로 연결된 전력변환 시스템에서 순환전류를 제거하기 위한 기술로서, 대용량의 DC 전력변환장치에 적용하기에는 적합하지 않는 문제점이 있다. 특히, 종래의 DC 전력변환장치에서 CAN 통신 방식으로 운용하는 시스템은 통신 지연 시간으로 인해 모듈 개수를 늘리는데 한계가 있어 대용량의 DC 전력변환장치를 구현하기 어려운 문제점이 있다.Patent documents are mainly about technology for removing circulating current in a power conversion system in which inverters are connected in parallel, but there is a problem that it is not suitable for application to large-capacity DC power conversion devices. In particular, systems operating using the CAN communication method in conventional DC power conversion devices have limitations in increasing the number of modules due to communication delay time, making it difficult to implement large-capacity DC power conversion devices.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대용량의 DC 전력변환장치를 구현하기 위해 다수개의 모듈을 구성할 때, 각 모듈의 출력 전압 오차로 기인되는 순환전류를 제거하기 위해 고속 평균 전류 전송 기술을 채택한 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치를 제공하는 것이다.The present invention was proposed to solve the above problems, and the problem that the present invention aims to solve is the problem caused by the output voltage error of each module when configuring multiple modules to implement a large-capacity DC power conversion device. The aim is to provide an average current value transmission device for a large-capacity parallel power converter that adopts high-speed average current transmission technology to eliminate circulating current.
본 발명의 실시예는 순환전류를 제거하기 위해 고속 평균 전류 전송 기술을 채택한 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치를 개시한다.An embodiment of the present invention discloses an average current value transmission device for a large-capacity parallel power converter that adopts high-speed average current transmission technology to eliminate circulating current.
개시된 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치는 전체 동작을 운영하고 관리하기 위한 에이치엠아이(HMI)와, 고전류 DC 배전을 위해 n개가 병렬로 연결되어 있으며, 교류전원을 입력받아 DC로 변환하여 백업 배터리를 충전시키면서 부하측으로 DC 전류를 공급할 수 있고, 순환전류를 제거하기 위해 평균 전류값을 수신하는 평균값 전류 수신부를 포함하는 n개의 전력변환모듈과, 상기 n개의 전력변환모듈에서 부하측으로 분배되는 전체 전류값을 감지하기 위한 토탈 소모전류 감지부와, 상기 에이치엠아이(HMI)를 통해 입력되는 설정 및 조작에 따라 제어명령을 각 전력변환모듈로 전달하고, 각 전력변환모듈의 동작상태를 전달받아 상기 에이치엠아이(HMI)로 전달하며, 상기 토탈 소모전류 감지부로부터 전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 각 전력변환모듈로 전달하여 순환전류를 제거하기 위한 전력변환 제어부를 포함한다. 상기 n은 1 이상의 정수이다.The average current value transmission device of the disclosed large-capacity parallel power converter is connected in parallel with HMI for operating and managing the entire operation, and n units are connected in parallel for high-current DC distribution. It receives AC power and converts it to DC. n power conversion modules that can supply DC current to the load while charging the backup battery and include an average value current receiving unit that receives the average current value to remove circulating current, and distributed from the n power conversion modules to the load. A total current consumption detection unit to detect the total current value, transmits control commands to each power conversion module according to the settings and operations input through the HMI, and receives the operating status of each power conversion module. It is transmitted to the HMI, and includes a power conversion control unit for removing the circulating current by receiving the total current value from the total current consumption detection unit, calculating the average current value, and then transmitting it to each power conversion module. The n is an integer of 1 or more.
상기 전력변환 제어부는 제1 전력변환 제어부와 제2 전력변환 제어부로 이중화되어 어느 하나가 액티브모드로 동작하면 다른 하나는 스탠바이모드로 동작하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.The power conversion control unit is dualized into a first power conversion control unit and a second power conversion control unit, and when one of the power conversion control units operates in an active mode, the other operates in a standby mode.
또한 상기 전력변환 제어부는 n개의 전력변환모듈에 평균 전류값을 고속으로 전송하기 위한 n개의 RS-422 드라이버와, n개의 전력변환모듈에 제어명령을 전달하고 전력변환모듈의 동작 상태 데이터를 수신하기 위한 n개의 RS-232 트랜시버와, 상기 토탈 소모전류 감지부로부터 전체 전류값을 전압 형태로 입력받아 디지털로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(ADC)와, 평균 전류값을 SPI 방식으로 전송하기 위해 하나의 CS, CLK, DATA를 n개의 CS, CLK, DATA로 분할하기 위한 1:N 팬아웃(FAN OUT) 버퍼와, 전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 이를 CS, CLK, DATA를 통해 상기 팬아웃 버퍼로 출력하여 RS-422 드라이버를 통해 n개의 전력변환모듈에 평균 전류값을 전송하는 평균 전류값 송신부와, 상기 에이치엠아이(HMI)를 통해 전달되는 설정이나 조작에 따라 제어명령을 생성하여 상기 RS-232 트랜시버를 통해 해당 전력변환모듈로 전달하고, 상기 RS-232 트랜시버를 통해 수신된 각 전력변환모듈의 모니터링 데이터를 상기 에이치엠아이(HMI)측으로 전달하는 운영부와, 이중화를 위한 이중화 중재로직을 포함하는 FPGA부로 구성된다.In addition, the power conversion control unit includes n RS-422 drivers for transmitting average current values to n power conversion modules at high speed, transmits control commands to n power conversion modules, and receives operation status data of the power conversion modules. n number of RS-232 transceivers, an analog-to-digital converter (ADC) to receive the total current value in voltage form from the total current consumption detection unit and convert it into digital, and an analog-to-digital converter (ADC) to transmit the average current value in SPI method. A 1:N fan out buffer to divide CS, CLK, and DATA into n numbers of CS, CLK, and DATA, and the total current value is input to calculate the average current value and then output it through CS, CLK, and DATA. An average current value transmitter that outputs to the fan-out buffer and transmits the average current value to n power conversion modules through an RS-422 driver, and generates control commands according to settings or operations transmitted through the HMI. An operation unit that transmits the monitoring data of each power conversion module received through the RS-232 transceiver to the HMI side and transmits it to the corresponding power conversion module through the RS-232 transceiver, and redundancy mediation for duplication It consists of an FPGA unit containing logic.
상기 평균 전류값 송신부는 오실레이터로부터 클럭을 입력받아 전체 시스템 동기를 맞추기 위한 동기 펄스 및 클럭을 생성하는 동기 제어부와, 전압으로 환산된 전체 전류값을 아날로그지티러변환기(ADC)로부터 16bits 병렬 데이터 형태로 입력받아 16bits 병렬 데이터를 저장하는 입력 버퍼와, 상기 입력 버퍼에 저장된 16bits 데이터를 전체 전력변환장치 모듈 개수로 나누어 평균 전류값을 산출하는 평균 연산기와, 산출된 평균 전류값의 16bits 병렬 데이터를 시리얼로 변환하기 위한 쉬프트 레지스터와, 시리얼로 변환된 평균 전류값 데이터를 전체 시스템 동기에 맞추어 SPI 인터페이스 방식으로 전송하기 위한 SPI 전송부로 구성된다.The average current value transmitting unit receives a clock from an oscillator and generates a synchronization pulse and clock to synchronize the entire system, and converts the total current value converted into voltage into 16-bit parallel data from an analog digital data converter (ADC). An input buffer that receives input and stores 16 bits of parallel data, an average operator that calculates an average current value by dividing the 16 bits of data stored in the input buffer by the total number of power conversion device modules, and 16 bits of parallel data of the calculated average current value into serial It consists of a shift register for conversion and an SPI transmission unit to transmit the average current value data converted to serial through the SPI interface in synchronization with the entire system.
상기 평균 전류값 수신부는 수신된 직렬 SPI 데이터를 16bits 병렬로 변환하기 위한 직병렬 변환기와, 입출력 타이밍을 조율하는 비동기 버퍼인 입출력 버퍼와, 상기 입출력 버퍼의 병렬 데이터를 SPI 직렬 데이터로 변환하여 해당 전력변환모듈의 메인 프로세서(DSP)가 SPI 인터페이스를 통해 읽어가게 하기 위한 SPI 슬레이브(Slave)로 구성된 것이다.The average current value receiving unit includes a serial-to-parallel converter for converting the received serial SPI data into 16 bits parallel, an input/output buffer, which is an asynchronous buffer for adjusting input/output timing, and converts the parallel data of the input/output buffer into SPI serial data to provide corresponding power. It is composed of an SPI slave to allow the main processor (DSP) of the conversion module to read through the SPI interface.
본 발명의 실시예에 따르면, DC 전력변환장치에서 CAN 통신 방식을 RS 422이나 RS-232 통신방식으로 변환하여 통신 지연 시간을 줄이고, 전체 소모전류에서 평균전류값을 연산한 후 각 전력변환모듈을 평균전류값으로 신속하게 제어하여 대용량을 위해 전력변환모듈의 개수를 크게 늘리면서도 순환전류를 억제할 수 있는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, the DC power conversion device converts the CAN communication method to RS 422 or RS-232 communication method to reduce communication delay time, calculates the average current value from the total current consumption, and then converts each power conversion module. It has the advantage of quickly controlling the average current value to suppress circulating current while greatly increasing the number of power conversion modules for large capacity.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따라 30KW 급 모듈 32개를 병렬로 연결하여 1MW급 전력변환장치를 구현할 경우, 각 전력변환모듈은 대략 10㎲ 이내의 실시간으로 평균 전류값을 수신하여 출력을 제어함으로써 순환전류를 억제할 수 있다. For example, when implementing a 1MW power conversion device by connecting 32 30KW modules in parallel according to an embodiment of the present invention, each power conversion module controls the output by receiving the average current value in real time within approximately 10㎲. Circulating current can be suppressed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 DC 전력변환장치의 전체 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 평균 전류값을 전송하기 위한 전송선로의 예를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 송신부의 구성 블럭도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 전송 타이밍 차트를 도시한 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 수신부의 세부 구성 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중화 중재부를 도시한 구성 블럭도이다.1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a large-capacity DC power conversion device according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a transmission line for transmitting an average current value according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a block diagram of the average current value transmitting unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram showing an average current value transmission timing chart according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a detailed block diagram of the average current value receiving unit according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a block diagram showing the duplication mediation unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. The technical problems achieved by the present invention and its implementation will become clearer through preferred embodiments of the present invention described below. The following examples are merely illustrative for illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 DC 전력변환장치의 전체 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 평균 전류값을 전송하기 위한 전송선로의 예를 도시한 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a large-capacity DC power conversion device according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a transmission line for transmitting an average current value according to an embodiment of the present invention. .
본 발명의 실시예에 따른 대용량 DC 전력변환장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 장치의 동작상태를 모니터링하고 운영 및 관리하기 HMI(10)와, 전력변환 제어부(20), n개의 전력변환모듈(30), 토탈 소모전류 감지부(40)로 구성되어 부하에 고전류 DC 배전을 가능하게 하고 있다.As shown in FIG. 1, the large-capacity DC power conversion device according to an embodiment of the present invention includes an HMI (10), a power conversion control unit (20), and n power conversion modules to monitor, operate, and manage the operating state of the device. (30) and a total current consumption detection unit (40), enabling high current DC distribution to the load.
도 1을 참조하면, 전력변환모듈(30)은 부하측으로 고전류 DC 배전을 위해 n개가 병렬로 연결되어 있으며, 교류전원을 입력받아 DC로 변환하여 백업 배터리를 충전시키면서 부착측으로 전류를 공급할 수 있고, 본 발명의 실시예에서는 나중에 자세히 설명하는 바와 같이 순환전류를 제거하기 위해 평균 전류값을 수신하는 평균값 전류 수신부와 전력변환을 처리하기 위한 전력변환모듈 프로세서 등을 포함하고 있다. Referring to FIG. 1, n power conversion modules 30 are connected in parallel for high-current DC distribution on the load side, and can receive AC power and convert it to DC to supply current to the attachment side while charging the backup battery. As will be described in detail later, the embodiment of the present invention includes an average current receiver that receives the average current value to remove circulating current, and a power conversion module processor to process power conversion.
전력변환 제어부(20)는 HMI를 통해 입력되는 설정 및 조작에 따라 제어명령을 각 전력변환모듈(30)로 전달하고, 전력변환모듈(30)의 동작상태를 전달받아 HMI로 전달하며, 본 발명의 실시예에 따라 전체 전류값을 입력받아 평균전류값을 산출한 후 각 전력변환모듈(30)로 전달하여 순환전류를 제거하는 역할을 한다. 이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전력변환 제어부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전력변환 제어부(20A)와 제2 전력변환 제어부(20B)로 이중화되어 어느 하나가 액티브모드로 동작하면 다른 하나는 스탠바이모드로 동작하도록 되어 있다.The power conversion control unit 20 transmits control commands to each power conversion module 30 according to the settings and operations input through the HMI, receives the operating status of the power conversion module 30 and transmits it to the HMI, and the present invention According to the embodiment, the total current value is input, the average current value is calculated, and then transmitted to each power conversion module 30 to remove the circulating current. To this end, the power conversion control unit 20 according to an embodiment of the present invention is dualized into a first power conversion control unit 20A and a second power conversion control unit 20B, as shown in FIG. 1, so that either one is in active mode. When it operates, the other one operates in standby mode.
또한 전력변환 제어부(20)와 전력변환모듈(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, n개의 RS-422 전송기(22-1~22-n)가 n개의 RS-422 수신기(31-1)와 케이블로 각각 연결되어 전력변환 제어부(20)가 산출한 평균전류값을 RS-422 통신선로를 이용하여 SPI 인터페이스 방식으로 전력변환모듈(30)로 전송할 수 있도록 되어 있다. 이를 위해 전력변환 제어부(20)는 평균전류값 송신부(21a)가 평균 전류값을 SPI(Serial Peripheral Interface)방식으로 변환하여 하나의 CS, CLK, DATA로 출력하고, 1:N FAN OUT 버퍼(25)가 이를 n개의 CS, CLK, DATA로 분할하여 n개의 RS-422 선로를 통해 n개의 전력변환모듈(30-1~30-n)로 전송한다.In addition, as shown in FIG. 2, the power conversion control unit 20 and the power conversion module 30 have n RS-422 transmitters (22-1 to 22-n) connected to n RS-422 receivers (31-1). and cables respectively, so that the average current value calculated by the power conversion control unit 20 can be transmitted to the power conversion module 30 using the SPI interface method using an RS-422 communication line. For this purpose, the power conversion control unit 20 converts the average current value to the SPI (Serial Peripheral Interface) method and outputs it as one CS, CLK, and DATA, and the 1:N FAN OUT buffer (25) ) divides it into n CS, CLK, and DATA and transmits it to n power conversion modules (30-1~30-n) through n RS-422 lines.
또한 각 전력변환 제어부(20A,20B)는 n개의 전력변환모듈(30)에 평균전류값을 고속으로 전송하기 위한 n개의 RS-422 드라이버(22)와, n개의 전력변환모듈(30)에 제어명령을 전달하고 전력변환모듈(30)의 동작 상태 데이터 등을 수신하기 위한 n개의 RS-232 트랜시버(23), 토탈 소모전류 감지부(40)로부터 전체 전류값을 입력받아 디지털로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(ADC;24), 전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 RS-422 드라이버(22)를 통해 n개의 전력변환모듈(30)에 평균전류값을 전송하며 HMI를 통해 전달되는 지시나 조작에 따라 제어명령을 생성하여 RS-232 트랜시버를 통해 해당 전력변환모듈로 전달하고 S232 트랜시버를 통해 수신된 각 전력변환모듈의 모니터링 데이터를 HMI측으로 전달하는 FPGA부(21)로 구성된다. In addition, each power conversion control unit (20A, 20B) controls n RS-422 drivers 22 to transmit average current values to n power conversion modules 30 at high speed, and n power conversion modules 30. n number of RS-232 transceivers (23) for transmitting commands and receiving operation status data of the power conversion module (30), and analog for receiving the total current value from the total current consumption detection unit (40) and converting it to digital. Digital converter (ADC; 24) receives the total current value, calculates the average current value, and then transmits the average current value to n power conversion modules (30) through the RS-422 driver (22) and transmits the average current value through the HMI. It consists of an FPGA unit (21) that generates control commands according to instructions or operations and transmits them to the corresponding power conversion module through the RS-232 transceiver, and transmits the monitoring data of each power conversion module received through the S232 transceiver to the HMI.
여기서, 아날로그 디지털 변환기(ADC;24)는 전압으로 환산된 전체 전류값을 입력받아 16bits 병렬 데이터로 출력하고, FPGA부(21)는 전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 이를 CS, CLK, DATA를 통해 팬아웃 버퍼(25)로 출력하여 RS-422 드라이버(22)를 통해 n개의 전력변환모듈(30)에 평균 전류값을 전송하는 평균 전류값 송신부(21a)와, 에이치엠아이(HMI)를 통해 전달되는 설정이나 조작에 따라 제어명령을 생성하여 RS-232 트랜시버(23)를 통해 해당 전력변환모듈(30)로 전달하고, RS-232 트랜시버(23)를 통해 수신된 각 전력변환모듈(30)의 모니터링 데이터를 에이치엠아이(HMI)측으로 전달하는 컨트롤 로직(21b)과, 이중화를 위한 이중화 중재로직(21c)으로 구성된다. 본 발명의 실시예에서 RS-422 드라이버(22)는 도 2에서 RS-422 전송기(22-1~22-n)와 RS-422 수신기(31-1~31-n)로 구현될 수 있다.Here, the analog-to-digital converter (ADC) 24 receives the total current value converted to voltage and outputs it as 16-bit parallel data, and the FPGA unit 21 receives the total current value, calculates the average current value, and converts it to CS, An average current value transmitter 21a that outputs the average current value to the fan-out buffer 25 through CLK and DATA and transmits the average current value to the n power conversion modules 30 through the RS-422 driver 22, and HMI ( Control commands are generated according to the settings or operations transmitted through the HMI and transmitted to the corresponding power conversion module 30 through the RS-232 transceiver 23, and each power conversion received through the RS-232 transceiver 23 It consists of a control logic (21b) that transmits the monitoring data of the module 30 to the HMI side, and a redundancy mediation logic (21c) for redundancy. In an embodiment of the present invention, the RS-422 driver 22 may be implemented as an RS-422 transmitter (22-1 to 22-n) and an RS-422 receiver (31-1 to 31-n) in FIG. 2.
토탈 소모전류 감지부(40)는 n개의 전력변환모듈(30)에서 부하측으로 분배되는 전체 전류값을 감지하여 전압 형태로 전력변환 제어부(20)의 아날로그 디지털 변환기(24)로 제공한다.The total current consumption detection unit 40 detects the total current value distributed from the n power conversion modules 30 to the load side and provides it in the form of voltage to the analog-to-digital converter 24 of the power conversion control unit 20.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 송신부의 구성 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 전송 타이밍 차트를 도시한 개략도이다.Figure 3 is a block diagram of the average current value transmission unit according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a schematic diagram showing an average current value transmission timing chart according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따라 FPGA로 구현된 평균 전류값 송신부(21a)는 도 3에 도시된 바와 같이, 오실레이터(26)로부터 클럭을 입력 받아 전체 시스템 동기를 맞추기 위한 동기 펄스 및 클럭을 생성하는 동기 제어부(211)와, 전압으로 환산된 전체 전류값을 ADC(24)로부터 16bits 병렬 데이터 형태로 입력받아 16bits 병렬 데이터를 저장하는 입력 버퍼(212)와, 입력 버퍼(212)에 저장된 16bits 데이터를 전체 전력변환장치 모듈 개수(n)로 나누어 평균 전류값을 산출하는 평균 연산기(213)와, 산출된 평균 전류값의 16bits 병렬 데이터를 시리얼로 변환하기 위한 쉬프트 레지스터(214)와, 시리얼로 변환된 평균 전류값 데이터를 전체 시스템 동기를 맞추어 SPI 인터페이스 방식으로 전송하기 위한 SPI 전송부(215)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the average current value transmitter 21a implemented as an FPGA according to an embodiment of the present invention receives a clock from the oscillator 26 and generates synchronization pulses and clocks to synchronize the entire system. The control unit 211 and the entire current value converted to voltage are input from the ADC 24 in the form of 16-bit parallel data, and the input buffer 212 stores the 16-bit parallel data, and the entire 16-bit data stored in the input buffer 212 is input as 16-bit parallel data from the ADC 24. An average operator 213 for calculating the average current value by dividing it by the number of power conversion device modules (n), a shift register 214 for converting the 16-bit parallel data of the calculated average current value into serial, and the average converted into serial It consists of an SPI transmission unit 215 to transmit current value data through the SPI interface in synchronization with the entire system.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 오실레이터(26)는 10MHz의 클럭을 생성하고, SPI 전송부(215)는 도 4에 도시된 바와 같이, 3.2us 주기로 평균 전류값을 생성하여 N개의 전력변환모듈(30-1~30-n)에 동시에 전송한다. 도 4에서 (a)의 SYNC는 1 Cycle이 3.2us인 전송 동기 신호(SYNC)를 나타내고, (b)는 N번째 고속 ADC 데이터를 Read하고 평균을 연산하는 타이밍을 나타내며, (c)는 (b) 타이밍을 거쳐 산출된 N-1 번째 평균 전류의 전송 타이밍을 나타낸다. 또한 도 4의 (d)에서 CS는 유효 데이터 구간을 인식하기 위한 신호이고, (e)의 DATA는 16bits 평균 전류 데이터를 나타내며, (f)의 CLK는 5MHz의 클럭을 나타낸다. Referring to FIG. 3, in the embodiment of the present invention, the oscillator 26 generates a clock of 10MHz, and the SPI transmitter 215 generates an average current value at a period of 3.2us, as shown in FIG. 4, to N It is transmitted simultaneously to the power conversion module (30-1~30-n). In Figure 4, SYNC in (a) represents a transmission synchronization signal (SYNC) whose 1 cycle is 3.2us, (b) represents the timing for reading the Nth high-speed ADC data and calculating the average, and (c) represents (b). ) Indicates the transmission timing of the N-1th average current calculated through timing. In addition, in (d) of Figure 4, CS is a signal for recognizing a valid data section, DATA in (e) represents 16 bits average current data, and CLK in (f) represents a clock of 5 MHz.
도 4를 참조하면, 현재 전송동기신호(SYNC)에 맞추어 새로운 N번째 고속 ADC 데이터를 리드한 후 평균 전류값을 산출함과 동시에 이전 전송동기신호를 통해 산출된 이전(N-1번째) 평균 전류 값 데이터(DATA)를 CS신호가 로우가 되면 클럭신호(CLK)에 따라 전송하는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 고속으로 평균 전류값 데이터를 전송할 수 있다.Referring to FIG. 4, the average current value is calculated after reading the new Nth high-speed ADC data in accordance with the current transmission synchronization signal (SYNC), and at the same time, the previous (N-1st) average current calculated through the previous transmission synchronization signal. It can be seen that value data (DATA) is transmitted according to the clock signal (CLK) when the CS signal goes low. Therefore, according to an embodiment of the present invention, average current value data can be transmitted at high speed.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 수신부의 세부 구성 블럭도이다.Figure 5 is a detailed block diagram of the average current value receiving unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 평균 전류값 수신부(32)는 각 전력변환모듈(30)에 구현되어 전력변환 제어부(20)의 평균 전류값 송신부(21a)가 송신한 평균 전류 데이터를 SPI 방식으로 수신한다.The average current value receiving unit 32 according to an embodiment of the present invention is implemented in each power conversion module 30 and receives the average current data transmitted by the average current value transmitting unit 21a of the power conversion control unit 20 in SPI method. do.
이를 위해 평균 전류값 수신부(32)는 도 5에 도시된 바와 같이 직렬의 SPI 데이터를 16bits 병렬로 변환하기 위한 직병렬 변환기(321)와, 입출력 타이밍을 조율하는 비동기 버퍼인 입출력 버퍼(322)와, 전력변환모듈의 메인 프로세서(DSP;33)가 SPI 인터페이스를 통해 평균 전류값 데이터를 읽어가게 하기 위해 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 SPI 슬레이브(Slave;323)로 구성된다.To this end, as shown in FIG. 5, the average current value receiver 32 includes a serial-to-parallel converter 321 for converting serial SPI data into 16 bits parallel, an input/output buffer 322, which is an asynchronous buffer for adjusting input/output timing, and , It consists of an SPI slave (Slave; 323) that converts parallel data into serial data so that the main processor (DSP; 33) of the power conversion module reads the average current value data through the SPI interface.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중화 중재 로직을 도시한 구성 블럭도이다.Figure 6 is a block diagram showing the duplication arbitration logic according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서는 시스템의 신뢰성을 위해 전력변환 제어부(20)가 서로 동일한 구성의 제1 전력변환 제어부(20A)와 제2 전력변환 제어부(20B)로 이중화되어 ACTIVE/STAND-BY 구조로 동작하고, 이를 위해 액티브/스탠바이 중재로직(216)은 자신의 상태(Watch dog, ADC, RS-232, RS485 등)와 이중화된 상대 전력변환 제어부의 상태(Watch dog, ADC, RS-232, RS485 등)를 모니터하여 자신의 ACT/STBY 상태를 결정한다. 이를 위해 이중화 중재로직은 FPGA부에 구현되어 있다.In an embodiment of the present invention, for system reliability, the power conversion control unit 20 is dualized into a first power conversion control unit 20A and a second power conversion control unit 20B of the same configuration and operates in an ACTIVE/STAND-BY structure. And for this, the active/standby mediation logic 216 determines its own state (Watch dog, ADC, RS-232, RS485, etc.) and the state of the duplicated partner power conversion control unit (Watch dog, ADC, RS-232, RS485, etc.). ) to determine your ACT/STBY status. For this purpose, redundant arbitration logic is implemented in the FPGA unit.
도 6을 참조하면, 와치독 감시부(217-1)는 와아치독 기능에 의해 동작상태를 감시하고, ADC 상태 감시부(217-2)는 ADC 상태를 모니터하며, 전력변환모듈 통신감시부(217-3)는 전력변환모듈의 통신기능을 감시한다. HMI 통신감시부(217-4)는 RS-485 방식의 HMI 통신을 모니터링하고, HMI 지령 감시부(217-5)는 HMI 지령을 모니터링하며, 상대 제어부 알람 감시부(217-6)는 상대 전력변환 제어부의 알람상태를 모니터링하고, 상대 제어부 액티브 상태 감시부(217-7)는 상대 전력변환 제어부가 액티브 상태인지를 모니터링한다.Referring to FIG. 6, the watchdog monitoring unit 217-1 monitors the operating state by the watchdog function, the ADC status monitoring unit 217-2 monitors the ADC status, and the power conversion module communication monitoring unit ( 217-3) monitors the communication function of the power conversion module. The HMI communication monitoring unit (217-4) monitors HMI communication in the RS-485 method, the HMI command monitoring unit (217-5) monitors the HMI command, and the relative control unit alarm monitoring unit (217-6) monitors the relative power The alarm state of the conversion control unit is monitored, and the counterpart control unit active state monitoring unit 217-7 monitors whether the counterpart power conversion control unit is in an active state.
이와 같은 이중화 중재 로직에 의해 RS-422 Driver(422)의 평균 전류값 물리적 전송신호는 스탠바이(STBY)측에서 출력이 디스에이블(disable)되어 액티브(ACT)측의 신호만 전력변환모듈(30)로 전달된다. 또한 RS-232 Tranceiver(23)는 전력변환모듈로부터의 수신은 ACT/STBY 모두 수신하고, 송신은 ACT만 송신하며, 아날로그디지털변환기(ADC;24)는 ACT/STBY 모두 수신하여 실시간으로 전체 소모전류 측정과 평균전류연산을 수행한다. HMI와 제어부 사이의 통신은 RS485를 통해 ACT/STBY가 모두 실시간으로 상태 정보를 송수신한다.Due to this dual mediation logic, the average current value physical transmission signal of the RS-422 Driver (422) is disabled on the standby (STBY) side, and only the signal on the active (ACT) side is transmitted to the power conversion module (30). is passed on. In addition, the RS-232 Tranceiver (23) receives both ACT/STBY when receiving from the power conversion module, and only transmits ACT when transmitting, and the analog-to-digital converter (ADC; 24) receives both ACT/STBY and calculates the total current consumption in real time. Performs measurements and average current calculations. For communication between the HMI and the control unit, ACT/STBY both transmit and receive status information in real time through RS485.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. In the above, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.
10: HMI
20,20A,20B: 전력변환 제어부
21: FPGA부
21a: 평균전류값 송신부
21b: 컨트롤 로직
21c: 이중화 중재로직
22,22-1~22-n: RS-422 드라이버
23,23-1~23-n: RS-232 트랜시버
24: ADC
30,30-1~30-n: 전력변환모듈
40: 토탈 소모전류 감지부10: HMI 20,20A,20B: Power conversion control unit
21: FPGA unit 21a: average current value transmission unit
21b: Control logic 21c: Redundancy arbitration logic
22,22-1~22-n: RS-422 driver 23,23-1~23-n: RS-232 transceiver
24: ADC 30,30-1~30-n: Power conversion module
40: Total current consumption detection unit
Claims (5)
고전류 DC 배전을 위해 n개가 병렬로 연결되어 있으며, 교류전원을 입력받아 DC로 변환하여 백업 배터리를 충전시키면서 부하측으로 DC 전류를 공급할 수 있고, 순환전류를 제거하기 위해 평균 전류값을 수신하는 평균값 전류 수신부를 포함하는 n개의 전력변환모듈;
상기 n개의 전력변환모듈에서 부하측으로 분배되는 전체 전류값을 감지하기 위한 토탈 소모전류 감지부; 및
상기 에이치엠아이(HMI)를 통해 입력되는 설정 및 조작에 따라 제어명령을 각 전력변환모듈로 전달하고, 각 전력변환모듈의 동작상태를 전달받아 상기 에이치엠아이(HMI)로 전달하며, 상기 토탈 소모전류 감지부로부터 전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 각 전력변환모듈로 전달하여 순환전류를 제거하기 위한 전력변환 제어부를 포함하는 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치.HMI to operate and manage the entire operation;
n units are connected in parallel for high-current DC power distribution, and AC power is input and converted to DC to charge the backup battery while supplying DC current to the load. Average current value is received to remove circulating current. n power conversion modules including a receiving unit;
a total current consumption detection unit for detecting the total current value distributed from the n power conversion modules to the load; and
Control commands are transmitted to each power conversion module according to the settings and operations input through the HMI, the operating status of each power conversion module is received and transmitted to the HMI, and the total current consumption is An average current value transmission device for a large-capacity parallel power conversion device that receives the total current value from the sensing unit, calculates the average current value, and then transmits the average current value to each power conversion module to remove circulating current.
제1 전력변환 제어부와 제2 전력변환 제어부로 이중화되어 어느 하나가 액티브모드로 동작하면 다른 하나는 스탠바이모드로 동작하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치.The method of claim 1, wherein the power conversion control unit
An average current value transmission device for a large-capacity parallel power conversion device, characterized in that it is dualized into a first power conversion control unit and a second power conversion control unit, and when one operates in an active mode, the other operates in a standby mode.
n개의 전력변환모듈에 평균 전류값을 고속으로 전송하기 위한 n개의 RS-422 드라이버와,
n개의 전력변환모듈에 제어명령을 전달하고 전력변환모듈의 동작 상태 데이터를 수신하기 위한 n개의 RS-232 트랜시버와,
상기 토탈 소모전류 감지부로부터 전체 전류값을 전압 형태로 입력받아 디지털로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(ADC)와,
평균 전류값을 SPI 방식으로 전송하기 위해 하나의 CS, CLK, DATA를 n개의 CS, CLK, DATA로 분할하기 위한 1:N 팬아웃(FAN OUT) 버퍼와,
전체 전류값을 입력받아 평균 전류값을 산출한 후 이를 CS, CLK, DATA를 통해 상기 팬아웃 버퍼로 출력하여 RS-422 드라이버를 통해 n개의 전력변환모듈에 평균 전류값을 전송하는 평균 전류값 송신부와, 상기 에이치엠아이(HMI)를 통해 전달되는 설정이나 조작에 따라 제어명령을 생성하여 상기 RS-232 트랜시버를 통해 해당 전력변환모듈로 전달하고, 상기 RS-232 트랜시버를 통해 수신된 각 전력변환모듈의 모니터링 데이터를 상기 에이치엠아이(HMI)측으로 전달하는 컨트롤 로직과, 이중화를 위한 이중화 중재로직을 포함하는 FPGA부로 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치.The method of claim 1 or 2, wherein the power conversion control unit
n RS-422 drivers to transmit average current values to n power conversion modules at high speed,
n RS-232 transceivers for transmitting control commands to n power conversion modules and receiving operation status data of the power conversion modules;
An analog-to-digital converter (ADC) for receiving the total current value in voltage form from the total current consumption detection unit and converting it into digital,
A 1:N fan-out buffer to divide one CS, CLK, and DATA into n CS, CLK, and DATA to transmit the average current value in SPI method,
An average current value transmission unit that receives the total current value, calculates the average current value, outputs it to the fan-out buffer through CS, CLK, and DATA, and transmits the average current value to n power conversion modules through the RS-422 driver. Wow, control commands are generated according to the settings or operations transmitted through the HMI and transmitted to the corresponding power conversion module through the RS-232 transceiver, and each power conversion module received through the RS-232 transceiver A device for transmitting the average current value of a large-capacity parallel power converter, characterized in that it consists of a control logic that transmits monitoring data to the HMI side and an FPGA unit including a duplex mediation logic for duplication.
오실레이터로부터 클럭을 입력받아 전체 시스템 동기를 맞추기 위한 동기 펄스 및 클럭을 생성하는 동기 제어부와,
전압으로 환산된 전체 전류값을 아날로그지티러변환기(ADC)로부터 16bits 병렬 데이터 형태로 입력받아 16bits 병렬 데이터를 저장하는 입력 버퍼와,
상기 입력 버퍼에 저장된 16bits 데이터를 전체 전력변환장치 모듈 개수로 나누어 평균 전류값을 산출하는 평균 연산기와,
산출된 평균 전류값의 16bits 병렬 데이터를 시리얼로 변환하기 위한 쉬프트 레지스터와,
시리얼로 변환된 평균 전류값 데이터를 전체 시스템 동기에 맞추어 SPI 인터페이스 방식으로 전송하기 위한 SPI 전송부로 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치.The method of claim 3, wherein the average current value transmitting unit
A synchronization control unit that receives a clock input from an oscillator and generates synchronization pulses and clocks to synchronize the entire system,
An input buffer that receives the total current value converted to voltage in the form of 16-bit parallel data from an analog-to-digital converter (ADC) and stores the 16-bit parallel data,
An average calculator that calculates the average current value by dividing the 16-bit data stored in the input buffer by the total number of power conversion device modules;
A shift register for converting 16 bits of parallel data of the calculated average current value into serial,
An average current value transmission device for a large-capacity parallel power converter, characterized in that it consists of an SPI transmission unit for transmitting the average current value data converted to serial through an SPI interface in synchronization with the entire system.
수신된 직렬 SPI 데이터를 16bits 병렬로 변환하기 위한 직병렬 변환기와,
입출력 타이밍을 조율하는 비동기 버퍼인 입출력 버퍼와,
상기 입출력 버퍼의 병렬 데이터를 SPI 직렬 데이터로 변환하여 해당 전력변환모듈의 메인 프로세서(DSP)가 SPI 인터페이스를 통해 읽어가게 하기 위한 SPI 슬레이브(Slave)로 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 병렬 전력변환장치의 평균 전류값 전송장치.The method of claim 1, wherein the average current value receiving unit
A serial-to-parallel converter for converting the received serial SPI data into 16bits parallel,
An input/output buffer, which is an asynchronous buffer that adjusts input/output timing,
The average of a large-capacity parallel power conversion device, characterized in that it is composed of an SPI slave for converting the parallel data of the input/output buffer into SPI serial data and allowing the main processor (DSP) of the corresponding power conversion module to read it through the SPI interface. Current value transmission device.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220126305A KR102669654B1 (en) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | Average current value transmitter of large-capacity parallel power converter |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020220126305A KR102669654B1 (en) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | Average current value transmitter of large-capacity parallel power converter |
Publications (2)
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