KR100445238B1 - system of diagnosis degradation in power transfer apparatus - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템에 관한 것임.The present invention relates to a system for diagnosing degradation of a power converter.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention
본 발명은, 시스템의 열화 진단을 온 라인 하고 진단한 상태를 인터넷을 통하여 사용자가 확인할 수 있고 또한 각종 열화 상태에 대한 데이터를 기록하여 경향 분석이나 시스템의 열화상태를 연속적으로 파악할 수 있어 정확한 교체시기 및 수리시점을 정할 수 있도록 한 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템을 제공함에 그 목적이 있음.According to the present invention, the user can confirm the diagnosis state of the system online and diagnose the state of the system through the Internet, and also record data on various deterioration conditions to continuously identify the trend analysis or the system deterioration state, thereby accurately replacing the system. And to provide a system for diagnosing deterioration of a power conversion device for determining the time of repair.
3. 발명이 해결 방법의 요지3. Summary of the Invention Solution
본 발명은, 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템에 있어서, 상기 전력 변환 장치내 전원이 입력된 컨버터의 전압 및 전류를 검출하기 위한 입력측 전압 전류 검출 수단; 상기 전력 변환 장치내 전원이 입력된 인버터의 전압 및 전류를 검출하기 위한 출력측 전압 전류 검출 수단; 및 상기 입력측 전압 전류 검출 수단에서 검출된 전압 및 전류 정보와 상기 출력측 전압 전류 검출 수단에서 검출된 전압 및 전류 정보를 토대로 전력 변환 장치내의 열화 상태를 진단하고, 상기 진단에 의해 생성된 이력 데이터를 분석하기 위한 데이터 분석 수단을 포함함.The present invention provides a system for diagnosing degradation of a power converter, comprising: input side voltage current detection means for detecting a voltage and a current of a converter to which a power source in the power converter is input; Output side voltage current detection means for detecting a voltage and a current of an inverter to which power is supplied in the power conversion device; And diagnosing a deterioration state in the power conversion apparatus based on the voltage and current information detected by the input side voltage and current detecting means and the voltage and current information detected by the output side voltage and current detecting means, and analyzing the historical data generated by the diagnosis. Including data analysis means for
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 전력 변환 장치의 열화 진단에 이용됨The present invention is used for diagnosing degradation of a power converter
Description
본 발명은 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 변환 장치에서의 전압과 전류의 값으로 구성하는 시스템의 열화 진단을 행하고 인터넷을 통하여 장소와 공간의 제약없이 사용자에게 제공하여 시스템의 신뢰도를 향상시키기 위한 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for diagnosing deterioration of a power converter and a method thereof, and more particularly, to a system for diagnosing deterioration of a system composed of voltage and current values in a power converter, and a user without restriction of place and space through the Internet. The present invention relates to a system for diagnosing degradation of a power converter and a method thereof for improving the reliability of a system.
일반적으로 전력용 반도체 소자를 이용한 전력 변환 장치는 UPS, 인버터, VVVF, 통신용 정류기, SMPS 및 CVCF 등의 많은 종류가 산업, 가전기기 및 통신기기의 전원 장치등에 폭넓게 사용되고 있으며, 다양한 제어 방법과 소자들의 힘입어 산업의 근간이 되어 왔다.In general, many types of power conversion devices using power semiconductor devices are widely used in power supplies of industrial, home appliances, and communication devices, such as UPS, inverter, VVVF, communication rectifier, SMPS, and CVCF. It has been the foundation of the industry.
또한, 전력용 반도체 소자를 이용한 전력 변환 장치는 그 동안 기능 구현, 효율 향상, 성능 향상 및 소형화 등에 많은 급속한 기술 발전을 거듭하여 지금은 산업 분야에서 압연기 구동장치, 엘리베이터 구동장치, 지하철 구동장치, 고속전철 구동, 통신용 정류기, 도금용 정류기, 대용량 정류기 및 모터 제어용 AC-DC-AC 컨버터 등 산업 설비의 주동력 장치 및 가장 근본이 되는 장치로 운전되고 있어, 신뢰도 및 안정성이 산업 현장에서 절실히 요구되어 있다.In addition, the power conversion device using the semiconductor device for power has made a lot of rapid technological advancements such as function implementation, efficiency improvement, performance improvement and miniaturization, and now in the industrial field, rolling mill drive, elevator drive, subway drive, high speed It is operated as the main power device and the most fundamental device of industrial facilities such as train driving, communication rectifier, plating rectifier, large-capacity rectifier and AC-DC-AC converter for motor control, so reliability and stability are urgently required in the industrial field. .
따라서, 이런 산업 현장에 아주 기본적인 위치를 점하고 있는 전력 변환 장치의 사고시 그 파급 효과가 생산에 직접적인 영향을 미치고, 또 매우 커서 전력변환 장치의 사고를 예방하기 위하여 산업 현장에서 여러가지 보호 장치가 설치되어 운용되어 있다.Therefore, in the event of an accident of a power converter having a very basic position in such an industrial site, the ripple effect has a direct effect on the production, and is very large so that various protection devices are installed in the industrial site to prevent an accident of the power converter. It is in operation.
주로 전력변환 장치는 과전압, 과전류, 결상, 접지, 과온도, 제어 신호 이상등 긴급한 사고를 예방하고 직접적인 사고 파급을 줄이기 위해 기능으로서 운영에 큰 문제는 없지만 전력 변환 장치를 구성하고 있는 전력용 반도체 소자, 리액터, 콘덴서, 구동회로 및 제어 회로등의 열화에 의한 사고를 예방할 수 있는 열화진단 기술은 그 동안 주로 전력 변환 장치를 구성하고 있는 개개의 구성품의 열화진단에 의한 방안이 검토되어 왔다.Mainly, power conversion device is a function to prevent urgent accidents such as overvoltage, overcurrent, phase loss, grounding, over temperature, control signal abnormality and to reduce direct accident spread, but there is no big problem in operation. Deterioration diagnosis technology, which can prevent accidents caused by deterioration of reactors, capacitors, driving circuits, and control circuits, has been considered for the deterioration diagnosis of individual components constituting the power converter.
즉, 종래의 열화 진단은 시스템의 각 부위들의 전원을 오프하고 상기 전력 변환 장치를 구성하고 있는 각 소자들의 온-오프 특성과 출력의 확인을 할 수 있는데, 특히 절연측정기를 통하여 오프라인으로 측정하였다.That is, the conventional deterioration diagnosis can turn off the power of each part of the system and confirm the on-off characteristics and output of each element constituting the power conversion device, and in particular, measured offline using an insulation measuring instrument.
그러나, 이러한 종래의 열화 진단 방법은 주요 전력 변환 장치나 설비를 정전시킨 후 행해져야 하므로 제품 생산에 영향을 주어 효율적인 전력 변환 장치 열화진단이 현실적으로 어렵고 연속적인 진단이 불가능하고 정격에 상응하는 전압, 전류의 값으로 시스템 상태를 파악하기 어려워 정확한 시스템의 열화 상태를 진단하기 어려운 문제점을 가지고 있었다.However, such a conventional degradation diagnosis method should be performed after power failure of the main power conversion device or facility, thus affecting the production of the product, thus making it difficult to efficiently diagnose the degradation of the power conversion device, and continuous diagnosis is impossible, and voltage and current corresponding to the rating It was difficult to determine the system status with the value of, so it was difficult to accurately diagnose the degradation state of the system.
또한, 생산 현장에서 직접 열화 진단이 이루어지므로 비조업 시간인 시스템을 가동하지 않는 시간만 열화 진단이 가능해 열화 진단 업무의 효율성이 낮고 특히 전력변환 장치나 설비의 부품, 구성품을 분해 및 다른 장치를 통하여 진단해야하므로 단시간에 많은 열화 진단 인원이 소요되어 비현실적이다.In addition, deterioration diagnosis is performed directly at the production site, so that the degradation diagnosis is possible only during the non-operational time of the system, and the efficiency of the degradation diagnosis is low. It is unrealistic because it requires a large number of deterioration diagnosis personnel in a short time.
또한, 열화를 진단하기 위한 테스트가 정격 용량에서 행해지기 어렵기 때문에 그 동안 주로 기술자의 오감과 경험에 의한 열화진단에 관한 예방 점검만 행하여지므로 정확한 시스템의 열화 상태를 파악할 수 없으며, 체계적인 데이터를 확보하기 어려운 문제점이 있었다.In addition, since a test for diagnosing deterioration is difficult to be performed at the rated capacity, only a preventive check on deterioration diagnosis based on the five senses and experiences of a technician is performed, so that accurate deterioration status of the system cannot be grasped, and systematic data is secured. There was a problem that was difficult to do.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전력변환 장치의 각종 열화 상태에 대한 전압 및 전류 값의 데이터를 기록하여 경향 분석이나 시스템의 열화상태를 연속적으로 파악할 수 있어 정확한 교체시기 및 수리시점을 정할 수 있도록 한 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by recording data of voltage and current values for various deterioration states of the power conversion device, it is possible to continuously determine the deterioration state of the trend analysis or the system to accurately replace It is an object of the present invention to provide a system and method for diagnosing deterioration of a power conversion device capable of determining timing and repair timing.
도 1은 본 발명에 따른 전력 변화 장치의 열화 진단 시스템에 대한 일실시예 구성도.1 is a configuration diagram of an embodiment of a system for diagnosing degradation of a power change device according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템에 대한 다른 일실시예 구성도.Figure 2 is another embodiment configuration for the degradation diagnosis system of the power conversion apparatus according to the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
110 : 삼상 및 단상 입력 전원 115 : 입력측 전류 센서110: three-phase and single-phase input power 115: input side current sensor
120 : AC-DC 컨버터부 130 : DC 링크 커패시터120: AC-DC converter section 130: DC link capacitor
140 : DC-AC 인버터부 145 : 출력측 전류 센서140: DC-AC inverter unit 145: output current sensor
150 : 입력측 전압 전류 검출부 160 : 데이터 분석기150: input side voltage current detection unit 160: data analyzer
170 : 사용자 인터페이스 180 : 출력측 전압-전류 검출부170: user interface 180: output-side voltage-current detection unit
190 : AC 모터190: AC motor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템에 있어서, 상기 전력 변환 장치내 전원이 입력된 컨버터의 전압 및 전류를 검출하기 위한 입력측 전압 전류 검출 수단; 상기 전력 변환 장치내 전원이 입력된 인버터의 전압 및 전류를 검출하기 위한 출력측 전압 전류 검출 수단; 및 상기 입력측 전압 전류 검출 수단에서 검출된 전압 및 전류 정보와 상기 출력측 전압 전류검출 수단에서 검출된 전압 및 전류 정보를 토대로 전력 변환 장치내의 열화 상태를 진단하고, 상기 진단에 의해 생성된 이력 데이터를 분석하기 위한 데이터 분석 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a system for diagnosing deterioration of a power conversion device, comprising: input side voltage current detection means for detecting a voltage and a current of a converter to which a power source in the power conversion device is input; Output side voltage current detection means for detecting a voltage and a current of an inverter to which power is supplied in the power conversion device; And diagnosing a deterioration state in the power conversion apparatus based on the voltage and current information detected by the input side voltage current detection means and the voltage and current information detected by the output side voltage current detection means, and analyzing the historical data generated by the diagnosis. It characterized in that it comprises a data analysis means for.
이하, 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the degradation diagnosis system of the power conversion apparatus according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 전력 변화 장치의 열화 진단 시스템에 대한 일실시예 구성도이다.1 is a configuration diagram of an embodiment of a system for diagnosing degradation of a power change device according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 열화 진단 시스템은 모터 구동을 위한 전력 변환 장치에 적용하여 구성한 것이다.As shown in FIG. 1, the degradation diagnosis system is applied to a power converter for driving a motor.
먼저, 모터 구동을 위한 전력 변환 장치는, 입력전원(110), AC-DC 컨버터부(120), DC 링크 커패시터(130), DC-AC 인버터부(140) 및 AC 모터(190)를 포함한다.First, the power conversion apparatus for driving a motor includes an input power source 110, an AC-DC converter unit 120, a DC link capacitor 130, a DC-AC inverter unit 140, and an AC motor 190. .
여기서, 상기 입력 전원(110)은 단상과 삼상 모두다 사용할 수 있는 전원으로, 이를 상기 AC-DC 컨버터부(120)로 인가한다. 상기 AC-DC 컨버터부(120)는 입력 전원인 AC 전원을 DC 전원으로 변환하고, 상기 변환된 DC 전원을 DC 링크 커패시터(130)를 통해 DC-AC 인버터부(140)로 인가한다.Here, the input power source 110 is a power source that can be used for both single and three phases, and applies it to the AC-DC converter unit 120. The AC-DC converter unit 120 converts AC power, which is an input power source, into DC power, and applies the converted DC power to the DC-AC inverter unit 140 through the DC link capacitor 130.
상기 DC-AC 인버터부(140)는 인가받은 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 AC 모터(190)에 인가한다. 따라서, AC 모터(190)는 DC-AC 인버터부(140)로부터 인가받은 AC 전원에 의해 구동된다.The DC-AC inverter unit 140 converts the applied DC power into AC power and applies it to the AC motor 190. Therefore, the AC motor 190 is driven by the AC power applied from the DC-AC inverter unit 140.
이때, 상기 열화 진단 시스템은 입력측 전류 센서(115), 입력측 전압/전류검출부(150), 출력측 전류센서(145), 데이터 분석기(160), 사용자 인터페이스(170) 및 출력측 전압/전류 검출부(180)를 포함하고 있다.In this case, the degradation diagnosis system includes an input side current sensor 115, an input side voltage / current detector 150, an output side current sensor 145, a data analyzer 160, a user interface 170, and an output side voltage / current detector 180. It includes.
따라서, 상기 AC-DC 컨버터부(120)의 전단에 설치된 입력측 전류 센서(115)를 통해 검출된 전류 값 및 입력 전원(110)에서 유입되는 전압값을 상기 입력측 전압/전류 검출부(150)를 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 디지털 값으로 변환된 입력측 전압 및 전류 신호를 데이터 분석기(160)에 인가한다.Accordingly, the current value detected through the input side current sensor 115 installed at the front end of the AC-DC converter 120 and the voltage value flowing from the input power source 110 are inputted through the input side voltage / current detector 150. A digital value is converted and the input side voltage and current signal converted into the digital value is applied to the data analyzer 160.
또한, DC-AC 인버터부(140)의 후단에 설치된 출력측 전류 센서(145)를 통해 검출된 전류 값 및 AC 모터(190)로 유입되는 전압값을 상기 출력측 전압/전류 검출부(180)를 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 디지털 값으로 변환된 출력측 전압 및 전류 신호를 데이터 분석기(160)에 인가한다.In addition, the current value detected through the output side current sensor 145 installed at the rear end of the DC-AC inverter unit 140 and the voltage value flowing into the AC motor 190 are digitally output through the output side voltage / current detection unit 180. And converts the output voltage and current signals converted to the digital value to the data analyzer 160.
상기 데이터 분석기(160)는 입력측 전압/전류 검출부(150)에서 인가받은 데이터와 출력측 전압/전류 검출부(180)에서 인가받은 데이터를 토대로 다음과 같은 방법에 의해 시스템의 열화를 측정할 수 있다.The data analyzer 160 may measure deterioration of the system by the following method based on the data applied from the input voltage / current detector 150 and the data applied from the output voltage / current detector 180.
즉, 컨버터의 열화 진단은 컨버터를 구성하고 있는 전력용 반도체 소자, 리액터, 콘덴서, 구동회로, 변압기 및 제어 회로 등의 부품 및 구성품은 AC-DC 컨버터부(120)의 입력 및 출력 전력 파형의 양태를 통해서 표현되고, 특히, 제어 회로의 열화에 의한 부적절한 제어는 상기 AC-DC 컨버터부(120) 및 DC-AC 인버터부(140)의 DQ 특성의 대칭성 및 고조파의 발생량에 영향을 준다는 점과, 전력소자 개개의 열화 상태는 소자의 턴 온 상태에서 전압의 크기로 나타나고, 이것의 양측의 변화량에 의거 바뀐다는 점을 착안하였다.That is, the degradation diagnosis of the converter is a component of the power semiconductor elements, reactors, capacitors, drive circuits, transformers, and control circuits constituting the converter, the aspect of the input and output power waveform of the AC-DC converter unit 120 In particular, improper control due to deterioration of the control circuit affects the symmetry of the DQ characteristics of the AC-DC converter unit 120 and the DC-AC inverter unit 140 and the amount of harmonics generated. It was conceived that the deterioration state of each power device is represented by the magnitude of the voltage in the turn-on state of the device, and changes depending on the amount of change on both sides thereof.
또한, AC-DC 컨버터부(120)의 정상 상태에서 열화 진단은 입출력 전력 파형의 FFT(Fast Fourier Transform) 분석을 통해 이루어지고, 제어부와 각 소자의 열화 진단은 AC-DC 컨버터부(120)나 DC-AC 인버터부(140)의 DQ(Distributed Queue) 변화 값의 대칭성 판단으로 이루어진다.In addition, the degradation diagnosis in the normal state of the AC-DC converter 120 is made through the fast Fourier transform (FFT) analysis of the input and output power waveform, the degradation of the control unit and each device is the AC-DC converter 120 or The symmetry of the DQ (Distributed Queue) change value of the DC-AC inverter unit 140 is determined.
그리고, AC-DC 컨버터부(120)와 DC-AC 인버터부(140)의 동작 및 정지시 이력 분석을 각 변환 장치의 전류값으로 DQ 변환을 통하여 하고 대칭성으로 열화 상태 및 시스템의 상태를 파악 할 수 있다.In addition, the history analysis at the time of operation and stop of the AC-DC converter unit 120 and the DC-AC inverter unit 140 is performed through the DQ conversion into the current values of the respective converters, and the symmetry of the deterioration state and the system state can be determined. Can be.
또한, 상기 데이터 분석 시스템에서 컨버터의 FFT 해석에 의한 정상 상태의 열화 진단 정보, 컨버터의 DQ 특성 해석에 의한 제어 장치의 진단 정보 그리고 기동/정지시 컨버터의 DQ 특성 해석을 통한 이력 분석 정보는 사용자 인터페이스(170)를 통해 인터넷에 접속된 원격 장치에 의해 수집되고, 상기 수집된 정보에 의해 원격지에서도 시스템의 열화 상태등을 파악 할 수 있다.In addition, in the data analysis system, the diagnostic information of the steady state deterioration by the FFT analysis of the converter, the diagnostic information of the control device by the DQ characteristic analysis of the converter, and the historical analysis information through the DQ characteristic analysis of the converter at start / stop are provided. Collected by the remote device connected to the Internet through the 170, the collected information can determine the degradation state of the system even in the remote.
도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템에 대한 다른 일실시예 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of a system for diagnosing degradation of a power converter according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열화 진단 시스템은 소용량의 AC 모터(190)에 AC 전원을 공급하는 전력 변환 장치에 이용되는 것으로, 콘트롤러(150) 및 데이터 분석기(160)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the degradation diagnosis system is used in a power conversion device for supplying AC power to a small capacity AC motor 190, and includes a controller 150 and a data analyzer 160.
여기서, 상기 콘트롤러(150)는 컨버터의 FFT 해석에 의한 정상 상태의 열화 , 컨버터의 DQ 특성 해석에 의한 제어 장치의 진단 그리고 기동/정지시 컨버터의 DQ 특성 해석 등을 수행할 수 있는 진단 알고리즘을 포함하고 있어 데이터분석기(160)의 동작으로 열화 진단값을 얻을 수 있다.Here, the controller 150 includes a diagnostic algorithm capable of performing a deterioration of the steady state by the FFT analysis of the converter, diagnosing the control device by analyzing the DQ characteristics of the converter, and analyzing the DQ characteristics of the converter at start / stop. The deterioration diagnostic value can be obtained by the operation of the data analyzer 160.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.As mentioned above, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art can improve and change various other embodiments within the spirit and technical scope of the present invention disclosed in the appended claims below. , Replacement or addition would be possible.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 열화 진단 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.The degradation diagnosis system of the power conversion device according to the present invention made as described above has the following effects.
첫째, 열화 진단을 전력 변환 장치의 운전 상태에서 가능하게 하고 열화 진단 데이터를 인터넷을 통해 원격에서 감시 할 수 있다.First, the degradation diagnosis can be enabled in the operating state of the power converter and the degradation diagnosis data can be monitored remotely via the Internet.
둘째, 본 발명의 열화진단 시스템은 현장 조업에 지장을 주지 않으며 열화진단 인력이 극소화되고, 주기적이고 체계적인 열화진단이 가능하다.Second, the deterioration diagnosis system of the present invention does not interfere with field operations, the deterioration diagnosis manpower is minimized, and periodic and systematic deterioration diagnosis is possible.
셋째, 각 전력 변환 장치의 열화 진단 데이터의 이력 관리가 가능해져 효율적인 예방 보전이 가능하다.Third, the history management of the degradation diagnostic data of each power conversion device is enabled, which enables efficient preventive maintenance.
넷째, DQ 변환 파형의 대칭성 및 FFT에 의해 열화 진단 판별이 이루어지므로 전동기의 열화 진단 업무가 매우 간단해지고 열화 진단을 위한 요소가 FFT 및 DQ 특성을 이루어져 컨버터의 과도 기간, 정상 기간 등 폭넓은 열화진단 데이터를 얻을 수 있다.Fourth, the diagnosis of degradation diagnosis is made by the symmetry of the DQ conversion waveform and the FFT, which makes the diagnosis of the degradation of the motor very simple. Data can be obtained.
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