KR20160043412A - 모듈식 양방향 전력 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양방향 전력 변환기(PCS, Power Conversion System)를 구성하는 방법을 개시한다.
본 발명의 모듈식 양방향 전력 변환기는, 도 2와 같이 파워모듈(Power Module)을 구성하여 양방향 전력변환기(PCS) 를 무순단으로 운영한다.

Description

모듈식 양방향 전력 변환기{Modular type bi-lateral Power Conversion System}

본 발명은 양방향 전력 변환기 (PCS, Power Conversion System) 를 구성 하는 방법에 관한 것이다.

기존의 PCS 시스템은 도 1에 보인 것과 같이 IGBT 스위치 스택 3개와 정류 부를 전부 연결하여 한 개의 몸체로 구성한다. 이렇게 구성하면 PCS 용량을 증설하는데 문제가 있을 뿐만 아니라 PCS 의 일부가 고장나면 전체를 수리해야 하는 번거로움이 있고 또한 수리비용이 많이 든다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 필요한 만큼 다수의 파워 모듈(Power Module)을 병렬로 연결하여 PCS 용량을 원하는 대로 증설 할 수 있을 뿐만 아니라 PCS 가 고장나면 고장 난 Power Module 만 교체하면 됨으로 유지보수가 간단하고 또한 유지 보수 비용이 적게드는 모듈식 양방향 전력 변환기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 일부 Power Module 에 문제가 발생하여도 전체 PCS 는 해당 Power Module 이 속한 상의 불평형과 용량의 감소만 있을 뿐 전체 PCS는 정상운영 할 수 있는 모듈식 양방향 전력 변환기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도 2와 같이 파워모듈(Power Module)을 구성하여 양방향 전력변환기(PCS)를 무순단으로 운영하는 모듈식 양방향 전력 변환기를 제공한다.

또한, 본 발명은 도 3에 보인 것과 같이 도2의 파워모듈(Power Module)을 병렬로 연결하여 3상 양방향 PCS 를 구성하고, 이렇게 PCS 를 구성하여 고장이 나면 고장 난 Power Module 만 교체하여 유지보수를 간단히 하고 또한 유지보수 비용을 절감하는 모듈식 양방향 전력 변환기를 제공한다.

또한, 본 발명은 도 2의 Power Module 을 도 3과 같이 연결하고 여기에 추가로 Power Module 을 필요한대로 다수 병렬 연결하여 PCS 의 용량을 증설하고, 이 경우 다수 연결한 Power Module 중 일부가 고장이 나더라도 부하 측에서 보았을 경우 해당 Power Module이 속한 상의 불 평형 및 용량 감소가 있을 뿐 전체 PCS는 정상적으로 운영 할 수 있는 모듈식 양방향 전력 변환기를 제공한다.

또한, 본 발명은 도 2의 Power Module 을 필요한대로 3상 이상의 다상 구조로 연결하여 다상 양방향 PCS를 구성하는 모듈식 양방향 전력 변환기를 제공한다.

이와 같은 본 발명의 실시예는 도 2에 보인 것과 같이 Power Module 을 구성하고 이 Power Module 을 도 3에 보인 것과 같이 3개 병렬로 연결하여 3상 양방향 PCS 를 구성한다. 이렇게 Power Module 을 사용하여 PCS 를 구성 하면 필요한 만큼 다수의 Power Module 을 병렬로 연결하여 PCS 용량을 원하는 대로 증설 할 수 있을 뿐만 아니라 PCS 가 고장나면 고장 난 Power Module 만 교체하면 됨으로 유지보수가 간단하고 또한 유지 보수 비용이 적게든다

또한, 다수의 Power Module 을 병렬로 연결 하여 사용할 경우 일부 Power Module 에 문제가 발생하여도 전체 PCS 는 해당 Power Module 이 속한 상의 불평형 과 용량의 감소만 있을 뿐 전체 PCS 는 정상 운영된다.

도 1은 기존 방식의 전력변환기의 예를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 파워 모듈을 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 파워모듈 3개를 병렬로 연결하여 양방향 3상 전력변환기를 구성한 회로도이다.
도 4는 도 3의 A, B, C, 그리고 N을 3상 4선식으로 구성한 회로도이다.
도 5는 도 3의 양방향 전력변환기의 AC 출력파형을 도시한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 2는 본 발명의 파워모듈(Power Module)을 보여준다. Power Module은 충전기 부 (정류기 부)와 DC/AC 변환 부 (인버터 부)로 구성되어 있으며 배터리를 연결 할 수 있도록 되어 있다. 충전기 부와 DC/AC 변환부의 동작은 기존의 방식과 동일 하다. 충전기부에는 L 과 transformer 가 구비되어 있다. L 은 역률 보상 회로에 필요한 소자이며 Transformer 는 필요에 따라 충전기부를 배터리와 분리하기 위한 S1, S2 스위치를 구동 하기 위한 신호를 생성하는데 사용한다. S1, S2 와 Transformer 와의 결선은 일반적인 것임으로 여기서는 구체적인 설명을 생략한다. PFC IC 는 정류기의 역률을 보상하는 기능을 수행한다. 도2의 DC/AC 인버터 부에서 N 을 구성하는 IGBT 스위치는 생략 할 수도 있다.

DC/AC 변환 부의 동작은 기존의 방식과 동일하며 drv 는 IGBT 게이트 구동 회로이다. 또한 IGBT 구동회로 drv 를 제어하여 DC/AC 인버터의 출력을 제어할 수 있다.

충전부에서는 A, N 으로 들어온 AC 를 충전 부가 직류로 변환하여 배터리에 충전을 하며 DC/AC 변환부는 배터리의 출력을 IGBT 로 스위칭하여 A, N 으로 AC 출력을 생성한다. 스위치 S1, S2 를 사용해 배터리가 만 충전되면 충전 부를 분리 시킨다. Power Module 은 충전 부와 DC/AC 변환 부를 동시에 동작 시킬 수가 있으므로 양방향 동작의 전환이 무 순단으로 이루어진다.

도 3은 도의 Power Module 3개를 병렬로 연결한 회로를 보여준다. 도 2의 Power Module 을 필요한 만큼 병렬로 연결하면 PCS 의 용량을 마음대로 확장 할 수 있다. 또한 PCS 에 고장이 발생하면 해당 Power Module 만 교체하면 됨으로 유지보수 비용이 절감되고 다수의 Power Module 을 병렬로 연결 하여 사용할 경우 일부 Power Module 에 문제가 발생하여도 전체 PCS 는 해당 Power Module 이 속한 상의 불평형 과 용량의 감소만 있을 뿐 전체 PCS 는 정상운영된다.

도4 는 도 3의 A, B, C, N 을 3상 4선 식으로 연결한 회로이다. 도 5는 도3의 회로의 3상 출력 파형을 보여준다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (4)

1. 도 2와 같이 파워모듈(Power Module)을 구성하여 양방향 전력변환기(PCS) 를 무순단으로 운영하는 모듈식 양방향 전력 변환기.
2. 도 3에 보인 것과 같이 도2의 파워모듈(Power Module)을 병렬로 연결하여 3상 양방향 PCS 를 구성하고, 이렇게 PCS 를 구성하여 고장이 나면 고장 난 Power Module 만 교체하여 유지보수를 간단히 하고 또한 유지보수 비용을 절감 하는 모듈식 양방향 전력 변환기.
3. 도 2의 Power Module 을 도 3과 같이 연결하고 여기에 추가로 Power Module 을 필요한대로 다수 병렬 연결하여 PCS 의 용량을 증설하고, 이 경우 다수 연결한 Power Module 중 일부가 고장이 나더라도 부하 측에서 보았을 경우 해당 Power Module이 속한 상의 불 평형 및 용량 감소가 있을 뿐 전체 PCS는 정상적으로 운영 할 수 있는 모듈식 양방향 전력 변환기.
4. 도 2의 Power Module 을 필요한대로 3상 이상의 다상 구조로 연결하여 다상 양방향 PCS를 구성하는 모듈식 양방향 전력 변환기.

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