KR100758979B1 - 직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이같은 본 발명은, 고성능의 마이크로 프로세서 및 그의 응용기술로서 직류전철 회생 제동 차량의 회생 현상 검출을 통해 직류 급전선 전압의 상승시 잉여 직류전력을 교류 급전계통으로 회생시키므로서, 급전계통 및 차량과 인명을 보호함은 물론, 잉여 직류전력의 활용도를 높이고, 더불어 직류전철 급전계통에 적용시 나타나는 고조파 주입 및 불필요한 무효전력 발생과 같은 악영향을 최소화할 수 있도록 하는 직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법을 제공한다.

회생 인버터, 직류 급전선, 직류 전철, 전력변환수단

Description

직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법{Regenerative inverter system for DC railway system and method thereof}

도 1은 본 발명의 일실시예로 직류 전철용 회생 인버터 장치의 블럭도.

도 2는 본 발명의 일실시예로 직류 전철용 회생 인버터의 제어방법을 보인 흐름도.

도 3은 본 발명의 일실시예로 회생 인버터 장치의 작동 상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10; 전동차 20; 정류장치

30; 회생인버터 31; 제 1 전압감지수단

32; 제어수단 33; 게이트 구동유닛

34; 전력변환수단 35; 저대역필터

36; 제 2 전압감지수단 37; 제 1 전류감지수단

38; 제 3 전압감지수단 40; 인버터 변압기

50; 직류 급전선

본 발명은 직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 3상 교류전원으로 부터 정류기를 통해 직류전력을 공급하는 직류전철 급전계통에서 회생 제동 차량의 회생 제동이나 하강 경사로 주행으로 부터 직류 급전선 전압의 상승이 발생할 때 잉여 직류전력을 교류 급전계통으로 회생시키면서 급전선의 직류전압 상승을 방지함은 물론, 그 잉여 직류전력의 활용도를 높일수 있도록 하는 직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

종래에는 회생 인버터의 스위칭 소자로서 싸이리스터가 사용되었으며, 이에따라 종래에는 교류 급전계통으로의 적지 않은 고조파 주입과 불필요한 무효전력 발생이 야기되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명은, 고성능의 마이크로 프로세서 및 그의 응용기술로서 직류전철 회생 제동 차량의 회생 현상 검출을 통해 직류 급전선 전압의 상승시 잉여 직류전력을 교류 급전계통으로 회생시키므로서, 급전계통 및 차량과 인명을 보호함은 물론, 잉여 직류전력의 활용도를 높이고, 더불어 직류전철 급전계통에 적용시 나타나는 고조파 주입 및 불필요한 무효전력 발생과 같은 악영향을 최소화할 수 있도록 하는 직류 전철용 회생 인버터 장치 및 그 제어방법을 제공하려는 것이다.

상기 목적달성을 위한 본 발명 직류전철용 회생 인버터 장치는,

급전선의 직류전압을 감지하는 제 1 전압감지수단; 상기의 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하는 전력변환수단; 상기 전력변환수단의 출력전압을 필터링하는 저대역필터; 상기 저대역필터의 출력전압을 감지하는 제 2 전압 감지수단; 상기 저대역 필터의 출력전류를 감지하는 제 1 전류 감지수단; 교류전원의 교류전압을 감지하는 제 3 전압 감지수단; 상기 제 1 전압 감지수단으로 부터 급전선 직류전압의 과전압 상태를 판단하여 상기 각 수단들의 동작을 자동으로 제어함은 물론 상기의 직류전압을 교류전원으로 회생시키도록 상기 전력변환수단을 동작시키는 제어수단; 으로 구성함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 인버터 장치에 의해 구현되는 인버터 제어방법으로는,

급전선 직류전압의 실제값과 계산된 설정값과의 차이에 비례제어기에 의해 미리 정해진 비례 게인을 곱하는 단계;

상기 비례제어기의 출력을 교류전원 교류전압의 실효값에

배 한 값으로 나누어 저대역 필터 출력전류의 직교성분 설정값을 계산한 후 상기 저대역 필터 출력전류의 동상성분 설정값을 영으로 설정하는 단계;

상기 저대역 필터 출력전류의 설정값과 실측값과의 차이로 부터 비례적분제어기와 비간섭항을 통하여 전력변환수단 출력전압의 설정값을 생성하는 단계; 및,

상기 생성된 전력변환수단 출력전압의 설정값을 공간벡터 펄스폭변조 파형생성부를 통해 IGBT게이트 펄스 신호로 변환한 후 게이트 구동유닛을 통해 생성된 신호에 따라 상기 전력변환수단의 출력전압을 생성하는 단계; 로 진행함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 회생 인버터 장치의 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 작동상태로서, 도면부호 10은 전동차, 도면부호 20은 정류장치, 도면부호 30은 회생인버터, 도면부호 40은 인버터 변압기, 도면부호 50은 직류 급전선을 도시하고 있다.

그리고, 상기 회생인버터(30)에는 직류 급전선(50)의 직류전압을 감지하는 제 1 전압감지수단(31)과, 상기의 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하는 전력변환수단(34)과, 상기 전력변환수단(34)의 출력전압을 필터링하는 저대역필터(35)와, 상기 저대역필터(35)의 출력전압을 감지하는 제 2 전압 감지수단(36)과, 저대역 필터(35)의 출력전류를 감지하는 제 1 전류 감지수단(37)과, 상기 인버터 변압기(40)로 부터 출력되는 교류전원의 교류전압을 감지하는 제 3 전압 감지수단(38) 및, 제 1 전압 감지수단(31)으로 부터 직류 급전선(50)의 직류전압 과전압 상태를 판단하여 상기 각 수단들의 동작을 자동으로 제어함은 물론 상기의 직류전압을 교류전원으로 회생하도록 게이트구동유닛(33)을 구동시켜 전력변환수단(34)을 동작제어하도록 전력제어부(32a)와 순시전류 제어부(32b) 및 공간벡터 펄스폭변조 파형생성부(32c)를 가지는 제어수단(32)을 포함하고 있다.

이하, 미설명된 도면부호 L1∼L3는 코일이고, C1∼C4는 콘덴서를 도시하고 있다.

이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전동차(10)가 회생 제동 상태 또는 하강 경사로 주행일 경우, 직류 급 전선(50)의 전압이 설정값보다 큰 상태를 유지하게 되는 바, 회생 인버터(30)에 포함된 제 1 전압감지수단(31)은 직류 급전선(50)의 직류전압을 감지하게 된다.

이때, 상기 제 1 전압감지수단(31)으로 부터 감지된 직류 급전선(50)의 직류전압값은 제어수단(32)으로 출력되고, 상기 제어수단(32)에서는 직류전압값이 설정값 이상일 경우 도 2의 제어 흐름도를 통해 직교성분과 동상성분으로 이축 변환된 전력변환수단(34)의 출력전압 설정값(Viq*)(Vid*)을 생성하게 되는 것이다.

즉, 도 2에 도시된 바와같이, 상기 제어수단(32)은 직류 급전선(50)의 직류전압 설정값(Vdc*)과 계산된 실측값(Vdc)과의 차이에 비례제어기(P)에 의해 미리 정해진 비례 게인(p)을 곱한다.

이후, 상기 제어수단(32)에서는 비례제어기(P)의 출력을 교류전원 교류전압의 실효값(Vc)에

배 한 값(

)으로 나누어 저대역 필터(35)의 출력전류 직교성분 설정값(isq*)을 계산한 후, 상기 저대역 필터(35)의 출력전류 동상성분 설정값(isd*)을 영으로 설정하여 둔다.

그러면, 상기 제어수단(32)은 저대역 필터(35)의 출력전류 설정값(isq*)(isd*)과 실측값(isq)(isd)과의 차이로 부터 비례적분제어기(PI)와 비간섭항(WL)은 물론, 저대역 필터(35)의 출력전압 실측값(Vsq)(Vsd)과의 차이를 통해 상기 전력변환수단(34)의 출력전압 설정값(Viq*)(Vid*)을 생성하게 되는 것이다.

이때, 상기 설정값은 상기 제어수단(32)에 포함된 공간벡터 펄스폭변조 파형생성부(32c)를 통해 IGBT게이트 펄스 신호로 변환되고, 상기 변환된 신호는 게이트 구동유닛(33)을 구동시키는 바,

상기 게이트 구동유닛(33)의 구동에 따른 출력단(g1)(g2)(g3)(g4)(g5)(g6)의 구동신호로 부터 전력변환수단(34)이 동작하면서 출력전압을 생성할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같이 생성된 출력전압은 저대역 필터(35)를 통해 필터링되고, 상기와 같이 필터링된 전압과 교류전원의 교류전압 차이가 곧 인버터 변압기(40)에 의해 회생에너지로서 무효전력의 발생없이 교류전원으로 회생될 수 있는 것이다.

여기서, 상기 저대역필터(35)의 출력전압과 출력전류는 제 2 전압 감지수단(36)과 제 1 전류 감지수단(37)에 의해 감지되는 한편, 상기 인버터 변압기(40)를 통해 출력되는 교류전원의 교류전압은 제 3 전압 감지수단(38)에 의해 감지되도록 하였다.

이와같이 본 발명은 회생 인버터(30)에 포함된 제어수단(32)이 제 1 전압 감지수단(31)으로 부터 직류 급전선((50)의 직류전압의 과전압 상태를 판단한 후 전력변환수단(34)을 제어하여 직류전압을 교류전원으로 회생시키는 특징을 갖는다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 고성능의 마이크로 프로세서 및 그의 응용기술로서 직류전철 회생 제동 차량의 회생 현상 검출을 통해 직류 급전선 전압의 상승시 잉여 직류전력을 교류 급전계통으로 회생시키므로서, 급전계통 및 차량과 인명을 보호함은 물론, 잉여 직류전력의 활용도를 높이고, 더불어 직류전철 급전계통에 적용시 나타나는 고조파 주입 및 불필요한 무효전력 발생과 같은 악영향을 최소화하는 효과를 제공한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (2)

1. 급전선의 직류전압을 감지하는 제 1 전압감지수단; 상기의 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하는 전력변환수단;

   상기 전력변환수단의 출력전압을 필터링하는 저대역필터;

   상기 저대역필터의 출력전압을 감지하는 제 2 전압 감지수단;

   상기 저대역 필터의 출력전류를 감지하는 제 1 전류 감지수단;

   교류전원의 교류전압을 감지하는 제 3 전압 감지수단;

   상기 제 1 전압 감지수단으로 부터 급전선 직류전압의 과전압 상태를 판단하여 상기 각 수단들의 동작을 자동으로 제어함은 물론 상기의 직류전압을 교류전원으로 회생시키도록 전력변환수단을 동작시키는 제어수단; 으로 구성함을 특징으로 하는 직류 전철용 회생 인버터 장치.
2. 급전선 직류전압의 실제값과 계산된 설정값과의 차이에 비례제어기에 의해 미리 정해진 비례 게인을 곱하는 단계;

   상기 비례제어기의 출력을 교류전원 교류전압의 실효값에

   

   배 한 값으로 나누어 저대역 필터 출력전류의 직교성분 설정값을 계산한 후, 상기 저대역 필터 출력전류의 동상성분 설정값을 영으로 설정하는 단계;

   상기 저대역 필터 출력전류의 설정값과 실측값과의 차이로 부터 비례적분제어기와 비간섭항을 통하여 전력변환수단 출력전압의 설정값을 생성하는 단계; 및,

   상기 생성된 전력변환수단 출력전압의 설정값을 공간벡터 펄스폭변조 파형생성부를 통해 IGBT게이트 펄스 신호로 변환한 후 게이트 구동유닛을 통해 생성된 신호에 따라 상기 전력변환수단의 출력전압을 생성하는 단계; 로 진행함을 특징으로 하는 직류 전철용 회생 인버터 제어방법.

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