KR101539397B1 - Simulator with Direct Current and Alternating Current Output for Multi-Function Test - Google Patents
Simulator with Direct Current and Alternating Current Output for Multi-Function Test Download PDFInfo
- Publication number
- KR101539397B1 KR101539397B1 KR1020130143581A KR20130143581A KR101539397B1 KR 101539397 B1 KR101539397 B1 KR 101539397B1 KR 1020130143581 A KR1020130143581 A KR 1020130143581A KR 20130143581 A KR20130143581 A KR 20130143581A KR 101539397 B1 KR101539397 B1 KR 101539397B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- current
- output
- voltage
- inverter
- axis
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/40—Testing power supplies
- G01R31/42—AC power supplies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/40—Testing power supplies
Abstract
본 발명은 하나의 장치를 이용하여 직류출력인 태양전지나 연료전지의 시뮬레이터 혹은 단순 직류전원으로 동작할 수 있으며, 또한 교류출력인 전력계통 시뮬레이터 등으로도 동작하여, 각종 시험 기기의 전원 혹은 부하 등의 시험이나 인증을 위한 다기능 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention can be operated by a simulator or simple DC power source of a solar battery or a fuel cell which is a direct current output by using one device, and also by a power system simulator which is an AC output, A multifunctional simulator for testing or certification.
Description
본 발명은 직류 및 교류 겸용 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히, 한 개의 장치로 기기의 전원 혹은 부하 등의 시험이나 인증 등 다기능을 수행할 수 있는 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a simulator for both direct current and alternating current, and more particularly, to a simulator capable of performing a multifunctional function such as a test or authentication of a power source or a load of a device by a single device.
본 기술에 관련된 종래의 기술은 전용으로 된 태양전지 시뮬레이터, 연료전지 시뮬레이터, 전력계통 시뮬레이터 등 전원으로 동작하는 직류 혹은 교류 시뮬레이터가 있으며, 전자식 부하장치로서는 직류 혹은 교류 부하로 동작하는 장치가 있으나 이들 기능이 통합된 시뮬레이터 혹은 전원장치는 없다. 기존의 시뮬레이터들은 전원 혹은 부하로만 동작하기 때문에 양방향 전력제어 대신 단방향 전력제어만 수행할 수 있어 전원 혹은 부하로 동시에 동작할 수 없는 한계가 있다. 관련선행문헌으로서 대한민국특허공개번호 제 10-2009-0046438호 (209.05.11 공개), 대한민국특허등록번호 제10-0726024호 (2007.05.31. 공고) 등이 참조될 수 있다. The prior art related to the present technology includes a DC or AC simulator that operates by a power source such as a dedicated solar cell simulator, a fuel cell simulator, a power system simulator, etc. The electronic load device includes a device that operates by DC or AC load, There is no integrated simulator or power supply. Since conventional simulators operate only with power or load, they can perform unidirectional power control instead of bidirectional power control. Korean Patent Registration No. 10-2009-0046438 (published on September 20, 2011), Korean Patent Registration No. 10-0726024 (published on May 31, 2007), etc. may be referred to as related prior arts.
신재생에너지용 인버터나 기타 전력변환장치 등을 시험하기 위해서는 여러 종류의 전원장치 혹은 시뮬레이터가 필요하게 되는데, 이에 따른 기기 설치 비용 증가, 운용상의 어려움, 유지보수 비용의 증가, 설치 공간 과다 등의 문제를 해결하기 위한 시뮬레이터가 요구되고 있다. 예를 들면, 태양광 발전용 인버터의 시험에서는 태양전지 시뮬레이터가 필요하고 연료전지용 인버터의 시험을 위해서는 연료전지 시뮬레이터가 필요하며 이들 인버터의 계통연계 보호기능 시험을 위해서는 전원의 전압과 주파수를 임의로 가변할 수 있는 전력계통 시뮬레이터가 필요하다. 또한 이들 인버터에 부하를 인가하기 위해서는 전자식 부하 장치 혹은 수동부하가 필요하게 된다.In order to test inverters for new and renewable energy and other power conversion devices, various types of power supplies or simulators are required. As a result, problems such as increase in installation cost, difficulty in operation, increase in maintenance cost, A simulator for solving the problem is required. For example, a solar simulator is required for testing solar inverters and a fuel cell simulator is required for testing inverters for fuel cells. To test the grid-connected protection functions of these inverters, the voltage and frequency of the power supply can be arbitrarily varied A power system simulator is needed. In order to apply a load to these inverters, an electronic load device or manual load is required.
도 1은 종래의 태양전지 혹은 연료전지 시뮬레이터 구성도의 일례이다.1 is an example of a configuration diagram of a conventional solar cell or a fuel cell simulator.
태양전지 혹은 연료전지는 각각 일사량 및 온도, 또는 연료 주입량에 따라 전압-전류 특성곡선에 대한 파라미터들(11)이 결정되고 여기에서 부하 조건에 따라 동작점이 결정되는 특성이 있으므로, 시뮬레이터(6)는 이들 파라미터들을 매개로 전기적인 특성을 모의하는 장치이다. 태양전지와 연료전지 둘 다 직류 출력이므로, 시뮬레이터(6)는 교류전원(1)에서 입력을 받고 전기적인 절연과 전압 매칭을 위한 변압기(2)를 거친 후에 정류기(3)를 이용하여 일정 전압의 직류전원(4)을 만든다. 시뮬레이터(6)는 이 직류전원(4)에 강압용 컨버터(5)와 리액터-캐패시터 필터(7)를 설치한 구조를 포함한다. 이 출력에 피시험장치(8)인 인버터가 연결되어 운전된다. 제어기(9)는 피시험장치(8)의 운전 조건에 따라 변동되는 전압-전류 특성곡선에 맞는 파라미터들(11)에 맞게 컨버터(5)를 제어하는 기능을 한다. 제어기(9)는 사용자 인터페이스(Man Machine Interface, 이하 MMI)(10)과 통신으로 연결되어 시험에 필요한 파라미터들(11)을 입력받게 되는데 태양전지의 경우는 일사량, 온도, 단위 태양전지의 특성 및 직병렬회로 구성 등의 정보가 입력되고, 연료전지의 경우는 전압-전류 특성 및 연료투입량 등이 중요한 파라미터가 된다. Since the
이러한 구조의 시뮬레이터(6)에는 입력부가 정류기(3)으로 되어 있고 또한 컨버터(5)가 단방향 강압형으로 되어 있기 때문에 전원 역할만 수행할 수 있으며 역방향으로의 회생이나 부하로서의 역할은 할 수가 없다.In the
도 2는 종래의 전력계통 시뮬레이터 구성도의 일례이다.2 is an example of a configuration diagram of a conventional power system simulator.
도 2를 참조하면, 종래의 전력계통 시뮬레이터(24)는 교류전원(1)에서 입력을 받고, 절연용 변압기(20), 정류기(21) 및 직류전원단(22) 부분은 도 1의 구성과 동일하다. 다만, 도 1의 태양전지 혹은 연료전지 시뮬레이터(6)와는 두 가지 차이점이 있다. 하나는 출력이 교류이므로 1상과 3상 출력을 낼 수 있도록 출력단의 스위칭 소자(23)의 수가 늘어나는 것이고 다른 하나는 전지 특성 대신 교류파형 발생기(27)가 필요하다는 점이다. 사용자 인터페이스(29)에서 시험에 필요한 교류 전압, 주파수 등의 조건을 입력하면 제어기(28) 내의 파형발생기(27)는 기준 신호를 만들고, 이 기준신호에 따라 스위칭 소자(23)가 스위치를 제어하여 리액터-캐패시터 필터(25)를 통해 원하는 교류 출력을 얻게 된다. 필터(25)를 거친 출력이 피시험장치(26)에 출력된다. 2, the conventional
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 하나의 장치를 이용하여 직류출력인 태양전지나 연료전지의 시뮬레이터 혹은 단순 직류전원으로 동작할 수 있으며, 또한 교류출력인 전력계통 시뮬레이터 등으로도 동작하여, 각종 시험 기기의 전원 혹은 부하 등의 시험이나 인증을 위한 다기능 시뮬레이터를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for operating a solar battery or a fuel cell simulator or a simple DC power source, System simulator and the like, and to provide a multifunction simulator for testing or authenticating the power or load of various test equipments.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 시뮬레이터는, 3상 교류 전원 출력용 변압기; 리액터와 캐패시터로 구성된, 상기 변압기 출력측의 각 상에 연결되는 입력필터; 3상 브리지 구조의 스위치들을 가진 컨버터; 평활용 커패시터들; 및3상 브리지 구조의 스위치들을 가진 인버터가 순차 연결되며, 상기 인버터 출력측의 각 상에 순차 연결되는 리액터, 교류용 전자개폐기, 및 캐패시터를 갖는 교류용 출력필터; 상기 제1 출력필터의 상기 리액터를 공통으로 이용하고, 상기 리액터에 순차 연결되는 직류용 전자개폐기 및 캐패시터를 갖는 직류용 출력필터; 및 상기 컨버터의 스위치들 및 상기 인버터의 스위치들의 PWM 제어와 상기 교류용 전자개폐기 및 상기 직류용 전자개폐기의 온/오프 제어를 통하여, 교류 전원, 직류 전원, 또는 교류나 직류 전원에 대한 부하로의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.In order to accomplish the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a simulator including: a three-phase AC power output transformer; An input filter connected to each phase of the transformer output side, the filter being composed of a reactor and a capacitor; A converter having switches of a three-phase bridge structure; Smoothing capacitors; And an AC output filter having a reactor, an AC switch, and a capacitor sequentially connected to respective phases of the inverter output side, wherein inverters having switches of a three-phase bridge structure are sequentially connected; A direct current output filter having a direct current electromagnetic switch and a capacitor which are commonly connected to the reactor using the reactors of the first output filter in common; And a control unit for controlling the AC power supply, the DC power supply, or the load on the alternating current or the DC power source through the PWM control of the switches of the converter and the inverter, and the on / off control of the AC electromagnetic switch and the DC electromagnetic switch. And a control unit for controlling the operation.
상기 시뮬레이터는, 상기 교류 전원, 상기 직류 전원, 또는 상기 교류나 직류 전원에 대한 부하로의 동작을 위한 파라미터들을 입력하기 위한 사용자 인터페이스를 더 포함할 수 있다.The simulator may further include a user interface for inputting the parameters for operation of the AC power source, the DC power source, or the load to the AC or DC power source.
상기 제어부는, 상기 교류용 출력필터를 통한 교류 전원, 상기 직류용 출력필터를 통한 직류 전원, 상기 교류용 출력필터에 연결된 복수 단자로 입력되는 교류 전원에 대한 상기 평활용 커패시터들의 부하, 또는 직류용 출력필터에 연결된 단자로 입력되는 직류 전원에 대한 상기 평활용 커패시터들의 부하로의 동작을 제어할 수 있다.The control unit may control the AC power supply through the AC output filter, the DC power supply through the DC output filter, the load of the smoothing capacitors with respect to the AC power input to the plurality of terminals connected to the AC output filter, And to control the operation of the smoothing capacitors to the load with respect to the DC power input to the terminal connected to the output filter.
상기 시뮬레이터는 태양전지 직류 전원, 연료전지 직류 전원, 전력 계통 교류 전원, 또는 직류나 교류 전원에 대한 부하 장치로서의 모의 시험에 이용될 수 있다.The simulator can be used for a simulation test as a load device for a solar cell DC power source, a fuel cell DC power source, a power system AC power source, or a DC or AC power source.
상기 교류용 출력필터에 연결된 복수 단자를 단락하여 1상 교류 전원으로 이용하며, 상기 제어부는 상기 인버터의 3상 브리지 구조의 3개의 스위치쌍들의 각 스위칭 시간을 지연시키는 인터리빙 방식의 제어에 따라 상기 복수 단자가 단락된 단자로 출력되는 전압 및 전류 맥동을 감소시킬 수 있다. Wherein the plurality of terminals connected to the AC output filter are short-circuited to be used as a one-phase AC power source, and the control unit controls the plurality of switches in accordance with the control of the interleaving scheme for delaying the respective switching times of the three switch pairs of the three- It is possible to reduce the voltage and current pulsation outputted to the terminal with the terminal short-circuited.
상기 제어부는, 상기 컨버터의 스위치들을 PWM 제어하기 위하여, 상기 변압기 출력에 해당하는 입력전압 Vin(abc), 상기 입력필터의 리랙터에 흐르는 입력 전류 Iin(abc), 상기 평활용 커패시터들로부터 검출된 직류전압 Vdc를 입력받고, 사용자 인터페이스로부터 직류기준전압 Vdc*, 및 유효전류기준치 Ide*를 입력받으며, Vin(abc)에 대하여 제1 dq-변환기와 PLL을 이용하여 위상각 정보를 출력하고, 상기 위상각 정보를 이용한 Iin(abc)에 대한 제2 dq-변환기의 출력인 d-축 전류 Ide와 q축 전류 Iqe를 이용하여, Ide*와 Ide의 차이 및 Vdc*와 Vdc 간의 차이를 기초로 생성한 무효전류기준치 Iqe*와 Iqe의 차이를 기반으로 d-축 및 q-축 전류 보상을 위한 각각의 전류기준치를 생성하며, 상기 위상각 정보와 상기 각각의 전류기준치에 따라 상기 전원 또는 상기 부하로 동작을 위해 상기 컨버터의 스위치들을 PWM 제어하는 PWM부를 포함한다.In order to perform PWM control of the switches of the converter, the controller may include an input voltage Vin (abc) corresponding to the transformer output, an input current Iin (abc) flowing through the rectifier of the input filter, Receives the direct current voltage Vdc, receives the direct current reference voltage Vdc * and the effective current reference value Ide * from the user interface, outputs the phase angle information using the first dq-converter and the PLL with respect to Vin (abc) Based on the difference between Ide * and Ide and the difference between Vdc * and Vdc using the d-axis current Ide and the q-axis current Iqe, which are the outputs of the second dq-converter for Iin (abc) using phase angle information Axis and q-axis current compensation based on the difference between the ineffective current reference values Iqe * and Iqe, and generates the current reference values for the d-axis and q-axis current compensation based on the phase angle information and the respective current reference values, Phase for action It includes PWM section for PWM control the switches of the converter.
상기 제어부는, 상기 교류 전원으로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위하여, 사용자 인터페이스에서 q-축 기준전압 Vqe*과 d-축 기준전압 Vde*을 제공받는 전압제어블록을 포함하고, 상기 사용자 인터페이스에서 입력받는 기준출력주파수 f*에 대한 각속도를 적분기로 적분한 내부 위상각을 생성하고 상기 인버터의 출력 전압 Vout(abc)에 대하여 상기 내부 위상각을 기초로 dq-변환을 통해 d-축 전압 Vde과 q-축 전압 Vqe을 생성하여 상기 전압제어블록으로 출력하며, 상기 전압제어블록은, Vde*와 Vde의 차이 및 Vqe*와 Vqe의 차이를 기초로 d-축 및 q-축 전압 보상을 위한 각각의 전압기준치를 생성하며, 상기 인버터의 스위치들에 대한 PWM 제어에 기초가 되는 상기 각각의 전압기준치의 dq 역변환된 전압을 출력할 수 있다.The control unit includes a voltage control block for receiving the q-axis reference voltage Vqe * and the d-axis reference voltage Vde * in the user interface for controlling the switches of the inverter for operation with the AC power supply , An internal phase angle obtained by integrating the angular speed with respect to the reference output frequency f * received from the user interface by an integrator is generated, and the output voltage Vout (abc) of the inverter is converted to d Axis voltage Vde and a q-axis voltage Vqe to the voltage control block, and the voltage control block generates a d-axis and a q-axis based on a difference between Vde * and Vde and a difference between Vqe * and Vqe Generate respective voltage reference values for voltage compensation, and output an inverse converted voltage dq of each of the voltage reference values based on the PWM control of the switches of the inverter.
상기 사용자 인터페이스를 통해 입력되는 Vqe*과 f*에 따라 전압과 주파수가 가변되는 전력계통 교류 전원용 시뮬레이터로 동작할 수 있다.And can operate as a simulator for a power system AC power source whose voltage and frequency are variable according to Vqe * and f * input through the user interface.
상기 제어부는, 상기 교류 부하로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위하여, 사용자 인터페이스에서 q-축 기준전류 Iqe*과 d-축 기준전류 Ide*을 제공받는 전류제어블록을 포함하고, 상기 인버터의 출력 전압 Vout(abc)에 대하여 제1 dq-변환기와 PLL을 이용하여 위상각 정보를 출력하고, 상기 위상각 정보를 이용한 상기 인버터의 출력 전류 Iout(abc)에 대한 제2 dq-변환기의 출력인 d-축 전류 Ide와 q축 전류 Iqe를 상기 전류제어블록으로 출력하며, 상기 전류제어블록은, Ide*와 Ide의 차이 및 Iqe*와 Iqe의 차이를 기초로 d-축 및 q-축 전류 보상을 위한 각각의 전류기준치를 생성하며, 상기 인버터의 스위치들에 대한 PWM 제어에 기초가 되는 상기 각각의 전류기준치의 dq 역변환된 전류를 출력할 수 있다.The control unit includes a current control block for receiving the q-axis reference current Iqe * and the d-axis reference current Ide * in the user interface for controlling the switches of the inverter for operation with the AC load And outputs phase angle information using the first dq-converter and the PLL with respect to the output voltage Vout (abc) of the inverter, and outputs a second dq- Axis current Ide and a q-axis current Iqe, which are outputs of the converter, to the current control block, and the current control block calculates d-axis current Ide and q-axis current Iqe based on the difference between Ide * and Ide and the difference between Iqe * and Iqe - generate respective current reference values for axial current compensation and output the dq inverse converted current of each of the current reference values based on the PWM control of the switches of the inverter.
상기 제어부는, 상기 직류 전원으로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위해, 사용자 인터페이스에서 시험 대상의 전압-전류 특성 곡선 데이터를 입력받아 그를 추종하도록 제어하는 직류제어블록을 포함하고, 상기 직류제어블록은, 상기 시험 대상의 전압-전류 특성 곡선 데이터를 참조하여 상기 인버터의 출력 전압 Vout에 대한 기준 전류 Idc*을 산출하는 기준치 계산부; Idc*와 상기 인버터의 출력 전류 Iout의 차이를 기초로 보상 전류를 산출하는 전류제어기; 및 상기 보상 전류에 따라 상기 인버터의 스위치들에 대한 스위칭 제어 신호를 생성하는 인터리빙부를 포함할 수 있다.Wherein the control unit includes a DC control block for receiving voltage-current characteristic curve data of a test object from the user interface and controlling the switch to follow the switch, in order to control the switches of the inverter for operation with the DC power supply, The DC control block includes a reference value calculator for calculating a reference current Idc * with respect to the output voltage Vout of the inverter by referring to the voltage-current characteristic curve data of the test object; A current controller for calculating a compensation current based on a difference between an Idc * and an output current Iout of the inverter; And an interleaving unit for generating a switching control signal for the switches of the inverter according to the compensation current.
상기 제어부는, 상기 직류 부하로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위해, 사용자 인터페이스에서 전력 명령 Pdc*를 입력받아 해당 직류 전력 소비를 추종하도록 제어하는 직류제어블록을 포함하고, 상기 직류제어블록은, Pdc*와 상기 인버터의 출력 전력 Pout의 차이를 기초로 전력 보상을 위한 기준 전류 Idc*를 전력 제어기; Idc*와 상기 인버터의 출력 전류 Iout의 차이를 기초로 보상 전류를 산출하는 전류제어기; 및 상기 보상 전류에 따라 상기 인버터의 스위치들에 대한 스위칭 제어 신호를 생성하는 인터리빙부를 포함할 수 있다.The control unit includes a DC control block for receiving a power command Pdc * from the user interface and controlling the DC power consumption to follow the DC power consumption for controlling the switches of the inverter for operation to the DC load, The DC control block sets the reference current Idc * for power compensation based on the difference between Pdc * and the output power Pout of the inverter to the power controller; A current controller for calculating a compensation current based on a difference between an Idc * and an output current Iout of the inverter; And an interleaving unit for generating a switching control signal for the switches of the inverter according to the compensation current.
본 발명에 따른 직류 및 교류 겸용 시뮬레이터에 따르면, 한 대의 전원장치로 연료전지, 태양전지, 단순 직류전원, 가변 교류전원장치, 직류 혹은 교류 부하장치 등 다기능으로 사용할 수 있어 비용을 절감할 수 있다. 즉, 시험 목적에 따라 개별 장비를 사용하지 않아도 한 개의 본 발명의 다기능 시뮬레이터 장치로 내부적 설정 변경만으로 전원 혹은 부하 등 각종 시험을 할 수 있도록 함으로써, 시험용 기기를 설치하는 공간, 운영상의 어려움 등을 해결할 수 있으며 기기들의 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 부하장치로 사용할 경우 시험에 있어서 기존에 저항으로 사용할 경우 열로 소비되는 전력을 회생할 수 있어 시험을 위한 전력 비용을 절감할 수 있다.According to the simulator for both direct current and alternating current according to the present invention, it is possible to use a single power source device as a fuel cell, a solar cell, a simple direct current power source, a variable ac power source device, a direct current or alternating current load device, and so on. That is, it is possible to perform various tests such as power supply or load only by changing the internal setting with one multifunctional simulator device of the present invention without using individual equipment according to the purpose of the test, thereby solving the space for installing the test equipment, It can reduce the maintenance cost of equipment and can reduce the power cost for the test because it can regenerate the power consumed by heat when used as a resistor in the test when used as a load device.
그리고, 교류에서는 1상 혹은 3상으로 동작할 수 있으며 직류에서는 3개의 직류전원이 인터리빙(interleaving)되어 동작하므로 출력의 전압 및 전류의 맥동을 최소로 하는 고품질의 전원장치로도 활용될 수 있어 본 발명의 하나의 시뮬레이터를 다양한 용도로 활용할 수 있는 장점이 있다. In AC, it can operate in one phase or three phases. Since three DC power sources operate by interleaving in DC, it can be used as a high quality power source device which minimizes the ripple of the output voltage and current. There is an advantage that one simulator of the invention can be utilized for various purposes.
도 1은 종래의 태양전지 혹은 연료전지 시뮬레이터 구성도의 일례이다.
도 2는 종래의 전력계통 시뮬레이터 구성도의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 시뮬레이터에서의 출력의 맥동 저감을 위한 인터리빙 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 컨버터부의 제어를 위한 제어기의 블록도이다.
도 6은 도 3의 인버터부의 교류 제어를 위한 제어기의 블록도이다.
도 7은 인버터부의 직류 제어를 위한 제어기의 직류 제어블록의 블록도이다.
도 8은 도 3의 시뮬레이터에 대한 실제 사례도이다.1 is an example of a configuration diagram of a conventional solar cell or a fuel cell simulator.
2 is an example of a configuration diagram of a conventional power system simulator.
3 is a view for explaining a simulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining an interleaving control method for reducing pulsation of an output in the simulator of FIG. 3; FIG.
5 is a block diagram of a controller for controlling the converter section of FIG.
6 is a block diagram of a controller for AC control of the inverter of FIG.
7 is a block diagram of a DC control block of the controller for DC control of the inverter section.
8 is a practical example of the simulator of FIG.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이터(55)를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이터(55)는 제어기(51)의 제어를 받아 동작하며, 제어기(51)는 사용자 인터페이스(Man Machine Interface, 이하 MMI)(54)과 통신으로 연결되어 모의 시험에 필요한 파라미터들을 입력받게 된다. 사용자 인터페이스(54)를 통해 동작 모드의 설정, 입력 혹은 출력 명령 등의 파라미터들의 입력이 수행되고 시뮬레이터(55) 각 부의 운전상태가 실시간으로 모니터링될 수 있다.3, a
사용자 인터페이스(54)를 위한 파라미터들의 입력 수단이나 디스플레이 수단 등이 시뮬레이터(55)에 포함될 수도 있으며, 시뮬레이터(55)는 사용자 인터페이스(54), 제어기(51) 이외에 변압기(31), 입력필터, 컨버터부(36), 평활용 캐패시터들(38), 인버터부(39)가 순차 연결되도록 포함하고, 공통되는 리액터(41)와 교류용 출력 필터(43-1) 및 직류용 출력 필터(43-2) 사이에 각각 연결되는 교류용 전자개폐기(44) 직류용 전자개폐기(55)를 포함한다. Input means or display means of parameters for the
다시 말하여 시뮬레이터(55)는 입력단자(30), 전압 매칭 및 절연을 위한 변압기(31), 리액터(33)와 캐패시터(34)로 구성된 입력필터(변압기(31) 각 상의 출력이 리액터(33)를 거쳐 컨버터부(36)의 브리지형 스위치들 사이에 전달되고, 변압기(31) 각 상의 출력과 접지 사이에 캐패시터(34)가 연결됨), 입력전압(Vin) 검출 센서(32)(변압기(31) 출력이 계통으로부터의 입력전압(Vin)에 해당), 입력전류(Iin) 검출 센서(35), PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하는 양방향 컨버터 형태의 컨버터부(36), 직류전압(Vdc) 검출 센서(37), 평활용 캐패시터들(38), 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)를 갖는 3상 브리지 구조의 인버터부(39), 출력 전류(Iout) 검출 센서(40), 출력 전압(Vout) 검출 센서(42), 리액터(41)와 캐패시터(43-1/43-2)으로 구성된 출력 필터, 교류 출력을 선택하기 위한 전자개폐기(44)(교류용 전자개폐기), 직류 출력을 선택하기 위한 전자개폐기(55)(직류용 전자개폐기)를 포함한다. 즉, 인버터부(39) 각 상의 출력이 리액터(41)와 전자개폐기(44)를 거쳐 전자개폐기(44)의 다른 단자와 접지 사이에 캐패시터(43-1)가 연결되며, 리액터(41)는 공통적으로 이용되어 전자개폐기(55)를 거쳐 각 상의 전자개폐기(55)의 다른 단자들이 접지 사이에 캐패시터(43-2)가 연결된다.In other words, the
3상 교류 출력은 교류출력단자(46)과 중성점 단자(48)를 이용하여 3상4선식으로 출력될 수 있으며, 직류 출력은 직류출력단자(47)와 중성점 단자(48)를 통하여 출력될 수 있다.The three-phase AC output can be output in a three-phase four-wire system using the
도 3에서, 입력단자(30)를 통해 3상의 교류 전압을 입력받고, 변압기(31)는 권선비에 따른 적절한 3상의 교류 전압으로 변환하고, 각 상의 변환된 전압은 리액터(33)와 캐패시터(34)로 구성된 각 상의 입력필터를 거쳐 3상 브리지 구조의 스위치들을 포함하는 컨버터부(36)로 출력된다. 입력전압(Vin) 검출 센서(32)와 입력전류(Iin) 검출 센서(35)를 통해, 컨버터부(36)로의 각 상의 입력전압(Vin)과 입력전류(Iin)가 검출되어 사용자 인터페이스(54)의 디스플레이 수단을 통해 표시될 수 있다. 3, an AC voltage of three phases is inputted through an input terminal 30, a
컨버터부(36)는 제어기(51)의 제어에 따라 교류-직류 변환한 전압을 출력하며, 컨버터부(36)의 출력단인 직류단에는 2개의 평활용 캐패시터들(38)가 직렬연결되어 설치되고, 평활용 캐패시터들(38)의 접점이 중성점(48)으로 이용된다. 직류전압(Vdc) 검출 센서(37)를 통해, 컨버터부(36)의 출력인 직류전압(Vdc)이 검출되어 사용자 인터페이스(54)의 디스플레이 수단을 통해 표시될 수 있다. The
컨버터부(36) 및 평활용 캐패시터들(38)의 출력 양단에 병렬 연결된 3상 브리지 구조의 인버터부(39)는 제어기(51)의 제어에 따라 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)를 통해 각 상의 적절한 변환된 전압을 출력한다. An
전력계통(교류전원) 시뮬레이터로 사용할 경우에는, 제어기(51)의 제어에 따라 전자개폐기(44)를 제어하여, 인버터부(39)의 출력은 각 상의 리액터(41)와 캐패시터(43-1)에 연결되고 3상 교류 출력이 교류출력단자(46)과 중성점 단자(48)를 이용하여 출력된다. The output of the
태양전지나 연료전지(직류전원) 용으로 사용될 경우는, 제어기(51)의 제어에 따라 전자개폐기(55)를 제어하여, 인버터부(39)의 각 상의 출력은 리액터(41)를 거쳐 캐패시터(43-2)에 연결되고 직류 출력이 직류출력단자(47)와 중성점 단자(48)를 통하여 출력될 수 있다.The output of each phase of the
출력 전류(Iout) 검출 센서(40)는 인버터부(39)의 각 상의 출력 전류(Iout)를 검출할 수 있으며, 출력 전압(Vout) 검출 센서(42)는 인버터부(39)의 각 상의 출력 전압(Vout)을 검출할 수 있고, 검출 결과가 사용자 인터페이스(54)의 디스플레이 수단을 통해 표시될 수 있다. 이러한 센서들은 전자식이기 때문에 직류와 교류 모두를 검출할 수 있다.The output current
위와 같이 컨버터부(36)와 인버터부(39)는 디지털 제어기(51)에 의해 제어되는데, 제어기(51)는 컨버터부(36)와 인버터부(39)의 각각의 6개의 스위치의 온(on)과 오프(off) 상태를 PWM으로 제어하게 된다. 또한, 제어기(51)는 출력의 선택을 위하여 디지털 제어신호(52)를 통해 필요한 전자개폐기(44, 55)의 각 상에 대한 스위치들을 온 또는 오프하게 된다. 제어기(51)는 통신(53)을 통하여 사용자 인터페이스(54)에 연결되어 시뮬레이터의 종류와 필요한 파라미터들을 입력받을 수 있으며 각 부의 운전 상태를 표시하게 된다. The
이러한 구조를 이용하여 직류 출력과 교류 출력을 내부 제어를 통하여 얻을 수 있으며 전원장치뿐만 아니라 부하장치로 사용하는 원리를 설명하기로 한다. Using this structure, DC output and AC output can be obtained through internal control, and the principle of using it as a load device as well as a power supply device will be described.
인버터부(39)는 3상 브리지 구조(39-1, 39-2, 39-3)로 되어 있기 때문에 기본적으로 3상의 교류 출력이 가능하며 양방향 전력제어가 가능하므로 전원장치 혹은 부하장치로도 사용할 수 있다. 또한, 이를 직류 출력으로 하기 위해서 본 발명은 출력단에 3상을 단락할 수 있는 전자개폐기(55)를 설치하였다. Since the
이렇게 함으로써 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)는 병렬로 연결되며 이를 이용하여 소위 인터리빙(interleaving) 방식(도 4 참조)의 직류 혹은 교류전원용으로 회로를 구성할 수 있게 된다. 태양전지 혹은 연료전지용 시뮬레이터로 사용할 경우에는, 컨버터부(36) 및 평활용 캐패시터들(38)의 출력 양단에 병렬 연결된 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3) 쌍에서 제어기(51)의 제어에 따라 아래의 스위치 3개(58)를 오프하고 위의 스위치 3개(59)만 온/오프 제어함으로써 강압형 직류-직류 컨버터로 동작할 수 있다. 또한 반대로 위의 스위치 3개(59)를 오프하고 아래 3개의 스위치(58)를 사용함으로써 승압형 직류-직류 컨버터로도 동작할 수 있다. 따라서 이러한 인버터부(39)의 구조와 전자개폐기(44/55)에 의해서 직류 및 교류 전원 출력이 가능하고, 또한 예를 들어, 46 또는 47 단자를 통해 입력되는 직류 또는 교류의 전원에 대하여 제어기(51)에 의한 전자개폐기(44/55)와 인버터부(39)의 제어에 따라 평활용 캐패시터들(38)의 직류전압(Vdc) 상태를 시험하기 위한 직류 및 교류의 부하장치로도 동작이 가능하게 된다. By doing so, the three switches 39-1, 39-2, and 39-3 are connected in parallel, and a circuit can be configured for DC or AC power of the so-called interleaving method (see FIG. 4) . 39-2, and 39-3 connected in parallel at both ends of the output of the
또한, 교류 출력단자(46)의 3 단자를 외부에서 단락할 경우에는 1상 교류 전원장치로도 사용할 수 있으며 이때도 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)는 도 4와 같이 인터리빙 방식으로 동작하여 출력의 전압 및 전류 맥동을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 출력 전류가 3배로 증가하므로 1상으로 3상 정격 출력만큼의 전력을 공급할 수 있게 된다. When three terminals of the
도 4는 도 3의 시뮬레이터(55)에서의 출력의 맥동 저감을 위한 인터리빙 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining an interleaving control method for reducing the pulsation of the output of the
도 4는 3개의 인터리빙을 적용한 경우이며, 2개 이상의 인터리빙이 가능하다. 3개의 인터리빙 방식의 직류 전원용의 경우에, PWM 제어주기(74)의 1/3만큼의 위상차(73)로 인버터부(39)의 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)의 각 스위칭 시간을 지연시키는 것이다. 3개의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)에 대해서 각각 도 4의 70, 71, 72와 같이 위상을 지연시켜서 동작시키게 되면 각각의 스위치(39-1, 39-2, 39-3)에 흐르는 전류는 75, 76, 77과 같이 되고 이들이 병렬연결되어 있기 때문에 직류출력단자(47)에서는 도의 78과같이 맥동주파수는 3배로 증가하나 맥동의 크기는 1/3로 감소하게 되므로 보다 안정적인 출력 특성을 얻을 수 있게 된다. FIG. 4 shows a case where three interleaving is applied, and two or more interleaving is possible. Three switches 39-1, 39-2, and 39-3 of the
도 5는 도 3의 컨버터부(36)의 제어를 위한 제어기(51)의 블록도이다.5 is a block diagram of the
도 5를 참조하면, 제어기(51)는 입력으로서 계통 입력에 해당하는 변압기(31) 3상 출력인, 3상 입력전압 Vin(abc) 및 3상 입력 전류 Iin(abc) 각 3개와, 직류기준전압(Vdc*) 및 검출된 직류전압(Vdc)을 받으며, PWM 출력(49)으로 컨버터부(36)의 각 스위치를 제어한다.5, the
먼저, 입력전원의 위상을 검출하기 위하여, 제1 dq-변환기(90)는 입력전압 Vin(abc)에 대하여 각각 dq-변환을 수행하고, 그 결과인 각 d-축 전압 Vde(91)을 출력하며, 입력전압의 위상과 동일한 위상을 찾기 위한 위상고정루프(92)는 해당 위상각 정보(93)를 출력하고, 이에 따라 제1 dq-변환기(90)와 제2 dq-변환기(94)가 각각 3상 입력전압 Vin(abc) 및 3상 입력 전류 Iin(abc)에 대하여 고정된 위상을 가지고 출력되도록 제어한다. 위상각 정보(93)는 PWM부(108)에서도 사용된다.First, in order to detect the phase of the input power source, the first dq-
제2 dq-변환기(94)는 위상각 정보(93)에 따라 3상 입력 전류 Iin(abc) 각각의 유효 직류전류성분인 d-축 전류 Ide(95)와 무효 직류전류성분인 q-축 전류 Iqe(102)로 변환하여, d-축 전류제어기(104)와 q-축 전류제어기(105)의 제어에 각각 사용되도록 한다. The second dq-
컨버터부(36)의 제어 목적은 직류단 평활용 캐패시터(38)의 전압을 일정하게 유지하는데 있으며, 인버터부(39)가 시뮬레이터 동작 즉, 전원으로 동작할 경우에는 입력전원 Vin(abc), Iin(abc)으로부터 전력을 공급하는 기능을 하고, 반대로 인버터부(39)가 부하로 동작할 경우 직류단 평활용 캐패시터(38)로 회생되는 전력을 입력단자(30) 측으로 되돌려주는 회생동작을 하게 된다. The control of the
따라서 컨버터부(36)의 제어는 직류단 평활용 캐패시터(38)의 전압을 일정하게 유지하도록 전류의 흐름을 바꾸는 제어를 하게 되는데, 계산부(99)가 MMI(54)로부터 입력받는 미리 설정된 직류기준전압 Vdc*(98)과 검출된 직류전압(Vdc)의 오차(차이)를 계산하고 전압제어기(100)로 입력하면, 전압제어기(100)는 이 오차를 보상하기 위한 무효전류기준 lqe*(101)을 지령치로 생성한다. Therefore, the control of the
통상 유효전력은 제어할 필요가 없으므로 유효전류기준치 Ide*(96)은 0으로 한다(Ide*(96)도 MMI(54)로부터 입력 가능). 계산부들(97, 103)은 각각 MMI(54)로부터 입력받는 d-축, q-축 각각의 전류기준치(유효전류기준치 Ide*(96), 무효전류기준치 Iqe*(101))에 대하여 제2 dq-변환기(94)의 d-축 전류 Ide(95)와 q-축 전류 Iqe(102)와의 차이(오차)를 계산하고, 이에 따라 각 차이(오차)에 따라 각각의 전류제어기(104, 105)가 d-축 및 q-축 각각의 전류 보상을 위한 각각의 전류기준치(106, 107)을 출력한다. 이 출력은 PWM부(108)에서 위상각 정보(93)과 결합하여 펄스폭 변조 신호를 생성함으로써 컨버터부(36)의 3상 스위치를 제어하게 된다. 이러한 제어 동작을 통하여 컨버터부(36)는 인버터부(39)의 동작 모드에 관계없이 일정하게 직류단 평활용 캐패시터(38)의 전압을 유지할 수 있도록 전류의 크기와 방향을 제어하게 된다. Since the normal active power need not be controlled, the effective current reference value Ide * (96) is set to 0 (Ide * (96) can also be input from the MMI 54). The
도 6은 도 3의 인버터부(39)의 교류 제어를 위한 제어기(51)의 블록도이다.6 is a block diagram of the
도 6을 참조하면, 제어기(51)는 입력으로서 인버터부(39)의 출력 전압(Vout)과 출력 전류(Iout)를 입력받고, 전압 제어블록(130), 전류 제어블록(148), 및 직류 제어블록(166)을 통하여 생성한 제어신호 중 신호선택 스위치(153)에 의해 교류와 직류 출력 및 교류와 직류 부하장치 등 각 동작 모드에 맞게 선택되어 PWM부(155)의 PWM 출력(50)으로 인버터부(39)의 각 스위치를 제어한다. 직류 제어블록(166)의 자세한 블록도는 도 7에 도시되어 있다. 6, the
먼저, 전력계통(교류전원) 시뮬레이터로 동작하기 위해서는 전압제어 블록(130)이 사용되는데, 이를 위하여 사용자 인터페이스(54)에서 입력되는 기준출력주파수 f*(139)를 받아서 이를 변환기(137)를 이용해 각속도로 변환하고, 이 각속도 값을 적분기(136)로 적분함으로써 내부의 위상각(140)이 생성되고 초기에 선택 스위치(135)에서 이값이 선택되어 dq-변환기들(132, 141)로 입력된다. First, a
dq-변환기(132)는 각 상의 출력 전압 Vout(abc)에 대하여 내부 위상각(140)을 기초로 dq-변환을 통해 d-축 전압 Vde(122)과 q-축 전압 Vqe(127)을 생성한다. The dq-
q-축 기준전압 Vqe*(125)은 사용자 인터페이스(54)에서 제공되는 전압 기준의 피크치로서 설정되고, d-축 기준전압 Vde*(120)은 통상 0으로 설정한다.The q-axis reference voltage Vqe * (125) is set as the peak value of the voltage reference provided at the
전압 제어 블럭(130)에서, 계산부들(121, 126)은 각각 d-축, q-축 각각의 기준전압(120, 125)에 대하여 dq-변환기(132)의 d-축 전압 Vde(122)와 q-축 전압 Vqe(127)와의 차이(오차)를 계산하고, 이에 따라 각 차이(오차)에 따라 d-축 전압제어기(123), q-축 전압제어기(128)가 각각 d-축 및 q-축 전압 보상을 위한 각각의 전압기준치들(124, 129)을 출력한다.In the
각 전압제어기(123, 128)의 출력(124,129)은 역변환블럭(168)에서 각상에 대하여 dq 역변환(dq-abc 변환)된 전압(131)로 변환되고, 이에 대하여 PWM부(155)에서는 인버터부(39)의 스위치들을 온오프하는 제어신호(50)를 생성한다. 이러한 과정을 통해서 인버터부(39)는 사용자 인터페이스(54)에서 설정한 전압과 주파수 기준에 일치하는 교류전압을 발생할 수 있게 된다. The
다음은 교류 부하로 동작하는 전류제어 블록(148)에 대해서 설명한다. 교류의 피시험장치(도 8의 200 참조)가 교류전원을 발생하여 여기에 부하를 인가할 필요가 있는 경우(예, 동기발전기의 부하 시험이나 풍력발전기의 시험 등)에는 피시험장치(도 8의 200 참조)가 출력하는 교류전원의 위상에 맞게 전류를 흘려 부하를 인가할 필요가 있고 이를 위해서 위상고정루프(PLL)(134)가 사용된다. The following describes the
위상고정루프(134)의 입력은 인버터부(39)의 출력 전압 Vout(abc), 즉, 피시험정치(도 8의 200 참조)의 입력부에서 검출된 전압이 되는데, 실제 위상고정루프(134)의 입력으로 d-축 전압 Vde(122)만 사용하게 된다. 위상고정루프(134)는 내부 위상각이 측정하는 3상교류의 각 위상과 일치하면 d-축 전압 Vde(122)가 0이 되는 원리를 이용하여 위상각(140)을 추적하는 것이다. 위상고정루프(134)는 위상각(140)을 산출하여 위상각(140)을 선택 스위치(135)를 통해 dq-변환기(132)로 피드백하여 위상각이 내부 위상각(140)으로 고정될 수 있도록 하고, 위상각(140)은 dq-변환기(141)로도 전달한다.The input of the phase locked
dq-변환기(141)는 이 위상각(140)을 이용하여 피시험장치(도 8의 200 참조)에서 흐르는 각 상의 출력 전류 Iout(abc)에 대하여 dq-변환하여 각각 dq-축 성분, 즉, d-축 전류 Ide(143)과 q-축 전류 Iqe(150)을 생성한다.The dq-
d-축 기준전류 Ide*(142), q-축 기준전류 Iqe*(149)은 사용자 인터페이스(54)에서 제공될 수 있으며, 또는 사용자 인터페이스(54)에서 주어지는 무효 및 유효전력 기준치를 출력전압 Vout으로 나눈값으로 설정될 수 있다. The d-axis reference current Ide * 142 and the q-axis reference current Iqe * 149 may be provided at the
전류 제어 블럭(148)에서, 계산부들(144, 151)은 각각 d-축, q-축 각각의 기준전류(142, 149)에 대하여 dq-변환기(141)의 d-축 전류 Ide(143)와 q-축 전류 Iqe(150)와의 차이(오차)를 계산하고, 이에 따라 각 차이(오차)에 따라 d-축 전류제어기(145), q-축 전류제어기(152)가 각각 보상되어야 할 각각의 전류기준치들(146, 153)을 출력한다.In the
각 전류제어기(145, 152)의 출력(146,153)은 역변환블럭(147)에서 각상에 대하여 dq 역변환(dq-abc 변환)된 전류로 변환되고, 이에 대하여 PWM부(155)에서는 인버터부(39)의 스위치들을 온오프하는 제어신호(50)를 생성한다. 이 과정을 통하여 인버터부(39)는 교류의 피시험장치(도 8의 200 참조)로부터 설정된 만큼의 전류를 직류단(38)로 회생하게 되어 부하를 인가하게 된다. The
도 7은 인버터부(39)의 직류 제어를 위한 제어기(51)의 직류 제어블록(166)의 블록도이다. 시뮬레이터(55)가 직류 전원 혹은 직류 부하로 사용되기 위하여, 직류 제어블록(166)을 통해 인버터부(39) 등이 제어된다.7 is a block diagram of the direct
직류제어 블록(166)은 태양전지 혹은 연료전지 시뮬레이터 기능과 직류부하 기능 두 개의 블록으로 구성되는데, 먼저, 시뮬레이터(직류 전원) 기능인 경우 기준치 계산부(179)가 인버터부(39)의 출력전압 Vout(3상 abc 중 어느 하나 이상 가능)에 대하여 이에 해당되는 태양전지 혹은 연료전지의 전압-전류 특성 곡선(데이터)을 참조하여 기준 전류 Idc*(180)를 산출한다. The
기준 전류 Idc*(180)는 스위치(181)에서 선택되고(시뮬레이터 모드와 부하 모드는 제어기(51)의 제어를 받는 절체 스위치(181)에 의해 절환될 수 있다.), 계산부(182)는 기준 전류 Idc*(180)와 인버터부(39)의 출력전류 Iout(3상 abc 중 어느 하나 이상 가능)의 오차(차이)를 계산하고, 이에 따라 전류제어기(183)가 보상 전류를 계산하면 인터리빙부(184)가 해당 인터리빙 보상(도 4 참조)을 위한 스위칭 제어신호(185)를 생성함으로써 이에 기초하여 인버터부(39) 스위치들의 스위칭을 제어한다. 이러한 과정을 통해서 인버터부(39)는 사용자 인터페이스부(54)를 통하여 이미 입력된 태양전지 혹은 연료전지의 전압-전류 특성곡선데이터를 추종하게 된다. The reference current Idc * 180 is selected in the switch 181 (the simulator mode and the load mode can be switched by the
또한, 직류부하로 동작할 경우에는, 계산부(187)에서는 사용자 인터페이스(54)로부터 입력된 전력명령 Pdc*(186)과, 직류 출력전압 Vout과 직류 출력 전류 Iout의 곱인 실제 전력 Pout(188)의 오차(차이)를 계산하고, 이 전력 오차에 따라 전력제어기(189)는 전력 보상을 위한 기준 전류 Idc*(190)를 생성한다. 여기서 기준 전류 Idc*(190)는 스위치(181)에서 선택되어지고(시뮬레이터 모드와 부하 모드는 제어기(51)의 제어를 받는 절체 스위치(181)에 의해 절환될 수 있다.), 계산부(182)는 기준 전류 Idc*(190)와 인버터부(39)의 출력전류 Iout의 오차(차이)를 계산하고, 이에 따라 전류제어기(183)의 보상된 전류값을 계산하면 인터리빙부(184)가 해당 인터리빙 보상(도 4 참조)을 위한 스위칭 제어신호(185)를 생성함으로써 이에 기초하여 인버터부(39) 스위치들의 스위칭을 제어한다. 이러한 과정을 통해서 직류 피시험장치(도 8의 201 참조)는 원하는 전력명령 Pdc*을 추종하도록 직류전력을 소비하게 된다. The
도 8은 도 3의 시뮬레이터(55)에 대한 실제 사례도이다. 교류 피시험장치(200)를 시험할 경우에는 전자개폐기(44)를 단락하고 전자개폐기(55)는 개방하여 시험을 할 수 있는데, 전력계통시뮬레이터 즉 전원장치로 사용할 경우에는 입력단자(30)에 연결된 상용전원으로부터 피시험장치(200) 쪽 방향(202)으로 전력이 흐르며 교류 부하장치로 사용할 경우에는 반대 방향(203)으로 전력이 흐르게 된다. 또한 단상 부하나 전원장치인 경우에는 교류 출력단자(46)의 3 단자를 단락시키고 중성점단자(48)를 함께 이용해서 시험할 수 있다. 8 is a practical example of the
직류 피시험장치(201)를 사용할 경우에는 전자개폐기(44)를 개방하고 전자개폐기(55)를 단락하여 시험할 수 있다. 직류 시험에 있어서는 사용자 인터페이스(54)에서 모드와 설정치만 변경하면 위에서 기술한 바와 같이 전원장치 혹은 부하로 사용할 수 있다. When the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill 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. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
30 : 교류 입력단자
31 : 변압기
33, 34 : 입력 필터
32 : 입력 전압 센서
35 : 입력 전류 센서
36 : 컨버터부
38 : 직류 캐패시터
39 : 인버터부
41, 43 : 출력 필터
40 : 출력 전류 센서
42 : 출력 전압 센서
44, 55 : 출력 절환용 전자개폐기
51 : 디지털 제어기
54 : MMI(Man Machine Interface)30: AC input terminal
31: Transformer
33, 34: input filter
32: Input voltage sensor
35: Input current sensor
36: Converter section
38: DC capacitor
39:
41, 43: Output filter
40: Output current sensor
42: Output voltage sensor
44, 55: electromagnetic switch for output switching
51: Digital controller
54: Man Machine Interface (MMI)
Claims (11)
상기 인버터 출력측의 각 상에 순차 연결되는 리액터, 교류용 전자개폐기, 및 캐패시터를 갖는 교류용 출력필터; 상기 교류용 출력필터의 상기 리액터를 공통으로 이용하고, 상기 리액터에 순차 연결되는 직류용 전자개폐기 및 캐패시터를 갖는 직류용 출력필터; 및
상기 컨버터의 스위치들 및 상기 인버터의 스위치들의 PWM 제어와 상기 교류용 전자개폐기 및 상기 직류용 전자개폐기의 온/오프 제어를 통하여, 교류 전원, 직류 전원, 또는 교류나 직류 전원에 대한 부하로의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 교류용 출력필터를 통한 교류 전원, 상기 직류용 출력필터를 통한 직류 전원, 상기 교류용 출력필터에 연결된 복수 단자로 입력되는 교류 전원에 대한 상기 평활용 커패시터들의 부하, 또는 직류용 출력필터에 연결된 단자로 입력되는 직류 전원에 대한 상기 평활용 커패시터들의 부하로의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.3-phase AC power output transformer; An input filter connected to each phase of the transformer output side, the filter being composed of a reactor and a capacitor; A converter having switches of a three-phase bridge structure; Smoothing capacitors; And inverters having switches of three-phase bridge structure are sequentially connected,
An AC output filter having a reactor sequentially connected to each phase of the inverter output side, an AC electromagnetic switch, and a capacitor; A DC output filter having a DC electromagnetic switch and a capacitor sequentially connected to the reactor using the reactors of the AC output filter in common; And
A DC power source, or an AC or DC power source through the PWM control of the switches of the converter and the switches of the inverter, and the ON / OFF control of the AC electromagnetic switch and the DC electromagnetic switch. And a control section
The control unit may control the AC power supply through the AC output filter, the DC power supply through the DC output filter, the load of the smoothing capacitors with respect to the AC power input to the plurality of terminals connected to the AC output filter, And controls the operation of the smoothing capacitors to a load with respect to a DC power input to a terminal connected to the output filter.
상기 교류 전원, 상기 직류 전원, 또는 상기 교류나 직류 전원에 대한 부하로의 동작을 위한 파라미터들을 입력하기 위한 사용자 인터페이스
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
A user interface for inputting parameters for operating the AC power source, the DC power source, or the load to the AC or DC power source,
Further comprising a simulator.
상기 시뮬레이터는 태양전지 직류 전원, 연료전지 직류 전원, 전력 계통 교류 전원, 또는 직류나 교류 전원에 대한 부하 장치로서의 모의 시험에 이용되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the simulator is used for a simulation test as a load device for a solar cell DC power supply, a fuel cell DC power supply, a power system AC power supply, or a DC or AC power supply.
상기 교류용 출력필터에 연결된 복수 단자를 단락하여 1상 교류 전원으로 이용하며,
상기 제어부는 상기 인버터의 3상 브리지 구조의 3개의 스위치쌍들의 각 스위칭 시간을 지연시키는 인터리빙 방식의 제어에 따라 상기 복수 단자가 단락된 단자로 출력되는 전압 및 전류 맥동을 감소시키는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
A plurality of terminals connected to the AC output filter are short-circuited and used as a one-phase AC power source,
Wherein the controller reduces the voltage and current pulsations output to the terminals having the short-circuited terminals according to the control of the interleaving scheme for delaying the respective switching times of the three switch pairs of the three-phase bridge structure of the inverter. .
상기 제어부는, 상기 컨버터의 스위치들을 PWM 제어하기 위하여,
상기 변압기 출력에 해당하는 입력전압 Vin(abc), 상기 입력필터의 리랙터에 흐르는 입력 전류 Iin(abc), 상기 평활용 커패시터들로부터 검출된 직류전압 Vdc를 입력받고, 사용자 인터페이스로부터 직류기준전압 Vdc*, 및 유효전류기준치 Ide*를 입력받으며,
Vin(abc)에 대하여 제1 dq-변환기와 PLL을 이용하여 위상각 정보를 출력하고,
상기 위상각 정보를 이용한 Iin(abc)에 대한 제2 dq-변환기의 출력인 d-축 전류 Ide와 q축 전류 Iqe를 이용하여, Ide*와 Ide의 차이 및 Vdc*와 Vdc 간의 차이를 기초로 생성한 무효전류기준치 Iqe*와 Iqe의 차이를 기반으로 d-축 및 q-축 전류 보상을 위한 각각의 전류기준치를 생성하며,
상기 위상각 정보와 상기 각각의 전류기준치에 따라 상기 전원 또는 상기 부하로 동작을 위해 상기 컨버터의 스위치들을 PWM 제어하는 PWM부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
In order to perform PWM control of the switches of the converter,
The input voltage Vin (abc) corresponding to the transformer output, the input current Iin (abc) flowing in the rectifier of the input filter, and the DC voltage Vdc detected from the smoothing capacitors are input. *, And the effective current reference value Ide *
The phase angle information is output to the Vin (abc) using the first dq-converter and the PLL,
Based on the difference between Ide * and Ide and the difference between Vdc * and Vdc using the d-axis current Ide and the q-axis current Iqe, which are outputs of the second dq-converter for Iin (abc) using the phase angle information, Based on the difference between the generated reactive current reference value Iqe * and Iqe, each current reference value for d-axis and q-axis current compensation is generated,
And a PWM unit for PWM-controlling the switches of the converter for operation with the power source or the load according to the phase angle information and the respective current reference values.
상기 제어부는, 상기 교류 전원으로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위하여, 사용자 인터페이스에서 q-축 기준전압 Vqe*과 d-축 기준전압 Vde*을 제공받는 전압제어블록을 포함하고,
상기 사용자 인터페이스에서 입력받는 기준출력주파수 f*에 대한 각속도를 적분기로 적분한 내부 위상각을 생성하고 상기 인버터의 출력 전압 Vout(abc)에 대하여 상기 내부 위상각을 기초로 dq-변환을 통해 d-축 전압 Vde과 q-축 전압 Vqe을 생성하여 상기 전압제어블록으로 출력하며,
상기 전압제어블록은,
Vde*와 Vde의 차이 및 Vqe*와 Vqe의 차이를 기초로 d-축 및 q-축 전압 보상을 위한 각각의 전압기준치를 생성하며, 상기 인버터의 스위치들에 대한 PWM 제어에 기초가 되는 상기 각각의 전압기준치의 dq 역변환된 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The control unit includes a voltage control block for receiving the q-axis reference voltage Vqe * and the d-axis reference voltage Vde * in the user interface for controlling the switches of the inverter for operation with the AC power supply ,
An internal phase angle obtained by integrating an angular speed with respect to a reference output frequency f * received from the user interface by an integrator and generating an internal phase angle with respect to an output voltage Vout (abc) of the inverter through a dq- Generates an axial voltage Vde and a q-axis voltage Vqe to output to the voltage control block,
The voltage control block includes:
Generates respective voltage reference values for d-axis and q-axis voltage compensation based on the difference between Vde * and Vde and the difference between Vqe * and Vqe, And outputs the inverse-converted voltage of the voltage reference value of dq.
상기 사용자 인터페이스를 통해 입력되는 Vqe*과 f*에 따라 전압과 주파수가 가변되는 전력계통 교류 전원용 시뮬레이터로 동작하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.8. The method of claim 7,
Wherein the simulator operates as a simulator for a power system AC power source whose voltage and frequency vary according to Vqe * and f * input through the user interface.
상기 제어부는, 상기 교류 부하로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위하여, 사용자 인터페이스에서 q-축 기준전류 Iqe*과 d-축 기준전류 Ide*을 제공받는 전류제어블록을 포함하고,
상기 인버터의 출력 전압 Vout(abc)에 대하여 제1 dq-변환기와 PLL을 이용하여 위상각 정보를 출력하고, 상기 위상각 정보를 이용한 상기 인버터의 출력 전류 Iout(abc)에 대한 제2 dq-변환기의 출력인 d-축 전류 Ide와 q축 전류 Iqe를 상기 전류제어블록으로 출력하며,
상기 전류제어블록은,
Ide*와 Ide의 차이 및 Iqe*와 Iqe의 차이를 기초로 d-축 및 q-축 전류 보상을 위한 각각의 전류기준치를 생성하며, 상기 인버터의 스위치들에 대한 PWM 제어에 기초가 되는 상기 각각의 전류기준치의 dq 역변환된 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The control unit includes a current control block for receiving the q-axis reference current Iqe * and the d-axis reference current Ide * in the user interface for controlling the switches of the inverter for operation with the AC load ,
And outputs the phase angle information to the output voltage Vout (abc) of the inverter using the first dq-converter and the PLL, and outputs the phase angle information to the second dq-converter Axis current Ide and the q-axis current Iqe to the current control block,
The current control block includes:
Based on the difference between Ide * and Ide and the difference between Iqe * and Iqe, a current reference value for each of the d-axis and q-axis current compensation is generated, and each of the current reference values based on the PWM control for the switches of the inverter And outputs the inverse-converted current of dq of the current reference value of the current reference value.
상기 제어부는, 상기 직류 전원으로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위해, 사용자 인터페이스에서 시험 대상의 전압-전류 특성 곡선 데이터를 입력받아 그를 추종하도록 제어하는 직류제어블록을 포함하고,
상기 직류제어블록은,
상기 시험 대상의 전압-전류 특성 곡선 데이터를 참조하여 상기 인버터의 출력 전압 Vout에 대한 기준 전류 Idc*을 산출하는 기준치 계산부;
Idc*와 상기 인버터의 출력 전류 Iout의 차이를 기초로 보상 전류를 산출하는 전류제어기; 및
상기 보상 전류에 따라 상기 인버터의 스위치들에 대한 스위칭 제어 신호를 생성하는 인터리빙부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the control unit includes a DC control block for receiving voltage-current characteristic curve data of a test object from the user interface and controlling the switch to follow the switch, in order to control the switches of the inverter for operation with the DC power supply,
The DC control block includes:
A reference value calculation unit for calculating a reference current Idc * with respect to the output voltage Vout of the inverter with reference to the voltage-current characteristic curve data of the test object;
A current controller for calculating a compensation current based on a difference between an Idc * and an output current Iout of the inverter; And
An inverter for generating a switching control signal for the switches of the inverter according to the compensation current,
And a simulator.
상기 제어부는, 상기 직류 부하로의 동작을 위한 상기 인버터의 스위치들에 대한 제어를 위해, 사용자 인터페이스에서 전력 명령 Pdc*를 입력받아 해당 직류 전력 소비를 추종하도록 제어하는 직류제어블록을 포함하고,
상기 직류제어블록은,
Pdc*와 상기 인버터의 출력 전력 Pout의 차이를 기초로 전력 보상을 위한 기준 전류 Idc*를 전력 제어기;
Idc*와 상기 인버터의 출력 전류 Iout의 차이를 기초로 보상 전류를 산출하는 전류제어기; 및
상기 보상 전류에 따라 상기 인버터의 스위치들에 대한 스위칭 제어 신호를 생성하는 인터리빙부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The control unit includes a DC control block for receiving a power command Pdc * from the user interface and controlling the DC power consumption to follow the DC power consumption for controlling the switches of the inverter for operation to the DC load,
The DC control block includes:
A reference current Idc * for power compensation based on the difference between Pdc * and the output power Pout of the inverter;
A current controller for calculating a compensation current based on a difference between an Idc * and an output current Iout of the inverter; And
An inverter for generating a switching control signal for the switches of the inverter according to the compensation current,
And a simulator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130143581A KR101539397B1 (en) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | Simulator with Direct Current and Alternating Current Output for Multi-Function Test |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130143581A KR101539397B1 (en) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | Simulator with Direct Current and Alternating Current Output for Multi-Function Test |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20150061067A KR20150061067A (en) | 2015-06-04 |
KR101539397B1 true KR101539397B1 (en) | 2015-08-07 |
Family
ID=53499129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020130143581A KR101539397B1 (en) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | Simulator with Direct Current and Alternating Current Output for Multi-Function Test |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101539397B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220079260A (en) * | 2020-12-04 | 2022-06-13 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus and method for monitoring current of power semiconductor device |
KR20230024638A (en) | 2021-08-12 | 2023-02-21 | 주식회사 효원파워텍 | Battery simulation apparatus having wide output range |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018163397A1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Uninterruptible power supply unit and uninterruptible power supply unit test method |
CN108073110B (en) * | 2017-12-28 | 2024-04-23 | 上海神力科技有限公司 | Multifunctional fuel cell test board controller |
CN108471305A (en) * | 2018-05-29 | 2018-08-31 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | A kind of circuit, battery simulator and improvement method applied to battery simulator |
TWI695177B (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-01 | 財團法人船舶暨海洋產業研發中心 | Electrical power converter full load test system and the test method thereof |
CN110133404A (en) * | 2019-05-17 | 2019-08-16 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | Output signal analog device and secondary loading tests system |
CN111610392A (en) * | 2020-05-13 | 2020-09-01 | 上海宏力达信息技术股份有限公司 | Cascade power module test system and method |
CN113054855B (en) * | 2021-03-11 | 2022-12-02 | 机械工业第九设计研究院股份有限公司 | Source-complementary mutual-aid power supply for simulating voltage swing and control method |
CN114123878A (en) * | 2021-09-08 | 2022-03-01 | 南京邮电大学 | Permanent magnet three-phase alternating current motor and load simulation method and device thereof |
KR102604977B1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-11-23 | 주식회사 넥스트그리드 | AC/DC and DC/DC dual-use converter and charging system including same |
CN114002523A (en) * | 2021-10-18 | 2022-02-01 | 许继电气股份有限公司 | Method and device for synchronously acquiring data among distributed system modules in real time |
CN114487649A (en) * | 2021-12-28 | 2022-05-13 | 中国航天空气动力技术研究院 | Automatic test system for DC/DC converter |
KR102644489B1 (en) | 2022-01-28 | 2024-03-06 | 전남대학교산학협력단 | Interleaved electronic load with PWM-CAPTURE communication method |
CN115549140B (en) * | 2022-10-18 | 2024-04-02 | 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 | Supporting capacity detection device of net-structured energy storage system and operation method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200258750Y1 (en) | 2001-09-28 | 2001-12-29 | 유민수 | DC voltage is insulation resistance measuring instrument that measuring is possible |
-
2013
- 2013-11-25 KR KR1020130143581A patent/KR101539397B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200258750Y1 (en) | 2001-09-28 | 2001-12-29 | 유민수 | DC voltage is insulation resistance measuring instrument that measuring is possible |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220079260A (en) * | 2020-12-04 | 2022-06-13 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus and method for monitoring current of power semiconductor device |
KR102460421B1 (en) | 2020-12-04 | 2022-10-31 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus and method for monitoring current of power semiconductor device |
KR20230024638A (en) | 2021-08-12 | 2023-02-21 | 주식회사 효원파워텍 | Battery simulation apparatus having wide output range |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20150061067A (en) | 2015-06-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101539397B1 (en) | Simulator with Direct Current and Alternating Current Output for Multi-Function Test | |
Bifaretti et al. | Advanced power electronic conversion and control system for universal and flexible power management | |
CN104104247B (en) | Method and apparatus for converting direct current/alternating current power of bridge type | |
TW201338390A (en) | Stacked voltage source inverter with separate DC sources | |
CN106950512B (en) | Energy storage converter grid-connected and grid-disconnected characteristic integrated detection system and method | |
Litrán et al. | Electromagnetic compatibility analysis of a control strategy for a hybrid active filter | |
EP3475716A1 (en) | Controllable load systems and methods | |
Karuppaswamy et al. | A grid simulator to evaluate control performance of grid-connected inverters | |
Singh et al. | Delta-modulated ac–ac converter for PM WECS | |
KR101782078B1 (en) | Grid simulator and the control method of the same | |
Rodriguez-Rodrıguez et al. | Current-sensorless control of an SPWM H-Bridge-based PFC rectifier designed considering voltage sag condition | |
Ma et al. | Circulating current control and reduction in a paralleled converter test-bed system | |
Gurumurthy et al. | Non-invasive wideband-frequency grid impedance measurement device | |
US9219406B1 (en) | Systems and methods for assessing current in a resonant circuit | |
Viitanen et al. | Experimental results of vector controlled and vector modulated Vienna I rectifier | |
Tarisciotti et al. | A comparison between Dead-Beat and Predictive control for a 7-Level Back-To-Back Cascaded H-Bridge under fault conditions | |
US9036380B2 (en) | Multi-level inverter control method and controller for a wind generation power system | |
Bhat et al. | Supply perturbation compensated control scheme for three-phase neutral-point clamped bi-directional rectifier | |
Tarisciotti et al. | A Novel Pulse Width Modulation technique with active DC voltage balancing and device voltage falls compensation for High-Power Cascaded multilevel active rectifiers | |
KR20100096782A (en) | Power factor improving method of matrix converter and system thereof | |
CN109802405A (en) | Inverter resonance suppressing method based on network voltage abnormality feedback | |
Bifaretti et al. | Predictive control for universal and flexible power management | |
KR20040094552A (en) | Energy Regenerative Multi-Function Electronic Load | |
CN110850202A (en) | Load device applied to electric energy quality treatment device | |
KR101893240B1 (en) | Apparatus for controlling inverter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |