WO2018074653A1 - 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류／직류 컨버터 - Google Patents

보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류／직류 컨버터 Download PDF

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Definitions

  • the initial charging method of the semiconductor transformer is' initial charging method using the initial charging resistance and the magnetic relay (that is, using the resistor and relay) 'and' initial charging method using the thyristor (that is, using the thyristor) There is.
  • each of the 'S1 and S4 switch' and the 'S2 and S3 switch' may correspond to a switching signal of the controller 170.
  • the ON or OFF operation can be performed at the same time, and each of the 'S1 and S4 switches' and the 'S2 and S3 switches' may be complementary to each other. For example, when the 'S1 and S4 switch' is on, the 'S2 and S3 switch' may be off.
  • the power transferred to the primary side of the high frequency transformer 130 is charged in the first DC link capacitor 112, and the first power source 140 is activated to apply power to the first switching unit 111 (S155). At this time, the power transferred to the primary side of the high frequency transformer 130 is charged in the first DC link capacitor 112 through the diode bridge of the switch of the first switching unit 112.

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Abstract

본 발명은 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류／직류 컨버터에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법은, 2차측 전력변환회로의 보조 전원을 이용하여 2차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계; 상기 2차측 직류링크 커패시터가 충전됨에 따라, 고주파 변압기를 통해 1차측 전력변환회로로 상기 2차측 직류링크 커패시터의 전력이 전달되는 단계; 상기 전달된 전력에 의해 1차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계; 및 상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압과 계통전압을 비교함에 따라, 상기 계통전압을 상기 1차측 전력변환회로에 연결하는 단계;를 포함한다.

Description

보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류／직류 컨버터
본 발명은 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류/직류 컨버터에 관한 것으로, 구체적으로는 2차측에 연결된 보조 전원을 이용하여 2차측 직류링크 커패시터를 충전시킨 후 1차측 직류링크 커패시터를 충전함으로써, 계통전원을 이용하지 않고 초기 기동시에 직류링크 커패시터를 안정적으로 초기 충전 및 기동하기 위한, 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류/직류 컨버터에 관한 것이다.
일반적인 변압기는 코일과 철심으로 구성된다. 이러한 변압기는 교류계통에서 보편적으로 사용되는데, 교류전압의 크기만 조절이 가능하고 공급되는 전력이 입력되는 전력품질에 전적으로 의존하는 단점이 있다. 따라서, 일반 변압기는 전압과 주파수가 다양하고 고품질 전력공급을 필요로 하는 스마트그리드에서는 그 활용도가 매우 낮다.
한편, 일반 변압기를 대체하는 새로운 대안으로서 반도체 변압기가 제안되었다. 반도체 변압기는 배전용 변압기나 전기철도 탑재용 변압기의 경량화 등 활용분야가 점차 확대되고 있다. 즉, 반도체 변압기는 전력전자 기술을 활용하여 기존 상용 주파수 대역의 변압기보다 높은 주파수를 사용할 수 있기 때문에 소형화 및 경량화에 유리하고, 순시 전압 통제 등을 통하여 고품질의 전력 공급이 가능하며 직류 전압의 입출력도 가능하다는 장점을 가지고 있다.
한편, 반도체 변압기의 초기 충전 방식은 크게 2가지가 있다. 즉, 반도체 변압기의 초기 충전 방식은 '초기 충전 저항과 마그넥틱 릴레이를 이용하는 초기 충전 방식(즉, 저항 및 릴레이 이용 방식)'과 '사이리스터(thyristor)를 이용하는 초기 충전 방식(즉, 사이리스터 이용 방식)'이 있다.
도 1a는 저항 및 릴레이를 이용하여 반도체 변압기를 초기 충전하는 회로를 나타낸 도면이고, 도 1b는 사이리스터를 이용하여 반도체 변압기를 초기 충전하는 회로를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1a를 참조하여 '저항-릴레이 이용 방식'에 대해 설명한다.
저항-릴레이 이용 방식은 저항(11)을 설치한 경로를 이용하여 단락회로에 생기는 큰 돌입전류(inrush current)를 제한하여 직류링크단 커패시터(13)의 전압을 증가시키며, 일정 전압 이상 직류링크단 커패시터(13)가 충전되었을 때 마그네틱 릴레이(12)를 동작시켜 계통전원(14)과 직류링크단 커패시터(13)를 연결한다.
저항-릴레이 이용 방식은 마그네틱 릴레이(12)에 저항(11)을 병렬로 연결하여 사용하므로 간편하고 쉽게 사용할 수 있다. 하지만, 저항-릴레이 이용 방식은 입력전압을 높일수록 저항값이 커지며, 저항(11)에 인가되는 초기 순시전력의 상승으로 인해 저항(11)에 걸리는 스트레스가 매우 커질 수 있다. 즉, 저항은 소손될 수 있고, 시스템은 저항 소손으로 인한 단락상태가 발생되어 파손될 수 있다. 따라서, 입력전압이 높을 경우에는 정격전력이 큰 시멘트 저항 또는 권선 저항 등을 사용해야 하며, 저항의 직병렬 연결이 불가피하다.
또한, 초기 충전시 저항에서 발생하는 손실은 열로써 발생되는데, 이러한 열은 시스템 전체의 온도를 상승시킨다. 즉, 반도체 변압기에서 온도가 중요한 요소인 점을 감안하면, 저항 및 릴레이 이용 방식은 반도체 변압기의 안정도가 높지 않다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 1b를 참조하여 '사이리스터 이용 방식'에 대해 설명한다.
사이리스터 이용 방식은 계통전원(23)과 직류링크단 커패시터(22) 사이에 사이리스터(21)를 설치하여 사이리스터(21)의 위상각 제어를 통해 입력전압의 평균치를 제한시키며, 위상각을 180도에서 0도까지 점진적으로 감소시켜 직류링크단 커패시터(22)에 인가되는 전압을 계통전압의 평균치까지 서서히 증가시킨다.
그런데, 사이리스터 이용 방식은 계통전압이 커질 경우에 돌입전류의 크기가 매우 클 것으로 예상되므로, 직류링크단 커패시터(22)를 부드럽게 충전하기 어렵다. 아울러, 사이리스터(21) 도통시에는 일정한 전압 강하가 일어나므로, 손실이 발생하고, 그로 인한 열적 스트레스가 지속적으로 가해지면서 시스템 안정도를 보장할 수 없다.
따라서, 종래에는 반도체 변압기의 직류링크단 커패시터에 대해 안정적인 초기 충전과 초기 기동을 제공할 수 있는 방안이 제안될 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 2차측에 연결된 보조 전원을 이용하여 2차측 직류링크 커패시터를 충전시킨 후 1차측 직류링크 커패시터를 충전함으로써, 계통전원을 이용하지 않고 초기 기동시에 직류링크 커패시터를 안정적으로 초기 충전 및 기동하기 위한, 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 직류/직류 컨버터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저압 2차측에 배터리와 충방전기를 이용하여 계통전원이 끊어질 경우에, 부하에 배터리 용량 만큼의 전력을 우선적으로 공급하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법은, 2차측 전력변환회로의 보조 전원을 이용하여 2차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계; 상기 2차측 직류링크 커패시터가 충전됨에 따라, 고주파 변압기를 통해 1차측 전력변환회로로 상기 2차측 직류링크 커패시터의 전력이 전달되는 단계; 상기 전달된 전력에 의해 1차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계; 및 상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압과 계통전압을 비교함에 따라, 상기 계통전압을 상기 1차측 전력변환회로에 연결하는 단계;를 포함한다.
상기 2차측 직류링크 커패시터 충전 단계는, 상기 보조 전원의 보조 배터리를 이용하여 2차측 전원이 충전되는 단계; 및 상기 2차측 전원에 의해 상기 2차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계를 포함한다.
상기 1차측 직류링크 커패시터 충전 단계는, 상기 1차측 전력변환회로에 포함된 스위치들의 다이오드 브리지를 통해 상기 전달된 전력이 상기 1차측 직류링크 커패시터로 전달되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결 단계는, 상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압이 상기 계통전압을 초과하는 경우에, 상기 계통전압을 상기 1차측 전력변환회로에 연결한다.
상기 연결 단계 이후에는, 상기 1차측 전력변환회로에 의해 강압된 교류전력이 상기 고주파 변압기로 전달되는 단계; 및 상기 2차측 젼력변환회로에 의해 상기 고주파 변압기로부터 전달된 교류전력이 직류출력으로 변환되어 상기 제2 직류링크 커패시터로 전달되는 단계;를 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 직류/직류 컨버터는, 1차측 직류링크 커패시터를 포함하는 1차측 전력변환회로부; 2차측 직류링크 커패시터를 포함하는 2차측 전력변환회로부; 초기 기동시, 상기 2차측 직류링크 커패시터를 충전하기 위한 보조 전원부; 및 상기 1차측 전력변환회로부와 상기 2차측 전력변환회로부 사이를 절연시키고, 상기 2차측 직류링크 커패시터에 충전된 전력을 상기 1차측 전력변환회로부로 전달하는 고주파 변압기;를 포함하며, 상기 1차측 직류링크 커패시터는, 상기 고주파 변압기로부터 전달된 전력에 의해 충전되는 것을 특징으로 한다.
상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압과 계통 전압을 비교하는 제어부; 상기 비교 결과에 따라 상기 1차측 전력변환회로부로 상기 계통 전압을 연결하는 계통 스위치;를 더 포함한다.
상기 제어부는, 상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압이 상기 계통 전압을 초과하면, 상기 계통 스위치를 연결하는 것을 특징으로 한다.
상기 1차측 전력변환회로부의 스위칭부와 상기 고주파 변압기의 1차측 권선 사이에 직렬로 연결되는 인덕터를 더 포함한다.
본 발명은 기존의 저항-릴레이, 사이리스터 초기 충전과 달리 계통전원을 초기충전을 위한 입력전원으로 사용하지 않기 때문에, 저항에 의한 발열, 계통의 변동에 따른 노이즈에 강인한 특징을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 저압 2차측에 배터리와 충방전기를 이용하여 계통전원이 끊어질 경우에, 부하에 배터리 용량 만큼의 전력을 우선적으로 공급할 수 있다.
도 1a는 저항 및 릴레이를 이용하여 반도체 변압기를 초기 충전하는 회로를 나타낸 도면,
도 1b는 사이리스터를 이용하여 반도체 변압기를 초기 충전하는 회로를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 변압기의 직류/직류 컨버터에 대한 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법에 대한 순서도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 변압기의 직류/직류 컨버터에 대한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 변압기의 직류/직류 컨버터(이하 "직류/직류 컨버터"라 함, 100)는 3단 반도체 변압기의 전력변환회로에 포함된 구조로서, 보조 전원(예를 들어, 배터리)을 이용하여 직류링크 캐패시터를 안정적으로 초기 충전하고 초기 기동하게 한다. 이러한 컨버터(100)는 기존 초기 충전 방식(즉, 저항-릴레이 이용 방식, 사이리스터 이용 방식)과 달리 계통전원을 초기 충전을 위한 입력전원으로 사용하지 않는다.
직류/직류 컨버터(100)는 1차측 전력변환회로부(110), 2차측 전력변환회로부(120), 고주파 변압기(130), 제1 전원(140), 제2 전원(150), 보조 전원부(160), 제어부(170)를 포함한다.
직류/직류 컨버터(100)는 1차측 전력변환회로부(110)와 2차측 전력변환회로부(120)가 브리지(bridge) 형태의 회로를 구성한다. 여기서, 1차측 전력변환회로부(110)와 2차측 전력변환회로부(120)는 풀-브리지(full bridge) 회로, 하프-브리지(half bridge), 센터 탭(center tap) 회로 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
이러한 직류/직류 컨버터(100)는 양방향성 컨버터로서, 1차측 전력변환회로부(110)로부터 2차측 전력변환회로부(120)로 고압측 전압을 저압측 전압으로 전압을 강하시키는 벅(buck) 모드와, 2차측 전력변환회로부(120)로부터 1차측 전력변환회로부(110)로 저압측 전압을 고압측 전압으로 전압을 상승시키는 부스트(boost) 모드로 동작할 수 있다.
또한, 1차측 전력변환회로부(110)와 2차측 전력변환회로부(120) 사이에는 절연을 위해 고주파 변압기(130)가 사용된다. 고주파 변압기(130)는 소정의 권선비(즉, 1:N, 여기서 N은 자연수)를 가지는데, 해당 권선비에 따라 1차측 권선과 2차측 권선 사이의 인가되는 전압을 변압한다. 예를 들어, 고주파 변압기(130)의 권선비가 1:N이고 2차측 권선에 인가되는 전압이 Vcd이면, 1차측 권선의 전압은 'Vcd/N'를 나타낸다. 이는 고주파 변압기(130)에 인가되는 전압이 권선비에 비례하기 때문이다.
이러한 고주파 변압기(130)는 1차측 전력변환회로부(110) 또는 2차측 전력변환회로부(120)의 스위칭에 의해 승압 또는 감압이 가능하기 때문에 제작할 때 변압기 자체의 승압비를 낮게 선정할 수 있으며, 일반적인 종래의 변압기에 비해 동작주파수가 매우 높아 변압기의 크기를 작게 줄일 수 있고, 고주파 내에서 동작을 하기 때문에 1,2차측의 변동에 따른 반응성이 매우 빠르다.
1차측 전력변환회로부(110)와 2차측 전력변환회로부(120)의 상세 구성은 다음과 같다.
1차측 전력변환회로부(110)는 제1 스위칭부(111), 제1 직류링크 커패시터(112), 인덕터(113)를 포함한다. 여기서, 제1 스위칭부(111)는 4개의 스위치(S1 내지 S4)를 포함하며, 고압 반도체 스위치로 이루어진다. 그리고, 2차측 전력변환회로부(120)는 제2 스위칭부(121), 제1 직류링크 커패시터(122)를 포함한다. 여기서, 제2 스위칭부(121)는 4개의 스위치(S5 내지 S8)를 포함하며, 저압 반도체 스위치로 이루어진다.
또한, 제1 스위칭부(111)는 제1 전원(140)에 직렬로 연결되어 제1 전원(140)의 전압을 인가받고, 제2 스위칭부(121)는 제2 전원(150)에 직렬로 연결되어 제2 전원(150)의 전압을 인가받는다. 여기서, 제1 전원(140)은 고전압측 전원이고, 제2 전원(150)은 저전압측 전원일 수 있다. 제2 전원(150)은 배터리를 포함할 수 있다.
제1 스위칭부(111)는 제어부(170)로부터 전달되는 스위칭 신호에 따라 제1 전원(140)으로부터 인가되는 전압을 스위칭하고, 제2 스위칭부(121)는 제어부(170)로부터 전달되는 스위칭 신호에 따라 제2 전원(150)으로부터 인가되는 전압을 스위칭한다.
구체적으로, 제1 스위칭부(111)에 포함된 S1 스위치, S2 스위치, S3 스위치 및 S4 스위치들 중 'S1 및 S4 스위치', 'S2 및 S3 스위치' 각각은 제어부(170)의 스위칭 신호에 따라 동시에 온(ON) 또는 오프(OFF) 동작을 할 수 있고, 'S1 및 S4 스위치', 'S2 및 S3 스위치' 각각은 서로 상호 보완적으로 동작할 수도 있다. 예를 들어, 'S1 및 S4 스위치'가 온 상태인 경우, 'S2 및 S3 스위치'가 오프 상태일 수 있다.
마찬가지로, 제2 스위칭부(121)에 포함된 S5 스위치, S6 스위치, S7 스위치 및 S8 스위치들 중 'S5 및 S8 스위치', 'S6 및 S7 스위치' 각각은 제어부(170)의 스위칭 신호에 따라 동시에 온(ON) 또는 오프(OFF) 동작을 할 수 있고, 'S5 및 S8 스위치', 'S6 및 S7 스위치' 각각은 서로 상호 보완적으로 동작할 수도 있다. 예를 들어, 'S5 및 S8 스위치'가 온 상태인 경우, 'S6 및 S7 스위치'가 오프 상태일 수 있다.
제1 스위칭부(111)와 제2 스위칭부(121)를 구성하는 각각의 스위치들(S1 내지 S8)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnistor) 스위치 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치일 수 있다. 여기서, 각각의 스위치들(S1 내지 S8)이 MOSFET 스위치로 구성되는 경우에는 MOSFET 스위치의 소스(source)와 드레인(drain) 사이에 다이오드(diode)가 전기적으로 연결될 수 있다.
인덕터(113)는 제1 스위칭부(111)와 고주파 변압기(130)의 1차측 권선 사이에 직렬로 연결된다. 인덕터(113)에는 제1 스위칭부(111)와 연결 지점에 인가되는 전압(Vab)와 고주파 변압기(130)의 1차측 권선에 인가되는 전압(Vcd/N) 차이(VL＝Vcd/N－Vab)가 인가된다. 제1 직류링크 커패시터(112)는 인덕터 전류(IL)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 초기 구동시에, 제1 직류링크 캐피시터(112)는 인덕터 전류(IL)에 의해 충전된다. 즉, 제1 스위칭부(111)와 연결 지점에 인가되는 전압(Vab)이 초기 구동시에는 '0V'이므로, 인덕터 전압(VL)에는 고주파 변압기(130)의 1차측 권선에 인가되는 전압(Vcd/N)이 인가된다. 따라서, 인덕터 전류(IL)는 제1 직류링크 캐패시터(112)로 인입되므로, 제1 직류링크 캐패시터(112)가 충전된다.
한편, 직류/직류 컨버터(100)는 다음과 같이 초기 동작을 수행한다. 즉, 제어부(170)는 초기 기동시에, 보조 전원부(160)를 제어하여 제2 직류링크 커패시터(122)를 충전시킨 후(ⓐ), 고주파 변압기(130)를 통해 1차측 전력변환회로부(110)로 전력을 전달한다(ⓑ).
고주파 변압기(130)를 통해 1차측 전력변환회로부(110)로 전달된 전력은 제1 직류링크 커패시터(112)에 충전된다(ⓒ). 이후, 제어부(170)는 제1 직류링크 커패시터(112)의 전압이 계통전원(151)의 전압을 초과하면, 계통측 스위치(141)를 제어하여 계통전원(150)을 1차측 전력변환회로부(110)로 연결하여 정상 동작을 수행한다(ⓓ). 여기서, 보조 전원부(160)는 보조 배터리(161)와 충방전부(162)를 포함하며, 2차측 직류링크단에 설치된다. 보조 전원부(160)는 저압의 2차측 전류변환회로부(120)의 초기 기동을 가능하게 하며, 이때 필요한 보조 배터리(161)는 큰 용량의 배터리를 사용하지 않아도 된다.
다음으로, 직류/직류 컨버터(100)는 다음과 같이 정상 동작을 수행한다. 즉, 제1 스위칭부(111)는 계통전원(150)으로부터 직류입력이 인가되면, 강압된 교류전력을 만들어 고주파 변압기(130)의 1차측으로 전달한다. 제2 스위칭부(121)는 고주파 변압기(130)의 2차측으로부터 전달된 교류전력를 직류출력으로 만들어 제2 직류링크 커패시터(121)를 충전한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법에 대한 순서도이다.
제어부(170)는 직류/직류 컨버터(100)의 초기 기동시에, 직류/직류 컨버터(100)의 2차측에 위치하는 보조 전원부(160)를 동작시킨다(S151). 보조 전원부(160)는 보조 배터리(161)와 충방전부(162)를 구비하여 제2 전원(150)에 전원을 공급하여 제2 전원(150)을 활성화시키고, 그에 따라 제2 전원(150)은 제2 직류링크 커패시터(122)를 충전한다(S152). 이때, 제2 전원(150)은 제2 스위칭부(121)의 스위칭 제어를 위한 게이트 전압을 인가한다. 즉, 제어부(170)는 제2 스위칭부(121)의 스위칭 제어를 통한 2차측 전류변환회로부(120)의 회로조작이 가능하다(S153).
이후, 제2 직류링크 커패시터(122)의 충전이 완료되면, 2차측 전류변환회로부(120)는 고주파 변압기(130)의 2차측으로 전력을 전달할 수 있다. 이때, 제어부(170)는 제2 스위칭부(121)의 스위칭 제어를 통해 고주파 변압기(130)의 2차측으로 전력을 전달할 수 있다. 그리고, 고주파 변압기(130)는 2차측으로 전달된 전력을 승압하여 1차측으로 전달한다(S154).
고주파 변압기(130)의 1차측으로 전달된 전력은 제1 직류링크 커패시터(112)에 충전되고, 제1 전원(140)은 활성화되어 제1 스위칭부(111)에 전원을 인가한다(S155). 이때, 고주파 변압기(130)의 1차측으로 전달된 전력은 제1 스위칭부(112)의 스위치의 다이오드 브릿지를 통해 제1 직류링크 커패시터(112)에 충전된다.
그리고, 제어부(170)는 제1 직류링크 캐패시터(112)의 전압과 계통전압을 비교한다(S156). 이때, 제어부(170)는 제1 직류링크 캐패시터(112)의 전압이 계통전압을 초과하면, 제1 직류링크 캐패시터(112)의 충전을 완료하고, 계통측 스위치(141)를 제어하여 계통전원(150)을 1차측 전류변환회로부(110)은 연결하여 정상 동작을 수행한다(S157). 제어부(170)는 제1 직류링크 캐패시터(112)의 전압이 계통전압을 초과하지 않으면, S153 단계부터 반복 수행한다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (9)

  1. 2차측 전력변환회로의 보조 전원을 이용하여 2차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계;
    상기 2차측 직류링크 커패시터가 충전됨에 따라, 고주파 변압기를 통해 1차측 전력변환회로로 상기 2차측 직류링크 커패시터의 전력이 전달되는 단계;
    상기 전달된 전력에 의해 1차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계; 및
    상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압과 계통전압을 비교함에 따라, 상기 계통전압을 상기 1차측 전력변환회로에 연결하는 단계;
    를 포함하는 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차측 직류링크 커패시터 충전 단계는,
    상기 보조 전원의 보조 배터리를 이용하여 2차측 전원이 충전되는 단계; 및
    상기 2차측 전원에 의해 상기 2차측 직류링크 커패시터가 충전되는 단계를 포함하는 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차측 직류링크 커패시터 충전 단계는,
    상기 1차측 전력변환회로에 포함된 스위치들의 다이오드 브리지를 통해 상기 전달된 전력이 상기 1차측 직류링크 커패시터로 전달되는 것을 특징으로 하는 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 단계는,
    상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압이 상기 계통전압을 초과하는 경우에, 상기 계통전압을 상기 1차측 전력변환회로에 연결하는 것을 특징으로 하는 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 단계 이후에는,
    상기 1차측 전력변환회로에 의해 강압된 교류전력이 상기 고주파 변압기로 전달되는 단계; 및 상기 2차측 젼력변환회로에 의해 상기 고주파 변압기로부터 전달된 교류전력이 직류출력으로 변환되어 상기 제2 직류링크 커패시터로 전달되는 단계;를 더 포함하는 보조 전원을 이용한 반도체 변압기의 기동 방법.
  6. 1차측 직류링크 커패시터를 포함하는 1차측 전력변환회로부;
    2차측 직류링크 커패시터를 포함하는 2차측 전력변환회로부;
    초기 기동시, 상기 2차측 직류링크 커패시터를 충전하기 위한 보조 전원부; 및
    상기 1차측 전력변환회로부와 상기 2차측 전력변환회로부 사이를 절연시키고, 상기 2차측 직류링크 커패시터에 충전된 전력을 상기 1차측 전력변환회로부로 전달하는 고주파 변압기;를 포함하며,
    상기 1차측 직류링크 커패시터는, 상기 고주파 변압기로부터 전달된 전력에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 직류/직류 컨버터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압과 계통 전압을 비교하는 제어부;
    상기 비교 결과에 따라 상기 1차측 전력변환회로부로 상기 계통 전압을 연결하는 계통 스위치;
    를 더 포함하는 직류/직류 컨버터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 1차측 직류링크 커패시터의 전압이 상기 계통 전압을 초과하면, 상기 계통 스위치를 연결하는 것을 특징으로 하는 직류/직류 컨버터.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 1차측 전력변환회로부의 스위칭부와 상기 고주파 변압기의 1차측 권선 사이에 직렬로 연결되는 인덕터를 더 포함하는 직류/직류 컨버터.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102094832B1 (ko) 2018-11-29 2020-03-31 한국철도기술연구원 반도체 변압기의 제어 전원 공급 장치
CN112421966B (zh) * 2019-08-22 2022-03-29 南京南瑞继保电气有限公司 一种固态变压器
KR102264869B1 (ko) * 2020-06-18 2021-06-14 주식회사 효성 원격 제어용 전력 설비
KR102450195B1 (ko) * 2020-11-12 2022-10-04 효성중공업 주식회사 반도체 변압기의 기동 방법 및 이를 이용한 컨버터
KR102485450B1 (ko) * 2022-04-14 2023-01-06 주식회사 에스디이노베이션 고출력 고주파 rf제너레이터

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943229A (en) * 1998-06-02 1999-08-24 Abb Power T&D Company Inc. Solid state transformer
KR101463388B1 (ko) * 2013-10-28 2014-11-20 한국전기연구원 배압 회로 구조를 이용한 양방향 반도체 변압기

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5705178B2 (ja) * 2012-07-30 2015-04-22 三菱電機株式会社 電力変換装置、電源切替装置、住宅及び電力変換方法
JP6065753B2 (ja) * 2013-06-06 2017-01-25 三菱電機株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータおよびバッテリ充放電装置
JP2015015829A (ja) * 2013-07-04 2015-01-22 住友電気工業株式会社 双方向ａｃ／ｄｃ変換装置、突入電流防止方法及びコンピュータプログラム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943229A (en) * 1998-06-02 1999-08-24 Abb Power T&D Company Inc. Solid state transformer
KR101463388B1 (ko) * 2013-10-28 2014-11-20 한국전기연구원 배압 회로 구조를 이용한 양방향 반도체 변압기

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM, DO HYUN ET AL.: "Operation and Performance Analysis of New Bidirectional intelligent Semiconductor Transformer", THE TRANSACTIONS OF THE KOREAN INSTITUTE OF POWER ELECTRONICS, vol. 18, no. 2, April 2013 (2013-04-01), pages 169 - 177, XP055478413, Retrieved from the Internet <URL:http.//dx.doi.org/10.6113/TKPE.2013.18.2.169> *
KIM, JAE-HYUK ET AL.: "Prototype Development of 3-Phase 3.3kV/220V 6kVA Modular Semiconductor Transformer", THE TRANSACTIONS OF THE KOREAN INSTITUTE OF ELECTRICAL ENGINEERS, vol. 62, no. 12, 2013, pages 1678 - 1687, XP055478418, Retrieved from the Internet <URL:http://dx.doi.org/10.5370/KIEE.2013.62.12.1678> *
UM, KEE-HONG: "Design of Semiconductor -Operated Bidirectional Transformers Driven by Polarities of Alternating Voltage Sources", THE JOURNAL OF THE INSTITUTE OF INTERNET , BROADCASTING AND COMMUNICATION, vol. 15, no. 1, 28 February 2015 (2015-02-28), pages 253 - 259, XP055478451, Retrieved from the Internet <URL:http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2015.15.1.253> *

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