KR20240178411A - Converter for low voltage direct current power system and controlling method thereof - Google Patents
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Abstract
저압직류 계통용 컨버터 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 저압직류 계통용 컨버터는 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부, 스위칭부에서 변환된 직류 전원이 인가되는 평활 커패시터, 평활 커패시터에 직렬로 연결되는 고압 다이오드, 고압 다이오드에 병렬로 연결되는 스위칭 소자, 및 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.A converter for a low-voltage DC system and a control method thereof are disclosed. A converter for a low-voltage DC system according to one aspect of the present invention is characterized by including a switching unit that converts three-phase AC power into DC power, a smoothing capacitor to which the DC power converted by the switching unit is applied, a high-voltage diode connected in series with the smoothing capacitor, a switching element connected in parallel with the high-voltage diode, and a freewheeling diode connected in parallel with the switching element.
Description
본 발명은 저압직류 계통용 컨버터 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저압직류 계통에 적용되는 컨버터 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a converter for a low-voltage direct current system and a control method thereof, and more particularly, to a converter applied to a low-voltage direct current system and a control method thereof.
컨버터는 입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 한편, 컨버터에 연계된 DC 계통에 지락 또는 선간 단락이 발생하는 경우 평활용 커패시터의 용량 및 시정수에 따라 수십~수백ka의 서지(surge)가 발생할 수 있다. 일반적으로, 이러한 서지는 짧은 시간(수십us)동안 지속되지만, 선로 임피던스 및 고장 저항에 따라 상당히 긴 시간(수십ms)동안 지속되기도 한다. 이러한 서지는 반도체 소자, 계통 기기, 수용가 설비 등에 뇌충격(lightning impulse)과 같은 과도 현상을 발생시켜 계통에 연계된 각종 설비를 손상시킬 수 있다.The converter can convert the input AC power into DC power and output it. Meanwhile, if a ground fault or line-to-line short circuit occurs in the DC system connected to the converter, a surge of tens to hundreds of kA may occur depending on the capacity and time constant of the smoothing capacitor. In general, this surge lasts for a short time (tens of us), but depending on the line impedance and fault resistance, it may last for a considerably long time (tens of ms). This surge can cause transient phenomena such as lightning impulses to semiconductor elements, system equipment, and customer equipment, thereby damaging various equipment connected to the system.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0067207호 (2018.06.20.)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2018-0067207 (June 20, 2018).
본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 계통의 고장 상황(지락 또는 단락)에서 컨버터에 포함된 평활 커패시터에 의해 서지(surge)가 발생하는 것을 방지할 수 있는 저압직류 계통용 컨버터 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of one aspect of the present invention is to provide a converter for a low-voltage DC system and a control method thereof capable of preventing a surge from occurring by a smoothing capacitor included in the converter in a system fault situation (ground fault or short circuit).
본 발명의 일 측면에 따른 저압직류 계통용 컨버터는 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부; 상기 스위칭부에서 변환된 직류 전원이 인가되는 평활 커패시터; 상기 평활 커패시터에 직렬로 연결되는 고압 다이오드; 상기 고압 다이오드에 병렬로 연결되는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.A low-voltage DC system converter according to one aspect of the present invention is characterized by including: a switching unit that converts three-phase AC power into DC power; a smoothing capacitor to which the DC power converted by the switching unit is applied; a high-voltage diode connected in series with the smoothing capacitor; a switching element connected in parallel with the high-voltage diode; and a freewheeling diode connected in parallel with the switching element.
본 발명은 상기 스위칭부 및 스위칭 소자를 제어하는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 계통에 고장이 발생한 경우 상기 평활 커패시터에의해 서지(surge)가 발생하는 것을 방지하도록 상기 스위칭 소자를 투입하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a processor for controlling the switching unit and the switching element, and is characterized in that the processor turns on the switching element to prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor when a fault occurs in the system.
본 발명은 상기 계통의 고장 전류를 검출하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 전류 센서를 통해 검출되는 고장 전류가 미리 설정된 기준 전류 이상인 경우 상기 계통에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a current sensor for detecting a fault current of the system, and the processor is characterized in that it determines that a fault has occurred in the system when the fault current detected through the current sensor is equal to or higher than a preset reference current.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 계통에 고장이 발생한 경우 상기 스위칭부를 제어하여 FRT(Fault Ride Through) 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that it performs an FRT (Fault Ride Through) function by controlling the switching unit when a failure occurs in the system.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 계통에 고장이 발생하지 않은 경우 상기 고압 다이오드를 통해 평활 커패시터를 충전하거나 상기 프리휠링 다이오드를 통해 상기 평활 커패시터를 방전시키도록 상기 스위칭 소자를 개방하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that, when no failure occurs in the system, the switching element is opened to charge the smoothing capacitor through the high-voltage diode or to discharge the smoothing capacitor through the freewheeling diode.
본 발명의 일 측면에 따른 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법은 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭부, 상기 스위칭부에서 변환된 직류 전원이 인가되는 평활 커패시터, 상기 평활 커패시터에 직렬로 연결되는 고압 다이오드, 상기 고압 다이오드에 병렬로 연결되는 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 프리휠링 다이오드, 및 상기 스위칭부 및 상기 스위칭 소자를 제어하는 프로세서를 포함하는 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법으로서, 상기 프로세서가, 계통에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 계통에 고장이 발생한 경우 상기 평활 커패시터에 의해 서지(surge)가 발생하는 것을 방지하도록 상기 스위칭 소자를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, a control method for a low-voltage DC system converter comprises a switching unit which converts three-phase AC power into DC power, a smoothing capacitor to which the DC power converted by the switching unit is applied, a high-voltage diode connected in series with the smoothing capacitor, a switching element connected in parallel with the high-voltage diode, a freewheeling diode connected in parallel with the switching element, and a processor which controls the switching unit and the switching element, characterized in that the control method comprises a step of the processor determining whether a fault has occurred in the system; and a step of the processor turning on the switching element to prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor when a fault has occurred in the system.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 계통에 고장이 발생한 경우 컨버터의 평활 커패시터를 신속하게 분리시킴으로써 평활 커패시터에 의해 서지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the present invention can prevent a surge from occurring by a smoothing capacitor by quickly disconnecting the smoothing capacitor of a converter when a fault occurs in a system.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 평활 커패시터에 의해 서지가 발생하는 것을 방지하도록 컨버터를 구성함으로써 서지를 방지하기 위해 차단기를 초고속으로 동작시켜야 하는 필요성을 제거할 수 있으며, 이에 저압직류 계통에 적용되는 차단기의 간소화를 유도하고, 최대 고장전류를 저감시키기 위한 저압직류 계통에 직렬 리액터를 연결하여야 하는 필요성을 제거할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the present invention can eliminate the need to operate a circuit breaker at ultra-high speed to prevent surges by configuring a converter to prevent surges from occurring by a smoothing capacitor, thereby inducing simplification of circuit breakers applied to low voltage DC systems and eliminating the need to connect a series reactor to a low voltage DC system to reduce the maximum fault current.
한편, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터를 보인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터를 보인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법을 보인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터를 계통에 적용한 결과를 보인 예시도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a control method of a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary diagram showing the result of applying a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention to a system.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터 및 그 제어 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a low-voltage DC system converter and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In this process, the thickness of lines and the size of components illustrated in the drawings may be exaggerated for the sake of clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터를 보인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터를 보인 회로도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터는 스위칭부(10), 평활 커패시터(20), 고압 다이오드(30), 스위칭 소자(40), 프리휠링 다이오드(50), 전류 센서(60), 메모리(70) 및 프로세서(80)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터는 도 1 및 도 2에 도시된 구성 요소 외에 다양한 구성 요소를 더 포함하거나, 위 구성 요소들 중 일부 구성 요소를 생략할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a low-voltage direct current system converter according to one embodiment of the present invention may include a switching unit (10), a smoothing capacitor (20), a high-voltage diode (30), a switching element (40), a freewheeling diode (50), a current sensor (60), a memory (70), and a processor (80). A low-voltage direct current system converter according to one embodiment of the present invention may further include various components in addition to the components illustrated in FIGS. 1 and 2, or may omit some of the components among the above components.
스위칭부(10)는 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 스위칭부(10)는 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 스위칭부(10)에 포함되는 스위칭 소자는 절연 게이트 양극성 트래지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar mode Transistor), 게이트 턴 오프 사이리스터(GTO, Gate Turn off Thyristor) 또는 필드 이펙트 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The switching unit (10) can convert three-phase AC power into DC power and output it. The switching unit (10) can include a plurality of switching elements. The switching elements included in the switching unit (10) can be, but are not limited to, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), a gate turn off thyristor (GTO), or a field effect transistor (FET).
평활 커패시터(20)는 스위칭부(10)로부터 출력되는 직류 전원을 평활하여 출력할 수 있다. 평활 커패시터(20)에는 스위칭부(10)에서 변환된 직류 전원이 인가될 수 있으며, 평활 커패시터(20)는 직류 전원에 포함된 고주파 잡음을 제거할 수 있다.The smoothing capacitor (20) can smooth and output the DC power output from the switching unit (10). The DC power converted from the switching unit (10) can be applied to the smoothing capacitor (20), and the smoothing capacitor (20) can remove high-frequency noise included in the DC power.
고압 다이오드(30)는 평활 커패시터(20)에 직렬로 연결될 수 있다. 고압 다이오드(30)는 스위칭부(10)로부터 출력되는 직류 전원이 평활 커패시터(20)로 인가되도록 전류의 방향을 제어할 수 있다.A high voltage diode (30) can be connected in series with a smoothing capacitor (20). The high voltage diode (30) can control the direction of current so that the direct current power output from the switching unit (10) is applied to the smoothing capacitor (20).
스위칭 소자(40)는 고압 다이오드(30)에 병렬로 연결될 수 있다. 스위칭 소자(40)는 계통에 고장이 발생한 상황에서 평활 커패시터(20)에 충전된 에너지가 방류되는 것을 억제할 수 있다. 스위칭 소자(40)는 절연 게이트 양극성 트래지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar mode Transistor), 게이트 턴 오프 사이리스터(GTO, Gate Turn off Thyristor) 또는 필드 이펙트 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The switching element (40) can be connected in parallel to the high voltage diode (30). The switching element (40) can suppress the energy charged in the smoothing capacitor (20) from being discharged in a situation where a fault occurs in the system. The switching element (40) can be an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), a gate turn off thyristor (GTO), or a field effect transistor (FET), but is not limited thereto.
프리휠링 다이오드(50)는 스위칭 소자(40)에 병렬로 연결될 수 있다. 프리휠링 다이오드(50)는 평활 커패시터(20)가 방전되도록 전류의 방향을 제어할 수 있다.A freewheeling diode (50) can be connected in parallel to the switching element (40). The freewheeling diode (50) can control the direction of current so that the smoothing capacitor (20) is discharged.
전류 센서(60)는 컨버터가 연계된 계통(DC 계통)의 고장 전류를 검출할 수 있다. 전류 센서(60)를 통해 검출된 고장 전류는 컨버터가 연계된 계통에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 데 이용될 수 있다.The current sensor (60) can detect a fault current in a system (DC system) to which the converter is connected. The fault current detected through the current sensor (60) can be used to determine whether a fault has occurred in the system to which the converter is connected.
메모리(70)에는 프로세서(80)가 작동하는 과정에서 요구되는 각종 정보가 저장되어 있을 수 있다. 또한, 메모리(70)에는 프로세서(80)가 작동하는 과정에서 산출되는 각종 정보가 저장될 수 있다. The memory (70) may store various information required during the operation of the processor (80). In addition, the memory (70) may store various information produced during the operation of the processor (80).
프로세서(80)는 스위칭부(10), 스위칭 소자(40), 전류 센서(60) 및 메모리(70)와 작동적으로 연결될 수 있다. 프로세서(80)는 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 SoC(System on Chip)로도 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 프로세서(80)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있으며, 메모리(70)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리(70)에 저장하도록 구성될 수 있다.The processor (80) may be operatively connected to the switching unit (10), the switching element (40), the current sensor (60), and the memory (70). The processor (80) may also be implemented as a central processing unit (CPU), a micro controller unit (MCU), or a system on chip (SoC), and may control a plurality of hardware or software components connected to the processor (80) by driving an operating system or an application, perform various data processing and calculations, and may be configured to execute at least one command stored in the memory (70) and store the execution result data in the memory (70).
프로세서(80)는 스위칭부(10)에 의해 3상 교류 전원이 직류 전원으로 변환될 수 있도록 스위칭부(10)에 포함된 스위칭 소자들의 스위칭을 제어할 수 있다. 프로세서(80)는 PWM 제어를 통해 스위칭부(10)에 포함된 스위칭 소자들의 스위칭을 제어할 수 있다. 프로세서(80)는 전류 센서(60)를 통해 검출되는 고장 전류에 기반하여 컨버터가 연계된 계통에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.The processor (80) can control the switching of the switching elements included in the switching unit (10) so that the three-phase AC power can be converted into DC power by the switching unit (10). The processor (80) can control the switching of the switching elements included in the switching unit (10) through PWM control. The processor (80) can determine whether a fault has occurred in the system to which the converter is connected based on the fault current detected through the current sensor (60).
프로세서(80)는 계통에 고장이 발생하지 않은 경우 스위칭 소자(40)를 개방할 수 있다. 즉, 프로세서(80)는 계통에 고장이 발생하지 않은 정상 상황에서 스위칭 소자(40)를 개방시킴으로써 평활 커패시터(20)가 정상적으로 충방전되도록 할 수 있다.The processor (80) can open the switching element (40) when no failure occurs in the system. That is, the processor (80) can enable the smoothing capacitor (20) to be charged and discharged normally by opening the switching element (40) in a normal situation where no failure occurs in the system.
프로세서(80)는 계통에 고장이 발생한 경우 평활 커패시터(20)에 의한 서지(surge)를 방지하도록 스위칭 소자(40)를 투입할 수 있다. 프로세서(80)는 계통에 고장이 발생한 경우 스위칭 소자(40)의 상태를 ON으로 변환함으로써 평활 커패시터(20)에 의해 서지가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 프로세서(80)는 계통에 고장이 발생한 경우 스위칭부(10)를 제어하여 FRT(Fault Ride Through) 기능을 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(80)는 계통에 고장이 발생한 경우에도 스위칭부(10)가 계속하여 운전되도록 스위칭부(10)를 제어할 수 있다. FRT 기능을 수행하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분양의 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The processor (80) can insert the switching element (40) to prevent a surge caused by the smoothing capacitor (20) when a fault occurs in the system. The processor (80) can prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor (20) by switching the state of the switching element (40) to ON when a fault occurs in the system. The processor (80) can control the switching unit (10) to perform an FRT (Fault Ride Through) function when a fault occurs in the system. That is, the processor (80) can control the switching unit (10) so that the switching unit (10) continues to operate even when a fault occurs in the system. A method for performing the FRT function can be known to those skilled in the art to which the present invention pertains, and thus a detailed description thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법을 보인 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart showing a control method of a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention.
이하에서는 도 3을 참고하여, 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법을 설명하도록 한다. 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나 생략될 수 있다.Hereinafter, a control method of a converter for a low-voltage direct current system will be described with reference to Fig. 3. Some of the processes described below may be performed in a different order from the order described below or may be omitted.
먼저, 프로세서(80)는 계통에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S301). S301 단계에서, 프로세서(80)는 전류 센서(60)를 통해 검출되는 고장 전류에 기반하여 계통에 고장(예: 단락 또는 지락)이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. S301 단계에서, 프로세서(80)는 전류 센서(60)를 통해 검출되는 고장 전류가 미리 설정된 기준 전류 이상인 경우 계통에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. First, the processor (80) can determine whether a fault has occurred in the system (S301). In step S301, the processor (80) can determine whether a fault (e.g., a short circuit or a ground fault) has occurred in the system based on the fault current detected by the current sensor (60). In step S301, the processor (80) can determine that a fault has occurred in the system if the fault current detected by the current sensor (60) is greater than or equal to a preset reference current.
계통에 고장이 발생하지 않은 경우, 프로세서(80)는 스위칭 소자(40)를 개방시킬 수 있다(S303). 즉, 계통에 고장이 발생하지 않은 정상 상황에서, 프로세서(80)는 스위칭 소자(40)를 개방시켜 평활 커패시터(20)가 정상적으로 충방전되도록 할 수 있다. S303 단계에서, 평활 커패시터(20)는 고압 다이오드(30)를 통해 흐르는 전류를 통해 충전될 수 있다. S303 단계에서, 평활 커패시터(20)에 저장된 전기 에너지는 프리휠링 다이오드(50)를 통해 방전될 수 있다. S303 단계에서, 프로세서(80)는 스위칭부(10)에 의해 3상 교류 전원이 직류 전원으로 변환될 수 있도록 스위칭부(10)에 포함된 스위칭 소자들의 스위칭을 제어할 수 있다. If no fault occurs in the system, the processor (80) can open the switching element (40) (S303). That is, in a normal situation where no fault occurs in the system, the processor (80) can open the switching element (40) to allow the smoothing capacitor (20) to be normally charged and discharged. In step S303, the smoothing capacitor (20) can be charged through the current flowing through the high-voltage diode (30). In step S303, the electric energy stored in the smoothing capacitor (20) can be discharged through the freewheeling diode (50). In step S303, the processor (80) can control the switching of the switching elements included in the switching unit (10) so that the three-phase AC power can be converted into DC power by the switching unit (10).
계통에 고장이 발생한 경우, 프로세서(80)는 스위칭 소자(40)를 투입할 수 있다(S305). 즉, 계통에 고장이 발생한 상황에서, 프로세서(80)는 스위칭 소자(40)를 투입시켜 평활 커패시터(20)에 의한 서지가 발생하는 것을 방지할 수 있다. S305 단계에서, 평활 커패시터(20)는 고압 다이오드(30)를 통해 흐르는 전류를 통해 충전될 수 있으나, 평활 커패시터(20)에 저장된 전기 에너지는 프리휠링 다이오드(50)를 통해 방전될 수 없다. 이처럼, 본 발명은 계통에 고장이 발생한 경우 컨버터의 평활 커패시터(20)를 신속하게 분리시킴으로써 평활 커패시터(20)에 저장된 전기 에너지가 방류되는 것을 억제하여 평활 커패시터(20)에 의해 서지가 발생하는 것을 방지할 수 있다. In the event of a fault in the system, the processor (80) can turn on the switching element (40) (S305). That is, in a situation where a fault occurs in the system, the processor (80) can prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor (20) by turning on the switching element (40). In step S305, the smoothing capacitor (20) can be charged through the current flowing through the high-voltage diode (30), but the electric energy stored in the smoothing capacitor (20) cannot be discharged through the freewheeling diode (50). In this way, the present invention can prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor (20) by quickly disconnecting the smoothing capacitor (20) of the converter when a fault occurs in the system, thereby suppressing the electric energy stored in the smoothing capacitor (20) from being discharged.
이어서, 프로세서(80)는 스위칭부(10)를 제어하여 FRT(Fault Ride Through) 기능을 수행할 수 있다(S307). 즉, 프로세서(80)는 스위칭부(10)가 계속하여 운전되도록 스위칭부(10)를 제어할 수 있다. Next, the processor (80) can control the switching unit (10) to perform the FRT (Fault Ride Through) function (S307). That is, the processor (80) can control the switching unit (10) so that the switching unit (10) continues to operate.
한편, 전술한 실시예에서는 스위칭부(10)를 제어하여 FRT 기능을 수행하는 동작이 스위칭 소자(40)를 투입하는 동작 이후에 수행되는 것으로 기재하였으나, FRT 기능을 수행하는 동작은 스위칭 소자(40)를 투입하는 동작 이전에 수행되거나, 스위칭 소자(40)를 투입하는 동작과 동시에 수행될 수도 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the operation of controlling the switching unit (10) to perform the FRT function is described as being performed after the operation of turning on the switching element (40), but the operation of performing the FRT function may be performed before the operation of turning on the switching element (40), or may be performed simultaneously with the operation of turning on the switching element (40).
이후, 계통에 연계된 차단기가 작동하여 고장 구간이 분리될 수 있으며, 이에 따라 계통 전압 및 계통 전류가 정상으로 회복될 수 있다.Afterwards, the circuit breakers connected to the system may operate to isolate the faulted section, thereby restoring the system voltage and system current to normal.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터를 계통에 적용한 결과를 보인 예시도이다.Figure 4 is an exemplary diagram showing the result of applying a converter for a low-voltage direct current system according to one embodiment of the present invention to a system.
도 4에 도시된 바와 같이, 컨버터가 연계된 계통에 고장이 발생한 즉시 스위칭 소자(40)를 투입하여 평활 커패시터(20)를 분리시킨 경우, 평활 커패시터(20)에 충전된 전기 에너지의 방류가 억제되어 서지 없이 고장점 임피던스에 따른 고장 전류가 발생하는 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 4, when a fault occurs in the system to which the converter is connected, and the smoothing capacitor (20) is immediately disconnected by inserting a switching element (40), it can be confirmed that the discharge of electric energy charged in the smoothing capacitor (20) is suppressed, and a fault current according to the fault point impedance occurs without a surge.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터 및 그 제어 방법은 계통에 고장이 발생한 경우 컨버터의 평활 커패시터를 신속하게 분리시킴으로써 평활 커패시터에 의해 서지가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저압직류 계통용 컨버터 및 그 제어 방법은 평활 커패시터에 의해 서지가 발생하는 것을 방지하도록 컨버터를 구성함으로써 서지를 방지하기 위해 차단기를 초고속으로 동작시켜야 하는 필요성을 제거할 수 있으며, 이에 저압직류 계통에 적용되는 차단기의 간소화를 유도하고, 최대 고장전류를 저감시키기 위한 저압직류 계통에 직렬 리액터를 연결하여야 하는 필요성을 제거할 수 있다. As described above, the converter for a low-voltage DC system and the control method thereof according to an embodiment of the present invention can prevent a surge from occurring by a smoothing capacitor by quickly disconnecting the smoothing capacitor of the converter when a fault occurs in the system. In addition, the converter for a low-voltage DC system and the control method thereof according to an embodiment of the present invention can eliminate the need to operate a circuit breaker at ultra-high speed to prevent a surge by configuring the converter to prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor, thereby inducing simplification of a circuit breaker applied to a low-voltage DC system and eliminating the need to connect a series reactor to a low-voltage DC system to reduce the maximum fault current.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.The implementations described herein may be implemented, for example, as a method or process, an apparatus, a software program, a data stream or a signal. Even if discussed in the context of only a single form of implementation (e.g., discussed only as a method), the implementation of the discussed features may also be implemented in other forms (e.g., as an apparatus or a program). The apparatus may be implemented using suitable hardware, software, firmware, and the like. The method may be implemented in an apparatus such as a processor, which generally refers to a processing device including, for example, a computer, a microprocessor, an integrated circuit, or a programmable logic device. A processor also includes a communication device such as a computer, a cell phone, a personal digital assistant ("PDA"), and other devices that facilitate communication of information between end-users.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following patent claims.
10: 스위칭부
20: 평활 커패시터
30: 고압 다이오드
40: 스위칭 소자
50: 프리휠링 다이오드
60: 전류 센서
70: 메모리
80: 프로세서10: Switching section
20: Smoothing capacitor
30: High voltage diode
40: Switching element
50: Freewheeling diode
60: Current sensor
70: Memory
80: Processor
Claims (9)
상기 스위칭부에서 변환된 직류 전원이 인가되는 평활 커패시터;
상기 평활 커패시터에 직렬로 연결되는 고압 다이오드;
상기 고압 다이오드에 병렬로 연결되는 스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터.
A switching unit that converts three-phase AC power into DC power;
A smoothing capacitor to which the DC power converted in the above switching unit is applied;
A high voltage diode connected in series with the above smoothing capacitor;
A switching element connected in parallel to the high voltage diode; and
A converter for a low-voltage direct current system, characterized by including a freewheeling diode connected in parallel to the above switching element.
상기 스위칭부 및 스위칭 소자를 제어하는 프로세서를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 계통에 고장이 발생한 경우 상기 평활 커패시터에의해 서지(surge)가 발생하는 것을 방지하도록 상기 스위칭 소자를 투입하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터.
In paragraph 1,
Further comprising a processor for controlling the switching unit and switching element,
The above processor is a low-voltage direct current system converter characterized in that it inserts the switching element to prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor when a fault occurs in the system.
상기 계통의 고장 전류를 검출하는 전류 센서를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 전류 센서를 통해 검출되는 고장 전류가 미리 설정된 기준 전류 이상인 경우 상기 계통에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터.
In the second paragraph,
Further comprising a current sensor for detecting a fault current of the above system,
A converter for a low-voltage direct current system, characterized in that the processor determines that a fault has occurred in the system when the fault current detected through the current sensor is greater than a preset reference current.
상기 프로세서는, 상기 계통에 고장이 발생한 경우 상기 스위칭부를 제어하여 FRT(Fault Ride Through) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터.
In the second paragraph,
A low-voltage direct current system converter, characterized in that the processor controls the switching unit to perform an FRT (Fault Ride Through) function when a fault occurs in the system.
상기 프로세서는, 상기 계통에 고장이 발생하지 않은 경우 상기 고압 다이오드를 통해 평활 커패시터를 충전하거나 상기 프리휠링 다이오드를 통해 상기 평활 커패시터를 방전시키도록 상기 스위칭 소자를 개방하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터.
In the second paragraph,
A converter for a low-voltage direct current system, characterized in that the processor opens the switching element to charge the smoothing capacitor through the high-voltage diode or to discharge the smoothing capacitor through the freewheeling diode when no failure occurs in the system.
상기 프로세서가, 계통에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 계통에 고장이 발생한 경우 상기 평활 커패시터에 의해 서지(surge)가 발생하는 것을 방지하도록 상기 스위칭 소자를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법.
A control method for a converter for a low-voltage DC system, comprising: a switching unit that converts three-phase AC power into DC power; a smoothing capacitor to which the DC power converted by the switching unit is applied; a high-voltage diode connected in series with the smoothing capacitor; a switching element connected in parallel with the high-voltage diode; a freewheeling diode connected in parallel with the switching element; and a processor that controls the switching unit and the switching element.
The step of the above processor determining whether a failure has occurred in the system; and
A control method for a converter for a low-voltage direct current system, characterized in that the processor includes a step of turning on the switching element to prevent a surge from occurring by the smoothing capacitor when a failure occurs in the system.
상기 프로세서는, 상기 계통의 고장 전류가 미리 설정된 기준 전류 이상인 경우 상기 계통에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법.
In paragraph 6,
A control method for a converter for a low-voltage direct current system, characterized in that the processor determines that a fault has occurred in the system when the fault current of the system is greater than a preset reference current.
상기 프로세서가, 상기 계통에 고장이 발생한 경우 상기 스위칭부를 제어하여 FRT(Fault Ride Through) 기능을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법.
In paragraph 6,
A control method for a converter for a low-voltage direct current system, characterized in that the processor further includes a step of controlling the switching unit to perform an FRT (Fault Ride Through) function when a fault occurs in the system.
상기 프로세서가, 상기 계통에 고장이 발생하지 않은 경우 상기 고압 다이오드를 통해 평활 커패시터를 충전하거나 상기 프리휠링 다이오드를 통해 상기 평활 커패시터를 방전시키도록 상기 스위칭 소자를 개방하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저압직류 계통용 컨버터의 제어 방법.In paragraph 6,
A control method for a converter for a low-voltage direct current system, characterized in that the processor further includes a step of opening the switching element to charge the smoothing capacitor through the high-voltage diode or to discharge the smoothing capacitor through the freewheeling diode when no failure occurs in the system.
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