KR200397499Y1 - 전기이중층콘덴서가 적용된 순시전압강하 동적전압보상장치의 고기능 펄스폭발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력계통에 순시전압강하나 순간정전이 발생하였을 때 이를 보상해 주는 순시전압강하 동적전압보상장치(DVR : Dynamic Voltage Restorer)의 인버터 동작시 고기능 PWM 기법에 관한 것이다.

본 발명은 순시전압강하 동적전압보상장치(이하 "DVR"이라 칭한다)의 인버터 동작시 DC link단 리플전압을 피드백 측정하여 그 리플에 따라서 가중치를 주는 삼각파 발생기법을 이용하여 DC link단 리플전압으로 인한 인버터 출력전압의 평균치를 보상해 주어 DC link단 전압의 변동이 발생하더라도 안정적인 인버터 출력전압을 공급이 가능하다는 장점을 갖는다.

DVR은 전전압 및 On-Line 보상방식을 채택하는 무정전전원장치(UPS : Uninterruptible Power Supply)와는 달리 계통의 순시전압강하나 순간정전시 전압의 변동분만을 보상한다. 전력품질과 관련된 여러 요소들 가운데 계통의 순시적 전압강하로 인해 유발되는 문제가 전체의 80[%] 이상을 차지하기 때문에 DVR의 적용이 UPS 보다 효율과 비용 면에서 유리하다.

DVR은 전기에너지 저장장치로써 납축전지나 전해커패시터 등을 이용하여 전압의 변동분을 보상하게 되는데, 납축전지를 적용한 DVR 시스템은 충·방전 속도와 수명 및 환경 측면에서 문제점이 있고 전해커패시터를 적용한 DVR 시스템은 에너지밀도가 매우 낮은 단점이 있으나 전기이중층콘덴서(EDLC : Electric Double Layer Capacitor)의 등장으로 그 문제점의 극복이 가능하게 되었다.

본 발명에서는 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 납축전지 또는 전해커패시터가 적용된 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 고기능 인버터 PWM 기법을 고안하였다. 이를 실현하기 위하여 더블케리어 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 제시하여 DVR이 고효율로 운전되도록 하였으며, 특히 더블케리어 변조지수에 대해서는 인버터 DC Link단의 전압과 연동되도록 제어하여 전압변동에 대한 보상오차를 최소화하였다.

본 발명은 높은 전력품질이 요구되는 고부가가치 산업으로의 전환을 추진하고 있는 우리나라의 전력 수용가에 안정적이고 양질의 전력을 공급하는 전력품질 보상장치의 인버터 고기능 운전에 널리 적용될 것으로 기대된다.

Description

전기이중층콘덴서가 적용된 순시전압강하 동적전압보상장치의 고기능 펄스폭발생기 {High Performance PWM Generator of DVR using EDLC}

최근 컴퓨터 네트워크 구축을 토대로 하는 자동화 공정과 정보통신 분야의 발달로 마이크로프로세서 및 전력전자 소자 등 외란에 민감한 부하설비의 사용이 폭발적으로 증가하면서 전력품질(power quality)에 대한 관심이 증가하고 있으며 이에 대한 수용가들의 요구도 점점 커지고 있다.

전력품질 관련 문제는 전력계통에서 전압과 전류, 주파수의 변동에 기인하여 나타나는 현상으로 전원의 신뢰도 및 전력설비의 특성을 의미한다. 전력품질 관련 요소로는 순간정전(momentary interruption)이나 순시전압강하(voltage sag) 또는 전압상승 그리고 고조파 등이 있다. 이들 대부분은 전압품질과 같은 의미로 사용되고 있으며, 이 중 수용가 설비의 가동정지와 오동작을 일으킬 수 있기 때문에 생산 활동의 경제성 저하에 직접적인 영향을 줄 수 있는 가장 대표적인 문제는 순시전압강하 또는 순간정전이라 할 수 있다. 또한 전력품질과 관련된 여러 요소들 가운데 계통의 순시적 전압강하로 인해 유발되는 문제가 전체의 80[%] 이상을 차지하고 있어 가장 중요한 항목으로 지적되고 있다.

순시전압강하를 보상하는 방법으로 과거에는 주로 정전압 변압기(Constant Voltage Transformer : CVT)를 사용하였으나, 출력전압이 고정되어 있기 때문에 가변부하에 효과적이지 못한 단점이 있다. 최근에는 이러한 단점을 보완 시켜줄 수 있는 전력변환 장치를 이용한 전압강하 보상에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 이중 무정전전원장치(UPS)를 설치하는 방안이 매우 보편적으로 사용되었지만 배터리를 사용하기 때문에 유지· 보수가 주기적으로 필요하며 용량이 제한적이기 때문에 한정된 부하의 범위에서만 사용될 수 있다는 단점이 있다. 또한 전전압 및 On-Line 보상방식을 채택함으로써 효율과 비용면에서 취약하기 때문에 최근에는 보다 경제적 방식인 동적전압보상기(DVR)를 전력계통에 적용하고 있다.

이러한 DVR시스템은 납축전지나 전해커패시터 등의 에너지저장장치를 이용하여 전압의 변동분을 보상하게 되는데, 이러한 시스템은 충·방전 속도와 수명 및 환경 측면에서 문제점이 있고 에너지밀도가 매우 낮은 단점이 있으나 전기이중층콘덴서(EDLC)의 등장으로 그 문제점이 극복되고 있다.

따라서, 본 발명에서는 고효율·다기능성 제어회로 및 보호회로로 구성된 EDLC를 DVR에 적용하여 그 성능이 매우 우수한 보상시스템을 제시하였다. 본 발명에서는 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 고기능 인버터 PWM 기법을 고안하였다. 이를 실현하기 더블케리어 방식을 제시하여 DVR이 고효율로 운전되도록 하였으며, 특히 더블케리어 변조지수에 대해서는 인버터 DC Link단의 전압과 연동되도록 제어하여 DC Link단 전압변동에 대한 보상오차를 최소화하는 삼각파 가중치 기업을 제시하였다.

본 발명에서는 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 인버터 고기능 PWM 시스템을 고안하였다.

도 2와 같이 삼상 PWM Inverter(70)는 단상 인버터(71~73) 3개의 모듈조합으로 구성된다. 도 2의 Gate Driver & Controller(80)는 단상 인버터 구동용 제어회로를 나타낸 것으로 단상 인버터(71~73) 3개의 모듈을 구동하기 위해서는 제어회로 역시 3개의 모듈이 사용된다.

본 발명의 PWM Inverter(70)에 사용되는 PWM 방식은 기존의 방식과는 다른 더블케리어 방식을 적용하였으며, EDLC 방전전압(VEDLC) 강하에 따른 DC link단 리플전압을 보상할 수 있는 삼각파 가중치 적용기법을 적용하였다.

더블케리어 PWM 방식은 도 2와 같이 전압레벨이 서로 역인 삼각파 두 개(85, 86)를 주입하여 변조파와 삼각파의 비교(87, 88)결과에 따라 PWM을 수행토록 하는 새로운 방식으로, 변조파와 삼각파 한 개만 사용해서 전압을 제어함으로써 스위칭 주기 내에서 모든 스위치가 on/off 동작을 하는 기존의 방식보다 스위칭 횟수를 줄일 수 있어서 더 효율적이다.

이때의 삼각파 변조신호는 EDLC DC link 전압(VEDLC)을 센싱하여 이 전압과 연동하는 신호가 되며, 이 신호는 인버터에서 제어하여 출력하고자 하는 기준전압(Reference Volts)과 실제 인버터에서 출력되는 피드백 전압(Real Volts)의 오차신호(Error Volts)와 비교되어 PWM을 수행하게 된다.

도 1에 대한 설명

PWM Inverter(70) 는 직류를 교류로 에너지 변환하는 전력회로이다. 입력으로 직류전압(VEDLC)을 받아서 교류출력을 발생시켜 보상하고자 하는 교류전압을 만들어 주는 기능을 한다. 이를 위해 반도체 스위치를 사용하게 되고 스위치로는 GTO(gate turn off thyristor)를 사용하는 경우도 있지만 본 발명에서는 스위칭 속도가 빠른 IGBT를 사용한다.

Filter(96)는 PWM Inverter(70) 출력단에서 발생되는 고조파를 억제하는 역할을 한다. 인버터 출력단 전압은 스위칭으로 인해 구형파의 펄스형태가 되기 때문에 이 파형으로부터 기본파를 추출하기 위해 보통 출력단에 L-C 저역통과 필터를 설치한다.

본 발명의 DVR의 경우는 무효전력도 보상할 수 있지만 그 주된 목적은 유효전력을 부하에 공급하는 것이기 때문에 별도의 에너지 저장장치(Energy Storage System : ESS)가 필요하다. 이러한 에너지 저장 장치는 AC/DC정류기(40) 또는 PWM converter를 이용하여 전력을 변환하고 DC로 변환된 전력은 전해커패시터 뱅크 또는 배터리(Battery ESS : BESS), FES(Flywheel Energy Storage) 시스템, 그리고 SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) 시스템 등을 사용하여 저장할 수 있지만 가격과 성능 등 여러 가지 조건을 고려해서 신중하게 결정해야 한다. 그러나 본 발명에서는 기존에 자주 사용되던 전해커패시터 뱅크 또는 배터리 대신에 친환경적 소재이면서 이들 두 장치의 가교역할을 할 수 있는 EDLC를 적용하여 회로를 구성한다.

매칭변압기(20)는 평상시에는 계통과 직렬로 연결된 인덕턴스로 동작되며 이 값은 대부분 계통의 선로 인덕턴스보다 매우 작기 때문에 무시할 수 있다. 따라서 매칭변압기의 가장 중요한 기능은 보상시 인버터와 계통을 연계시켜주는 역할이며 변압기의 1차측은 △결선 또는 Y결선을 할 수 있지만 대부분 영상분이 발생하지 않도록 △결선을 이용한다. 이때 변압기의 권선비에 따라 전력회로의 용량이 변하지는 않지만 인버터의 선형 운전영역이 전압의 크기에 관계되기 때문에 2차측 보다 1차측을 높게 책정하는 것이 유리할 수 있다.

절환 스위치(static switch)(91~93)는 DVR이 오프라인으로 설치되는 보상장치일 경우 계통과의 절연을 위해 이 스위치를 사용해야 하며, 도 1과 같이 대부분은 높은 내 전압 능력을 가진 싸이리스터 2개를 역 병렬 연결해서 사용한다. 정류기(40)를 통해 EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전을 하게 되므로 충전계통에도 절환 스위치(94)가 필요하다. 결국 2쌍의 절환 스위치가 상보적인 동작을 통하여 계통이 정상적인 경우에는 EDLC Storage System(60)에 충전이 되도록 하며 사고시에는 직렬변압기를 통하여 계통에 전압이 주입되도록 구성해야 한다.

< 평상시 DVR의 동작 >

평상시 DVR의 동작은 다음과 같다. 도 1과 같이 블록 다이어그램에서 평상시에는 전원(10)과 부하(30)사이에 있는 각 상의 절환 스위치인 싸이리스터(91~93)는 on되고, 필터(96)를 포함한 각 상의 인버터(70)는 off되어 계통의 전압은 싸이리스터(91~93)를 통하여 부하측(30)에 공급된다. 이때 EDLC(60)는 3상 정류기(40) 및 정전류 제어의 DC/DC 컨버터(50)를 통하여 전하를 축적하게 되며 EDLC의 고성능 제어기(70)에 의하여 초기화 또는 전압균등회로, 충방전 절체회로와 각종 보호 장치 회로가 동작하게 된다.

<순시적 전압강하 및 순간정전시의 DVR동작>

전력계통에 순시적 전압강하 또는 순간정전이 발생하면 싸이리스터(91~93)가 off되고, 각 상의 인버터(70)는 on되어 계통의 부족전압 또는 정전전압이 인버터(70)에서 발생된 전압과 더해져서 부하측(30)에 전압을 공급하게 된다. 이때에는 EDLC(60)에 축적된 전하를 이용하여 각 상의 인버터가 전압강하분 또는 정전전압을 보상하기 때문에 부하측(30)의 전압이 정상적으로 공급될 수 있다.

이때의 EDLC(60)는 방전으로 전압이 낮아지더라도 DC Link전압을 적당수준으로 유지하기 위한 충방전 제어회로(50)가 동작하기 때문에 PWM 인버터(70)에서는 보상동작이 계속적으로 수행될 수 있다.

도 2에 대한 설명

DVR 구성을 위한 PWM Inverter(70) 및 제어회로(80)는 도 2와 같이 구성된다. 삼상 PWM Inverter(70)는 단상 인버터(71~73) 3개의 모듈조합으로 구성된다. 도 2의 Gate Driver & Controller(80)는 단상 인버터 구동용 제어회로를 나타낸 것으로 단상 인버터(71~73) 3개의 모듈 구동을 하기 위해서는 제어회로 역시 3개의 모듈이 사용된다.

본 발명의 PWM Inverter(70)에 사용되는 PWM 방식은 기존의 방식과는 다른 더블케리어 방식을 적용하였으며, EDLC 방전전압(VEDLC) 강하에 따른 DC link단 리플전압을 보상할 수 있는 삼각파 가중치 적용기법을 적용하였다.

더블케리어 PWM 방식은 도 2와 같이 전압레벨이 서로 역인 삼각파 두 개(85, 86)를 주입하여 변조파와 삼각파의 비교(87, 88)결과에 따라 PWM을 수행토록 하는 새로운 방식으로, 변조파와 삼각파 한 개만 사용해서 전압을 제어함으로써 스위칭 주기내에서 모든 스위치가 on/off 동작을 하는 기존의 방식보다 스위칭 횟수를 줄일 수 있어서 더 효율적이다. 이때의 삼각파 변조신호는 EDLC DC link 전압(VEDLC)을 센싱하여 이 전압과 연동하는 신호가 되며, 이 신호는 인버터에서 제어하여 출력하고자 하는 기준전압(Reference Volts)과 실제 인버터에서 출력되는 피드백 전압(Real Volts)의 오차신호(Error Volts)와 비교되어 PWM을 수행하게 된다.

이러한 더블케리어 PWM 방식은 전력계통상에서 발생하는 순시전압 강하분에 대해서 DVR이 보상해 주어야 하는 기준전압과 DVR 인버터 피드백 전압의 오차전압(Error Voltage)과 더블케리어파와 비교에 의하여 PWM을 수행하며, 그 결과는 각 상의 인버터에 연결되어 계통상의 순시전압강하를 보상하게 된다. 즉 입력기준전압(Reference Voltage)과 DVR 인버터에서 출력된 전압과의 오차를 검출하여, 이러한 오차 전압이 PI제어기를 거치고 DC link 보상 알고리즘 및 더블케리어 변조방식을 이용한 삼각파와 비교되어 PWM을 출력하게 되며, 이는 단상 인버터 모듈조합인 3상 인버터의 각 IGBT 스위치에 게이트 신호를 인가하게 된다.

도 3에 대한 설명

EDLC에서 축적된 에너지 시스템은 방전을 하면서 인버터의 출력단에 전압을 제공해 주지만 이는 방전전압의 강하에 따라 DC link단(VEDLC)에 리플전압이 발생하게 되며 이에 따라 인버터 출력단의 평균전압은 변동하게 된다. 따라서 이러한 리플전압을 소프트웨어적 혹은 하드웨어적으로 보상해 주어야 한다. 도 3의 (a)는 DC link전압(VEDLC)이 맥동 없이 평활한 경우의 정상적인 PWM 출력파형을 나타낸다. 이때의 PWM 출력파형은 제어하고자 하는 목표 값에 정상적으로 도달하게 되지만, 도 3의 (b)와 같이 DC link전압(VEDLC)에서 맥동이 심한 경우에는 PWM 출력파형이 정상적이지 못하고 그 평균값은 목표 값보다 적게 나타난다. 따라서 이러한 낮은 평균값은 DVR 보상전압을 낮게 하는 결과를 초래하게 된다.

도 4에 대한 설명

본 발명에서는 이러한 보상을 효율적으로 구현하기 위해서 도 4와 같이 하드웨어적으로 DC link단 리플전압(VEDLC)을 피드백 측정하여 그 리플에 가중치를 주는 삼각파 발생기법을 이용하여 DC link단 리플전압으로 인한 인버터 출력전압의 평균치를 보상해 주는 방법을 고안하였다. DC link단 전압(VEDLC)에 리플이 발생하여 DC link단 전압(VEDLC)이 낮아지게 되어도, 삼각파 Carrier 신호에 가중치를 주어 Carrier 신호를 가변(Variable Carrier) 시키면 PWM 펄스폭이 증가되어 출력전압의 평균치가 떨어지지 않고 원하는 일정 값을 유지하게 된다.

도 5에 대한 설명

DVR의 인버터회로 구성은 도 2와 같이 구성할 수 있다. 이때 사용되는 PWM 방식은 기존의 방식과 다른 새로운 PWM 방식이 적용된다. 인버터에서의 전압제어는 기준전압과 전원전압의 오차전압과 삼각파를 사용하여 PWM을 행하는데, 기존 방식으로는 오차전압 (변조율)과 삼각파 신호를 한 개만 사용하여 전압을 제어하기 때문에 스위칭 주기 내에서 모든 스위치가 on/off 동작을 하여 열 손실을 초래하는 등 효율적이지 못한 단점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 새로운 PWM 방식인 더블케리어 변조방식을 적용한다. 이는 도 2의 단상 PWM Inverter(71)와 같이 4개의 IGBT 스위칭 소자(75~77)에 의하여 동작하게 되는데 이에 대한 동작설명은 도 5에 나타내었다. 이는 인버터의 출력전압이 positive(+Vab)일 때는 S3은 off, S4는 on 상태를 유지 하고, S1, S2는 변조파(Modulation Wave)와 삼각파(Carrier Wave)와의 비교결과에 의하여 on/off PWM 스위칭 동작을 수행한다. 또한 인버터의 출력전압이 negative(-Vab)일 때는 S1이 off, S2는 on 상태를 유지 하며, S3과 S4는 변조파(Modulation Wave)와 삼각파(Carrier Wave)와의 비교 결과에 의하여 on/off PWM 스위칭 동작을 수행한다. 이와 같이 본 발명에서 제안한 더블케리어 PWM 방식은 인버터의 출력전압이 positive와 negative 일 때 각각 on/off 스위칭 동작을 하지 않고 스위칭 상태를 on 또는 off 상태를 유지하는 스위칭 소자가 존재하게 되어, 변조파와 삼각파 한 개만 사용해서 전압을 제어함으로써 스위칭 주기 내에서 모든 스위치가 on/off 동작을 하는 기존의 방식보다 스위칭 횟수를 줄일 수 있게 된다. 이와 같은 개념은 Positive Carrier Wave 보다 변조파(Modulation Wave)가 더 큰 경우에는 S1이 on되고, Negative Carrier Wave 보다 변조파(Modulation Wave)가 더 적은 경우에는 S3이 on되는 가정 하에서 스위칭이 행해진다. 또한 S1과 S2는 서로 반대로 동작하고 마찬가지로 S3과 S4 역시 반대로 동작한다. 이 같은 더블캐리어 변조방식을 이용한 회로의 구성은 IGBT 4개가 한 스위칭 주기 내에서 항상 스위칭을 하는 기존의 경우보다 인버터 스위칭 손실이 저감되어서 효율을 더 높일 수 있다.

본 발명에서는 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 기존의 UPS나 DVR시스템 보다 유리한 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 인버터 고기능 PWM 시스템을 고안하였다. 이를 실현하기 더블케리어 방식을 제시하여 DVR이 고효율로 운전되도록 하였으며, 특히 더블케리어 변조지수에 대해서는 인버터 DC Link단의 전압과 연동되도록 제어하여 전압변동에 대한 보상오차를 최소화하였다. 전력품질 보상장치로써 DVR은 추후 UPS를 대신하여 널리 사용될 것으로 판단되며, DVR의 에너지 저장장치로써 충·방전 속도, 수명 및 환경, 에너지밀도 면에서 단연 유리한 EDLC의 적용은 더욱 널리 확장되리라 예측된다. 본 발명은 EDLC가 적용된 DVR 시스템의 인버터 고기능 PWM 기법을 위한 것으로써 그 사용처가 급속히 신장되고 있는 EDLC가 다양한 시스템에 적용될 때 고기능 PWM 기법을 구현하는데 널리 사용될 수 있는 것이다. 특히 DC link 전압 변동이 심한 특성을 갖는 적용 분야에 적용되어서 신뢰성 있는 PWM 기법을 실현하는데 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.

본 발명은 높은 전력품질이 요구되는 고부가가치 산업으로의 전환을 추진하고 있는 우리나라의 전력 수용가에 안정적이고 양질의 전력을 공급하는 전력품질 보상장치의 인버터 고기능 운전에 널리 적용될 것으로 기대된다.

도 1 : EDLC가 적용된 DVR시스템 전체 구성도

도 2 : EDLC가 적용된 DVR시스템의 PWM Inverter 및 제어구성도

도 3 : PWM 출력에 대한 DC Link 전압 리플의 영향

도 4 : 전압리플을 보상한 경우의 PWM 출력

도 5 : 더블 캐리어 방식의 PWM 동작

< 주요 부분에 대한 부호 설명 >

10 : Power Source

전력을 사용하는 부하측(30)에 전력을 공급하는 전력 공급원

20 : Matching Transformer

평상시에는 2차측 권선이 Power Source(10)에서 부하측(30)으로 연결되는 계통선상에 직렬로 연결된 인덕턴스로 동작되며 이 값은 대부분 계통의 선로 인덕턴스보다 매우 작기 때문에 무시할 수 있다. 계통 사고나 외란에 의해 순시적 전압강하 및 순간정전 발생시에는 각 상의 인버터가 동작(70)하여 발생되는 전압강하분 또는 정전전압을 계통에 보상전압을 전달하여 부하측(30)에 전압이 정상적으로 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다.

30 : Sensitive Load

순시적 전압강하 및 순간정전에 의해 큰 손실을 초래할 수 있는 전력 사용처 및 전기기기

40 : Rectifier

EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전할 수 있도록 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기

50 : DC/DC Converter

Rectifier(40)에서 공급된 직류 전압을 제어하여 정전류를 EDLC Storage System(60)에 공급하는 기능을 하는 전력변환 장치

60 : EDLC Storage System

평상시에 DC/DC Converter(50)에 의해서 정전류 충전을 하여 전기에너지를 저장하고 있다가, 순시적 전압강하 및 순간정전시에 DVR이 동작하여 계통에 부족분의 전압을 공급할 수 있도록 PWM Inverter(70)에 전력을 공급하는 전기에너지 저장장치

70 : 삼상 PWM Inverter

입력으로 EDLC Storage System(60)에서 직류전압을 받아서 교류출력을 발생시켜 보상하고자 하는 교류전압을 만들어 주는 기능을 한다. 이를 위해 반도체 스위치를 사용하게 되고 스위치로는 GTO(Gate Turn off Thyristor)를 사용하는 경우도 있지만 스위칭 속도가 빠른 IGBT를 사용한다.

80 : Gate Driver & Controller

DC/DC Converter(50), EDLC Storage System(60), PWM Inverter(70)의 구동 및 DVR 동작의 제어 기능을 담당

91 ~ 93 : 절환 스위치(static switch)

절환 스위치(static switch)는 DVR이 오프라인으로 설치되는 보상장치일 경우 계통과의 절연을 위해 이 스위치를 사용해야 하며, 도 1과 같이 대부분은 높은 내 전압 능력을 가진 싸이리스터 2개를 역 병렬 연결해서 사용한다. 정류기(40)를 통해 EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전을 하게 되므로 충전계통에도 절환 스위치(94)가 필요하다. 결국 2쌍의 절환 스위치가 상보적인 동작을 통하여 계통이 정상적인 경우에는 EDLC Storage System(60)에 충전이 되도록 하며 사고시에는 직렬변압기를 통하여 계통에 전압이 주입되도록 구성해야 한다.

94 : 절환 스위치(static switch)

정류기(40)를 통해서 EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 저장할 때 전력계통과 DVR을 연결 및 절연 시키는 기능을 하는 스위치. 91 ~ 93 절환 스위치와 상보적인 동작을 통하여 계통이 정상적인 경우에는 EDLC Storage System(60)에 충전이 되도록 기능한다.

95 : 강압 변압기

EDLC(60) 초기 충전시 EDLC main 충전전압은 높은 전원전압에서 정류기(40)를 통하여 직접 충전하게 되면 펄스성의 피크전류가 EDLC(60)에 유입하여 커패시터를 파괴되는 것을 방지하기 위해 전압을 다운시켜주는 변압기

96 : Filter

PWM Inverter(70) 출력단의 전압 파형에서 발생되는 고조파를 억제하는 역할을 한다. 인버터 출력단 전압은 스위칭으로 인해 구형파의 펄스형태가 되기 때문에 이 파형으로부터 기본파를 추출하기 위해 보통 출력단에 L-C 저역통과 필터가 설치된다.

71 ~ 73 : 단상 PWM Inverter

스위칭 소자 4개로 구성된 단상 인버터. 삼상 PWM Inverter(70)는 단상 인버터(71~73) 3개의 모듈조합으로 구성된다.

74 ~ 77 : IGBT(S1~S4)

단상 PWM Inverter를 구성하는 4개의 스위칭 소자

81 : EDLC DC link 전압과 기준 DC link Voltage 연산기

82 : DC link 에러(기준 DC link Voltage와 EDLC DC link 전압 차)와 Positive Carrier Wave 연산기

83 : DC link 에러(기준 DC link Voltage와 EDLC DC link 전압 차)와 Negative Carrier Wave 연산기

84 : 기준 DC link Voltage

85 : Positive Carrier Wave

86 : Negative Carrier Wave

87 : IGBT S1, S2 구동을 위한 삼각파와 변조파 비교기

88 : IGBT S1, S2 구동을 위한 삼각파와 변조파 비교기

Claims (3)

1. 전력을 사용하는 부하측(30)에 전력을 공급하는 Power Source(10)와 순시적 전압강하 및 순간정전에 의해 큰 손실을 초래할 수 있는 Sensitive Load(30) 사이에 연결되어서, 평상시에는 2차측 권선이 Power Source(10)에서 부하측(30)으로 연결되는 계통선상에 직렬로 연결된 인덕턴스로 동작되며 계통 사고나 외란에 의해 순시적 전압강하 및 순간정전 발생시에는 각 상의 인버터가 동작(70)하여 발생되는 전압강하분 또는 정전전압을 계통에 보상전압을 전달하여 부하측(30)에 전압이 정상적으로 공급될 수 있도록 하는 역할을 하는 Matching Transformer(20)와, EDLC Storage System(60)에 전기에너지를 충전할 수 있도록 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 Rectifier(40)와, 평상시에 DC/DC Converter(50)에 의해서 정전류 충전을 하여 전기에너지를 저장하고 있다가, 순시적 전압강하 및 순간정전시에 DVR이 동작하여 계통에 부족분의 전압을 공급할 수 있도록 PWM Inverter(70)에 전력을 공급하는 전기에너지 저장장치인 EDLC Storage System(60)과, Rectifier(40)에서 공급된 직류 전압을 제어하여 EDLC Storage System(60)에 공급하는 기능을 하는 전력변환 장치인 DC/DC Converter(50)와, 입력으로 EDLC Storage System(60)에서 직류전압을 받아서 기존의 방식과는 다른 더블케리어 PWM 방식을 적용하여 스위칭 횟수를 줄이고 EDLC 방전전압(VEDLC) 강하에 따른 DC link단 리플전압을 보상할 수 있는 삼각파 가중치 적용기법을 적용하여 교류출력을 발생시켜 보상하고자 하는 교류전압을 만들어 주는 기능을 하는 PWM Inverter(70)와, 전력변환 스위칭 소자 구동 및 DVR 동작의 제어 기능을 담당하는 Gate Driver & Controller(80)와, 전력 계통과 DVR의 연결 기능을 하는 절환 스위치(static switch)(91 ~ 94)와, EDLC(60) 초기 충전시 펄스성의 피크전류에 의한 EDLC(60) 파괴를 방지하기 위해 전압을 다운시켜주는 강압 변압기(95)와, PWM Inverter 출력단의 전압 파형을 구형파에 가깝게 고조파를 억제하는 역할을 하는 Filter(96)로 구성된 것을 특징으로 하는 전기이중층콘덴서가 적용된 순시전압강하 동적전압보상장치의 고기능 펄스폭발생기
2. 청구항 1에 있어서, 상기 PWM Inverter(70)는 더블케리어 PWM 방식이 적용되어서 도 2와 같이 전압레벨이 서로 역인 삼각파 두 개(85, 86)를 주입하여 변조파(Modulation Wave)와 삼각파(Carrier Wave)의 비교(87, 88)결과에 따라 PWM을 수행하여, 변조파와 삼각파 한 개만 사용해서 전압을 제어함으로써 스위칭 주기 내에서 모든 스위칭 소자가 on/off 동작을 하는 기존의 방식 보다 스위칭 횟수를 줄일 수 있어서 인버터 스위칭 손실을 저감 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전기이중층콘덴서가 적용된 순시전압강하 동적전압보상장치의 고기능 펄스폭발생기
3. 청구항 1에 있어서, 상기 PWM Inverter(70)는 삼각파 가중치 적용기법이 적용되어서 EDLC DC link 전압(VEDLC)을 센싱하여 이 전압과 연동하는 신호에 의해 PWM이 수행되고, 이 신호는 인버터에서 제어하여 출력하고자 하는 기준전압(Reference Volts)과 인버터에서 실제 출력되는 피드백 전압(Real Volts)의 오차신호(Error Voltage)와 비교되어 PWM을 수행하게 되며, 그 결과 DC link단의 전압변동에 의한 인버터 출력단 전압오차가 보정되어서 안정된 인버터 전압 출력이 가능한 PWM 기법을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기이중층콘덴서가 적용된 순시전압강하 동적전압보상장치의 고기능 펄스폭발생기