KR20160002300A - Power compensating apparatus including active dc-link circuit and method for compensating power using active dc-link circuit - Google Patents
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Abstract
Description
실시예들은 능동 직류단 회로를 포함하는 전력 보상 장치 및 능동 직류단 회로를 이용한 전력 보상 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 계통단 전류에 고조파 성분 등의 전력을 보상하거나, 스위칭 주파수 리플(ripple)을 보상하기 위한 전력 보상 장치 및 전력 보상 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a power compensation method using an active DC circuit and a power compensation method using an active DC circuit. More specifically, the present invention relates to a method of compensating a power of a harmonic component or the like, a switching frequency ripple, To a power compensation apparatus and a power compensation method.
다이오드 정류 시스템은 일반적으로 세탁기, 냉장고 등의 가전제품 및 대용량 모터 구동 시스템 등의 계통 연계형 시스템에서 사용된다. Diode rectification systems are generally used in grid-connected systems such as home appliances, such as washing machines and refrigerators, and large-capacity motor drive systems.
도 1을 참고하면, 기존의 다이오드 정류 시스템(100)은 계통단(110)에서 발생한 전력을 다이오드 정류기(120)를 통해 부하단(130)쪽으로 전달한다. 이 때, 다이오드 정류기(120)의 출력 전압, 즉, 다이오드 정류기(120)와 초기 충전 회로(140) 사이의 노드의 전압은 계통 선간 전압의 최대치로 정의되기 때문에, 계통 주파수의 고조파(계통단이 단상인 경우에는 2고조파, 3상인 경우에는 6고조파) 성분이 직류단(150)으로 들어오게 된다. 따라서, 고조파 성분이 부하단(130)에 영향을 미치지 않게 하기 위해 대용량 직류단 캐패시터(capacitor)(160)를 이용하여 고조파 성분을 직류단 캐패시터(160)에 흡수시킨다. Referring to FIG. 1, the conventional
일반적으로, 대용량 캐패시턴스(capacitance)를 확보하기 위해 직류단 캐패시터(160)로서 단위 부피당 용량이 가장 큰 전해 캐패시터를 사용하는 경우, 높은 고장률로 인해 전체 시스템의 신뢰성이 떨어지며, 다른 종류의 수명이 긴 캐패시터를 사용하는 경우, 가격 및 부피의 문제가 발생한다. 또한, 기본적으로 직류단 캐패시터(160)로 대용량 캐패시터를 사용하는 경우, 추가적으로 초기 충전 회로(pre-charging circuit)(140)가 필요한 문제점이 있다. In general, when an electrolytic capacitor having the largest capacitance per unit volume is used as the
도 2는 모터 구동용 3상 다이오드 정류 시스템의 일 실시예로서, 인덕터(Ldc)가 입력단 DC 필터로 사용되었다. 입력단은 정류 시스템에서 부하단을 제외한 부분을 의미한다. 도 2의 시스템에서, 인덕터(Ldc) 없이 수천 μF의 캐패시턴스를 갖는 직류단 캐패시터(260)를 사용할 경우, 계통 전류(인덕터(Lg)와 EMI 필터(270) 사이에 흐르는 전류)는 도 3a에 나타난 바와 같이 토끼귀 모양으로 형성되며, 많은 고조파 성분을 생성하여 다른 기기에 악영향을 준다. 따라서, 인덕터(Ldc)를 사용함으로써 도 3b에 나타난 바와 같이 계통 전류의 고조파 성분을 감쇄시킬 수 있고, 계통 규정(IEC61000-3-12 Rsce . min > 250)을 만족시킬 수 있다. 그러나, 입력단 필터 또한 전체 시스템의 무게 및 가격을 증가시키는 단점이 있다.FIG. 2 shows an embodiment of a motor-driven three-phase diode rectification system in which an inductor L dc is used as an input stage DC filter. The input stage means the part of the rectification system excluding the lower stage. In the system of Figure 2, the grid current (current flowing between the inductor L g and the EMI filter 270), when using a
이를 해결하기 위해, 작은 용량의 직류단 캐패시턴스를 이용한 시스템들이 연구되었으며, 소용량 직류단 캐패시턴스를 가진 시스템은 직류단 캐패시터가 큰 부피를 차지하지 않기 때문에 집약적이고 가격 경쟁력 있는 회로로 제작할 수 있다. 그러나, 낮은 캐패시턴스로 인해 직류단 전압(직류단 캐패시터의 양단 전압)이 계통 선간 전압의 최대치로 흔들리게 되고, 직류단 캐패시터와 인덕터로 인한 공진 주파수가 제어기의 대역폭을 벗어나게 되어, 도 4a에 나타난 바와 같이 시스템이 불안정해진다. To solve this problem, a system using a small capacity DC terminal capacitance has been studied, and a system with a small DC terminal capacitance can be manufactured with an intensive and cost competitive circuit because the DC terminal capacitor does not take up a large volume. However, due to the low capacitance, the DC short-circuit voltage (the voltage across the DC short-circuit capacitor) is shaken to the maximum value of the line-to-line voltage, and the resonant frequency due to the DC capacitor and the inductor deviates from the bandwidth of the controller, Likewise, the system becomes unstable.
따라서, 종래의 제어기술은 부하단에서 능동 댐핑 제어(Active Damping Control)를 함으로써 적극적으로 대처하며, 그 결과, 도 4b에 나타난 바와 같이 계통 전류 및 직류단 전압은 비교적 안정되나, 부하 측 출력에 맥동이 발생하게 되어 작동 성능이 떨어지게 된다. 또한, 센서리스(sensorless) 제어와 같은 모터 구동 알고리즘으로 인해 부하단 측 인버터에 스위칭(switching) 및 샘플링 주기(sampling periods)에 제약이 있는 경우, 종래의 능동 제어 기술의 성능은 현저히 저하된다. Therefore, the conventional control technique actively copes with active damping control at the lower stage. As a result, the grid current and the DC short-circuit voltage are relatively stable as shown in FIG. 4B, And the operating performance is deteriorated. Also, when there is a restriction on switching and sampling periods in the inverter of the lower stage due to the motor driving algorithm such as sensorless control, the performance of the conventional active control technique is remarkably degraded.
본 발명의 일 측면에 의하면, 대용량 직류단 캐패시터를 대체하며 입력단 필터 또한 저감할 수 있고, 부하 측 출력 품질이나 운전 영역에서 손해를 보지 않을 수 있다.According to an aspect of the present invention, a large-capacity direct-current capacitor can be substituted and the input stage filter can be reduced, and the output quality on the load side or the operation area can be avoided.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 계통단 전류의 고조파 보상 제어를 부하단과 분리시킬 수 있다.Further, according to an aspect of the present invention, the harmonic compensation control of the system stage current can be separated from the load stage.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 부하단에 항상 일정한 전력을 제공함으로써 부하단에서 필요한 토크를 제공할 수 있다.Further, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a necessary torque at the lower stage by always providing a constant power at the lower stage.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 리플 함유 전류원 또는 리플 함유 전류 부하의 스위칭 주파수 리플을 보상할 수 있다.Further, according to one aspect of the present invention, it is possible to compensate the switching frequency ripple of the ripple-containing current source or the ripple-containing current load.
일 실시예에 따른 전력 보상 장치는, 계통으로부터 전력을 공급받고 상기 전력을 이용하여 부하단에 구동 전력을 공급하는 능동 직류단 회로; 및 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결되어 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 고조파 보상 제어부를 포함하고, 상기 고조파 보상 제어부는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상한다.The power compensation apparatus according to an embodiment includes: an active DC stage circuit that is supplied with electric power from a system and supplies drive power to a load stage using the electric power; And a control unit electrically connected to the active DC circuit to control the active DC circuit, wherein the active DC circuit includes a first capacitor whose one end is electrically connected to the system and the other end is connected to ground, Wherein the control unit includes a harmonic compensation control unit for controlling the active DC circuit so that the active DC circuit compensates harmonic components of the grid current by controlling the grid current, The harmonic components of the grid current are compensated by extracting the harmonic components from the voltage signals at both ends.
일 실시예에 따른 전력 보상 장치는, 계통으로부터 전력을 공급받고 상기 전력을 이용하여 부하단에 구동 전력을 공급하는 능동 직류단 회로; 및 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결되어 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 조절하도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 계통 전류 보상 제어부를 포함하고, 상기 계통 전류 보상 제어부는, 상기 계통에서 상기 부하단으로 전력을 공급하지 않는 구간에서 상기 능동 직류단 회로가 상기 부하단으로 보상전력을 공급하도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 부하단 전력 보상 제어부를 포함한다.The power compensation apparatus according to an embodiment includes: an active DC stage circuit that is supplied with electric power from a system and supplies drive power to a load stage using the electric power; And a control unit electrically connected to the active DC circuit to control the active DC circuit, wherein the controller controls the active DC circuit so that the active DC circuit controls the grid current by controlling the grid current, And the grid current compensation controller controls the DC current circuit so that the active DC cir- cuit circuit supplies the compensation power to the sub-stage in an interval in which power is not supplied from the system to the sub- And a sub-stage power compensation controller for controlling the active DC circuit.
일 실시예에 따른 전력 보상 장치는, 전원으로부터 전력을 공급받고 상기 전력을 이용하여 부하에 구동 전력을 공급하는 능동 직류단 회로; 및 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결되어 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 전원 및 상기 부하 중 하나 이상은 스위칭 리플을 포함하는 전류를 발생시키며, 상기 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력을 보상하도록, 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 스위칭 리플 보상 제어부를 포함한다. The power compensation apparatus according to an embodiment includes: an active DC circuit that receives power from a power source and supplies driving power to the load using the power; And a control unit electrically connected to the active DC circuit to control the active DC circuit, wherein at least one of the power source and the load generates a current including a switching ripple, And a switching ripple compensation control unit for controlling the active DC circuit so that the circuit compensates the fundamental wave or the harmonic power of the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-containing load.
일 실시예에 따른 전력 보상 방법은, 계통으로부터 능동 직류단 회로에 전력을 공급하는 단계; 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계; 및 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 단계를 포함하되, 상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하고, 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출하는 단계를 포함한다.A power compensation method according to an embodiment includes powering an active DC circuit from a system; Compensating a harmonic component of the grid current by controlling the grid current using the active DC stage circuit; And supplying power to the load using the active DC circuit, wherein the active DC circuit includes a first capacitor whose one end is electrically connected to the system and the other end is connected to ground, Compensating for the harmonic component of the first capacitor includes extracting the harmonic component from the voltage signal across the first capacitor.
일 실시예에서, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출하는 단계는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호를 대역 통과 필터링(band pass filtering)하는 단계를 포함한다.In one embodiment, extracting the harmonic component from the voltage signal across the first capacitor comprises bandpass filtering the voltage signal across the first capacitor.
일 실시예에서, 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계는, 추출된 고조파 성분을 증폭하는 단계; 및 증폭된 고조파 성분을 합산하는 단계;를 더 포함한다.In one embodiment, compensating for the harmonic component of the grid current comprises: amplifying the extracted harmonic component; And summing the amplified harmonic components.
일 실시예에서, 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, the method further comprises reducing resonance by controlling the grid current using the active DC stage circuit.
일 실시예에서, 상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키는 단계는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호를 고역 통과 필터링(high pass filtering)하는 단계를 포함한다.In one embodiment, reducing the resonance by controlling the grid current comprises high pass filtering the voltage signal across the first capacitor.
일 실시예에서, 상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키는 단계는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 추출된 고조파 성분을 합산하는 단계; 합산된 고조파 성분으로부터 고역 통과 필터링된 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호를 감산하는 단계; 및 고역 통과 필터링된 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호가 감산된 상기 합산된 고조파 성분을 증폭하는 단계;를 더 포함한다.In one embodiment, reducing resonance by controlling the grid current comprises: summing the harmonic components extracted from the voltage signal across the first capacitor; Subtracting the voltage signal across the first capacitor from the summed harmonic component; And amplifying the summed harmonic component subtracted by the voltage signal across the high-pass filtered first capacitor.
일 실시예에서, 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계는, 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결된 부하단의 출력 전력을 검출하는 단계; 및 검출된 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 상기 계통 전류를 실시간으로 제어하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of compensating for the harmonic component of the grid current comprises the steps of: detecting an output power of a lower stage electrically connected to the active DC stage; And controlling the grid current in real time based on the detected output power of the lower stage.
일 실시예에 따른 전력 보상 방법은, 계통으로부터 능동 직류단 회로에 전력을 공급하는 단계; 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 조절하는 단계; 및 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 단계를 포함하되, 상기 계통 전류의 고조파 성분을 조절하는 단계는, 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결된 부하단이 상기 계통으로부터 전력을 공급받지 않는 구간에서 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 부하단으로 보상전력을 공급하는 단계를 포함한다.A power compensation method according to an embodiment includes powering an active DC circuit from a system; Adjusting the harmonic component of the grid current by controlling the grid current using the active DC stage circuit; And a step of supplying power to the load using the active DC step circuit, wherein the step of adjusting the harmonic component of the grid current comprises the step of supplying power from the system And supplying the compensating power to the sub-stage using the active DC circuit in an unreceivable section.
일 실시예에서, 상기 부하단으로 보상전력을 공급하는 단계는, 상기 부하단의 출력 전력을 검출하는 단계; 및 검출된 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 상기 부하단의 전류 지령을 계산하는 단계;를 포함한다.In one embodiment, the step of supplying the compensating power to the negative terminal comprises: detecting an output power of the negative terminal; And calculating a current command of the lower stage based on the detected output power of the lower stage.
일 실시예에서, 상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하고, 상기 부하단으로 보상전력을 공급하는 단계는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압을 미리 설정된 최소값 이상으로 유지하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the active DC stage circuit includes a first capacitor, one end of which is electrically connected to the system and the other end of which is connected to ground, and the step of supplying the compensating power to the sub- And maintaining the voltage above a predetermined minimum value.
일 실시예에서, 상기 계통 전류의 고조파 성분을 제거하는 단계는, 계통 전압, 상기 제1캐패시터의 양단 전압의 상기 미리 설정된 최소값 및 상기 부하단의 출력 전력을 이용하여 계통 전류 지령 및 상기 제1캐패시터의 양단 전압의 지령을 계산하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, the step of removing the harmonic component of the grid current comprises the step of: using the grid voltage, the predetermined minimum value of the voltage across the first capacitor and the output power of the lower voltage terminal, And a step of calculating a command of a voltage across both terminals.
일 실시예에 따른 전력 보상 방법은, 전원으로부터 능동 직류단 회로에 전력을 공급하는 단계; 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 전원 또는 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결된 부하의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력을 보상하는 단계; 및 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 부하에 전력을 공급하는 단계;를 포함하되, 상기 전원 및 상기 부하 중 하나 이상은 스위칭 리플을 포함하는 전류를 발생시킨다.A power compensation method according to an exemplary embodiment includes: supplying power from a power source to an active DC circuit; Compensating a fundamental wave or a harmonic power of a switching frequency of a load electrically connected to the power source or the active DC circuit using the active DC circuit; And powering the load using the active DC stage circuit, wherein at least one of the power source and the load generates a current comprising switching ripple.
일 실시예에서, 상기 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력을 보상하는 단계는, 상기 능동 직류단 회로에 포함된 인덕터 전류의 스위칭 주파수를 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 스위칭 주파수와 동일하거나 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수보다 높게 제어하는 단계를 포함한다.In one embodiment, compensating for the fundamental or harmonic power of the switching frequency may comprise: comparing the switching frequency of the inductor current included in the active DC circuit with the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple- Controlling the power supply or the switching frequency of the ripple-containing load to be higher than the switching frequency of the power supply or the ripple-containing load.
일 실시예에서, 상기 능동 직류단 회로에 포함된 인덕터 전류의 스위칭 주파수를 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수와 동일하거나 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수보다 높게 제어하는 단계는,상기 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하에 흐르는 전류 신호를 대역 통과 필터링하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the switching frequency of the inductor current included in the active DC circuit is controlled to be equal to or higher than the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-containing load or higher than the switching frequency of the ripple- The step includes bandpass filtering the current signal flowing through the ripple-containing power supply or the ripple-containing load.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치는 에너지를 저장하여 입력단의 공진을 억제하거나 입출력 전류의 고조파 성분을 보상할 수 있으므로, 부하단은 입력단에서 발생되는 고조파 전력과 무관하게 동작할 수 있어 고품질의 출력과 운전 영역을 확보할 수 있다.The power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention can store energy to suppress resonance of an input terminal or compensate harmonic components of an input / output current, so that the lower terminal can operate independently of harmonic power generated at an input terminal, It is possible to secure the output and the operation area of the vehicle.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치는 낮은 고장률과 고수명의 소자를 사용함으로써 높은 신뢰성을 갖는 시스템을 구현할 수 있다. Also, the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention can realize a system having high reliability by using a low failure rate and a high number of elements.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치는 스위칭 주파수 리플(ripple)을 보상할 수 있으므로, 이에 따른 추가적인 캐패시터 리플 전류도 저감할 수 있다.Also, since the power compensation apparatus according to the embodiment of the present invention can compensate the switching frequency ripple, the additional capacitor ripple current can be reduced.
도 1은 종래의 다이오드 정류 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 입력단 DC 필터로서 인덕터를 사용한 모터 구동용 3상 다이오드 정류 시스템을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 대용량 직류단 캐패시터를 사용한 380V 3상 다이오드 정류 시스템의 전류 및 전압을 나타낸다.
도 4a 및 4b는 소용량 직류단 캐패시터와 입력단 필터를 사용한 380V 3상 다이오드 정류 시스템의 전류, 전압 및 부하 측 모터의 토크를 나타낸다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 다이오드 정류 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 제어부의 세부 블록도이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 승압형 능동 직류단 회로를 채용한 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 전류, 전압 및 토크의 파형을 나타낸다.
도 9는 IEC61000-3-12 Rsce . min = 250 규정과 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 고조파 성분을 비교한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 제어부의 세부 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 전압 및 전류 파형을 나타낸다.
도 12는 소용량 직류단 캐패시터를 사용하는 단상 다이오드 정류 시스템의 부하단 전력에 따른 직류단 전압 및 계통 전류의 파형을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템의 직류단 전압의 최소값에 따른 전압, 전류 및 전력 파형을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 단상 다이오드 정류 시스템의 제어부의 세부 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템의 전압, 전류 및 전력 파형을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치, 전원 및 부하의 연결 관계를 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 제어부의 세부 블록도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 제어부에 포함되는 대역 통과 필터의 통과 대역을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 이용하여 최소 주파수 스위칭으로 스위칭 노이즈를 저감한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 이용하여 고주파 스위칭으로 스위칭 노이즈를 저감한 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 1 schematically shows the structure of a conventional diode rectification system.
Figure 2 shows a three-phase diode rectifier system for motor drive using an inductor as the input stage DC filter.
Figures 3a and 3b show the current and voltage of a 380V three-phase diode rectification system using a large DC stage capacitor.
Figures 4A and 4B show the current, voltage and torque of the load side motor of a 380V three-phase diode rectifier system using a small DC dc capacitor and input stage filter.
5A and 5B show a diode rectification system including a power compensation device according to embodiments of the present invention.
6 is a detailed block diagram of a control unit of the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
7A to 7D show a three-phase diode rectification system including a power compensation device according to embodiments of the present invention.
8 shows current, voltage and torque waveforms of a three-phase diode rectification system including a power compensation device employing a step-up active dc circuit according to an embodiment of the present invention.
Fig. 9 shows an IEC61000-3-12 R sce . min = 250 and a harmonic component of a three-phase diode rectification system including a power compensation device according to an embodiment of the present invention.
10 is a detailed block diagram of a control unit of a three-phase diode rectification system including a power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 shows voltage and current waveforms of a three-phase diode rectification system including a power compensation device according to an embodiment of the present invention.
12 shows waveforms of the DC short-circuit voltage and the grid current according to the bottom-end power of the single-phase diode rectification system using a small-capacity DC capacitor.
13 shows a single-phase diode rectification system including a power compensation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 shows voltage, current, and power waveforms according to the minimum value of the DC short-circuit voltage of the single-phase diode rectification system including the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
15 is a detailed block diagram of a control unit of a single-phase diode rectification system of a power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
16 shows voltage, current and power waveforms of a single-phase diode rectification system including a power compensation device according to an embodiment of the present invention.
17 is a block diagram illustrating a connection relationship between a power compensation device, a power source, and a load according to an embodiment of the present invention.
18 is a detailed block diagram of a control unit of the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 shows a pass band of a band-pass filter included in a control unit of the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
20 is a graph showing a result of reducing switching noise by minimum frequency switching using a power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a graph illustrating a result of switching noise reduction in high frequency switching using a power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
이하, 본 발명의 구성 및 특성을 실시예를 이용하여 설명하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 한정하는 것은 아니다. 유사한 참조부호가 복수의 도면에서 사용되는 경우, 유사한 참조부호는 여러 실시 예들에 대해서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
Hereinafter, the structure and characteristics of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Where similar reference numerals are used in the several figures, like reference numerals refer to the same or similar functions for various embodiments.
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 직류단 회로를 포함하는 다이오드 정류 시스템을 나타낸다. 5A and 5B illustrate a diode rectification system including an active DC stage circuit in accordance with embodiments of the present invention.
도 5a에 도시된 바와 같이, 다이오드 정류 시스템(5000)은 계통단(5010), EMI(Electromagnetic Interference) 필터(5020), 다이오드 정류기(5030), 전력 보상 장치(5080) 및 부하단(5090)을 포함할 수 있으며, 전력 보상 장치(5080)는 능동 직류단 회로(5040), 측정부(5050), 제어부(5060) 및 게이트 드라이버(5070)를 포함할 수 있다. 5A, the
계통단(5010)은 도 5a에 나타난 바와 같이 단상 계통일 수도 있고, 도 7에 도시된 계통단과 같이 3상 계통일 수도 있다. 계통단(5010)은 부하단(5090)에서 필요한 전력을 공급하고, EMI 필터(5020)는 150kHz 이상의 고조파를 저감시키며, 다이오드 정류기(5030)는 계통 전압을 정류한다. The
능동 직류단 회로(5040)와 이를 제어하기 위한 측정부(5050), 제어부(5060) 및 게이트 드라이버(5070)는 종래 소용량 직류단 캐패시터를 포함하는 회로의 부하단(5090)에서 담당하던 능동 댐핑 제어를 수행하기 때문에, 계통단(5010)에서 능동 직류단 회로(5040)까지의 구성을 포함하는 입력단 측에서 발생하는 공진을 억제할 뿐만 아니라, 계통단(5010)의 계통 전류에 포함되는 계통 주파수의 고조파 성분 또한 보상하는 역할을 한다. 구체적으로, 측정부(5050)가 부하단(5090)의 출력과 능동 직류단 회로(5040) 내의 입출력 전압 및 전류를 측정하여 제어부(5060)로 전달하고, 제어부(5060)는 고조파 성분 보상 제어 및/또는 공진 억제 제어를 수행하며, 게이트 드라이버(5070)는 제어 결과를 능동 직류단 회로(5040)에 적용한다.The
도 5b에 도시된 바와 같이, 다이오드 정류 시스템(5100)은 AC 필터(5110) 또는 DC 필터(5120)를 더 포함할 수 있다. 다이오드 정류 시스템(5100)은 능동 직류단 회로(5130)를 포함하기 때문에, AC 필터(5110)와 DC 필터(5120)는 기존의 다이오드 정류 회로에서 사용되던 필터보다 작은 값의 소자를 사용할 수 있으며, 도 5a에 도시된 바와 같이 제거도 가능하다.
As shown in FIG. 5B, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치(5080; 도 5) 내의 제어부(5060; 도 5)의 세부 블록도이다. 제어부(5060)는 내부 직류단 전압 제어부(610), 고조파 보상 제어부(620) 및 전류 제어부(630)를 포함할 수 있다. 6 is a detailed block diagram of a control unit 5060 (FIG. 5) in a power compensation apparatus 5080 (FIG. 5) according to an embodiment of the present invention. The
측정부(5050)에서 측정한 전압 및 전류 정보는 내부 직류단 전압 제어부(610) 또는 고조파 보상 제어부(620)로 전달된다. 내부 직류단 전압 제어부(610)는 능동 직류단 회로의 내부 직류단 전압(예를 들면, 도 7a의 캐패시터(Cdc2)의 양단 전압)의 평균값을 특정 값으로 유지시키며, 고조파 보상 제어부(620)는 입력단의 계통 전류에 발생하는 고조파를 개선시키기 위한 고조파 전력 제어를 수행한다. 내부 직류단 전압 제어부(610)와 고조파 보상 제어부(620)의 출력은 전류 제어부(630)로 입력되며, 전류 제어부(630)는 고조파 보상 제어부(620)의 출력 및 내부 직류단 전압 제어부(610)의 출력에 기초하여 능동 직류단 회로(5040; 도 5) 내부의 전류를 제어하기 위한 출력 지령을 게이트 드라이버(5070)로 전달한다. 게이트 드라이버(5070)는 입력 받은 출력 지령을 기초로 능동 직류단 회로(5040; 도 5) 내부의 스위칭 소자로 스위칭 신호를 전달한다.The voltage and current information measured by the
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 보상 장치를 통해 계통단에 발생하는 고조파를 개선시키는 전력을 공급함으로써 고조파 보상 제어를 부하단과 분리시킬 수 있으므로, 대용량 캐패시터와 입력단 필터를 사용한 종래의 다이오드 정류 시스템과 동일한 부하단 출력을 얻을 수 있다. 이에 더불어, 능동 직류단 회로는 모두 소용량 또는 집약적인 소자를 사용하기 때문에 시스템 전체의 부피를 줄일 수 있으며, 전해 캐패시터를 사용하는 경우와 달리 고수명의 회로 설계가 가능하다.
Therefore, the harmonic compensation control can be separated from the load stage by supplying the power for improving the harmonics generated at the system end through the power compensation apparatus according to the embodiments of the present invention. Therefore, the conventional diode rectifier using the large capacity capacitor and the input stage filter The same subordinate output as the system can be obtained. In addition, active dc circuits all use small capacity or intensive devices, which can reduce the volume of the system as a whole. Unlike electrolytic capacitors, a high number of circuit designs are possible.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템을 나타낸다. 도 7a 내지 7d는 각각 승압형(boost type), 강압형(buck type), 승강압형(buck-boost type) 및 H-브릿지(H-bridge) 승강압형 능동 직류단 회로를 포함하고 있으며, 능동 직류단 회로의 구조는 전체 시스템의 적용 분야에 따라 결정될 수 있다. 도 7b 내지 7d의 정류 시스템은 각각의 능동 직류단 회로에 더불어 도 7a에 도시된 측정부, 제어부 및 게이트 드라이버(미도시)를 포함할 수 있다. 이하, 도 7a의 승압형 능동 직류단 회로를 참고로 하여 3상 다이오드 정류 시스템의 동작 및 세부적인 제어에 대하여 설명한다.7A to 7D show a three-phase diode rectification system including a power compensation device according to embodiments of the present invention. FIGS. 7A to 7D respectively show active DC stages of a boost type, a buck type, a buck-boost type, and an H-bridge lift-up type, The circuit structure can be determined depending on the application of the entire system. The rectifying system of Figs. 7B to 7D may include the measuring unit, the control unit, and the gate driver (not shown) shown in Fig. 7A in addition to each active dc circuit. Hereinafter, the operation and detailed control of the three-phase diode rectification system will be described with reference to the step-up active dc circuit of Fig. 7a.
도 7a를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치(700)의 능동 직류단 회로(740)는 전체 시스템의 직류단 캐패시터(Cdc1) 외에 내부 직류단 캐패시터(Cdc2)를 포함하며, 계통단에서 발생하는 고조파 전력이 내부 직류단 캐패시터(Cdc2)로 전달되어 고조파 전력을 보상한다. 고조파 전력 보상 제어는 능동 직류단 회로(740) 내부의 전류를 제어하는 스위치(S1, S2)를 교번하여 온/오프함으로써 인덕터(Lx)에 흐르는 전류를 제어하고, 전류의 흐름에 따라 에너지가 전달되는 형태로 이루어진다. 능동 직류단 회로(740)는 큰 용량의 소자를 사용하지 않더라도 계통단의 고조파 전력을 보상할 수 있다. 또한, 능동 직류단 회로(740)의 제어는 부하단(750)의 제어와 별도로 동작되기 때문에, 상대적으로 높은 주파수로 스위칭할 수 있으며, 이는 인덕터(Lx)를 소형화할 수 있고 빠른 제어 성능을 확보할 수 있음을 의미한다. 7A, the
도 7a에 도시된 전력 보상 장치(700)의 제어부는 크게 세 부분을 포함할 수 있다. 내부 직류단 전압 제어부(710)는 내부 직류단 전압(Vdc2)의 평균 전압이 일정한 값으로 유지되도록 능동 직류단 회로(740)를 제어하며, 고조파 보상 제어부(720)는 직류단 전압(Vdc1)에 포함된 고조파 성분을 추출하여 보상 전력을 제공하는 제어를 수행한다. 내부 직류단 전압(Vdc2)은 내부 직류단 캐패시터(Cdc2)의 양단 전압을 의미하고, 직류단 전압(Vdc1)은 직류단 캐패시터(Cdc1)의 양단 전압을 의미한다. 내부 직류단 전압 제어부(710)의 출력(Pdc2) 및 고조파 보상 제어부(720)의 출력(Pdamp)은 각각 내부 직류단 전압(Cdc2)을 제어하기 위해 필요한 전력량 및 계통단의 고조파를 보상하기 위해 필요한 전력량을 의미한다. 필요한 총 전력량, 즉, 출력(Pdc2)과 출력(Pdamp)의 합을 직류단 전압(Vdc1)으로 나누어 능동 직류단 회로의 인덕터(Lx) 전류의 기준 전류, 즉, 전류 지령(Ix ref)을 구할 수 있으며, 전류 제어부(730)는 인덕터 전류(Ix)를 전류 지령(Ix ref)으로 제어하기 위해 필요한 스위치(S2) 양단의 평균 전압을 계산한다. 계산된 전압은 게이트 드라이버로 전달되고, 게이트 드라이버는 스위치(S2)의 양단 전압을 전류 제어부(730)에서 계산된 전압으로 합성하기 위한 스위치(S1, S2)의 온/오프 제어 신호를 생성하여 회로에 적용한다. The control unit of the
일 실시예에서, 고조파 보상 제어부(720)는 능동 직류단 회로가 계통 전류를 제어함으로써 입력단에 발생하는 공진을 감소시키도록 능동 직류단 회로를 제어하는 공진 보상 제어부를 더 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 측정부는 능동 직류단 회로(740)와 전기적으로 연결된 부하단(750)의 출력 전력(Pinv)을 검출하고, 고조파 보상 제어부(720)는 도 7a에 도시된 바와 같이 부하단(750)의 출력 전력(Pinv)을 측정부로부터 입력받아 피드백을 이용하여 출력 전력(Pinv)을 기초로 계통 전류를 실시간으로 제어를 수행할 수 있다.
In one embodiment, the harmonic
도 8은 도 7a에 도시된 3상 다이오드 정류 시스템의 전류, 전압 및 토크의 파형을 나타낸다. 소용량 캐패시터만을 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 결과 파형을 나타내는 도 4b와 비교하여, 도 8에 나타난 부하측 모터 토크에는 리플이 거의 존재하지 않으며, 직류단 전압(Vdc1)의 변동 폭도 더욱 작은 것을 알 수 있다. 반면, 내부 직류단 전압(Vdc2)에 다량의 고조파 성분이 함유된 것을 확인할 수 있고, 이는 계통단에서 발생하는 고조파 전력을 내부 직류단 캐패시터(Cdc2; 도 7a)에서 보상해 준 결과 발생하는 에너지 변화이다. 이 때, 인덕터 전류(Ix)는 가장 아래에 나타난 파형과 같다.
8 shows waveforms of current, voltage and torque of the three-phase diode rectification system shown in Fig. 7A. As compared to Figure 4b showing a resulting waveform of the three-phase diode rectifier system containing only a small capacity capacitor, the load motor torque shown in Fig. 8, the ripple is not nearly exist and the DC bus voltage (V dc1) change the width seen that the smaller the . On the other hand, it can be confirmed that a large amount of harmonic components are contained in the internal direct current terminal voltage (V dc2 ), which is a result of compensating the harmonic power generated in the system terminal by the internal DC capacitor (C dc2 Energy change. At this time, the inductor current (I x ) is the waveform shown at the bottom.
도 9는 IEC61000-3-12 Rsce . min = 250 규정과 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 직류단 회로를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 고조파 성분(단위:%)을 비교한 그래프이며, 수치는 아래 표 1에 나타난 바와 같다. Fig. 9 shows an IEC61000-3-12 R sce . min = 250 specified with the harmonic component of the three-phase diode rectifier system comprising an active DC stage circuit according to one embodiment of the present invention: a (in%) by comparing the graphs, figures are shown in Table 1 below.
도 9 및 표 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템에서 발생하는 고조파 성분은 IEC61000-3-12 Rsce.min = 250 계통 규정을 만족하는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 9 and Table 1, the harmonic components generated in the three-phase diode rectification system including the power compensating apparatus according to the embodiment of the present invention satisfy the requirements of IEC61000-3-12 R sce.min = 250 system .
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 다이오드 정류 시스템의 능동 직류단 회로의 제어부의 세부 블록도이다. 내부 직류단 전압 제어부(1010)는 전압 지령(Vdc2 *)과 전압의 평균치 오차를 0으로 만들기 위한 전압 제어기(PI)를 포함할 수 있다. 고조파 보상 제어부(1020)는 고조파 보상 제어를 위한 전류(I6nh)를 출력하는 부분을 포함할 수 있다. 또, 고조파 보상 제어부(1020)는 능동 직류단 회로가 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키도록 능동 직류단 회로를 제어하는 공진 보상 제어부를 더 포함할 수 있으며, 공진 보상 제어부는 공진 보상 제어를 위해 전류(Ires)를 출력하는 부분을 포함할 수 있다. 10 is a detailed block diagram of a control unit of an active DC circuit of a three-phase diode rectification system according to an embodiment of the present invention. The internal dc voltage controller 1010 may include a voltage controller (PI) for making the voltage command (V dc2 * ) and the average value error of the voltage zero. The harmonic compensation control unit 1020 may include a portion for outputting a current (I 6nh ) for harmonic compensation control. The harmonic compensation control unit 1020 may further include a resonance compensation control unit for controlling the active DC circuit so that the active DC circuit controls the grid current to reduce the resonance. And outputting the current I res .
먼저, 공진 보상 제어부는 직류단 캐패시터(Cdc1) 양단의 전압을 입력으로 받는 고역통과필터(High Pass Filter; HPF), 직류단 캐패시터(Cdc1) 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출하는 하나 이상의 대역통과필터(Band Pass Filter; BPF), 하나 이상의 대역통과필터의 출력을 합산하는 덧셈기, 상기 덧셈기의 출력으로부터 고역통과필터의 출력을 감산하는 감산기 및 상기 감산기의 출력을 증폭하는 증폭기(kR)를 포함하며, 이를 통해 직류단 전압(Vdc1)에서 직류(DC) 성분을 제거한다. First, the resonance compensation control unit includes a high pass filter (HPF) that receives a voltage across the DC capacitor C dc1 as an input, and at least one harmonic component extractor that extracts a harmonic component from a voltage signal across the DC capacitor C dc1 A band pass filter (BPF), an adder for summing the outputs of the at least one band pass filter, a subtracter for subtracting the output of the high pass filter from an output of the adder, and an amplifier (k R ) for amplifying the output of the subtractor. Which removes the direct current (DC) component from the direct-current voltage V dc1 .
고조파 보상 제어부(1020)의 전류(I6nh)를 출력하는 부분은 직류단 캐패시터(Cdc1) 양단의 전압 신호에서 계통 주파수 f1(예를 들면, 60 Hz)의 고조파 성분(3상의 경우 6n 고조파, 단상의 경우 2n 고조파(n = 1, 2, …))을 추출하는 복수의 대역통과필터를 포함한다. 대역통과필터(BPF)의 ωbw1, ωbw2, ωbw3, …는 각각 2π·(6f1), 2π·(6·2·f1), 2π·(6·3·f1), …[rad]와 같고, 해당 주파수 성분만 추출할 수 있도록 ζ는 0.1 이하일 수 있다. 따라서, 예를 들면 3상의 경우, 전압(vdc6n)에는 6n 고조파 성분만 존재하게 되고, 전압(vdc6n)에서 HPF의 출력을 뺀 성분이 곧 전압(vres)가 된다. 전압(vres)에는 대부분 공진 주파수 성분이 존재하게 되고, 전압(vres)를 kR 의 이득으로 증폭하여 전류(Ires)를 얻을 수 있다. The portion for outputting the current I 6nh of the harmonic compensation control unit 1020 is a harmonic component of the system frequency f 1 (for example, 60 Hz) from the voltage signal across the dc capacitor C dc1 , And 2n harmonics (n = 1, 2, ...) in the case of a single phase). ? Bw1 ,? Bw2,? Bw3 , ... of the band-pass filter (BPF) (6f 1 ), 2? (6 2? F 1 ), 2? (6? 3? F 1 ), and [rad], and? can be 0.1 or less so that only the frequency component can be extracted. Thus, for example, three-phase, voltage (v dc6n) has been exists only 6n harmonic components, the component obtained by subtracting the output of the HPF in the voltage (v dc6n) is an upcoming voltage (v res). Voltage (v res) can be obtained for most of the resonance frequency component becomes present, the voltage (v res) a current (I res) which amplifies the gain of the R k.
고조파 보상 제어부(1020)는 대역통과필터(BPF)들의 출력을 각각 k1, k2, k3, …의 이득으로 증폭하는 하나 이상의 증폭기를 포함하며, 이득 값 kn 은 필요에 따라 조절될 수 있다. kn (n=1, 2, 3,…)은 kR 보다 큰 값을 가질 수 있으며, kn 이 큰 값을 가질수록 고조파 성분의 주입 정도가 커짐을 의미한다. 고조파 보상 제어부(1020)는 또한 상기 하나 이상의 증폭기의 출력을 합산하는 덧셈기를 더 포함할 수 있다. kn 이 모두 동일한 경우, 전류(I6nh)와 전압(vdc6n) 은 아래의 식 1과 같이 표현될 수 있다.Harmonic compensation control section 1020 is the output of the band pass filter (BPF), respectively, k 1, k 2, k 3 , ... , And the gain k n can be adjusted as needed. k n (n = 1, 2, 3, ...) is k R The larger the value of k n , the greater the degree of injection of the harmonic component. The harmonic compensation control unit 1020 may further include an adder that sums the outputs of the one or more amplifiers. k n are all the same, the current (I 6nh ) and the voltage (v dc6n ) can be expressed by the following equation (1).
[식 1][Formula 1]
이 때, Pinv는 부하단의 출력 전력이고, α는 비례 상수이다. Pinv/Vdc1 은 부하단의 출력 전류(Iinv)와 동일하고, vdc6n/Vdc1은 6n 고조파 성분을 Vdc1 로 나누어 정규화(normalization)한 값이다. 즉, I6nh 는 부하단의 출력 전류를 Vdc1의 6n 고조파 성분의 α배로 공급한다는 것을 의미한다. 부하단 측은 항상 일정한 전력(constant power load)을 출력하려는 특성을 가지기 때문에, 직류단 성분과 Vdc1 고조파 역수 성분의 합이 흐른다. 도 11은 식 1의 α가 1 인 경우의 능동 직류단 회로를 포함하는 3상 다이오드 정류 시스템의 전압 및 전류 파형을 나타낸다. α가 1 인 경우, Vdc1 의 6n 고조파 성분과 동일한 백분율의 전류를 공급해주는 의미이므로 Iinv와 상쇄되어, 다이오드 정류기로부터 나오는 전류(Idiode)에는 직류 성분만 존재하게 된다. 반면, α가 1 이상인 경우, 고조파 성분이 다이오드 정류기 전류(Idiode)로 흐르게 되고, 이는 곧 계통 전류의 고조파 성분이 변화함을 의미한다. 따라서, 능동 직류단 회로에서의 고조파 전력 주입을 통해 계통 규정을 만족시키는 전류 파형을 형성할 수 있다. 통상적으로, IEC61000-3-12 Rsce . min > 250 의 계통 규정을 만족시키는 α는 4와 5 사이 정도의 값을 갖는다.
In this case, P inv is the output power of the negative stage, and? Is a proportional constant. P inv / V dc1 Is equal to the output current I inv of the negative terminal , and v dc6n / V dc1 is a value normalized by dividing the 6n harmonic component by V dc1 . That is, I 6nh Means that the output current at the lower stage is supplied at a multiple of the 6n harmonic component of V dc1 . Since the lower stage side always has a characteristic of outputting a constant power load, the sum of the DC dc component and the V dc1 harmonic inverse component flows. 11 shows the voltage and current waveforms of a three-phase diode rectifier system including an active DC circuit in the case where? In
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치는 단상 다이오드 정류 시스템에도 적용될 수 있다. 도 12는 종래의 소용량 직류단 캐패시터를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템의 전류, 전압 및 전력 파형을 나타낸다. The power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention can also be applied to a single-phase diode rectification system. Figure 12 shows the current, voltage and power waveforms of a single phase diode rectifier system including a conventional low capacity DC stage capacitor.
도 12에서 점선으로 도시된 바와 같이, 계통단 전력과 입력단 전력이 정현파 제곱(정현파 전압과 정현파 전류의 곱)의 형태인 경우, 계통 전류는 정현파로 형성되나, 부하단(예를 들면, 모터) 전력 리플은 커진다. 또한, 부하단의 전력에 따라 직류단 전압이 매우 크게 변동하며, 심지어 직류단 전압의 최소값(Vdcmin)은 0V 까지 떨어질 수 있다. 12, when the system stage power and the input stage power are in the form of a sine wave square (a product of a sine wave voltage and a sine wave current), the system current is formed as a sinusoidal wave. However, Power ripple increases. In addition, the DC terminal voltage varies greatly depending on the power at the lower stage, and even the minimum value of the DC terminal voltage (V dcmin ) may drop to 0V.
한편, 도 12에서 실선으로 도시된 바와 같이, 특정 구간에서 부하단의 출력을 0으로 제어하면, 계통 전류는 정현파로 형성되지 않으나, 계통 규정을 만족시키기엔 충분한 파형을 유지할 수 있으며, 직류단 전압이 일정한 값(도 12의 실선 파형의 경우, 100V) 이상으로 유지되어 상대적으로 높은 출력 전압을 요구하는 부하 측 고속 운전 제어 시에도 비교적 안정적으로 속도 제어를 수행할 수 있다. 그러나, 부하단의 출력이 0으로 유지되는 구간에서는 계통단과 부하단 사이에 전력 전달이 없기 때문에, 추가적인 전력 공급원이 없다면 부하에 필요한 토크를 제공할 수 없게 된다.
On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 12, if the output of the negative terminal in the specific section is controlled to be zero, the system current can not be formed as a sinusoidal wave, but a waveform sufficient to satisfy the system specification can be maintained, Is maintained at a constant value (100 V in the case of the solid line waveform in Fig. 12), so that the speed control can be relatively stably performed even in the load side high-speed operation control requiring a relatively high output voltage. However, since there is no power transmission between the system stage and the lower stage in the section where the output of the lower stage remains at 0, without the additional power source, the torque necessary for the load can not be provided.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템을 나타낸다. 단상 다이오드 정류 시스템(1300)의 전력 보상 장치의 제어부는 내부 직류단 전압 제어부(1310), 계통 전류 보상 제어부(1320) 및 전류 제어부(1330)를 포함할 수 있으며, 내부 직류단 전압 제어부(1310) 및 전류 제어부(1330)는 도 7a의 내부 직류단 전압 제어부(710) 및 전류 제어부(730)와 동일하다. 계통 전류 보상 제어부(1320)는 부하단 전력 보상 제어부(1340)를 포함할 수 있으며, 부하단 전력 보상 제어부(1340)는 도 12에 도시된 계통단에서 부하단으로 전력을 공급하지 않아 부하단 출력이 0으로 유지되는 구간에 능동 직류단 회로의 전력을 부하단 측으로 제공함으로써 부하단에 필요한 토크를 보충한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 부하단 전력 보상 제어부(1340)로 인해 부하는 일정한 출력을 유지할 수 있다.
13 shows a single-phase diode rectification system including a power compensation device according to an embodiment of the present invention. The control unit of the power compensation device of the single phase
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템의 직류단 전압의 최소값에 따른 전압, 전류 및 전력 파형을 나타낸다. 도 14에 도시된 전압, 전류 및 전력의 단위는 각각 [V], [A], [W]이다. 도 14를 참고하면, 도통 구간, 즉, 계통 전류가 0A가 아닌 구간에서 계통 전류의 최대값은 종래에 비해 더 커지지만, 비도통 구간에도 능동 직류단 회로를 통해 부하단으로 일정하게 전력을 공급할 수 있기 때문에, 전동기 등의 부하 제어 시 안정적인 출력을 보장한다는 이점을 갖는다.
FIG. 14 shows voltage, current, and power waveforms according to the minimum value of the DC short-circuit voltage of the single-phase diode rectification system including the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention. The units of voltage, current, and power shown in Fig. 14 are [V], [A], and [W], respectively. Referring to FIG. 14, although the maximum value of the grid current in the conduction period, that is, the period in which the grid current is not 0 A, is larger than that in the prior art, the power is constantly supplied to the lower stage through the active DC circuit, So that it has an advantage of ensuring a stable output in controlling the load of the motor or the like.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 제어부의 세부 블록도이다. 내부 직류단 전압 제어부(1510) 및 전류 제어부(1530)는 도 10의 내부 직류단 전압 제어부(1010) 및 전류 제어부(1030)와 동일하게 동작한다. 도 15에 도시된 단상 다이오드 정류 시스템에서는, 계통 전류 보상 제어부(1520)가 계통 전류의 고조파 성분을 포함하는 원치 않는 잡음 주파수 성분을 조절하도록 능동 직류단 회로를 제어할 수 있으며, 일 실시예에서는 고조파 성분을 감소 또는 제거할 수 있다. 15 is a detailed block diagram of a control unit of a power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention. The internal dc voltage controller 1510 and the current controller 1530 operate in the same manner as the internal dc voltage controller 1010 and the current controller 1030 shown in Fig. In the single-phase diode rectification system shown in Fig. 15, the grid current compensation controller 1520 can control the active dc circuit to regulate unwanted noise frequency components including the harmonic components of the grid current, and in one embodiment, Components can be reduced or eliminated.
또한, 일단이 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 캐패시터(Cdc1; 도 13) 양단의 전압인 직류단 전압(Vdc1)이 미리 설정된 최소값(Vdc1 _ min) 이상으로 유지될 수 있도록 계통 전류 보상 제어부(1520)에 포함된 부하단 전력 보상 제어부가 능동 직류단 회로를 제어하며, 구체적으로는, 부하단 전력 보상 제어부가 능동 직류단 회로를 이용하여 부하 측으로 전력을 공급한다. 계통 전류 보상 제어부(1520)는 지령 계산부(References Calculation), 전압 제어기(PI)를 포함할 수 있다. 지령 계산부(References Calculation)는 계통 전압(Vg), 직류단 전압의 최소값(Vdc1 _ min) 및 부하단의 출력 전력(Pinv)을 입력받아 이들을 기초로 직류단 전압의 지령(Vdc1 *) 및 계통 전류 지령(Ig *)을 계산하여 출력할 수 있다. 여기서 계통 전류 지령(Ig *)의 크기를 나타내는 Im은 계통 한 주기 내 입력 전력과 부하단의 출력 전력(Pinv)이 동일함을 이용해 계산할 수 있다. 입력 전력은 계통 전압(Vg)과 계통 전류 지령(Ig *)의 곱과 동일하다. 출력된 직류단 전압의 지령(Vdc1 *)은 전압 제어기(PI)로 입력되고, 전압 제어기(PI)는 직류단 전압(Vdc1)이 지령(Vdc1 *) 값으로 유지되도록 하기 위한 직류단 커패시터 전류의 지령(Idc1 *)을 출력한다. 계통 전류 보상 제어부(1520)에 포함된 부하단 전력 보상 제어부는 부하단의 출력 전력(Pinv)을 기초로 부하단의 전류 지령(Iinv *)을 계산하며, 전류 지령(Iinv *)은 부하단의 출력 전력(Pinv)을 직류단 전압(Vdc1)으로 나누어 구할 수 있다. 직류단 전압 지령(Vdc1 *) 및 계통 전류 지령(Ig *)은 각각 아래의 식 2 및 3과 같이 계산될 수 있다.In addition, one end connected to the grid and electrically, and the other end capacitor connected with a ground; to (C dc1 13) voltage of the DC bus voltage (V dc1) of both ends can be maintained above a minimum value (V dc1 _ min) pre-set The sub-stage power compensation controller included in the system current compensation controller 1520 controls the active DC circuit. Specifically, the sub-stage power compensation controller supplies power to the load using an active DC circuit. The grid current compensation controller 1520 may include a reference calculation unit and a voltage controller (PI). Command calculation section (References Calculation) is the grid voltage (V g), a DC terminal voltage of the minimum value (V dc1 _ min) and the sub-bottom of the output power (P inv) the input received instruction bus voltage direct current thereof based on (V dc1 * ) And the grid current command I g * can be calculated and output. Here, I m, which indicates the magnitude of the grid current command (I g * ), can be calculated using the fact that the input power within the period of the system is equal to the output power (P inv ) at the lower stage. The input power is equal to the product of the system voltage Vg and the grid current command I g * . The command Vdc1 * of the output DC voltage is input to the voltage controller PI and the voltage controller PI controls the DC voltage Vdc1 to maintain the DC voltage Vdc1 at the command value Vdc1 * And outputs a command (I dc1 * ) of the capacitor current. The sub-stage power compensation controller included in the grid current compensation controller 1520 calculates the current command I inv * at the lower stage based on the output power P inv of the lower stage, and the current command I inv * The output power P inv of the lower stage can be obtained by dividing the output power P inv by the DC voltage V dc1 . The direct current voltage command (V dc1 * ) and the grid current command (I g * ) can be calculated by the following
[식 2][Formula 2]
[식 3][Formula 3]
전류 제어부(1530)의 입력인 인덕터 전류 지령(Ix *)은 내부 직류단 전압 제어부(1510)의 출력(Idc)과 계통 전류 보상 제어부(1520)의 출력(Icomp)을 합산하여 얻을 수 있다. 전류 제어부(1530)는 인덕터 전류 지령(Ix *) 및 실제 인덕터 전류(Ix)를 입력받고, 직류단 전압(Vdc1)과 계통 전류(Ig)를 각각 직류단 전압 지령(Vdc1 *)과 계통 전류 지령(Ig *)으로 만들기 위한 능동 직류단 회로의 스위치(S2; 도 13) 양단의 전압 지령(Vx *)을 출력한다.
The inductor current command I x * which is the input of the current controller 1530 is obtained by summing the output I dc of the internal dc voltage controller 1510 and the output I comp of the grid current compensation controller 1520 have. The current controller 1530 receives the inductor current command I x * and the actual inductor current I x and outputs the DC terminal voltage V dc1 and the grid current I g to the direct current voltage command V dc1 * ) And a voltage command (V x * ) at both ends of the switch (S 2 ; FIG. 13) of the active DC circuit for making the system current command I g * .
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 직류단 회로를 포함하는 단상 다이오드 정류 시스템의 모의실험을 통한 전압, 전류 및 전력 파형을 나타낸다. 직류단 전압(Vdc1)이 일정값 이상으로 유지되면서 부하단에 일정한 전력이 공급되는 것을 확인할 수 있으며, 직류단 전압이 최소값 근처로 유지되는 구간이 존재하더라도 계통 전류의 고조파 성분은 계통 규정을 만족하기에 충분함을 확인할 수 있다.
16 illustrates voltage, current, and power waveforms through simulations of a single-phase diode rectifier system including an active DC stage circuit in accordance with an embodiment of the present invention. It can be seen that a constant power is supplied to the lower stage while the DC voltage (V dc1 ) is maintained above a certain value. Even if there is a section where the DC voltage is kept near the minimum value, harmonic components of the system current satisfy the system regulations It can be confirmed that the following is sufficient.
능동 직류단 회로는 스위칭 주파수(예를 들면, 수십 kHz) 대역의 고조파 성분을 저감시키도록 제어될 수도 있다. 도 17에 도시된 직류단 평활용 캐패시터(Cdc1)는 두 전류원(Current source)을 연결한다. 이 때, 두 전류원은 DC 성분뿐만 아니라 스위칭 리플 성분도 포함할 수 있다. 즉, 연결된 기기 또는 전원의 특성에 따라 전류원이 포함하는 스위칭 주파수와 그 형태가 다르다. 특히, 연속 전류원(continuous current source)-불연속 전류 부하(discontinuous current load), 불연속 전류원-연속 전류 부하 또는 불연속 전류원-불연속 전류 부하의 조합을 갖는 경우, 전류원과 전류 부하 사이에 평활용 캐패시터(Cdc1)만 사용되면, 불연속 전류를 평활화하기 위해 평활용 캐패시터(Cdc1)가 큰 용량을 가져야 한다. 불연속 전류 기기의 고조파 전류 rms(root mean squre)값이 높을수록, 스위칭 주파수가 낮을수록 평활용 캐패시터(Cdc1)의 용량은 커져야 한다. 즉, 종래 기술에서는 전류(iin)와 전류(iout) 사이에 존재하는 스위칭 리플(또는, 고조파 전류 성분)을 대용량의 평활용 캐패시터(Cdc1)가 모두 흡수한다. The active DC circuit may be controlled to reduce the harmonic components of the switching frequency (e.g., several tens of kHz). The DC short-circuit utilizing capacitor C dc1 shown in Fig. 17 connects two current sources. In this case, the two current sources may include a switching ripple component as well as a DC component. That is, the switching frequency included in the current source differs depending on the characteristics of the connected device or the power source. In particular, if a combination of a continuous current source - a discontinuous current load, a discontinuous current source - a continuous current load, or a discrete current source - a discontinuous current load, a smoothing capacitor C dc1 ), The smoothing capacitor C dc1 must have a large capacitance to smooth out the discontinuous current. The higher the value of the harmonic current rms (root mean square) of the discontinuous current device and the lower the switching frequency, the larger the capacitance of the smoothing capacitor C dc1 . That is, in the conventional technique, the switching ripple (or the harmonic current component) existing between the current i in and the current i out is absorbed by the large-capacity smoothing capacitor C dc1 .
반면, 도 17에 도시된 바와 같이 전류원과 전류 부하 사이에 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치(1740)를 연결하는 경우, 입력 전류(iin)와 부하 전류(iout) 사이에 존재하는 고조파 전류 성분을 전력 보상 장치(1740)에 포함된 능동 직류단 회로에서 보상할 수 있으므로, 평활용 캐패시터(Cdc1)로 흐르는 고조파 전류를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 보다 작은 용량의 캐패시터를 사용하더라도 DC 링크(link)단의 전압 맥동 및 캐패시터(Cdc1)로 흐르는 고조파 전류의 rms 크기는 줄일 수 있다. On the other hand, when the
전력 보상 장치(1740)는 도 5a에서와 같이 측정부, 제어부 및 게이트 드라이버(미도시)가 도 17에 도시된 능동 직류단 회로와 연결되어 있다. 능동 직류단 회로와 연결된 전원(1710) 또는 부하(1720)는 각각 스위칭 리플을 포함하는 전류를 발생시키는 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하일 수 있으며, 스위칭 리플은 불연속 또는 연속적이다.
5A, the
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 보상 장치의 제어부의 세부 블록도이며, 스위칭 고조파를 저감시키기 위해 사용될 수 있다. 내부 직류단 전압 제어부(1810)는 능동 직류단 회로의 내부 직류단 전압(Vdc2)이 전압 지령(Vdc2 *)을 추종하도록 제어하며, 낮은 주파수 대역에서 작동하도록 설정될 수 있다. 전류 제어부(1830)는 도 10의 전류 제어부(1030)와 동일하게 동작한다. 능동 직류단 회로는 도 17에 도시된 바와 같이 인덕터(Lx)를 포함하며, 스위칭 리플 보상 제어부(1820)는 능동 직류단 회로에 포함된 스위치(S1, S2)의 스위칭 주파수, 즉, 인덕터(Lx) 전류의 스위칭 주파수를 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 스위칭 주파수와 같거나 그보다 높게 제어할 수 있으며, 스위치(S1, S2)의 스위칭 주파수를 높게 제어할수록 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 고차 고조파(high order harmonics)까지 제거할 수 있다. 18 is a detailed block diagram of a control unit of the power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention, and can be used to reduce switching harmonics. The internal
일 실시예에서, 스위칭 리플 보상 제어부(1820)는 리플 함유 전원에 흐르는 전류(Iin) 신호에서 리플 함유 전원의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 대역을 추출하는 대역통과필터(BPF) 또는 리플 함유 부하에 흐르는 전류(Iout) 신호에서 리플 함유 부하의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 대역을 추출하는 대역통과필터(BPF)를 포함할 수 있다. In one embodiment, the switching ripple
도 19를 참고하면, 도 18에 도시된 대역통과필터(BPF)의 통과 대역의 예시가 도시되어 있다. 대역통과필터(BPF)는 기존에 설계된 회로의 제어 성능을 훼손하지 않도록 DC 및/또는 기존의 전류 제어 대역 주파수를 제거하여 고조파 보상 전력에 포함시키지 않는다. 또한, 능동 직류단 고조파 대역의 주파수(또는, 능동 직류단 회로의 스위칭 소자의 스위칭 주파수)도 통과시키지 않음으로써, 능동 직류단 회로를 안정적으로 제어할 수 있다.
Referring to Fig. 19, an example of a pass band of the band-pass filter (BPF) shown in Fig. 18 is shown. The band pass filter (BPF) eliminates the DC and / or existing current control band frequencies and does not include them in the harmonic compensation power so as not to compromise the control performance of previously designed circuits. Also, by not passing the frequency of the active DC short harmonic band (or the switching frequency of the switching element of the active DC circuit), the active DC circuit can be stably controlled.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 직류단 회로를 이용하여 최소 주파수 스위칭으로 스위칭 리플을 저감한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 20에 도시된 전류의 단위는 모두 [A]이며, 능동 직류단 회로의 인덕터 전류(ix)의 스위칭 주파수를 리플 함유 전류원 또는 리플 함유 전류 부하의 스위칭 주파수와 동일하도록 제어하였다. 도 20을 참고하면, 직류단 캐패시터(Cdc1; 도 17)의 전류(iCdc1)의 평균이 0[A]이 되었으며, 아래쪽 두 개의 그래프를 통해 스위칭 리플의 기본파 성분이 상쇄된 것을 확인할 수 있다. 20 is a graph showing a simulation result of reducing switching ripple by minimum frequency switching using an active DC circuit according to an embodiment of the present invention. The units of current shown in Fig. 20 are all [A], and the switching frequency of the inductor current (i x ) of the active DC circuit is controlled to be the same as the switching frequency of the ripple-containing current source or the ripple-containing current load. 20, the average of the current (i Cdc1 ) of the DC capacitor C dc1 (FIG. 17) is 0 [A], and the fundamental wave components of the switching ripple are canceled by the lower two graphs have.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 직류단 회로를 이용하여 고주파 스위칭으로 스위칭 노이즈를 저감한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 15에 도시된 전류의 단위는 모두 [A]이며, 능동 직류단 회로의 인덕터 전류(ix)의 스위칭 주파수를 리플 함유 전류원 또는 리플 함유 전류 부하의 스위칭 주파수보다 높게 제어함으로써, 도 21의 아래쪽 두 개의 그래프를 참고하면, 스위칭 주파수의 고차 고조파까지 상쇄된 것을 확인할 수 있다.FIG. 21 is a graph showing simulation results in which switching noise is reduced by high-frequency switching using an active DC circuit according to an embodiment of the present invention. The units of the current shown in Fig. 15 are all [A], and by controlling the switching frequency of the inductor current ( ix ) of the active DC circuit to be higher than the switching frequency of the ripple-containing current source or the ripple- Referring to the two graphs, it can be seen that higher harmonics of the switching frequency are canceled.
본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
610 : 내부 직류단 전압 제어부
620 : 고조파 보상 제어부
630 : 전류 제어부610: Internal direct current voltage control unit
620: Harmonic compensation control section
630:
Claims (33)
상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결되어 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 고조파 보상 제어부를 포함하고,
상기 고조파 보상 제어부는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.An active DC stage circuit which receives power from the system and supplies drive power to the load stage using the power; And
And a control unit electrically connected to the active DC circuit to control the active DC circuit,
The active DC circuit includes a first capacitor whose one end is electrically connected to the system and the other end is connected to ground,
Wherein the control unit includes a harmonic compensation control unit for controlling the active DC circuit so that the active DC circuit compensates harmonic components of the grid current by controlling the grid current,
Wherein the harmonic compensation controller compensates harmonic components of the grid current by extracting a harmonic component from a voltage signal across the first capacitor.
상기 고조파 보상 제어부는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출하는 하나 이상의 대역 통과 필터(band pass filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.The method according to claim 1,
Wherein the harmonic compensation controller comprises at least one band pass filter for extracting a harmonic component from a voltage signal across the first capacitor.
상기 고조파 보상 제어부는,
상기 하나 이상의 대역 통과 필터의 출력을 증폭하는 하나 이상의 제 1 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the harmonic compensation controller comprises:
Further comprising at least one first amplifier for amplifying the output of the at least one band pass filter.
상기 고조파 보상 제어부는,
상기 하나 이상의 제 1 증폭기의 출력을 합산하는 제 1 덧셈기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.The method of claim 3,
Wherein the harmonic compensation controller comprises:
And a first adder for summing outputs of the one or more first amplifiers.
상기 고조파 보상 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 공진 보상 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the harmonic compensation control unit further comprises a resonance compensation control unit for controlling the active DC circuit so that the active DC circuit reduces the resonance by controlling the grid current.
상기 공진 보상 제어부는, 상기 제1캐패시터 양단의 전압을 입력으로 받는 고역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the resonance compensation control unit includes a high-pass filter that receives a voltage across the first capacitor as an input.
상기 공진 보상 제어부는,
상기 하나 이상의 대역 통과 필터의 출력을 합산하는 제 2 덧셈기; 및
상기 제 2 덧셈기의 출력으로부터 상기 고역 통과 필터의 출력을 감산하는 감산기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.The method according to claim 6,
The resonance compensation control unit includes:
A second adder for summing outputs of the at least one band pass filter; And
And a subtracter for subtracting the output of the high pass filter from the output of the second adder.
상기 공진 보상 제어부는,
상기 감산기의 출력을 증폭하는 제 2 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.8. The method of claim 7,
The resonance compensation control unit includes:
And a second amplifier for amplifying the output of the subtracter.
상기 고조파 보상 제어부는, 상기 부하단의 출력 전력을 입력받아, 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 상기 계통 전류를 실시간으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.The method according to claim 1,
Wherein the harmonic compensation control unit receives the output power of the lower stage and controls the system current in real time based on the output power of the lower stage.
상기 능동 직류단 회로는 상기 계통에서 발생하는 고조파 전력이 전달되는 제2캐패시터 및 상기 능동 직류단 회로 내부의 전류를 제어하는 스위치를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 제2캐패시터의 양단 전압이 일정한 값으로 유지되도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 내부 직류단 전압 제어부; 및
상기 고조파 보상 제어부의 출력 및 상기 내부 직류단 전압 제어부의 출력에 기초하여 상기 스위치 양단의 평균 전압을 계산하는 전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the active DC circuit includes a second capacitor through which harmonic power generated in the system is transmitted and a switch for controlling a current in the active DC circuit,
Wherein,
An internal DC voltage controller controlling the active DC circuit so that a voltage between both ends of the second capacitor is maintained at a constant value; And
Further comprising a current controller for calculating an average voltage across the switch based on the output of the harmonic compensation controller and the output of the internal dc voltage controller.
상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결되어 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 조절하도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 계통 전류 보상 제어부를 포함하고,
상기 계통 전류 보상 제어부는, 상기 계통에서 상기 부하단으로 전력을 공급하지 않는 구간에서 상기 능동 직류단 회로가 상기 부하단으로 보상전력을 공급하도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 부하단 전력 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.An active DC stage circuit which receives power from the system and supplies drive power to the load stage using the power; And
And a control unit electrically connected to the active DC circuit to control the active DC circuit,
Wherein the control unit includes a grid current compensation controller for controlling the active DC circuit so that the active DC circuit adjusts harmonics of the grid current by controlling the grid current,
Wherein the grid current compensation control unit controls the active DC circuit so that the active DC circuit supplies the compensating power to the sub-stage in a period in which power is not supplied from the system to the sub- The power compensation device comprising:
상기 부하단 전력 보상 제어부는, 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 상기 부하단의 전류 지령을 계산하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.12. The method of claim 11,
And the subordinate-stage power compensation controller calculates the current command at the lower stage based on the output power at the lower stage.
상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하며,
상기 부하단 전력 보상 제어부는, 제1캐패시터의 양단 전압이 미리 설정된 최소값 이상으로 유지되도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.12. The method of claim 11,
The active DC circuit includes a first capacitor whose one end is electrically connected to the system and the other end is connected to ground,
And the sub-stage power compensation controller controls the active DC circuit so that the voltage across the first capacitor is maintained at a predetermined minimum value or more.
상기 계통 전류 보상 제어부는, 계통 전압, 상기 제1캐패시터의 양단 전압의 상기 미리 설정된 최소값 및 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 계통 전류 지령 및 상기 제1캐패시터의 양단 전압의 지령을 계산하는 지령 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치. 14. The method of claim 13,
Wherein the grid current compensation control section calculates a command current based on the grid voltage, the preset minimum value of the voltage across the first capacitor and the output power at the lower voltage terminal, and calculates a command for the voltage across the first capacitor Wherein the power compensating unit comprises:
상기 능동 직류단 회로는 상기 계통에서 발생하는 고조파 전력이 전달되는 제2캐패시터 및 상기 능동 직류단 회로 내부의 전류를 제어하는 스위치를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 제2캐패시터의 양단 전압이 일정한 값으로 유지되도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 내부 직류단 전압 제어부; 및
상기 고조파 보상 제어부의 출력 및 상기 내부 직류단 전압 제어부의 출력에 기초하여 상기 스위치 양단의 평균 전압을 계산하는 전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the active DC circuit includes a second capacitor through which harmonic power generated in the system is transmitted and a switch for controlling a current in the active DC circuit,
Wherein,
An internal DC voltage controller controlling the active DC circuit so that a voltage between both ends of the second capacitor is maintained at a constant value; And
Further comprising a current controller for calculating an average voltage across the switch based on the output of the harmonic compensation controller and the output of the internal dc voltage controller.
상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결되어 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 전원 및 상기 부하 중 하나 이상은 스위칭 리플을 포함하는 전류를 발생시키며,
상기 제어부는, 상기 능동 직류단 회로가 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력을 보상하도록, 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 스위칭 리플 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.An active DC circuit that receives power from a power source and supplies driving power to the load using the power; And
And a control unit electrically connected to the active DC circuit to control the active DC circuit,
Wherein at least one of the power source and the load generates a current comprising a switching ripple,
Wherein the control section includes a switching ripple compensation control section for controlling the active DC circuit so that the active DC circuit compensates the fundamental wave or harmonic power of the switching frequency of the ripple- Compensation device.
상기 능동 직류단 회로는 인덕터를 포함하며,
상기 스위칭 리플 보상 제어부는, 상기 인덕터 전류의 스위칭 주파수를 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수와 동일하거나 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수보다 높게 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the active DC stage circuit includes an inductor,
Wherein the switching ripple compensation control unit controls the switching frequency of the inductor current to be equal to or higher than the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-containing load, Compensation device.
상기 스위칭 리플 보상 제어부는, 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하에 흐르는 전류 신호에서 상기 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 대역을 추출하는 대역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.18. The method of claim 17,
And the switching ripple compensation control unit includes a band-pass filter for extracting a fundamental wave or a harmonic band of the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-containing load in the current signal flowing in the ripple- .
상기 능동 직류단 회로는 상기 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력이 전달되는 제2캐패시터 및 상기 능동 직류단 회로 내부의 전류를 제어하는 스위치를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 제2캐패시터의 양단 전압이 일정한 값으로 유지되도록 상기 능동 직류단 회로를 제어하는 내부 직류단 전압 제어부; 및
상기 스위칭 리플 보상 제어부의 출력 및 상기 내부 직류단 전압 제어부의 출력에 기초하여 상기 스위치 양단의 평균 전압을 계산하는 전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 장치.
17. The method of claim 16,
Wherein the active DC circuit includes a second capacitor through which fundamental or harmonic power of the switching frequency is transmitted and a switch for controlling a current in the active DC circuit,
Wherein,
An internal DC voltage controller controlling the active DC circuit so that a voltage between both ends of the second capacitor is maintained at a constant value; And
Further comprising a current control unit for calculating an average voltage across the switch based on the output of the switching ripple compensation control unit and the output of the internal DC voltage control unit.
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계; 및
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 단계를 포함하되,
상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하고,
상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계는,
상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.Supplying power from the system to the active DC circuit;
Compensating a harmonic component of the grid current by controlling the grid current using the active DC stage circuit; And
And supplying power to the load using the active DC circuit,
Wherein the active DC circuit includes a first capacitor whose one end is electrically connected to the system and the other end is connected to ground,
Wherein compensating for harmonics of the grid current comprises:
And extracting a harmonic component from a voltage signal across the first capacitor.
상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 고조파 성분을 추출하는 단계는,
상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호를 대역 통과 필터링(band pass filtering)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.21. The method of claim 20,
The step of extracting a harmonic component from a voltage signal across the first capacitor comprises:
And bandpass filtering the voltage signal across the first capacitor. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계는,
추출된 고조파 성분을 증폭하는 단계; 및
증폭된 고조파 성분을 합산하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.21. The method of claim 20,
Wherein compensating for harmonics of the grid current comprises:
Amplifying the extracted harmonic components; And
And summing the amplified harmonic components. ≪ Desc / Clms Page number 21 >
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.23. The method of claim 22,
Further comprising reducing resonance by controlling the grid current using the active DC stage circuit.
상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키는 단계는,
상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호를 고역 통과 필터링(high pass filtering)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.24. The method of claim 23,
Wherein the step of reducing resonance by controlling the grid current comprises:
And high-pass filtering the voltage signal across the first capacitor.
상기 계통 전류를 제어함으로써 공진을 감소시키는 단계는,
상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호에서 추출된 고조파 성분을 합산하는 단계;
합산된 고조파 성분으로부터 고역 통과 필터링된 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호를 감산하는 단계; 및
고역 통과 필터링된 상기 제1캐패시터 양단의 전압 신호가 감산된 상기 합산된 고조파 성분을 증폭하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.25. The method of claim 24,
Wherein the step of reducing resonance by controlling the grid current comprises:
Summing the harmonic components extracted from the voltage signal across the first capacitor;
Subtracting the voltage signal across the first capacitor from the summed harmonic component; And
Further comprising: amplifying the summed harmonic component of the high-pass filtered voltage signal across the first capacitor.
상기 계통 전류의 고조파 성분을 보상하는 단계는,
상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결된 부하단의 출력 전력을 검출하는 단계; 및
검출된 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 상기 계통 전류를 실시간으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.
21. The method of claim 20,
Wherein compensating for harmonics of the grid current comprises:
Detecting an output power of a lower stage electrically connected to the active DC stage circuit; And
And controlling the grid current in real time based on the detected output power of the lower stage.
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 계통 전류를 제어함으로써 상기 계통 전류의 고조파 성분을 조절하는 단계; 및
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 단계를 포함하되,
상기 계통 전류의 고조파 성분을 조절하는 단계는,
상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결된 부하단이 상기 계통으로부터 전력을 공급받지 않는 구간에서 상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 부하단으로 보상전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.Supplying power from the system to the active DC circuit;
Adjusting the harmonic component of the grid current by controlling the grid current using the active DC stage circuit; And
And supplying power to the load using the active DC circuit,
Wherein adjusting the harmonic component of the grid current comprises:
And supplying a compensating power to the sub-stage using the active DC circuit in a period in which the sub-stage electrically connected to the active DC circuit is not supplied with power from the system. .
상기 부하단으로 보상전력을 공급하는 단계는,
상기 부하단의 출력 전력을 검출하는 단계; 및
검출된 상기 부하단의 출력 전력을 기초로 상기 부하단의 전류 지령을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.28. The method of claim 27,
The step of supplying the compensating power to the sub-
Detecting an output power of the lower stage; And
And calculating a current command of the lower stage based on the detected output power of the lower stage.
상기 능동 직류단 회로는 일단이 상기 계통과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 연결된 제1캐패시터를 포함하고,
상기 부하단으로 보상전력을 공급하는 단계는,
상기 제1캐패시터 양단의 전압을 미리 설정된 최소값 이상으로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.28. The method of claim 27,
Wherein the active DC circuit includes a first capacitor whose one end is electrically connected to the system and the other end is connected to ground,
The step of supplying the compensating power to the sub-
And maintaining a voltage across the first capacitor to a predetermined minimum value.
상기 계통 전류의 고조파 성분을 제거하는 단계는,
계통 전압, 상기 제1캐패시터의 양단 전압의 상기 미리 설정된 최소값 및 상기 부하단의 출력 전력을 이용하여 계통 전류 지령 및 상기 제1캐패시터의 양단 전압의 지령을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.
30. The method of claim 29,
Wherein removing harmonic components of the grid current comprises:
Further comprising calculating a command of a grid current command and a voltage across the first capacitor using the grid voltage, the preset minimum value of the voltage across the first capacitor, and the output power of the lower capacitor, Power compensation method.
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 전원 또는 상기 능동 직류단 회로와 전기적으로 연결된 부하의 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력을 보상하는 단계; 및
상기 능동 직류단 회로를 이용하여 상기 부하에 전력을 공급하는 단계;를 포함하되,
상기 전원 및 상기 부하 중 하나 이상은 스위칭 리플을 포함하는 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.Supplying power from the power source to the active DC circuit;
Compensating a fundamental wave or a harmonic power of a switching frequency of a load electrically connected to the power source or the active DC circuit using the active DC circuit; And
And supplying power to the load using the active DC circuit,
Wherein at least one of the power source and the load generates a current comprising a switching ripple.
상기 스위칭 주파수의 기본파 또는 고조파 전력을 보상하는 단계는,
상기 능동 직류단 회로에 포함된 인덕터 전류의 스위칭 주파수를 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하의 스위칭 주파수와 동일하거나 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수보다 높게 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.32. The method of claim 31,
Wherein compensating the fundamental or harmonic power of the switching frequency comprises:
And controlling the switching frequency of the inductor current included in the active DC circuit to be equal to or higher than the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-containing load or higher than the switching frequency of the ripple- Lt; / RTI >
상기 능동 직류단 회로에 포함된 인덕터 전류의 스위칭 주파수를 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수와 동일하거나 상기 리플 함유 전원 또는 상기 리플 함유 부하의 스위칭 주파수보다 높게 제어하는 단계는,
상기 리플 함유 전원 또는 리플 함유 부하에 흐르는 전류 신호를 대역 통과 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 보상 방법.33. The method of claim 32,
Controlling the switching frequency of the inductor current included in the active DC circuit to be higher than the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-containing load, or higher than the switching frequency of the ripple-containing power supply or the ripple-
And band-pass filtering the current signal flowing through the ripple-containing power supply or the ripple-containing load.
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