WO2014104835A1 - 이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기 - Google Patents

이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기 Download PDF

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WO2014104835A1
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power
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control signal
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김준성
최종윤
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Hyosung Corp
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Hyosung Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between AC networks via high-voltage DC [HVDC] links; Arrangements for transfer of electric power between generators and networks via HVDC links
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the present invention relates to a redundancy controller, and in particular, when a power supply is turned on / off in a redundancy controller for controlling a power grid-connected system, the control unit outputs a normal control signal to the system by checking the state of the power supply and the operation state of the controller.
  • the present invention relates to a control signal output method of a redundant controller and a redundant controller for suppressing occurrence of an abnormal signal in an off region and a transient region of a power supply and preventing a malfunction of a system.
  • a grid-connected inverter converts direct current power generated from a solar cell module into alternating current power in a solar power generation system, thereby eliminating the need for a storage battery.
  • Such grid-connected systems include, for example, high voltage direct current (HVDC) systems, static synchronous compensator (STATCOM) systems, and power conversion systems (PCS), as well as inverters.
  • HVDC high voltage direct current
  • STATCOM static synchronous compensator
  • PCS power conversion systems
  • Reactive power compensator using inverter technology uses a pulse width modulation (PWM) method and a multi-level pulse (Multi Level Pulse) method.
  • PWM pulse width modulation
  • Multi Level Pulse Multi Level Pulse
  • the controller for controlling these various grid-connected systems was a single controller, and the whole system was separated from the grid to protect the system from damage in the event of a failure of the controller.
  • a redundant controller has recently been proposed to solve this problem due to the nature of grid-connected systems requiring high availability.
  • the redundant controller has the advantage that stable operation is possible without interruption of the system because one controller fails or the system can be operated by another controller during maintenance.
  • the conventional controller is operated as a single unit, power is turned on / off of the controller when the system is OFF (disconnected from the system), so there is no effect in terms of the entire system, but the system through the redundant controller If the controller is powered on / off in the normal operation state in connection with, the unintended control signal can be applied to the grid-connected system in operation in the transient area 12 as described above. There is a problem that can be caused.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, the redundant controller for controlling the power grid-connected system to monitor the status area of the power supply to output a control signal only in the normal region of the It is an object to provide a control signal output method and a redundant controller thereof.
  • the present invention also provides a control signal output method of a redundancy controller that detects the state area information of the power supply and the state information of the controller when the power is turned on in the redundancy controller and outputs a control signal only when the two informations are normal. It is another object to provide a redundant controller to implement.
  • a redundant controller for controlling a power grid-connected system, operating the system by outputting a control signal at a first controller; Monitoring a state area of the power applied to the second controller when power is supplied to the second controller; Monitoring an operating state of the second controller; And outputting, by the second controller, a preset control signal to the system when it is determined that the state region of the applied power is the normal region and the operation state is normal.
  • the state region of the power source is an off region before the second controller operates as a first range in which power of the second controller is preset in the process of applying power to the second controller;
  • Power supply is a second range in which the second controller is abnormally operated due to occurrence of an abnormal signal as a preset second range, and a normal area in which the second controller is normally operated in a third range in which the power of the second controller is preset.
  • the output of the control signal is blocked.
  • a redundant controller for controlling a power grid-connected system, operating the system by outputting a control signal at a first controller; Monitoring whether the state area of the power source is an off region or a transient region in the second controller when the power is turned on / off by the second controller; And blocking the output of the control signal from the second controller to the system if the state region of the power supply is an off region or a transient region.
  • a redundant controller for controlling a power grid-connected system comprising: a power monitoring unit for monitoring a state region of an input power source; An operation monitoring unit for monitoring an operation state of the controller; An output unit for outputting a signal to the system; And a controller configured to output a control signal to the system through the output unit when the state region of the power monitored by the power monitoring unit is a normal region and the operation state of the controller monitored by the operation monitoring unit is normal.
  • the state region of the power source is an off region before the second controller operates as a first range in which power of the second controller is preset in the process of applying power to the second controller;
  • Power supply is a second range in which the second controller is abnormally operated due to occurrence of an abnormal signal as a preset second range, and a normal area in which the second controller is normally operated in a third range in which the power of the second controller is preset.
  • control unit blocks the output of the control signal to the system if the state region of the power monitored by the power monitoring unit is an off region or a transient region or the operation state of the controller monitored by the operation monitoring unit is abnormal.
  • control signal output method of the redundancy controller and the redundancy controller according to the present invention as described above have the following effects.
  • the redundant controller for the control of the grid-connected system to turn off the power (OFF) for the failure recovery or maintenance of either controller, or to turn on the power (ON) again after the failure recovery or maintenance is completed.
  • OFF the power
  • ON the power again after the failure recovery or maintenance is completed.
  • unintended signal does not occur in the transient area of power supply, so the system can be controlled stably.
  • the controller checks the power and the status information of the controller so that the controller outputs an output signal to the system only when the two status information is in a normal state. It has the effect of preventing the accident and system accident.
  • 1 is a control signal characteristic graph according to the power on / off of the controller in the prior art.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a grid-connected system equipped with a redundant controller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a redundancy controller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a characteristic graph of a control signal according to power on / off of a redundant controller in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control signal output method in a redundant controller according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the grid-connected system may be, for example, an inverter, a high voltage direct current (HVDC) system, a reactive power compensator (STATCOM) system, or a power conversion system (PCS), but the present invention is not limited thereto.
  • the grid-connected system including the redundancy controller 110 according to the embodiment of the present invention includes a first controller 110a and a second controller 110b. These first controller 110a and the second controller 110b are substantially the same controller.
  • various information sharing is performed by interworking between the first and second controllers 110a and 110b. Through this information sharing, either one acts as a main controller and is preferably set to operate the system at all times, and the other acts as an auxiliary controller, and is preferably urgently applied in case of failure or maintenance of the main controller.
  • the power that was applied by the controller for the failure or maintenance is turned off after the other controller normally controls the system.
  • the power is turned on again to allow normal system control.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a redundancy controller according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a characteristic graph of a control signal according to power on / off of a redundancy controller in an embodiment of the present invention.
  • the redundancy controller 110 includes a power monitoring unit 111, an operation monitoring unit 112, a control unit 113, a control signal generator 113, and an output unit. And 113.
  • the redundant controller 110 may further include various control boards, IC chips, electrical and electronic devices for controlling the grid-connected system. However, these configurations are not essential features of the present invention and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the power monitoring unit 111 monitors the power applied to the inside.
  • the power monitoring unit 111 monitors the state area of the power when the power is on / off.
  • the power controller 110 operates as a first range (0 to V1) in which power of the controller 110 is preset in the process of applying power to the controller 110 as shown in FIG. 4.
  • the off-area 21 before the start of the controller 110 and the power supply of the controller 110 are preset second ranges V1 to V2, and the transient area 22 in which the controller 110 operates abnormally due to the occurrence of an abnormal signal.
  • the controller 110 may be divided into a normal region 23 in which the controller 110 normally operates as a third range V2 to V3 preset.
  • the power monitoring unit 111 monitors the state area of the power supply when the power is turned on / off.
  • the motion monitoring unit 112 monitors the operation state of the controller 110. This operating state is to monitor whether the controller 110 is operating normally. Accordingly, the controller 110 monitors whether the operation of the controller 110 is normally executed, such as a failure of the controller 110, an abnormality in an internal component, or a control signal of the system. In this embodiment, the operation state monitoring of the controller 110 is executed by a dedicated program for detection.
  • the controller 113 controls the overall operation of the controller 110.
  • the control unit 113 of the present embodiment is a preset control signal when the state of the power monitored by the power monitoring unit 111 is the normal region and the operation state of the controller 110 monitored by the operation monitoring unit 112 is normal. Control to output to the system through the output unit 115 to be described later. Specifically, as shown in FIG. 4, when the power is turned on or turned off in the controller 110, the state region of the power is controlled in the off region 21 or the transient region 22. Do not output the signal to the system, but only in the normal area. In addition, the operating state of the controller 110 is monitored to output a control signal to the system only when the operating state is normal.
  • control unit 113 may control to output a control signal to the system when both of the first condition in which the state region of the power supply is normal and the second condition in which the operation state of the controller is normal are satisfied.
  • present invention is not limited thereto and may be set to control to output a control signal to the system even when at least one of the two conditions is satisfied.
  • the control signal generator 114 generates a control signal for the system. This may be generated in various semiconductors, IC chips, electrical and electronic devices, or may be generated by a predetermined program. Control of the grid-connected system is performed by such a control signal.
  • the output unit 115 converts the control signal generated by the control signal generator 114 under control of the controller 113 into a signal suitable for system control and outputs the signal to the system.
  • the output unit 115 includes a signal converter (not shown).
  • the control signal is blocked (A ′) and the normal region ( If the control signal is output (B ') only in case of 23), the abnormal signal by the unstable power supply in the transient area mentioned in the prior art does not occur and thus the unsafe control signal is not output to the system, thereby causing a system error or failure. Etc. can be prevented.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control signal output method in a redundant controller according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the redundant controller 110 outputs a control signal for controlling a power grid-connected system from one of the two controllers, that is, the first controller 110a to the system. Controls the control signal output from the second controller 110b to the system when the power is turned on or off in the other controller, that is, the second controller 110b while the system is in operation. .
  • the power removal of the second controller 110b is, for example, when the power is turned off for failure or maintenance of the second controller 110b, and the power supply of the second controller 110b is for serous recovery or It is the case that power is turned on after maintenance is completed.
  • the second controller 110b when power is applied to the second controller 110b as described above or the power is cut off (S101), the second controller in the power monitoring unit 111.
  • the status area of the power source 110b is monitored (S103).
  • the state region of the power source may be divided into an off region 21, a transient region 22, and a normal region 23 according to the magnitude of the power over time when the power is applied or cut off. Can be.
  • the power source is divided into an off region 21 when it is in the range of 0 to V1, a transient region 22 when it is in the range of V1 to V2, and a normal region 23 when it is in the range of V2 to V3.
  • the operation monitoring unit 112 monitors the operation state of the second controller 110b (S107). As a result of the monitoring, when the operation state of the second controller 110b is normal (S109), the controller 113 controls the preset control signal to be converted into a system control signal through the output unit 115 and output to the system (S111). S113).
  • control unit 113 for the system control through the output unit 115 Control to block the control signal is output to the system (S115).
  • the control unit 113 when the power is turned on / off by the second controller 110b while operating the grid-connected system by outputting a control signal from the first controller 110a of the redundant controller 110. 2 Monitors whether the state area of the power supply of the controller 110b is the off region or the transient region. If the state area of the power supply is the off region or the transient region, the control unit 113 outputs a control signal from the second controller 110b to the system. You can also control to block.
  • the present invention when a power grid-connected system is controlled by using a redundant controller, a process of removing power (OFF) or failure when one of the redundant controllers fails or is maintained.
  • the status area of the power is determined according to the size of the power, and when the power is in the normal area, that is, when the controller becomes a power that can operate normally. Only by outputting control signal to the system, it is possible to prevent the error and failure of the system.
  • the control signal is output when the operating state of the controller is normal by considering not only the state region of the power supply but also preferably the operating state of the controller. Therefore, in the present invention, a stable system control is possible by outputting a normal control signal to the system in consideration of at least one or more of the above two conditions.
  • the redundant controller can supply the power only in the normal region, not the off region and the transient region of the power when the power supply again, so that only normal output signals are output to the system so that stable system operation is possible. It can be very useful in the power field.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명은 전력 계통연계형 시스템의 제어를 제어하는 이중화 제어기에 전원을 온/오프하는 경우 전원의 상태영역 및 제어기의 동작상태를 확인하여 정상적인 제어신호가 시스템으로 출력되도록 제어함으로써 전원의 오프영역 및 과도영역에서의 이상신호 발생을 억제하고 시스템의 오동작을 방지하도록 하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 이중화 제어기에서의 제어신호 출력방법은, 전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에서, 제1 제어기에서 제어신호를 출력하여 상기 시스템을 운전하는 단계; 제2 제어기로 전원을 인가(ON)하는 경우 상기 제2 제어기로 인가되는 전원의 상태영역을 감시하는 단계; 상기 제2 제어기의 동작상태를 감시하는 단계; 및 상기 제2 제어기에서 상기 인가전원의 상태영역이 정상영역이고 상기 동작상태가 정상인 것으로 판단되면 미리 설정된 제어신호를 상기 시스템으로 출력하는 단계를 포함한다.

Description

이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기
본 발명은 이중화 제어기에 관한 것으로서, 특히 전력 계통연계형 시스템의 제어를 위한 이중화 제어기에 전원을 온/오프하는 경우 전원의 상태영역 및 제어기의 동작상태를 확인하여 정상적인 제어신호가 시스템으로 출력되도록 제어함으로써 전원의 오프영역 및 과도영역에서의 이상신호 발생을 억제하고 시스템의 오동작을 방지하도록 하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기에 관한 것이다.
최근 전력 계통연계형 시스템에 대한 지속적인 기술개발이 이루어지고 있다. 예컨대 계통연계형 인버터는 태양광 발전시스템에서 태양전지모듈로부터 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통과 연계함으로써 축전지가 필요없게 된다. 이러한 계통연계형 시스템은 인버터뿐만 아니라, 예컨대 고압직류(HVDC:High Voltage Direct Current)시스템, 무효전력보상기(STATCOM:Static synchronous compensator)시스템, 전력변환시스템(PCS:Power Conditioning System) 등이 있다.
일반적으로, 교류 전력계통의 안정적 운영을 위해서는 무효전력의 보상이 필수적이다. 최근에 교류 전력계통에서는 무효전력의 보상을 위해 전력전자소자의 빠른 속응성을 이용한 무효전력보상기(STATCOM)가 전력계통의 순동 무효전력원으로 투입되고 있다. 인버터 기술을 이용한 무효전력보상기(STATCOM)는 펄스폭변조(PWM; Pulse Width Modulation)방식과 다중레벨펄스(Multi Level Pulse)방식이 사용된다.
초기에 이들 각종 계통연계형 시스템의 제어를 위한 제어기는 단일 제어기로서 해당 제어기에 장애가 발생한 경우 시스템 손상을 보호하기 위해 시스템 전체가 계통으로부터 분리되었다. 그러나, 높은 가동률(Availability)를 요구하는 계통연계형 시스템의 특성상 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 이중화 제어기가 제시되었다. 이중화 제어기는 하나의 제어기에 장애가 발생하거나 유지보수시에 다른 제어기로 시스템을 운전할 수 있기 때문에 시스템의 중단없이 안정적인 운전이 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 이중화 제어기를 통한 시스템의 운전 중 하나의 제어기에 장애가 발생하거나 유지보수를 위해서는 해당 제어기에 전원을 오프(OFF)하였다가 장애복구 후 또는 유지보수 후에 전원을 다시 온(ON)하는 경우가 발생하게 된다. 이때, 도 1에서와 같이 전원이 오프영역(11)에서 정상영역(13)으로 가는 도중 과도영역(12)에서 의도하지 않은 각종 이상신호가 자주 발생하여 시스템 운전에 각종 오류를 발생시키는 문제점이 있었다. 즉, 오프영역(11)에서는 제어신호가 차단(A)되지만 과도영역(12)과 정상영역(13)에서는 제어신호가 출력(B)되는데 과도영역(12)에서는 작은 전원이나 불안전한 전원으로 인해 비정상적인 신호가 발생되는 것이다.
종래의 제어기가 단일로 운전될 경우, 시스템이 오프(OFF)인 상태(계통에서 분리된 상태)에서 제어기에 전원을 온/오프하게 되므로 전체 시스템 측면에서 영향이 없지만, 이중화 제어기를 통한 시스템이 계통에 연계되어 정상운전 중인 상태에서 제어기에 전원을 온/오프하게 되면 그 과정에서 상기와 같은 과도영역(12)에서 의도하지 않은 제어신호가 운전중인 계통연계형 시스템에 인가될 수 있어 시스템의 사고를 유발시킬 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전력 계통연계형 시스템의 제어를 위한 이중화 제어기에서 전원의 상태영역을 감시하여 정상영역에서만 제어신호를 출력하도록 하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이중화 제어기에서 전원을 온(ON)시킬 때 전원의 상태영역정보 및 제어기의 상태정보를 검출하고 두 정보가 정상일 경우에만 제어신호를 출력하도록 하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 이를 구현하는 이중화 제어기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 이중화 제어기의 제어신호 출력방법은,
전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에서, 제1 제어기에서 제어신호를 출력하여 상기 시스템을 운전하는 단계; 제2 제어기로 전원을 인가(ON)하는 경우 상기 제2 제어기로 인가되는 전원의 상태영역을 감시하는 단계; 상기 제2 제어기의 동작상태를 감시하는 단계; 및 상기 제2 제어기에서 상기 인가전원의 상태영역이 정상영역이고 상기 동작상태가 정상인 것으로 판단되면 미리 설정된 제어신호를 상기 시스템으로 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 전원의 상태영역은 상기 제2 제어기로 전원이 인가되는 과정에서 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제1 범위로서 상기 제2 제어기가 동작하기 전의 오프영역, 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제2 범위로서 이상신호의 발생으로 인해 상기 제2 제어기가 비정상적으로 동작하는 과도영역 및 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제3 범위로 상기 제2 제어기가 정상적으로 동작하는 정상영역으로 구분된다.
본 발명에서, 상기 제2 제어기에서 상기 인가전원의 상태영역이 정상영역이 아니거나 또는 상기 동작상태가 정상이 아닌 것으로 판단되면 상기 제어신호의 출력을 차단한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 이중화 제어기의 제어신호 출력방법은,
전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에서, 제1 제어기에서 제어신호를 출력하여 상기 시스템을 운전하는 단계; 제2 제어기로 전원을 온(ON)/오프(OFF)하는 경우 상기 제2 제어기에서 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역인지를 감시하는 단계; 및 상기 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역이면 상기 제2 제어기에서 상기 시스템으로의 제어신호 출력을 차단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중화 제어기는,
전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에 있어서, 입력된 전원의 상태영역을 감시하는 전원감시부; 상기 제어기의 동작상태를 감시하는 동작감시부; 상기 시스템으로 신호를 출력하기 위한 출력부; 및 상기 전원감시부에서 감시된 전원의 상태영역이 정상영역이고 상기 동작감시부에서 감시된 제어기의 동작상태가 정상이면 제어신호를 상기 출력부를 통해 상기 시스템으로 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 전원의 상태영역은 상기 제2 제어기로 전원이 인가되는 과정에서 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제1 범위로서 상기 제2 제어기가 동작하기 전의 오프영역, 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제2 범위로서 이상신호의 발생으로 인해 상기 제2 제어기가 비정상적으로 동작하는 과도영역 및 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제3 범위로 상기 제2 제어기가 정상적으로 동작하는 정상영역으로 구분된다.
본 발명에서, 상기 제어부는 상기 전원감시부에서 감시된 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역이거나 상기 동작감시부에서 감시된 제어기의 동작상태가 비정상이면 상기 시스템으로의 제어신호 출력을 차단한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 이중화 제어기의 제어신호 출력방법 및 그 이중화 제어기는 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명에서는 계통연계형 시스템의 제어를 위한 이중화 제어기에서 어느 한쪽 제어기의 장애복구 또는 유지보수 등을 위하여 전원을 오프(OFF)하거나, 장애복구 또는 유지보수가 완료된 후에 전원을 다시 온(ON)하는 경우 전원의 과도영역에서 의도하지 않은 신호가 발생하지 않으므로 시스템을 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 이중화 제어기의 전원이 온/오프될 때 전원 및 제어기의 상태정보를 확인하여 두 상태정보가 정상상태인 경우에만 제어기에 전원을 공급하여 시스템으로 출력신호를 출력하기 때문에 제어기의 오류를 방지하고 시스템의 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에서 제어기의 전원 온/오프에 따른 제어신호 특성 그래프.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기가 구비된 계통연계형 시스템의 개념도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 이중화 제어기의 전원 온/오프에 따른 제어신호의 특성 그래프.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기에서의 제어신호 출력방법을 보인 플로우챠트.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기가 구비된 계통연계형 시스템의 개념도이다. 이러한 계통연계형 시스템은 예컨대 인버터, 고압직류(HVDC) 시스템, 무효전력보상기(STATCOM)시스템 또는 전력변환시스템(PCS) 등이 될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 2에서 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기(110)가 구비된 계통연계형 시스템은 제1제어기(110a)와 제2제어기(110b)를 포함한다. 이들 제1제어기(110a)와 제2제어기(110b)는 실질적으로 동일한 제어기이다. 이러한 이중화 제어기(110)에서는 제1 및 제2 제어기(110a,110b) 간에 서로 연동함으로써 각종 정보공유가 이루어진다. 이러한 정보공유를 통해 둘 중 어느 하나가 메인제어기로 동작하여 바람직하게는 시스템을 상시 운전하도록 설정되고 다른 하나는 보조제어기로 동작하여 바람직하게는 메인제어기의 장애발생시나 유지보수 시에 긴급 투입된다.
이때, 둘 중 어느 하나의 제어기에 장애가 발생하거나 정기적인 유지보수 시에는 다른 제어기에서 정상적으로 시스템을 제어하도록 한 상태에서 장애발생 또는 유지보수를 위한 제어기에서는 인가되던 전원이 차단(OFF)되고 장애복구 후 또는 유지보수 완료 후에 다시 전원이 인가(ON)되도록 함으로써 다시 정상적인 시스템의 제어가 가능하도록 한다.
여기서, 본 발명에서는 제어기에서 전원의 오프(OFF) 및 온(ON)에 따른 전원의 상태영역을 감시하고, 또한 해당 제어기의 동작상태를 감시하여 미리 설정된 조건에서만 제어신호가 시스템으로 출력되도록 함으로써 종래기술에서 언급한 바와 같은 과도영역에서의 비정상 신호로 인한 시스템 불안정을 해소하도록 한다. 이에 대해서는 하기에서 보다 구체적으로 설명된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에서 이중화 제어기의 전원 온/오프에 따른 제어신호의 특성 그래프이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기(110)는 전원감시부(111), 동작감시부(112), 제어부(113), 제어신호생성부(113), 출력부(113)를 포함하여 구성된다. 이러한 이중화 제어기(110)는 계통연계형 시스템의 제어를 위한 각종 제어보드, IC칩, 전기전자소자 등을 더 포함할 수 있다. 하지만 이들 구성들은 본 발명의 핵심적 특징이 아니므로 상세한 설명은 생략한다.
전원감시부(111)는 내부로 인가된 전원을 감시한다. 특히 전원감시부(111)는 전원이 온/오프될 때 전원의 상태영역을 감시한다. 본 실시 예에서 전원의 상태영역은 도 4에서와 같이 제어기(110)로 전원이 인가되는 과정에서 제어기(110)의 전원이 미리 설정된 제1 범위(0~V1)로서 해당 제어기(110)가 동작을 시작하기 전의 오프영역(21)과, 제어기(110)의 전원이 미리 설정된 제2 범위(V1~V2)로서 이상신호의 발생으로 인해 제어기(110)가 비정상적으로 동작하는 과도영역(22)와, 그리고 제어기(110)의 전원이 미리 설정된 제3 범위(V2~V3)로서 제어기(110)가 정상적으로 동작하는 정상영역(23)으로 구분될 수 있다. 이는 제어기(110)에 전원이 인가(ON)될 때 도 4에 도시된 바와 같이 전원이 0부터 V3까지 시간에 따라 서서히 증가하고, 이와 같이 증가하는 과정에서 발생하는 전원의 영역을 순서대로 오프영역(21), 과도영역(22), 정상영역(23)으로 구분하는 것이다. 반대로 제어기(110)에서 전원이 제거(OFF)될 때는 전원이 V3부터 0까지 시간에 따라 서서히 감소하고, 이와 같이 감소되는 과정에서 정상영역(23), 과도영역(22), 오프영역(21)의 순으로 전원의 상태영역이 변화된다. 따라서, 전원감시부(111)는 이처럼 전원의 온(ON)/오프(OFF)시 전원의 상태영역을 감시하도록 하는 것이다.
동작감시부(112)는 제어기(110)의 동작상태를 감시한다. 이러한 동작상태는 제어기(110)가 정상적으로 동작하는지를 감시하는 것이다. 이에 따라 제어기(110)에 장애가 발생하였는지, 내부 구성요소에 이상이 있는지, 시스템의 제어신호가 제대로 출력되는지 등과 같이 제어기(110)의 동작이 정상적으로 실행되는지를 감시하는 것이다. 본 실시 예에서 제어기(110)의 동작상태 감시는 감지용 전용 프로그램에 의해 실행된다.
제어부(113)는 제어기(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히 본 실시 예의 제어부(113)는 전원감시부(111)에서 감시된 전원의 상태영역이 정상영역이고 동작감시부(112)에서 감시된 제어기(110)의 동작상태가 정상이면 미리 설정된 제어신호를 후술하는 출력부(115)를 통해 시스템으로 출력하도록 제어한다. 이를 구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 제어기(110)에서 전원이 인가(ON)되거나 또는 차단(OFF)되는 경우 전원의 상태영역이 오프영역(21)이나 과도영역(22)에서는 제어신호를 시스템으로 출력하지 않고 정상영역일 경우에만 출력하도록 한다. 또한, 제어기(110)의 동작상태를 감시하여 동작상태가 정상일 때만 제어신호를 시스템으로 출력하도록 한다. 이와 같이 전원의 상태영역과 제어기의 동작상태를 감시하여 제어신호를 출력하도록 하는 것이다. 이때, 본 발명에서 제어부(113)는 전원의 상태영역이 정상상태인 제1조건과 제어기의 동작상태가 정상인 제2조건 중 둘 다 만족하는 경우에 제어신호를 시스템으로 출력하도록 제어하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 두 조건 중 적어도 하나만 만족해도 제어신호를 시스템으로 출력하도록 제어하는 것으로 설정될 수도 있다.
제어신호생성부(114)는 시스템에 대한 제어신호를 생성한다. 이는 각종 반도체, IC칩, 전기전자소자 등에서 생성될 수도 있고 미리 설정된 프로그램에 의해 생성될 수도 있다. 이러한 제어신호에 의해 계통연계형 시스템에 대한 제어가 이루어진다.
출력부(115)는 제어부(113)의 제어에 의해 제어신호생성부(114)에서 생성된 제어신호를 시스템 제어에 맞는 신호로 변환하여 시스템으로 출력하도록 한다. 이를 위하여 출력부(115)는 신호변환부(미도시)를 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 도 4에서와 같이 제어기(110)의 전원의 상태영역이 오프영역(21)과 과도영역(22)일 경우에는 제어신호가 차단(A')되며 정상영역(23)일 경우에만 제어신호가 출력(B')되도록 함으로써, 종래기술에서 언급한 과도영역에서의 불안전한 전원에 의한 이상신호가 발생하지 않아 시스템으로 불안전한 제어신호가 출력되지 않게 되어 시스템 오류나 고장 등을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이중화 제어기에서의 제어신호 출력방법을 보인 플로우챠트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이중화 제어기(110)에서는 두 개의 제어기 중에서 하나의 제어기, 즉 제1 제어기(110a)에서 전력 계통연계형 시스템의 제어를 위한 제어신호를 그 시스템으로 출력함으로써 해당 시스템을 운전하는 도중에 다른 제어기, 즉 제2 제어기(110b)에 전원을 인가(ON)하거나 또는 전원을 제거(OFF)하는 경우에 제2 제어기(110b)에서 시스템으로 출력되는 제어신호를 제어하도록 한다. 제2 제어기(110b)의 전원 제거는 예컨대, 제2 제어기(110b)의 장애발생 또는 유지보수 등을 위하여 전원을 오프(OFF)하는 경우이고, 제2 제어기(110b)의 전원 인가는 장액복구 또는 유지보수 완료 후 전원을 온(ON)하는 경우이다.
이때, 본 발명에 따른 이중화 제어기(110)의 제어신호 출력방법에서는 상기와 같은 제2 제어기(110b)에 전원을 인가하거나 전원을 차단하는 경우(S101), 전원감시부(111)에서 제2 제어기(110b)의 전원의 상태영역을 감시한다(S103). 이때 전원의 상태영역은 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 전원이 인가 또는 차단될 때 시간에 따른 전원의 크기에 따라 오프영역(21), 과도영역(22) 및 정상영역(23)으로 구분될 수 있다. 도 4의 일례에서는 전원이 0~V1의 범위일 때 오프영역(21), V1~V2의 범위일 때 과도영역(22), V2~V3의 범위일 때 정상영역(23)으로 구분된다.
전원의 상태영역이 정상영역인 것으로 판단되면(S105), 동작감시부(112)에서 제2 제어기(110b)의 동작상태를 감시한다(S107). 그 감시결과 제2 제어기(110b)의 동작상태가 정상이면(S109), 제어부(113)는 미리 설정된 제어신호가 출력부(115)를 통해 시스템 제어용 신호로 변환되어 시스템에 출력되도록 제어한다(S111,S113).
그러나, 상기 S105 단계 또는 S109 단계에서 전원의 상태영역이 정상영역이 아니거나 제2 제어기(110b)의 동작상태가 정상이 아닌 경우, 제어부(113)에서는 출력부(115)를 통해 시스템 제어를 위한 제어신호가 시스템으로 출력되는 것을 차단하도록 제어한다(S115).
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서 이중화 제어기(110) 중 제1제어기(110a)에서 제어신호를 출력하여 계통연계형 시스템을 운전하는 도중에 제2제어기(110b)로 전원을 온/오프하는 경우 제2제어기(110b)의 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역인지를 감시하여 그 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역이면 제어부(113)가 제2제어기(110b)에서 시스템으로의 제어신호 출력을 차단하도록 제어할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 이중화 제어기를 이용하여 전력 계통연계형 시스템을 제어하는 경우 이중화 제어기 중 어느 하나의 제어기에 장애가 발생하거나 유지보수할 경우에 전원을 제거(OFF)하는 과정이나 또는 장애복구 이후나 유지보수가 완료된 이후에 전원을 인가(ON)하는 과정에서 전원의 크기에 따라 전원의 상태영역을 결정하고 전원이 정상영역에 있을 경우, 즉 제어기가 정상적으로 동작할 수 있는 전원이 될 경우에만 해당 시스템으로 제어신호를 출력하도록 함으로써 시스템의 오류 및 고장을 방지할 수 있도록 한다. 여기서, 본 발명에서는 전원의 상태영역뿐만 아니라, 바람직하게는 제어기의 동작상태를 함께 고려함으로써 제어기의 동작상태가 정상인 경우에 제어신호를 출력하도록 한다. 따라서 본 발명에서는 상기의 두 조건 중 적어도 하나 이상을 고려하여 시스템에 정상적인 제어신호가 출력되도록 함으로써 안정적인 시스템 제어가 가능하도록 하는 것이다.
상기한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
많은 장점으로 인해 전력 계통연계형 시스템의 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있으며 이러한 시스템에 대한 이중화 제어기에서의 제어방법이 다양하게 제시되고 있다. 그런데, 이중화 제어기의 경우 연속적이고 효율적인 시스템의 운전이 가능하다는 장점에도 불구하고, 장애복구 이후나 유지보수 이후에 전원의 재공급에 따른 시스템 불안정이 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 측면에서 볼 때, 본 발명에 따른 이중화 제어기는 전원의 재공급시 전원의 오프영역과 과도영역이 아닌 정상영역에서만 전원을 공급하도록 함으로써 시스템으로 정상적인 출력신호만이 출력되도록 하여 안정적인 시스템 운전이 가능하도록 하기 때문에 전력 분야에서 매우 유용하게 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에서,
    제1 제어기에서 제어신호를 출력하여 상기 시스템을 운전하는 단계;
    제2 제어기로 전원을 인가(ON)하는 경우 상기 제2 제어기로 인가되는 전원의 상태영역을 감시하는 단계;
    상기 제2 제어기의 동작상태를 감시하는 단계; 및
    상기 제2 제어기에서 상기 인가전원의 상태영역이 정상영역이고 상기 동작상태가 정상인 것으로 판단되면 미리 설정된 제어신호를 상기 시스템으로 출력하는 단계; 를 포함하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원의 상태영역은 상기 제2 제어기로 전원이 인가되는 과정에서 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제1 범위로서 상기 제2 제어기가 동작하기 전의 오프영역, 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제2 범위로서 이상신호의 발생으로 인해 상기 제2 제어기가 비정상적으로 동작하는 과도영역 및 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제3 범위로 상기 제2 제어기가 정상적으로 동작하는 정상영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어기에서 상기 인가전원의 상태영역이 정상영역이 아니거나 또는 상기 동작상태가 정상이 아닌 것으로 판단되면 상기 제어신호의 출력을 차단하는 것을 특징으로 하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법.
  4. 전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에서,
    제1 제어기에서 제어신호를 출력하여 상기 시스템을 운전하는 단계;
    제2 제어기로 전원을 온(ON)/오프(OFF)하는 경우 상기 제2 제어기에서 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역인지를 감시하는 단계; 및
    상기 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역이면 상기 제2 제어기에서 상기 시스템으로의 제어신호 출력을 차단하는 단계; 를 포함하는 이중화 제어기의 제어신호 출력방법.
  5. 전력 계통연계형 시스템 제어를 위한 이중화 제어기에 있어서,
    입력된 전원의 상태영역을 감시하는 전원감시부;
    상기 제어기의 동작상태를 감시하는 동작감시부;
    상기 시스템으로 신호를 출력하기 위한 출력부; 및
    상기 전원감시부에서 감시된 전원의 상태영역이 정상영역이고 상기 동작감시부에서 감시된 제어기의 동작상태가 정상이면 제어신호를 상기 출력부를 통해 상기 시스템으로 출력하도록 제어하는 제어부; 를 포함하는 이중화 제어기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전원의 상태영역은 상기 제2 제어기로 전원이 인가되는 과정에서 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제1 범위로서 상기 제2 제어기가 동작하기 전의 오프영역, 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제2 범위로서 이상신호의 발생으로 인해 상기 제2 제어기가 비정상적으로 동작하는 과도영역 및 상기 제2 제어기의 전원이 미리 설정된 제3 범위로 상기 제2 제어기가 정상적으로 동작하는 정상영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 이중화 제어기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원감시부에서 감시된 전원의 상태영역이 오프영역 또는 과도영역이거나 상기 동작감시부에서 감시된 제어기의 동작상태가 비정상이면 상기 시스템으로의 제어신호 출력을 차단하는 것을 특징으로 하는 이중화 제어기.
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