WO2021040355A2 - Intelligent transformer topology in which small power converter is added to conventional distribution transformer - Google Patents

Intelligent transformer topology in which small power converter is added to conventional distribution transformer Download PDF

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이현준
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Abstract

Disclosed is an intelligent transformer topology in which a small power converter is added to a conventional distribution transformer. An intelligent transformer operating in a single phase, in which a small power converter is added to a conventional distribution transformer, comprises: a transformer having a tap on a primary side or a secondary side; and a power converter connected to the primary side or secondary side of the transformer. The power converter comprises: a converter which generates a link voltage by using an output voltage of the transformer and compensates for reactive power; a link capacitor unit which is connected in parallel with the converter and stores the link voltage; an inverter which is connected in parallel with the converter and the link capacitor unit, and outputs a voltage by using the link voltage; and a bypass circuit of which one end is connected to one of input stages of the converter and the other end is connected to an output stage of the inverter.

Description

기존의 배전용 변압기에 작은 전력 변환기를 추가한 지능형 변압기 토폴로지An intelligent transformer topology that adds a small power converter to the existing distribution transformer.
본 발명은 기존의 배전용 변압기에 작은 전력 변환기를 추가한 지능형 변압기 토폴로지 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent transformer topology in which a small power converter is added to an existing distribution transformer and a control method thereof.
최근 전력 계통에서 주야간 부하 변동 폭이 점점 커지고 있으며, 전력 계통과 연결된 신재생에너지원의 용량이 점점 증가하고 있다. 그러나 신재생에너지원은 기후 등에 의한 원인으로 발전량이 크게 변동하며, 이에 따라 배전 전압의 크기가 수시로 변동하는 문제점이 발생하고 있다. In recent years, the range of load fluctuations during the day and night in the power system is gradually increasing, and the capacity of renewable energy sources connected to the power system is gradually increasing. However, new and renewable energy sources have a problem in that the amount of power generation is greatly fluctuated due to climate or the like, and accordingly, the size of the distribution voltage fluctuates from time to time.
도 1은 종래기술에 따른 배전용 변압기를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a distribution transformer according to the prior art.
도 1은 1차 측과 2차 측에 탭이 있는 기존의 배전용 변압기를 보여준다. 배전 전압 변동 폭에 대한 제한 규정을 지키기 위해 기존에는 배전용 변압기의 탭을 수동으로 조정하였다. 그러나 최근 배전 전압의 변동 폭 크기가 증가함에 따라 이러한 수동적인 방법은 한계가 드러나고 있다.1 shows a conventional distribution transformer with taps on the primary side and the secondary side. In the past, the tap of the distribution transformer was manually adjusted to comply with the restrictions on the width of the distribution voltage fluctuation. However, as the magnitude of the fluctuation width of the distribution voltage increases in recent years, this passive method has a limitation.
도 2는 종래기술에 따른 스마트 변압기 기반 분배 시스템의 단일 라인 다이어그램이다. 2 is a single line diagram of a smart transformer-based distribution system according to the prior art.
기존의 배전 네트워크의 한계를 극복하기 위해 도 2와 같은 지능형 변압기가 제안되었다. 이러한 지능형 변압기들은 배전 네트워크의 안정도를 향상시키고, 선로 이용률을 높이는 장점들이 있다. 그러나 기존의 지능형 변압기들은 전체 시스템이 수많은 전력 반도체 소자로 구성되어 시스템이 복잡하고, 가격이 비싸며, 효율이 낮은 단점들이 있다. In order to overcome the limitations of the existing distribution network, an intelligent transformer as shown in FIG. 2 has been proposed. These intelligent transformers have advantages of improving the stability of the distribution network and increasing the line utilization rate. However, conventional intelligent transformers have disadvantages in that the entire system is composed of numerous power semiconductor devices, so that the system is complex, expensive, and low in efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 지능형 배전용 변압기에 컨버터만 추가함으로써 배전 전압의 크기를 일정하게 제어하기 위한 지능형 변압기를 제안하고자 한다. 본 토폴로지는 기존의 지능형 변압기의 장점인 배전 전압의 제어, 역률 개선, 고조파 저감 등의 장점뿐만 아니라, 기존의 지능형 변압기와 비교하여 구조가 단순하고, 가격이 저렴하며, 효율이 높다는 장점이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to propose an intelligent transformer for uniformly controlling the size of the distribution voltage by adding only a converter to the existing intelligent distribution transformer. This topology has advantages such as control of distribution voltage, improvement of power factor, and reduction of harmonics, which are the advantages of conventional intelligent transformers, as well as advantages of simple structure, low cost, and high efficiency compared to existing intelligent transformers.
일 측면에 있어서, 기존의 배전용 변압기에 작은 전력 변환기를 추가한 단상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, 1차 측 또는 2차 측에 탭이 존재하는 변압기를 포함하고, 변압기의 1차 측 또는 2차 측에 전력변환기를 포함하며, 상기 전력 변환기는 상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하고, 무효 전력을 보상하는 컨버터, 상기 컨버터와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부 및 상기 컨버터, 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터, 및 일단이 상기 컨버터와 연결된 상기 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로를 포함한다. In one aspect, in an intelligent transformer operating in a single phase in which a small power converter is added to an existing distribution transformer, the transformer includes a transformer having a tap on the primary side or the secondary side, and the primary side or the second side of the transformer A power converter on the vehicle side, wherein the power converter generates a link voltage using the output voltage of the transformer and compensates for reactive power, a link capacitor unit connected in parallel with the converter and storing the link voltage And the converter, an inverter connected in parallel with the link capacitor part, and outputting a voltage using the link voltage, and one end connected to the middle of the two taps of the transformer connected to the converter, and the other end connected to the output terminal of the inverter. It includes a bypass circuit connected to.
상기 전력 변환기는 병렬로 연결된 3개의 서브 컨버터를 포함하고, 상기 3개의 서브 컨버터들 각각은 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함하며, 상기 3개의 서브 컨버터들의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 3개의 서브 컨버터들의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며, 변압기의 일단 또는 타단 및 다른 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 컨버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단과 연결되고, 인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결된다. The power converter includes three sub-converters connected in parallel, each of the three sub-converters each includes a first switch and a second switch connected in series, and the upper ends of the first switches of the three sub-converters are each And the lower ends of the second switch of the three sub-converters are connected to each other, and two windings connected to one end or the other end of the transformer and the other tap are respectively connected to the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the converter. And the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
상기 전력 변환기의 서브 컨버터는 직렬 연결된 두 개 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터 혹은, 다수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능하다.The sub-converter of the power converter may be composed of a two-level converter composed of two switches connected in series or a multi-level converter composed of a plurality of switches.
상기 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능하다. The link capacitor unit may be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
또 다른 일 측면에 있어서, 기존의 배전용 변압기에 작은 전력 변환기를 추가한 3상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, 변압기는 변압기의 1차측 또는 2차측에 존재하는 탭에 연결된 복수의 권선들을 포함하고, 변압기의 일단 또는 타단 중 어느 하나와 또 다른 탭이 전력 변환기에 연결되고, 상기 복수의 권선들을 통해 변압기와 연결되고, 출력 전압을 변환하는 전력 변환기를 포함하며, 상기 전력 변환기는 상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하고, 무효 전력을 보상하는 컨버터, 상기 컨버터와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부, 상기 컨버터 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터, 및 일단이 상기 컨버터의 입력단과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로를 포함한다. In another aspect, in an intelligent transformer operating in three phases in which a small power converter is added to an existing distribution transformer, the transformer includes a plurality of windings connected to taps present on the primary or secondary side of the transformer, Any one of one end or the other end of the transformer and another tap are connected to the power converter, connected to the transformer through the plurality of windings, and include a power converter for converting an output voltage, wherein the power converter is an output voltage of the transformer A converter that generates a link voltage using and compensates for reactive power, a link capacitor unit connected in parallel with the converter and storing the link voltage, and a link capacitor unit connected in parallel with the converter and the link capacitor unit, and using the link voltage And an inverter for outputting a voltage, and a bypass circuit in which one end is connected to an input terminal of the converter and the other end is connected to an output terminal of the inverter.
상기 전력 변환기는 병렬로 연결된 3개의 서브 컨버터를 포함하고, 상기 3개의 서브 컨버터들 각각은 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함하며, 상기 3개의 서브 컨버터들의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 3개의 서브 컨버터들의 하단과 제2 스위치의 상단은 서로 연결되며, 변압기의 일단 또는 타단 및 다른 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 컨버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단과 연결되고, 인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결된다.The power converter includes three sub-converters connected in parallel, each of the three sub-converters each includes a first switch and a second switch connected in series, and the upper ends of the first switches of the three sub-converters are each Is connected, the lower end of the three sub-converters and the upper end of the second switch are connected to each other, and the two windings connected to one end or the other end of the transformer and the other tap are respectively the lower end of the first switch and the second switch of the sub-converter of the converter And the upper end of the inverter, and the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
상기 전력 변환기의 서브 컨버터는 직렬 연결된 두 개 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 혹은 다수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능하다.The sub-converter of the power converter may be composed of a two-level converter composed of two switches connected in series or a multi-level converter composed of a plurality of switches.
상기 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능하다. The link capacitor unit may be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
또 다른 일 측면에 있어서, 기존의 배전용 변압기에 작은 전력 변환기를 추가한 단상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, 1차 측 또는 2차 측에 탭이 존재하는 변압기를 포함하고, 변압기의 1차 측 또는 2차 측에 전력변환기를 포함하며, 상기 전력 변환기는 상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 다이오드 정류기, 상기 다이오드 정류기와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부, 상기 다이오드 정류기 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터, 및 일단이 상기 다이오드 정류기와 연결된 상기 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로를 포함한다. In another aspect, in an intelligent transformer operating in a single phase in which a small power converter is added to an existing distribution transformer, the transformer includes a transformer having a tap on the primary side or the secondary side, and the primary side of the transformer Or a power converter on the secondary side, wherein the power converter is a diode rectifier generating a link voltage using an output voltage of the transformer, a link capacitor unit connected in parallel with the diode rectifier and storing the link voltage, the An inverter connected in parallel with a diode rectifier and the link capacitor part and outputting a voltage using the link voltage, and one end connected to the middle of two taps of the transformer connected to the diode rectifier, and the other end connected to the output terminal of the inverter It includes a bypass circuit connected to.
상기 다이오드 정류기는 병렬로 연결된 2개의 서브 다이오드 정류기를 포함하고, 상기 인버터는 1개의 서브 컨버터를 포함하며, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들 각각은 직렬 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 각각 포함하고, 상기 1개의 서브 컨버터는 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 서브 컨버터의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제2 다이오드의 애노드 및 상기 서브 컨버터의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며, 변압기의 일단 또는 타단 및 다른 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 다이오드 정류기의 서브 다이오드 정류기의 제1 다이오드의 애노드 및 제2 다이오드의 캐소드과 연결되고, 인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결된다. The diode rectifier includes two sub-diode rectifiers connected in parallel, the inverter includes one sub-converter, and each of the two sub-diode rectifiers includes a first diode and a second diode connected in series, The one sub-converter includes a first switch and a second switch connected in series, and a cathode of a first diode of the two sub-diode rectifiers and an upper end of the first switch of the sub-converter are connected to each other, and the two sub-converters The anode of the second diode of the diode rectifiers and the lower end of the second switch of the sub-converter are connected to each other, and the two windings connected to one end or the other end of the transformer and the other tap are the anodes of the first diode of the sub-diode rectifier of the diode rectifier, respectively. And the cathode of the second diode, and the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
상기 인버터의 서브 컨버터는 직렬 연결된 두 개 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 혹은 다수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능하다.The sub-converter of the inverter may be composed of a two-level converter composed of two switches connected in series or a multi-level converter composed of a plurality of switches.
또 다른 일 측면에 있어서, 기존의 배전용 변압기에 작은 전력 변환기를 추가한 3상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, 변압기는 변압기의 1차측 또는 2차측에 존재하는 탭에 연결된 복수의 권선들을 포함하고, 변압기의 일단 또는 타단 중 어느 하나와 또 다른 탭이 전력 변환기에 연결되고, 상기 복수의 권선들을 통해 변압기와 연결되고, 출력 전압을 변환하는 전력 변환기를 포함하며, 상기 전력 변환기는 상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 다이오드 정류기, 상기 다이오드 정류기와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부, 상기 다이오드 정류기 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터, 및 일단이 상기 다이오드 정류기의 입력단과 연결되는 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로를 포함한다. In another aspect, in an intelligent transformer operating in three phases in which a small power converter is added to an existing distribution transformer, the transformer includes a plurality of windings connected to taps present on the primary or secondary side of the transformer, Any one of one end or the other end of the transformer and another tap are connected to the power converter, connected to the transformer through the plurality of windings, and include a power converter for converting an output voltage, wherein the power converter is an output voltage of the transformer A diode rectifier generating a link voltage using a diode rectifier, a link capacitor unit connected in parallel with the diode rectifier, and a link capacitor unit storing the link voltage, the diode rectifier and the link capacitor unit are connected in parallel, and the voltage is controlled using the link voltage. And a bypass circuit in which one end is connected to the middle of two taps of the transformer connected to the input terminal of the diode rectifier, and the other end is connected to the output terminal of the inverter.
상기 다이오드 정류기는 병렬로 연결된 2개의 서브 다이오드 정류기를 포함하고, 상기 인버터는 1개의 서브 컨버터를 포함하며, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들 각각은 직렬 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 각각 포함하고, 상기 1개의 서브 컨버터는 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 서브 컨버터의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제2 다이오드의 애노드 및 상기 서브 컨버터의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며, 변압기의 일단 또는 타단 및 다른 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 다이오드 정류기의 서브 다이오드 정류기의 제1 다이오드의 애노드 및 제2 다이오드의 캐소드과 연결되고, 인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결된다. The diode rectifier includes two sub-diode rectifiers connected in parallel, the inverter includes one sub-converter, and each of the two sub-diode rectifiers includes a first diode and a second diode connected in series, The one sub-converter includes a first switch and a second switch connected in series, and a cathode of a first diode of the two sub-diode rectifiers and an upper end of the first switch of the sub-converter are connected to each other, and the two sub-converters The anode of the second diode of the diode rectifiers and the lower end of the second switch of the sub-converter are connected to each other, and the two windings connected to one end or the other end of the transformer and the other tap are the anodes of the first diode of the sub-diode rectifier of the diode rectifier, respectively. And the cathode of the second diode, and the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
상기 전력 변환기의 서브 컨버터는 직렬 연결된 두 개 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 혹은 다수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능하다.The sub-converter of the power converter may be composed of a two-level converter composed of two switches connected in series or a multi-level converter composed of a plurality of switches.
본 발명의 실시예들에 따르면 기존의 지능형 배전용 변압기에 컨버터만 추가함으로써 배전 전압의 크기를 일정하게 제어할 수 있다. 본 토폴로지는 기존의 지능형 변압기의 장점인 배전 전압의 제어, 고조파 저감 등의 장점을 가지고 있으며, 젼력 변환기에 컨버터가 존재하는 경우 역률 보상이 가능하다. 뿐만 아니라, 기존의 지능형 변압기와 비교하여 구조가 단순하고, 가격이 저렴하며, 효율이 높은 장점이 있다. According to embodiments of the present invention, the magnitude of the distribution voltage can be constantly controlled by adding only a converter to the existing intelligent distribution transformer. This topology has advantages such as control of distribution voltage and reduction of harmonics, which are the advantages of existing intelligent transformers, and power factor compensation is possible when a converter is present in the power converter. In addition, compared to the existing intelligent transformer, the structure is simple, the price is low, and there are advantages of high efficiency.
도 1은 종래기술에 따른 배전용 변압기를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a distribution transformer according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 스마트 변압기 기반 분배 시스템의 단일 라인 다이어그램이다. 2 is a single line diagram of a smart transformer-based distribution system according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전용 변압기의 1차 측에 연결된 단상 지능형 변압기 토폴로지이다.3 is a topology of a single-phase intelligent transformer connected to a primary side of a distribution transformer according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전용 변압기의 2차 측에 연결된 단상 지능형 변압기 토폴로지이다. 4 is a topology of a single-phase intelligent transformer connected to a secondary side of a distribution transformer according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기 중 풀-브릿지 컨버터의 제어 전략을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a control strategy of a full-bridge converter among power converters according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전 전압의 제어 블록도이다.6 is a control block diagram of a distribution voltage according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 변압기 토폴로지의 실험 결과를 나타내는 도면이다. 7 is a diagram showing an experiment result of an intelligent transformer topology according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 새로운 지능형 배전용 변압기 토폴로지 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 기존의 지능형 배전용 변압기는 시스템 대부분이 전력 반도체 소자로 구성되었다. 그러나 새로운 단상 지능형 배전용 변압기는 기존의 배전용 변압기에 3-leg 컨버터를 추가하는 것만으로 구성할 수 있다. 본 토폴로지를 통해 변동하는 배전 전압을 일정한 크기로 제어할 수 있으며, 배전 전압의 고조파 저감이 가능하다. 또한, 배전용 변압기의 고압 측 역률을 개선함으로써 송전 효율을 개선할 수 있다. 시스템 대부분이 전력 반도체로 구성된 기존의 지능형 배전용 변압기와 비교하면, 본 발명은 기존의 지능형 배전용 변압기의 장점을 포함하는 동시에 구조가 매우 간단하며, 가격이 저렴하다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. The present invention relates to a new intelligent distribution transformer topology and a control method thereof. In the existing intelligent distribution transformer, most of the system is composed of power semiconductor devices. However, the new single-phase intelligent distribution transformer can be configured simply by adding a 3-leg converter to the existing distribution transformer. Through this topology, it is possible to control the varying distribution voltage to a certain level, and it is possible to reduce the harmonics of the distribution voltage. In addition, it is possible to improve power transmission efficiency by improving the high-voltage side power factor of the distribution transformer. Compared with the existing intelligent power distribution transformer in which most of the system is composed of power semiconductors, the present invention includes the advantages of the existing intelligent power distribution transformer, while the structure is very simple and the price is low. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전용 변압기의 1차 측에 연결된 단상 지능형 변압기 토폴로지이다. 3 is a topology of a single-phase intelligent transformer connected to a primary side of a distribution transformer according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전용 변압기의 2차 측에 연결된 단상 지능형 변압기 토폴로지이다. 4 is a topology of a single-phase intelligent transformer connected to a secondary side of a distribution transformer according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 단상에서 동작하는 지능형 변압기(310)는 1차 측 또는 2차 측에 탭이 존재하는 변압기(310)를 포함하고, 변압기(310)의 1차 측 또는 2차 측에 전력변환기(320)를 포함한다. The intelligent transformer 310 operating in a single phase according to an embodiment of the present invention includes a transformer 310 having a tap on the primary side or the secondary side, and the primary side or the secondary side of the transformer 310 It includes a power converter (320).
전력 변환기(320)는 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 컨버터(321), 컨버터(321)와 병렬 연결되고, 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부(322), 컨버터(321) 및 링크 캐패시터부(322)와 병렬 연결되고, 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터(323)를 포함한다. 또한, 일단이 (321)컨버터의 입력단 중 하나와 연결되고, 타단이 인버터(323)의 출력단과 연결되는 바이패스 회로(330)를 더 포함할 수 있다. The power converter 320 is connected in parallel with the converter 321 and the converter 321 for generating a link voltage using the output voltage of the transformer, and a link capacitor 322, a converter 321 and a link for storing the link voltage. It includes an inverter 323 connected in parallel with the capacitor unit 322 and outputting a voltage using a link voltage. In addition, a bypass circuit 330 having one end connected to one of the input terminals of the converter 321 and the other end connected to the output terminal of the inverter 323 may be further included.
또한, 상기 전력 변환기는 병렬로 연결된 3개의 서브 컨버터를 포함하고, 상기 3개의 서브 컨버터들 각각은 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함할 수 있다. 3개의 서브 컨버터들의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 3개의 서브 컨버터들 중 2개의 서브 컨버터들의 제2 스위치의 하단은 서로 연결된다. 변압기의 일단 또는 타단 및 다른 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 컨버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단과 연결되고, 인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결될 수 있다. In addition, the power converter may include three sub-converters connected in parallel, and each of the three sub-converters may each include a first switch and a second switch connected in series. The upper ends of the first switches of the three sub-converters are connected to each other, and the lower ends of the second switches of the two sub-converters among the three sub-converters are connected to each other. The two windings connected to one end or the other end of the transformer and the other tap are connected to the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the converter, respectively, and the lower end of the first switch and the second switch of the sub-converter of the inverter. The top can be connected with the power system.
도 3 및 도 4의 전력 변환기는 직렬 연결된 두 개의 스위치로 구성한 2 레벨 인버터로 도시되어 있지만, 이는 실시예일 뿐 본 발명의 일 실시예에 따른 단상에서 동작하는 지능형 변압기의 서브 컨버터는 다수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능하다. 또한, 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능하다. The power converter of FIGS. 3 and 4 is shown as a two-level inverter composed of two switches connected in series, but this is only an example. The sub-converter of an intelligent transformer operating in a single phase according to an embodiment of the present invention is a plurality of switches. It can be configured with a configured multilevel converter. In addition, the link capacitor unit may be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 단상에서 동작하는 지능형 변압기(410)는 1차 측 또는 2차 측에 탭이 존재하는 변압기(410)를 포함하고, 변압기(410)의 1차 측 또는 2차 측에 전력변환기(420)를 포함한다. The intelligent transformer 410 operating in a single phase according to another embodiment of the present invention includes a transformer 410 having a tap on the primary side or the secondary side, and the primary side or the second side of the transformer 410 It includes a power converter 420 on the vehicle side.
전력 변환기(420)는 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 컨버터(421), 컨버터(421)와 병렬 연결되고, 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부(422), 컨버터(421) 및 링크 캐패시터부(422)와 병렬 연결되고, 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터(423)를 포함한다. 또한, 일단이 (421)컨버터의 입력단 중 하나와 연결되고, 타단이 인버터(423)의 출력단과 연결되는 바이패스 회로(430)를 더 포함할 수 있다.The power converter 420 is connected in parallel with the converter 421 and the converter 421 for generating a link voltage using the output voltage of the transformer, and a link capacitor unit 422 for storing the link voltage, the converter 421 and the link It includes an inverter 423 connected in parallel with the capacitor unit 422 and outputting a voltage using a link voltage. In addition, a bypass circuit 430 having one end connected to one of the input terminals of the converter 421 and the other end connected to the output terminal of the inverter 423 may be further included.
3상 시스템은 단상 토폴로지 3개를 활용하여 쉽게 구성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 단상 토폴로지는 2차 측에 탭이 있는 기존의 배전용 변압기(410)와 전력 변환기(420), 작은 용량의 입력 필터 및 출력 필터로 구성되었다. 전력 변환기(420)에서 2개의 leg는 직류단 전압 제어를 위한 풀-브릿지 컨버터(full-bridge converter)(421)로, 나머지 1개의 leg는 배전 전압 제어를 위한 하프-브릿지 인버터(half-bridge inverter)(423)로 활용되었다. 배전용 변압기와 전력 변환기 사이에는 작은 용량의 입력 필터가 존재하며, 입력 필터는 전력 변환기의 스위칭에 따른 영향을 줄여주는 역할을 하는 동시에 직류단 전압 제어를 위한 부하 역할을 수행한다. 이 때, 입력 필터는 커플링된 인덕터(coupled inductor) 구조로 구성되며, 이 구조를 통해 공통 모드 인덕턴스의 크기를 낮추어 전력 전달시 임피던스를 줄이고, 차동 모드 인덕턴스의 크기를 적절하게 설계하여 직류단 전압 제어를 위한 임피던스로 이용할 수 있다.A three-phase system can be easily configured using three single-phase topologies. Referring to FIG. 4, the single-phase topology is composed of a conventional distribution transformer 410 and a power converter 420 having a tap on the secondary side, and an input filter and an output filter having a small capacity. In the power converter 420, two legs are a full-bridge converter 421 for DC link voltage control, and the other leg is a half-bridge inverter for distribution voltage control. ) (423). An input filter of a small capacity exists between the distribution transformer and the power converter, and the input filter serves to reduce the effect of switching of the power converter and at the same time serves as a load for DC link voltage control. At this time, the input filter is composed of a coupled inductor structure, and through this structure, the size of the common mode inductance is reduced to reduce the impedance during power transmission, and the size of the differential mode inductance is appropriately designed to reduce the DC link voltage. It can be used as an impedance for control.
본 발명의 일 실시예에 따른 3상에서 동작하는 지능형 변압기는 변압기의 1차측 또는 2차측에 존재하는 탭에 연결된 복수의 권선들을 포함하고, 변압기의 일단 또는 타단 중 어느 하나와 또 다른 탭이 각 전력 변환기에 연결되며, 복수의 권선들을 통해 변압기 및 전력 계통과 연결되고, 출력 전압을 변환하는 전력 변환기를 포함한다. The intelligent transformer operating in a three-phase according to an embodiment of the present invention includes a plurality of windings connected to a tap existing on the primary or secondary side of the transformer, and any one of one end or the other end of the transformer and another tap are each power supply. It is connected to the converter, is connected to the transformer and the power system through a plurality of windings, and includes a power converter for converting the output voltage.
전력 변환기는 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 컨버터, 컨버터와 병렬 연결되고, 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부 및 컨버터, 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터 및 일단이 상기 컨버터의 입력단과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로를 포함한다. The power converter is a converter that generates a link voltage using the output voltage of the transformer, is connected in parallel with the converter, and is connected in parallel with the link capacitor unit and converter and link capacitor unit that stores the link voltage, and outputs a voltage using the link voltage. And a bypass circuit having one end connected to the input terminal of the converter and the other end connected to the output terminal of the inverter.
또한, 전력 변환기는 병렬로 연결된 3개의 서브 컨버터를 포함하고, 3개의 서브 컨버터들 각각은 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함한다. 3개의 서브 컨버터들의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 3개의 서브 컨버터들 중 2개의 서브 컨버터들의 제2 스위치의 하단은 서로 연결된다. In addition, the power converter includes three sub-converters connected in parallel, and each of the three sub-converters includes a first switch and a second switch connected in series, respectively. The upper ends of the first switches of the three sub-converters are connected to each other, and the lower ends of the second switches of the two sub-converters are connected to each other.
변압기의 일단 또는 타단 및 다른 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 컨버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단과 연결되고, 인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결될 수 있다. The two windings connected to one end or the other end of the transformer and the other tap are connected to the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the converter, respectively, and the lower end of the first switch and the second switch of the sub-converter of the inverter. The top can be connected with the power system.
본 발명의 일 실시예에 따른 3상에서 동작하는 지능형 변압기의 서브 컨버터는 직렬 연결된 두 개 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터를 포함하여, 다수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능하다. 또한, 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능하다. The sub-converter of an intelligent transformer operating in three phases according to an embodiment of the present invention may include a two-level converter composed of two switches connected in series, and may be configured as a multi-level converter composed of a plurality of switches. In addition, the link capacitor unit may be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기 중 풀-브릿지 컨버터의 제어 전략을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining a control strategy of a full-bridge converter among power converters according to an embodiment of the present invention.
본 토폴로지에서 풀-브릿지 컨버터는 직류단 전압 제어를 수행하는데, 직류단 전압 제어를 위해서는 직류단 캐패시터를 통해 흐르며, 직류단 캐패시터를 충전하는 차동 모드 전류의 제어가 필요하다. 차동 모드 전류를 계산하기 위해서 입력단 전류 (i a, i b) 를 활용할 수 있다. In this topology, the full-bridge converter performs DC link voltage control. To control the DC link voltage, it is necessary to control the differential mode current that flows through the DC link capacitor and charges the DC link capacitor. The input current (i a , i b ) can be used to calculate the differential mode current.
입력단 전류는 2개의 전류 성분으로 이루어져 있으며, 첫 번째는 전력을 전달하며 입력단 전류에서 같은 방향으로 흐르는 공통 모드 전류 (i com) 성분이고, 두 번째는 앞서 언급한 차동 모드 전류 성분이다. 차동 모드 전류는 입력단 전류에서 서로 다른 방향으로 흐르는 전류 성분이다. 따라서 직류단 전압 제어를 위해 차동 모드 전류 계산이 필요하고, 이를 위해서는 입력단 전류 센싱이 필수적이다.The input current is composed of two current components, the first is the common mode current (i com ) that transfers power and flows in the same direction from the input current, and the second is the aforementioned differential mode current component. The differential mode current is a component of current flowing in different directions in the input current. Therefore, differential mode current calculation is required for DC link voltage control, and input current sensing is essential for this.
도 5에서 볼 수 있듯이, 직류단 전압 제어기로는 직류단 전압의 오버슛(Over-shoot)을 방지하기 위해 IP(Integral-Proportional) 제어기가 사용되었다. 또한 전력 전달 시 발생하는 직류단 전압의 2차 고조파 성분을 제거하기 위해 노치 필터가 사용되었다. 계통 전압의 위상각을 추정하기 위하여 SOGI-PLL(Second Order Generalized Integrator - Phase Locked Loop)가 사용되었다. 이 때, 생성되는 차동 모드 전류 명령은 교류 신호이기 때문에 이를 제어하기 위하여 PR(Proportional Resonant) 제어기가 활용되었다. 또한, 도 4에서 ′s′와 ′n′의 전압을 같게 유지하기 위하여 PWM 기법으로 SPWM을 채택하였다.As can be seen in FIG. 5, as the DC link voltage controller, an Integral-Proportional (IP) controller was used to prevent over-shoot of the DC link voltage. In addition, a notch filter was used to remove the second harmonic component of the DC link voltage generated during power transmission. To estimate the phase angle of the grid voltage, SOGI-PLL (Second Order Generalized Integrator-Phase Locked Loop) was used. At this time, since the generated differential mode current command is an AC signal, a PR (Proportional Resonant) controller was used to control it. In addition, in FIG. 4, in order to keep the voltages of's' and'n' the same, SPWM was adopted as a PWM technique.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전 전압의 제어 블록도이다. 6 is a control block diagram of a distribution voltage according to an embodiment of the present invention.
배전 전압의 크기와 위상각 추정을 위하여 SOGI-PLL이 활용되었다. 배전 전압 제어기로는 정상상태 오차를 줄이기 위하여 I(Integral) 제어기가 활용되었으며, 하프-브릿지 인버터(half-bridge inverter)가 주입 전압 (V inj)을 합성하여 배전 전압의 크기를 제어한다. 또한, 전력 변환기의 입력단에서 측정한 계통 전압과 SOGI-PLL을 통해 추정한 계통 전압의 기본파 성분을 이용하여 계통 전압의 고조파 성분을 계산하여 보상할 수 있다. 풀-브릿지 컨버터와 마찬가지로 PWM 기법으로 SPWM을 채택하였다.SOGI-PLL was used to estimate the magnitude and phase angle of the distribution voltage. As the distribution voltage controller, an I (Integral) controller was used to reduce the steady state error, and a half-bridge inverter controls the magnitude of the distribution voltage by synthesizing the injection voltage (V inj ). In addition, it is possible to compensate by calculating the harmonic component of the system voltage by using the system voltage measured at the input terminal of the power converter and the fundamental wave component of the system voltage estimated through the SOGI-PLL. Like the full-bridge converter, SPWM was adopted as the PWM technique.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 변압기 토폴로지의 실험 결과를 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing an experiment result of an intelligent transformer topology according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 실험에서 전력 변환기는 2 레벨 토폴로지가 활용되었으며, 고전압 측 전압의 크기는 380 V, 저전압 측 전압의 크기는 220 V이다. 전력 변환기의 스위칭 주파수는 5 kHz이고, 직류단 전압은 150 V로 제어되었다. 이는 본 발명의 실시예일뿐, 전력 변환기는 멀티레벨 토폴로지가 가능하다. In the experiment according to the embodiment of the present invention, the power converter used a two-level topology, the high voltage side voltage was 380 V, and the low voltage side voltage was 220 V. The switching frequency of the power converter was 5 kHz, and the DC link voltage was controlled to 150 V. This is only an embodiment of the present invention, and the power converter is capable of a multilevel topology.
본 발명의 실시예에 따른 실험의 목적은 부하 변동에 따라 배전 전압 크기 제어 성능을 관찰하는 것이다. An object of the experiment according to an embodiment of the present invention is to observe the distribution voltage magnitude control performance according to the load fluctuation.
도 7은 전체 실험 결과를 나타내며, 프로브로 측정한 배전 전압( V pcc,probe), 센서로 측정한 배전 전압( V pcc,sensor), 직류단 전압 ( V dc), 주입 전압의 크기 (| V inj|)이 나타나있다.7 shows the overall experimental results, the distribution voltage measured by the probe ( V pcc,probe ), the distribution voltage measured by the sensor ( V pcc,sensor ), the DC link voltage (V dc ), the magnitude of the injection voltage (| V inj |) is shown.
도 7(a)는 전체 실험 순서를 나타내며, 전체 실험은 전력 변환기의 컨버터 게이팅 & 직류단 전압 제어 수행, 인버터 게이팅, 배전 전압 크기 제어 수행, 배전 부하 연결 순으로 수행되었다. 도 7(b)는 직류단 전압 제어 성능을 나타내며, 실험 결과 파형에서 확인할 수 있듯이, 직류단 전압이 오버슛 현상 없이 잘 제어되었다. 도 7(c)는 배전 전압 제어 성능을 보여준다. 제어 시작 후 주입 전압의 크기가 증가함에 따라 배전 전압의 크기가 명령에 따라 220 V로 잘 제어되었다. 도 7(d)는 부하 연결 시점에서 배전 전압 크기 제어 성능을 보여준다. 부하 연결 직후 배전 전압의 크기가 변동하지만, 주입 전압의 크기가 바뀜에 따라 점차 220 V로 증가하는 것을 확인할 수 있다.7(a) shows the entire experiment sequence, and the entire experiment was performed in the order of converter gating of the power converter & DC terminal voltage control, inverter gating, distribution voltage magnitude control, and distribution load connection. 7(b) shows the DC link voltage control performance, and as can be seen from the experimental result waveform, the DC link voltage was well controlled without an overshoot phenomenon. 7(c) shows the distribution voltage control performance. As the injection voltage increased after the start of control, the distribution voltage was well controlled to 220 V according to the command. 7(d) shows the power distribution voltage level control performance at the time of load connection. Immediately after connecting the load, the size of the distribution voltage fluctuates, but it can be seen that it gradually increases to 220 V as the size of the injection voltage changes.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system. Further, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to operate as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or, to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. Can be embodyed. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　 The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings as described above, various modifications and variations can be made from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and those equivalent to the claims also fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (20)

  1. 단상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, In the intelligent transformer operating in single phase,
    1차 측 또는 2차 측에 탭이 존재하는 변압기를 포함하고, 변압기의 탭에 연결되는 전력변환기를 포함하며, It includes a transformer having a tap on the primary side or the secondary side, and includes a power converter connected to the tap of the transformer,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하고, 무효 전력을 보상하는 컨버터; A converter that generates a link voltage using the output voltage of the transformer and compensates for reactive power;
    상기 컨버터와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부; 및A link capacitor unit connected in parallel with the converter and storing the link voltage; And
    상기 컨버터 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터An inverter connected in parallel with the converter and the link capacitor unit and outputting a voltage using the link voltage
    를 포함하는 단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in a single phase comprising a.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    일단이 상기 컨버터와 연결된 상기 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로A bypass circuit in which one end is connected to the middle of the two taps of the transformer connected to the converter, and the other end is connected to the output terminal of the inverter
    를 더 포함하는 단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in a single phase further comprising a.
  3. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 전력 변환기는 병렬로 연결된 3개의 서브 컨버터를 포함하고,The power converter includes three sub-converters connected in parallel,
    상기 3개의 서브 컨버터들 각각은 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함하며, Each of the three sub-converters each includes a first switch and a second switch connected in series,
    상기 3개의 서브 컨버터들의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 3개의 서브 컨버터들 중 2개의 서브 컨버터들의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며,The upper ends of the first switches of the three sub-converters are connected to each other, the lower ends of the second switches of the two sub-converters among the three sub-converters are connected to each other,
    변압기의 두개의 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 컨버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단과 연결되고,The two windings connected to the two taps of the transformer are respectively connected to the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the converter,
    인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결되는 The lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
    단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in single phase.
  4. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    직렬 연결된 두 개의 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 또는 복수의 스위치로 구성된 멀티-레벨 컨버터로 구성 가능한 Configurable as a two-level converter consisting of two switches connected in series, or a multi-level converter consisting of multiple switches.
    단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in single phase.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능한 The link capacitor unit can be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
    단상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in single phase.
  6. 3상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, In the intelligent transformer operating in three phases,
    변압기는 변압기의 1차측 또는 2차측에 존재하는 탭에 연결된 복수의 권선들을 포함하고, 변압기의 두개의 전력 변환기에 연결되고, The transformer includes a plurality of windings connected to a tap present on the primary or secondary side of the transformer, and is connected to two power converters of the transformer,
    상기 복수의 권선들을 통해 변압기와 연결되고, 출력 전압을 변환하는 전력 변환기를 포함하며,And a power converter connected to the transformer through the plurality of windings and converting an output voltage,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하고, 무효 전력을 보상하는 컨버터; A converter that generates a link voltage using the output voltage of the transformer and compensates for reactive power;
    상기 컨버터와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부; 및A link capacitor unit connected in parallel with the converter and storing the link voltage; And
    상기 컨버터 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터 An inverter connected in parallel with the converter and the link capacitor unit and outputting a voltage using the link voltage
    를 포함하는 3상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in three phases comprising a.
  7. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    일단이 상기 컨버터와 연결된 상기 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로A bypass circuit in which one end is connected to the middle of the two taps of the transformer connected to the converter, and the other end is connected to the output terminal of the inverter
    를 더 포함하는 3상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in a three-phase further comprising a.
  8. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 전력 변환기는 병렬로 연결된 3개의 서브 컨버터를 포함하고, The power converter includes three sub-converters connected in parallel,
    상기 3개의 서브 컨버터들 각각은 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함하며, Each of the three sub-converters each includes a first switch and a second switch connected in series,
    상기 3개의 서브 컨버터들의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 3개의 서브 컨버터들 중 2개의 서브 컨버터들의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며,The upper ends of the first switches of the three sub-converters are connected to each other, the lower ends of the second switches of the two sub-converters among the three sub-converters are connected to each other,
    변압기의 두개의 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 컨버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단과 연결되고,The two windings connected to the two taps of the transformer are respectively connected to the lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the converter,
    인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결되는 The lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
    3상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in three phases.
  9. 제8항에 있어서, The method of claim 8,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    직렬 연결된 두 개의 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 또는 복수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능한 A two-level converter consisting of two switches connected in series, or a multi-level converter consisting of multiple switches.
    3상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in three phases.
  10. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능한 The link capacitor unit can be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
    3상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in three phases.
  11. 단상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, In the intelligent transformer operating in single phase,
    1차 측 또는 2차 측에 탭이 존재하는 변압기를 포함하고, 변압기의 1차 측 또는 2차 측에 전력변환기를 포함하며, Including a transformer having a tap on the primary or secondary side, including a power converter on the primary or secondary side of the transformer,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 다이오드 정류기; A diode rectifier generating a link voltage using the output voltage of the transformer;
    상기 다이오드 정류기와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부; 및A link capacitor unit connected in parallel with the diode rectifier and storing the link voltage; And
    상기 다이오드 정류기 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터Inverter connected in parallel with the diode rectifier and the link capacitor unit and outputting a voltage using the link voltage
    를 포함하는 단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in a single phase comprising a.
  12. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    일단이 상기 다이오드 정류기와 연결된 상기 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로A bypass circuit in which one end is connected to the middle of two taps of the transformer connected to the diode rectifier, and the other end is connected to the output terminal of the inverter
    를 더 포함하는 단상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in a single phase further comprising a.
  13. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 전력 변환기가 병렬로 연결되는 2개의 서브 다이오드 정류기 및 1개의 서브 컨버터를 포함하고,The power converter includes two sub-diode rectifiers and one sub-converter connected in parallel,
    상기 2개의 서브 다이오드 정류기들 각각은 직렬 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 각각 포함하며, Each of the two sub-diode rectifiers includes a first diode and a second diode connected in series,
    상기 서브 컨버터는 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함하고,The sub converters each include a first switch and a second switch connected in series,
    상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 서브 컨버터의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제2 다이오드의 애노드 및 상기 서브 컨버터의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며,The cathode of the first diode of the two sub-diode rectifiers and the upper end of the first switch of the sub-converter are connected to each other, and the anode of the second diode of the two sub-diode rectifiers and the lower end of the second switch of the sub-converter are Are connected to each other,
    변압기의 두개의 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 다이오드 정류기의 서브 다이오드 정류기의 제1 다이오드의 애노드 및 제2 다이오드의 캐소드과 연결되고, The two windings connected to the two taps of the transformer are respectively connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode of the sub-diode rectifier of the diode rectifier,
    인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결되는 The lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
    단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in single phase.
  14. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    서브 컨버터가 직렬 연결된 두 개의 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 또는 복수의 스위치로 구성된 멀티레벨 컨버터로 구성 가능한 A two-level converter consisting of two switches connected in series with a sub-converter, or a multi-level converter consisting of a plurality of switches.
    단상에서 동작하는 지능형 변압기. Intelligent transformer operating in single phase.
  15. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능한 The link capacitor unit can be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
    단상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in single phase.
  16. 3상에서 동작하는 지능형 변압기에 있어서, In the intelligent transformer operating in three phases,
    변압기는 변압기의 1차측 또는 2차측에 존재하는 탭에 연결된 복수의 권선들을 포함하고, 변압기의 일단 또는 타단 중 어느 하나와 또 다른 탭이 전력 변환기에 연결되고, The transformer includes a plurality of windings connected to a tap present on the primary or secondary side of the transformer, and any one of one end or the other end of the transformer and another tap are connected to the power converter,
    상기 복수의 권선들을 통해 변압기와 연결되고, 출력 전압을 변환하는 전력 변환기를 포함하며,And a power converter connected to the transformer through the plurality of windings and converting an output voltage,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    상기 변압기의 출력 전압을 이용하여 링크 전압을 생성하는 다이오드 정류기; A diode rectifier generating a link voltage using the output voltage of the transformer;
    상기 다이오드 정류기와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 저장하는 링크 캐패시터부; 및A link capacitor unit connected in parallel with the diode rectifier and storing the link voltage; And
    상기 다이오드 정류기 및 상기 링크 캐패시터부와 병렬 연결되고, 상기 링크 전압을 이용하여 전압을 출력하는 인버터 Inverter connected in parallel with the diode rectifier and the link capacitor unit and outputting a voltage using the link voltage
    를 포함하는 3상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in three phases comprising a.
  17. 제16항에 있어서, The method of claim 16,
    일단이 상기 다이오드 정류기와 연결된 상기 변압기의 두개의 탭의 중간과 연결되고, 타단이 상기 인버터의 출력단과 연결되는 바이패스 회로A bypass circuit in which one end is connected to the middle of two taps of the transformer connected to the diode rectifier, and the other end is connected to the output terminal of the inverter
    를 더 포함하는 3상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in a three-phase further comprising a.
  18. 제16항에 있어서, The method of claim 16,
    상기 전력 변환기가 병렬로 연결되는 2개의 서브 다이오드 정류기 및 1개의 서브 컨버터를 포함하고,The power converter includes two sub-diode rectifiers and one sub-converter connected in parallel,
    상기 2개의 서브 다이오드 정류기들 각각은 직렬 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 각각 포함하며, Each of the two sub-diode rectifiers includes a first diode and a second diode connected in series,
    상기 서브 컨버터는 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 포함하고,The sub converters each include a first switch and a second switch connected in series,
    상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제1 다이오드의 캐소드 및 상기 서브 컨버터의 제1 스위치의 상단은 서로 연결되고, 상기 2개의 서브 다이오드 정류기들의 제2 다이오드의 애노드 및 상기 서브 컨버터의 제2 스위치의 하단은 서로 연결되며,The cathode of the first diode of the two sub-diode rectifiers and the upper end of the first switch of the sub-converter are connected to each other, and the anode of the second diode of the two sub-diode rectifiers and the lower end of the second switch of the sub-converter are Are connected to each other,
    변압기의 두개의 탭과 연결된 2개의 권선은 각각 다이오드 정류기의 서브 다이오드 정류기의 제1 다이오드의 애노드 및 제2 다이오드의 캐소드과 연결되고, The two windings connected to the two taps of the transformer are respectively connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode of the sub-diode rectifier of the diode rectifier,
    인버터의 서브 컨버터의 제1 스위치의 하단 및 제2 스위치의 상단이 전력 계통과 연결되는 The lower end of the first switch and the upper end of the second switch of the sub-converter of the inverter are connected to the power system.
    3상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in three phases.
  19. 제18항에 있어서, The method of claim 18,
    상기 전력 변환기는, The power converter,
    서브 컨버터가 직렬 연결된 두 개의 스위치로 구성된 2 레벨 컨버터, 또는 복수의 스위치로 구성된 멀티-레벨 컨버터로 구성 가능한 A two-level converter consisting of two switches connected in series with a sub-converter, or a multi-level converter consisting of a plurality of switches.
    3상에서 동작하는 지능형 변압기.Intelligent transformer operating in three phases.
  20. 제16항에 있어서, The method of claim 16,
    상기 링크 캐패시터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 캐패시터 뱅크로 구성 가능한 The link capacitor unit can be configured as a capacitor bank including at least one capacitor.
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