KR102195370B1 - Apparatus for contrlling ups - Google Patents

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KR102195370B1
KR102195370B1 KR1020200050704A KR20200050704A KR102195370B1 KR 102195370 B1 KR102195370 B1 KR 102195370B1 KR 1020200050704 A KR1020200050704 A KR 1020200050704A KR 20200050704 A KR20200050704 A KR 20200050704A KR 102195370 B1 KR102195370 B1 KR 102195370B1
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rectifier
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converter
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KR1020200050704A
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이기현
이정용
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성신전기공업(주)
주식회사 비텍
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for controlling an uninterruptible power system. According to the present invention, the apparatus for controlling an uninterruptible power system comprises: a learning unit configured to estimate a direct current link voltage command value; and a rectifier control unit configured to generate a switching signal and transmit the switching signal to a rectifier. According to the present invention, the integrated efficiency performance of a system can be easily improved.

Description

무정전전원시스템의 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS FOR CONTRLLING UPS}Uninterruptible power supply system control device and control method {APPARATUS FOR CONTRLLING UPS}

본 발명은 무정전전원시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터로 전달된 직류링크 전압 지령값을 학습 결과에 따라 추정하고 추정된 직류링크 전압 지령값을 보정하며 보정된 직류링크 전압 지령값으로 소정 듀티를 가지는 스위칭 신호를 생성하고 생성된 스위칭 신호를 각각의 컨버터 또는 정류기로 전달함에 따라, 시스템의 통합 효율 성능을 용이하게 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a control device and a control method of an uninterruptible power supply system, and more particularly, to estimate the DC link voltage command value transmitted to the inverter according to the learning result, correct the estimated DC link voltage command value, and corrected DC link The present invention relates to a technology capable of easily improving the integrated efficiency performance of a system by generating a switching signal having a predetermined duty as a voltage command value and transmitting the generated switching signal to each converter or rectifier.

무정전전원장치(UPS : Uninterruptible Power Supply)는 계통 전원의 순간적인 이상(과/저전압, 과/저주파수, 또는 기타 전원 장애 등)이나 일정시간 지속되는 정전 문제에 관계없이 지속적이고 안정적인 전원을 공급하여 의료기관, 네트워크 및 서버, 데이터 센터, 공장 자동화 설비 등 중요 장비의 보호를 위해 널리 사용되고 있다. Uninterruptible Power Supply (UPS) provides continuous and stable power regardless of momentary abnormalities (over/low voltage, over/low frequency, or other power failures, etc.) or power outages that persist for a certain period of time in the system power supply. , Networks and servers, data centers, and factory automation facilities.

이러한 무정전전원장치는 국가 에너지절약 정책과 운영비용 절감을 위해 고효율 제품에 대한 요구가 증대되고 있다. 무정전전원장치의 대표적인 효율 개선 방안을 하드웨어 또는 소프트웨어 구현 방식에 따라 2가지 방안으로 연구되고 있다.For such uninterruptible power supply, demand for high-efficiency products is increasing in order to reduce national energy conservation policies and operating costs. The representative efficiency improvement method of the uninterruptible power supply is being studied in two ways according to the hardware or software implementation method.

첫 번째 방안은 하드웨어 구성 변경을 통한 고효율화한다. 예를 들어, 무변압기형 무정전전원장치는 변압기형(델타-와이) 무정전전원장치에 비해 낮은 정격 전류로 동작하여 정격 운전 효율이 높고, 또한 변압기의 부피와 무게를 줄일 수 있어 시스템 구성이 용이하다는 장점이 있다. The first method is to increase efficiency through hardware configuration change. For example, a transformer-type uninterruptible power supply device operates at a lower rated current than a transformer-type (delta-wire) uninterruptible power supply device, resulting in high rated operating efficiency, and also reducing the volume and weight of the transformer, making the system easier to configure. There is an advantage.

하지만, 무변압기형 무정전전원장치는 고정된 직류링크 전압으로 시스템이 동작하여 각각의 구성품인 정류기, 인버터, 컨버터의 최적 효율 운전점으로 운용할 수 없다는 측면에서 제한이 되는 한계에 도달하였다.However, the non-transformer type uninterruptible power supply has reached a limiting limit in that the system operates with a fixed DC link voltage and cannot be operated as the optimum operating point of the respective components of the rectifier, inverter, and converter.

이러한 한계를 극복하기 위해, 미리 고정된 직류링크 전압에 따라 운전하는 방법이 제안되었으나, 무정전전원장치의 경우 다양한 운전 조건(정전 및 복전, 부하량 등)으로 인해 직류링크 전압 선정을 위한 충분히 많은 양의 측정 데이터가 필요하여 실제 구현 및 동작이 어렵고 복잡한 문제가 있다. In order to overcome this limitation, a method of operating according to a pre-fixed DC link voltage has been proposed. However, in the case of an uninterruptible power supply, a sufficiently large amount of DC link voltage for selecting a DC link voltage due to various operating conditions (power failure and recovery, load amount, etc.) Since measurement data is required, actual implementation and operation are difficult and there is a complex problem.

두 번째는 PWM(Pulse Width Modulation) 정류기와 인버터의 스위칭 손실 저감을 위하여 일반적으로 사용되는 불연속 전압 변조 방식을 이용하여 효율 개선이 가능하나, 이는 입출력 교류 전원이 3상인 시스템에서만 사용 가능하다는 문제가 있다. 또한 불연속 전압 변조 구현을 위해 주입되는 옵셋 전압은 별도의 스위치 레그가 없을 경우 3상 3선식 입출력 교류 전원에서만 구현이 가능하다는 단점으로 제한된 시스템 구조에서만 사용할 수 있다. Second, it is possible to improve efficiency by using a discontinuous voltage modulation method commonly used to reduce switching loss of a PWM (Pulse Width Modulation) rectifier and inverter, but this has a problem that it can only be used in a system with a 3-phase input/output AC power supply. . In addition, the offset voltage injected to implement discontinuous voltage modulation can be used only in a limited system structure due to the disadvantage that it can only be implemented in a 3-phase 3-wire input/output AC power supply without a separate switch leg.

이에 종래의 시스템의 효율 개선 방안은 무정전전원장치의 운영 조건과 시스템 구조를 고려할 경우 구현이 복잡하고 성능 개선점이 제한되는 문제가 있다. Accordingly, when considering the operating conditions and system structure of the uninterruptible power supply device, a conventional system efficiency improvement method is complicated to implement and has a problem in that performance improvement points are limited.

따라서 일 실시 예는 수집된 효율 데이터에 대한 학습 결과를 토대로 직류링크 전압 지령값을 보정함에 따라 계통 이상 시 시스템의 통합 효율 성능을 용이하게 향상시킬 수 있고, 계통 정상 시 부하 전력이 변동되는 과도 구간에서 시스템의 통합 효율 성능을 간단하게 향상시킬 수 있는 무정전전원시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다. Therefore, in an embodiment, by correcting the DC link voltage command value based on the learning result of the collected efficiency data, it is possible to easily improve the integrated efficiency performance of the system in case of a system failure, and the transient section in which the load power fluctuates when the system is normal. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method for an uninterruptible power supply system that can simply improve the integrated efficiency performance of the system.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.

일 실시예에 따른 양태에 의거한 무정전전원시스템의 제어 장치는A control device for an uninterruptible power supply system based on an aspect according to an embodiment

계통 정상 시 계통 전원을 수신하여 정류기의 직류링크 전압으로 변환한 다음 인버터를 경유하여 부하로 전달하고, 계통 이상 시 배터리 전원을 컨버터 및 인버터를 경유하여 부하로 전달하는 무정전전원시스템의 제어장치에 있어서,In the control device of the uninterruptible power system that receives the grid power when the grid is normal, converts it to the DC link voltage of the rectifier, and then transfers it to the load via the inverter, and transmits the battery power to the load via the converter and inverter in case of a grid failure. ,

상기 제어장치는, The control device,

계통 전원

Figure 112020043065778-pat00001
와 정류기의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00002
와 컨버터의 배터리 전원
Figure 112020043065778-pat00003
를 포함하는 효율 데이터를 수집한 다음 수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00004
을 추정하는 학습부; 및Grid power
Figure 112020043065778-pat00001
And DC link voltage of rectifier
Figure 112020043065778-pat00002
And converter battery power
Figure 112020043065778-pat00003
After collecting the efficiency data including the DC link voltage command value by performing learning on the collected efficiency data
Figure 112020043065778-pat00004
A learning unit that estimates; And

계통 정상 시 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00005
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00006
을 보정하며, 보정된 직류링크 전압 지령값으로 소정의 듀티를 가지는 스위칭 신호를 생성하여 정류기로 전달하는 정류기 제어부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.DC link voltage command value estimated when the system is normal
Figure 112020043065778-pat00005
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00006
And a rectifier control unit for generating a switching signal having a predetermined duty as the corrected DC link voltage command value and transmitting it to the rectifier.

바람직하게 상기 제어장치는, Preferably the control device,

계통 이상 시 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00007
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00008
을 보정하며, 보정된 직류링크 전압 지령값으로 소정의 듀티를 가지는 스위칭 신호를 생성하여 컨버터로 전달하는 컨버터 제어부를 더 포함할 수 있다.DC link voltage command value estimated in case of system error
Figure 112020043065778-pat00007
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00008
It may further include a converter control unit for correcting and generating a switching signal having a predetermined duty as the corrected DC link voltage command value and transmitting it to the converter.

바람직하게 상기 제어장치는,Preferably the control device,

기 정해진 주파수 대역의 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00009
을 통과시키는 저역통과필터를 더 포함할 수 있다. Estimated DC link voltage command value in a predetermined frequency band
Figure 112020043065778-pat00009
It may further include a low-pass filter passing through.

바람직하게 상기 학습부는,Preferably the learning unit,

다수의 입력층으로 구비되고 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00010
와 정류기의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00011
와 컨버터의 배터리 전원
Figure 112020043065778-pat00012
를 포함하는 효율 데이터 및 기 저장된 가중차를 입력값으로 제공받은 입력 계층;Equipped with multiple input layers and power system
Figure 112020043065778-pat00010
And DC link voltage of rectifier
Figure 112020043065778-pat00011
And converter battery power
Figure 112020043065778-pat00012
An input layer receiving efficiency data and a pre-stored weight difference as input values;

다수의 은닉층으로 구비되고, 제공받은 입력값에 대해 기 정해진 비선형 활성 함수를 이용하여 입력값에 대한 연산을 수행하여 임의의 은닉층의 출력값을 도출하고, 임의의 은닉층 출력값과 임의의 은닉층과 연결된 다음 은닉층 사이에 존재하는 가중치와의 컨볼루션하여 다음 은닉층으로 순차적으로 전달하는 은닉 계층; It is provided with a plurality of hidden layers, and the output value of an arbitrary hidden layer is derived by performing an operation on the input value using a predetermined nonlinear activation function for the provided input value, and the next hidden layer is connected to an arbitrary hidden layer output value and an arbitrary hidden layer. A hidden layer sequentially transferring to a next hidden layer by convolving with weights existing therebetween;

다수의 출력층으로 구비되고, 상기 은닉 계층의 다수의 출력값을 직류링크 전압 지령값으로 출력하는 출력 계층을 포함할 수 있다. It is provided as a plurality of output layers, and may include an output layer that outputs a plurality of output values of the hidden layer as DC link voltage command values.

일 실시예에 따른 다른 양태에 의거한 무정전전원시스템의 제어 방법은, A method of controlling an uninterruptible power supply system according to another aspect according to an embodiment,

계통 정상 시 계통 전원을 수신하여 정류기의 직류링크 전압으로 변환한 다음 인버터를 경유하여 부하로 전달하고, 계통 이상 시 배터리 전원을 컨버터 및 인버터를 경유하여 부하로 전달하는 무정전전원시스템의 제어방법에 있어서, In the control method of the uninterruptible power system, which receives the grid power when the grid is normal, converts it to the DC link voltage of the rectifier, and transfers it to the load via the inverter, and transfers the battery power to the load via the converter and inverter when the grid is abnormal. ,

계통 전원

Figure 112020043065778-pat00013
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00014
와 컨버터(150)의 배터리 전원
Figure 112020043065778-pat00015
를 포함하는 효율 데이터를 수집하는 효율 데이터 수집단계;Grid power
Figure 112020043065778-pat00013
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00014
And the battery power of the converter 150
Figure 112020043065778-pat00015
Efficiency data collection step of collecting efficiency data including;

수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 학습결과를 토대로 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00016
을 추정하는 학습단계;DC link voltage command value based on the learning result by learning the collected efficiency data
Figure 112020043065778-pat00016
A learning step of estimating;

추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00017
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00018
을 보정하는 보정단계; 및Estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00017
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00018
A correction step of correcting; And

계통 정상 시 보정된 직류링크 전압 지령값으로 정류기 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 정류기로 전달하는 운전단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.It characterized in that it comprises an operation step of generating a duty command value of each switching signal of each rectifier with the corrected DC link voltage command value when the system is normal and transferring it to the rectifier.

바람직하게 상기 운전단계는,Preferably the driving step,

계통 이상 시 컨버터의 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 컨버터(150)로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the event of a system failure, the step of generating a duty command value of each switching signal of the converter and transmitting it to the converter 150 may be further included.

일 실시 예에 따르면, 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00019
와 정류기의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00020
와 컨버터의 배터리 전원
Figure 112020043065778-pat00021
를 포함하는 효율 데이터를 수집한 다음 수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00022
을 추정하고 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00023
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00024
을 보정하고 보정된 직류링크 전압 지령값으로 계통 정상 시 정류기 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 정류기로 전달하고, 계통 이상 시 컨버터의 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 컨버터로 전달함에 따라, 계통 전원의 이상 또는 정상 시 시스템의 통합 효율 성능을 향상시킬 수 있고, 계통 정상 시 부하 전력의 변동하는 과도 구간에서도 시스템의 통합 효율 성능을 향상시킬 수 있다. According to one embodiment, the grid power
Figure 112020043065778-pat00019
And DC link voltage of rectifier
Figure 112020043065778-pat00020
And converter battery power
Figure 112020043065778-pat00021
After collecting the efficiency data including the DC link voltage command value by performing learning on the collected efficiency data
Figure 112020043065778-pat00022
And the estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00023
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00024
When the system is normal, the duty command value of each switching signal of the rectifier is generated and transmitted to the rectifier with the corrected DC link voltage command value, and the duty command value of each switching signal of the converter is generated and transmitted to the converter when the system is abnormal. In addition, it is possible to improve the integrated efficiency performance of the system when the system power is abnormal or normal, and the integrated efficiency performance of the system can be improved even in the transient section of fluctuating load power when the system is normal.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시예가 적용되는 UPS의 예시도이다.
도 2는 일 실시예가 적용되는 UPS의 다른 예시도이다.
도 3은 일 실시예의 제어장치의 세부 구성도들이다.
도 4는 일 실시예의 학습부의 인공신경망을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 일 실시예의 부하전력에 대한 컨버터 효율을 보인 파형도이다.
도 6은 일 실시예의 부하전력에 대한 정류기 및 인버터 효율의 파형도이다.
도 7은 일 실시예의 계통 이상 부하전력에 대한 통합 효율의 파형도이다.
도 8은 일 실시예의 계통 정상 부하전력에 대한 통합 효율의 파형도이다.
두 9는 일 실시예의 계통 정상 및 부하전력 변동 시 인버터 출력전류를 보인 파형도이다.
도 10은 다른 실시예의 UPS의 제어과정을 보인 전체 흐름도이다.The following drawings attached in the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later, so the present invention It is limited to and should not be interpreted.
1 is an exemplary diagram of a UPS to which an embodiment is applied.
2 is another exemplary diagram of a UPS to which an embodiment is applied.
3 is a detailed configuration diagram of a control device according to an embodiment.
4 is a conceptual diagram illustrating an artificial neural network of a learning unit according to an embodiment.
5 is a waveform diagram showing converter efficiency versus load power according to an embodiment.
6 is a waveform diagram of rectifier and inverter efficiency for load power according to an embodiment.
7 is a waveform diagram of the integrated efficiency for the system abnormal load power according to an embodiment.
8 is a waveform diagram of the integration efficiency for the system normal load power according to an embodiment.
Two 9 are waveform diagrams showing the inverter output current when the system is normal and the load power varies according to an embodiment.
10 is an overall flowchart showing a control process of a UPS according to another embodiment.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described later together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and are common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used while considering functions in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, the term "unit" used in the specification refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and "unit" performs certain roles. However, "unit" is not meant to be limited to software or hardware. The “unit” may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.

따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Thus, as an example, "unit" refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays and variables. The functions provided within the components and "units" may be combined into a smaller number of components and "units" or may be further separated into additional components and "units".

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. In addition, in the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 구조의 UPS 시스템의 제어 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for controlling a UPS system having a parallel structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시가 적용되는 UPS의 개략적인 구성도를 나타낸 예시도이고, 도 2는 일 실시가 적용되는 UPS의 개략적인 구성도를 나타낸 예시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 UPS의 제어장치의 세부 구성을 보인 도이다.1 is an exemplary diagram showing a schematic configuration diagram of a UPS to which an embodiment is applied, FIG. 2 is an exemplary diagram showing a schematic configuration diagram of a UPS to which an embodiment is applied, and FIG. 3 is a diagram of the UPS shown in FIG. It is a diagram showing the detailed configuration of the control device.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예의 UPS는 하나의 계통전원을 부하 또는 배터리로 전달하도록 구비되며, 정류기(110), 인버터(120). 및 컨버터(130)를 포함할 수 있다.1 to 3, the UPS of an embodiment is provided to deliver one grid power to a load or a battery, a rectifier 110, an inverter 120. And a converter 130.

일 례로, 도 1에 도시된 바와 같이, 교류 형태의 계통전원은 정류기(110)에 의거 디지털 형태로 변환된 다음 배터리(Battery)로 충전될 수 있다. 그리고, 정류기(110)의 직류 전원은 인버터(120)로 전달되며, 인버터(120)는 수신된 디지털 형태외 전원을 교류 형태로 변환한 다음 저주파 변압기(130)에 의거 변압되어 부하(LOAD)로 전달할 수 있다.As an example, as shown in FIG. 1, the AC type system power may be converted into a digital type based on the rectifier 110 and then charged with a battery. In addition, the DC power of the rectifier 110 is transmitted to the inverter 120, and the inverter 120 converts the received digital power to an alternating current form, and is then transformed based on the low-frequency transformer 130 to a load. I can deliver.

이때 계통 전원이 제거 또는 이상이 발생되면, 배터리(Battery)의 충전 전압은 인버터(120) 및 저주파 변압기(130)를 순차 통과하여 부하로 전달할 수 있다. 이에 부하(LOAD)는 무정전으로 동작될 수 있다.At this time, when the grid power is removed or an abnormality occurs, the charging voltage of the battery may pass through the inverter 120 and the low-frequency transformer 130 in sequence to be transmitted to the load. Accordingly, the load (LOAD) can be operated uninterruptedly.

다른 례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 정류기(110)의 직류 전원은 컨버터(150)에 의거 부스팅(BOOSTING) 또는/및 벅(BUCK)을 컨버팅되어 배터리(Battery)에 충전된다. 또한 정류기(110)의 직류 전원은 인버터(120)를 경유하여 부하(LOAD)로 전달될 수 있다.As another example, as shown in FIG. 2, the DC power of the rectifier 110 is converted to boosting or/and BUCK based on the converter 150 to be charged in a battery. In addition, DC power of the rectifier 110 may be transferred to a load via the inverter 120.

한편, 계통 전원이 제거되면(정전 시) 배터리(Battery)의 충전 전압은 컨버터(150) 및 인버터(120)를 경유하여 부하(LOAD)로 전달될 수 있다. 여기서 컨버터(150)는 배터리(Battery)의 충전 용량에 따라 부스팅(BOOSTING) 또는/및 벅(BUCK) 동작을 수행할 수 있다. 여기서 인버터(120)는 다수의 스위칭 소자로 구비되며, 디지털 형태의 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. On the other hand, when the system power is removed (in case of power failure), the charging voltage of the battery may be transferred to the load via the converter 150 and the inverter 120. Here, the converter 150 may perform a boosting or/and a buck operation according to the charging capacity of the battery. Here, the inverter 120 is provided with a plurality of switching elements, and may convert digital DC power into AC power.

이에 UPS는 다수의 스위칭 소자로 구비되는 인버터(120) 및 컨버터(150) 각각의 스위칭 신호를 생성하는 제어장치(200)를 더 포함할 수 있다. Accordingly, the UPS may further include a control device 200 for generating a switching signal of each of the inverter 120 and the converter 150 provided as a plurality of switching elements.

제어장치(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00025
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00026
와 컨버터(150)의 출력 전원
Figure 112020043065778-pat00027
를 토대로 학습을 수행하고 학습 결과를 토대로 계통 정상 시 정류기(110)의 스위칭 신호를 제어하기 위한 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00028
를 추정하도록 구비될 수 있다.Control device 200, as shown in Figure 3, the system power
Figure 112020043065778-pat00025
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00026
And the output power of the converter 150
Figure 112020043065778-pat00027
DC link voltage command value for controlling the switching signal of the rectifier 110 when the system is normal and performing learning based on the learning result
Figure 112020043065778-pat00028
It may be provided to estimate.

또한 제어장치(200)는 계통 제거 시 학습 결과를 토대로 컨버터(150)의 스위칭 신호를 제어하기 위한 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00029
를 추정하도록 구비될 수 있다. In addition, the control device 200 is a DC link voltage command value for controlling the switching signal of the converter 150 based on the learning result when the grid is removed.
Figure 112020043065778-pat00029
It may be provided to estimate.

그리고 제어장치(200)는 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00030
에 대해 전압 제어 및 전류 제어를 순차 실행하여 계통 정상 시 정류기(110)의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 생성된 듀티 지령치를 정류기(110)의 각 스위칭 소자로 전달된다.And the control device 200 is the estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00030
Voltage control and current control are sequentially performed for the rectifier 110 to generate a duty command value of the switching signal of the rectifier 110 when the system is normal, and the generated duty command value is transmitted to each switching element of the rectifier 110.

또한, 제어장치(200)는 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00031
에 대해 전압 제어 및 전류 제어를 순차 실행하여 계통 이상 시 컨버터(150)의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하고 생성된 스위칭신호의 듀티 지령치를 컨버터(150)의의 각 스위칭 소자로 전달된다.Also, The control device 200 is a DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00031
The voltage control and the current control are sequentially executed to generate a duty command value of the switching signal of the converter 150 in case of a system failure, and the duty command value of the generated switching signal is transmitted to each switching element of the converter 150.

이에 제어장치(200)는 학습부(210), 정류기 제어부(220), 및 컨버터 제어부(230) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Accordingly, the control device 200 may include at least one of the learning unit 210, the rectifier control unit 220, and the converter control unit 230.

학습부(210)는 다층 구조의 인공 신경망(ANN : Artificial Neural Network)을 이용하여 한번에 다수의 출력값을 추정할 수 있으며, 이에 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00032
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00033
와 배터리(140)의 직류 전원
Figure 112020043065778-pat00034
을 입력으로 학습 수행하여 다수의 입력 계층, 적어도 하나의 히든 계층, 및 적어도 하나의 출력 계층을 포함할 수 있다.The learning unit 210 can estimate a number of output values at once by using a multi-layered artificial neural network (ANN).
Figure 112020043065778-pat00032
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00033
And DC power of the battery 140
Figure 112020043065778-pat00034
By performing learning as an input, it may include a plurality of input layers, at least one hidden layer, and at least one output layer.

여기서, 정지 좌표계의 교류 전원

Figure 112020043065778-pat00035
, 전류
Figure 112020043065778-pat00036
는 단상 UPS인 경우 APF(All Pass Filter)를 이용하고 3상 UPS인 경우 클락 변압기(Clarke Transformation)을 이용하여 α-β 정지 좌표계로 변환하고, 변환된 α-β 정지 좌표계의 전압
Figure 112020043065778-pat00037
,
Figure 112020043065778-pat00038
, 전류
Figure 112020043065778-pat00039
,
Figure 112020043065778-pat00040
를 이용하여 계통 전원
Figure 112020043065778-pat00041
는 도출되며, 도출된 계통 전원
Figure 112020043065778-pat00042
는 다음 식 1을 만족한다. Here, AC power in the stationary coordinate system
Figure 112020043065778-pat00035
, Current
Figure 112020043065778-pat00036
If a single phase UPS APF (All Pass Filter), and the use of the three-phase transformer when the UPS Clark (Clarke Transformation) to α-β transformation stationary coordinate system, and the converted α-β-rotating coordinates using the voltage
Figure 112020043065778-pat00037
,
Figure 112020043065778-pat00038
, Current
Figure 112020043065778-pat00039
,
Figure 112020043065778-pat00040
Grid power using
Figure 112020043065778-pat00041
Is derived, and the derived grid power
Figure 112020043065778-pat00042
Satisfies Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112020043065778-pat00043
Figure 112020043065778-pat00043

그리고, 배터리(140)의 충전기인 컨버터(150)의 전원

Figure 112020043065778-pat00044
은 배터리 전압
Figure 112020043065778-pat00045
와 베터리 전류
Figure 112020043065778-pat00046
로 연산되며, 연산된 컨버터(150)의 직류 전원
Figure 112020043065778-pat00047
은 다음 식 2를 만족한다.And, the power of the converter 150, which is a charger of the battery 140
Figure 112020043065778-pat00044
silver Battery voltage
Figure 112020043065778-pat00045
And battery current
Figure 112020043065778-pat00046
DC power of the calculated converter 150
Figure 112020043065778-pat00047
silver The following equation 2 is satisfied.

[식 2][Equation 2]

Figure 112020043065778-pat00048
Figure 112020043065778-pat00048

한편, 정류기(110)의 직류 링크 전압

Figure 112020043065778-pat00049
와 연산된 직류 전원
Figure 112020043065778-pat00050
는 학습부(210)로 전달되며, 학습부(210)는 입력층, 적어도 하나의 은닉층, 그리고 출력층으로 구성되는 인공 신경망(ANN: Artificial Neural Network)의 연산을 위한 입력층에 입력된다. Meanwhile, the DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00049
And calculated DC power
Figure 112020043065778-pat00050
Is transmitted to the learning unit 210, and the learning unit 210 is input to an input layer for calculation of an artificial neural network (ANN) composed of an input layer, at least one hidden layer, and an output layer.

도 4는 도 3에 도시된 학습부의 인공 신경망의 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4를 참조하면, 인공 신경망은 다수의 출력값을 동시 추정이 가능하도록 구비될 수 있다.4 is a diagram for explaining the concept of the artificial neural network of the learning unit shown in FIG. 3. Referring to FIG. 4, the artificial neural network may be provided to simultaneously estimate a plurality of output values.

입력층은 정류기(110)의 직류 링크 전압

Figure 112020043065778-pat00051
와 연산된 직류 전원
Figure 112020043065778-pat00052
에 입력되고, 적어도 하나의 은닉층은 비선형 활성 함수
Figure 112020043065778-pat00053
로 입력값에 대한 연산을 수행한다. The input layer is the DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00051
And calculated DC power
Figure 112020043065778-pat00052
And at least one hidden layer is a nonlinear activation function
Figure 112020043065778-pat00053
It performs an operation on the input value.

이때 은닉층의 입력값

Figure 112020043065778-pat00054
은 이전 층의 출력값과 층 사이에 존재하는 가중치
Figure 112020043065778-pat00055
와의 컨벌루션(Convolution)을 통하여 다음 은닉층으로 전달된다. 일 례로 첫 번째 은닉층의 입력값은 데이터 입력 값 x 와 가중치
Figure 112020043065778-pat00056
에 의해 연산된다. 연산된 입력 값은 각각의 비선형 활성 함수
Figure 112020043065778-pat00057
에 의하여 출력값 z 이 결정된다. 비선형 활성 함수
Figure 112020043065778-pat00058
는 일 실시 예에서 Sigmoid 함수, tanh, relu, 및 softmax 함수 등을 사용하며, UPS의 비선형 특성을 반영하기 위한 비선형 활성 함수로 각 UPS 마다 비선형 활성 함수를 선택하여 사용될 수 있으며 이에 한정하지 아니한다.At this time, the input value of the hidden layer
Figure 112020043065778-pat00054
Is the weight that exists between the previous layer's output and the layer
Figure 112020043065778-pat00055
It is transferred to the next hidden layer through convolution with and. For example, the input value of the first hidden layer is the data input value x and the weight
Figure 112020043065778-pat00056
Is calculated by The calculated input values are each nonlinear active function
Figure 112020043065778-pat00057
The output value z is determined by. Nonlinear activation function
Figure 112020043065778-pat00058
In one embodiment, Sigmoid function, tanh, relu, and softmax function are used, and as a nonlinear activation function for reflecting the nonlinear characteristics of the UPS, a nonlinear activation function may be selected and used for each UPS, but is not limited thereto.

여기서, 모든 은닉층의 입력값

Figure 112020043065778-pat00059
은 다음 식 3을 만족하고 출력값 z 는 다음 식 4를 만족할 수 있다.Here, the input values of all hidden layers
Figure 112020043065778-pat00059
Can satisfy Equation 3 below and the output z can satisfy Equation 4 below.

[식 3][Equation 3]

Figure 112020043065778-pat00060
Figure 112020043065778-pat00060

[식 4][Equation 4]

Figure 112020043065778-pat00061
Figure 112020043065778-pat00061

출력층에서의 연산 또한 은닉 층의 연산과 동일하게 가중치

Figure 112020043065778-pat00062
의 컨벌루션(Convolution)과 비선형 활성 함수
Figure 112020043065778-pat00063
를 이용하여 수행되고 최종 출력 데이터인 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00064
을 생성한다.The operation in the output layer is also weighted the same as the operation in the hidden layer.
Figure 112020043065778-pat00062
Convolution and nonlinear activation functions of
Figure 112020043065778-pat00063
DC link voltage command value which is executed using and is the final output data
Figure 112020043065778-pat00064
Create

여기서, 상기 가중치

Figure 112020043065778-pat00065
는 오류 역전파 기법을 이용하여 학습되며, 오류 역전파 기법은 비용함수
Figure 112020043065778-pat00066
가 최소화될 수 있도록 가중치
Figure 112020043065778-pat00067
를 최적화하는 방법으로비용함수
Figure 112020043065778-pat00068
는 데이터 오차를 표현하는 평균 제곱 오차(MSE : Mean Squared Error)를 사용하며, 비용함수
Figure 112020043065778-pat00069
는 다음 식 5로 나타낼 수 있다.Here, the weight
Figure 112020043065778-pat00065
Is learned using the error backpropagation technique, and the error backpropagation technique is a cost function.
Figure 112020043065778-pat00066
Weight so that
Figure 112020043065778-pat00067
As a way to optimize the cost function
Figure 112020043065778-pat00068
Uses the mean squared error (MSE) to express the data error, and the cost function
Figure 112020043065778-pat00069
Can be expressed by Equation 5 below.

[식 5][Equation 5]

Figure 112020043065778-pat00070
Figure 112020043065778-pat00070

인공 신경망의 학습을 위하여 모든 층에 존재하는 가중치

Figure 112020043065778-pat00071
는 비용함수
Figure 112020043065778-pat00072
의 변화량을 이용하여 최소화된 비용함수
Figure 112020043065778-pat00073
로 업데이트되며, 최소화된 비용함수
Figure 112020043065778-pat00074
는 다음 식 6로 나타낼 수 있으며, 이러한 최소화된 비용함수
Figure 112020043065778-pat00075
로 업데이트되는 가중치
Figure 112020043065778-pat00076
는 다음 식 7로 나타낼 수 있다.Weights that exist in all layers for learning of artificial neural networks
Figure 112020043065778-pat00071
Is the cost function
Figure 112020043065778-pat00072
Minimized cost function using the amount of change in
Figure 112020043065778-pat00073
Updated to, and minimized cost function
Figure 112020043065778-pat00074
Can be expressed by Equation 6 below, and this minimized cost function
Figure 112020043065778-pat00075
Weights updated with
Figure 112020043065778-pat00076
Can be expressed by Equation 7 below.

[식 6][Equation 6]

Figure 112020043065778-pat00077
Figure 112020043065778-pat00077

[식 7][Equation 7]

Figure 112020043065778-pat00078
Figure 112020043065778-pat00078

여기서,

Figure 112020043065778-pat00079
는 입력 데이터값,
Figure 112020043065778-pat00080
는 출력값이며
Figure 112020043065778-pat00081
은 학습 레이트로 업데이트 비율 상수이다. 여기서 출력값
Figure 112020043065778-pat00082
는 저역통과필터(211)를 경유하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00083
의 추정값으로 정류기 제어부(220) 및 컨버터 제어부(230)로 전달된다. 이러한 저역통과필터(211)는 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00084
의 급변으로 인한 UPS의 안정성 확보할 수 있다.here,
Figure 112020043065778-pat00079
Is the input data value,
Figure 112020043065778-pat00080
Is the output value
Figure 112020043065778-pat00081
Is the update rate constant at the learning rate. Output value here
Figure 112020043065778-pat00082
Is the DC link voltage command value via the low pass filter 211
Figure 112020043065778-pat00083
The estimated value of is transmitted to the rectifier control unit 220 and the converter control unit 230. This low-pass filter 211 is a DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00084
The stability of the UPS can be ensured due to sudden changes in

정류기 제어부(220)는 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00085
으로 전압 제어 및 전류 제어를 순차 실행하여 계통 정상 시 정류기(110)의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 생성된 듀티 지령치를 정류기(110)의 각 스위칭 소자로 전달된다.The rectifier control unit 220 is the estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00085
By sequentially executing voltage control and current control, the duty command value of the switching signal of the rectifier 110 is generated and the generated duty command value is transferred to each switching element of the rectifier 110 when the system is normal.

또한, 컨버터 제어부(230)는 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00086
으로 전압 제어 및 전류 제어를 순차 실행하여 계통 이상 시 컨버터(150)의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하고 생성된 스위칭신호의 듀티 지령치를 컨버터(150)의 각 스위칭 소자로 전달된다.Also, The converter control unit 230 is a DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00086
By sequentially executing voltage control and current control, the duty command value of the switching signal of the converter 150 is generated in case of a system failure, and the duty command value of the generated switching signal is transmitted to each switching element of the converter 150.

이때, 계통 정상 시 정류기 제어부(220)에서 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00087
에 대해 전압 제어 및 전류 제어를 순차 실행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00088
를 보정한 후 정류기(110)의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하거나, 계통 이상 시 컨버터 제어부(230)에서 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00089
에 대해 전압 제어 및 전류 제어를 순차 실행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00090
를 보정한 후 컨버터(150)의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하는 일련의 과정은 본 명세서 상에서는 구체적으로 명시하지 않지만, 당업자의 수준에서 이해되어야 할 것이다.At this time, the DC link voltage command value estimated by the rectifier control unit 220 when the system is normal
Figure 112020043065778-pat00087
DC link voltage command value estimated by sequentially executing voltage control and current control for
Figure 112020043065778-pat00088
After correcting, the duty command value of the switching signal of the rectifier 110 is generated, or the DC link voltage command value from the converter control unit 230 in case of a system failure.
Figure 112020043065778-pat00089
DC link voltage command value estimated by sequentially executing voltage control and current control for
Figure 112020043065778-pat00090
A series of processes of generating the duty command value of the switching signal of the converter 150 after correcting is not specifically specified in the present specification, but will be understood by those skilled in the art.

도 5 및 도 6은 일 실시 예의 부하 전력에 따른 직류링크 별 전압 컨버터 효율 및 정류기와 인버터의 효율 각각 보인 그래프로서, 도 5 및 도 6을 참조하면, 5개의 부하 전력에 대해, 정류기(110) 및 컨버터(150)의 효율이 향상됨을 확인할 수 있다. 이에 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00091
에 의거 UPS는 최적 효율 운전을 위한 직류링크 전압 지령값 제어를 수행하여 계통 전원에 대한 부하 전력의 효율을 극대화할 수 있다.5 and 6 are graphs showing voltage converter efficiency for each DC link according to load power and efficiency of a rectifier and an inverter according to an embodiment. Referring to FIGS. 5 and 6, for five load powers, the rectifier 110 And it can be seen that the efficiency of the converter 150 is improved. Accordingly, the DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00091
According to this, the UPS can maximize the efficiency of the load power to the grid power by performing DC link voltage command value control for optimum efficiency operation.

도 7은 계통 이상으로 인한 컨버터(150)에 의한 배터리의 방전 시 부하 전력에 대한 시스템의 통합효율을 보인 그래프로서, 도 7을 참조하면, 각 효율 운전점을 고려하여 산출된 가변된 직류링크 전압 지령값이 기존의 고정된 직류링크 전압 지령값에 비해 시스템의 통합 효율이 향상됨을 알 수 있다. 7 is a graph showing the integrated efficiency of the system with respect to the load power when the battery is discharged by the converter 150 due to a system error. Referring to FIG. 7, a variable DC link voltage calculated in consideration of each efficiency operation point It can be seen that the system integration efficiency is improved when the command value is compared to the existing fixed DC link voltage command value.

도 8은 계통 정상으로 인한 인한 컨버터(150)에 의한 배터리의 충전 시 부하 전력에 대한 시스템 통합 효율을 보인 그래프로서, 도 8을 참조하면, 각 효율 운전점을 고려하여 산출된 가변된 직류링크 전압 지령값이 기존의 고정된 직류링크 전압 지령값에 비해 시스템의 통합 효율이 향상됨을 알 수 있다. 여기서, 시스템의 통합 효율 성능은 계통 전원에 대한 부하 전력 비로 평가되며, 손실함수를 줄임으로써 시스템의 통합 효율 성능이 향상된다.FIG. 8 is a graph showing the system integration efficiency for load power when the battery is charged by the converter 150 due to a system normal, and referring to FIG. 8, a variable DC link voltage calculated in consideration of each efficiency operation point It can be seen that the system integration efficiency is improved when the command value is compared to the existing fixed DC link voltage command value. Here, the integrated efficiency performance of the system is evaluated as the ratio of the load power to the system power, and the integrated efficiency performance of the system is improved by reducing the loss function.

도 9는 계통 정상인 조건에서 발생하는 부하 전력의 변동에 의거 보정된 직류링크 전압 지령값에 따른 인버터 출력전압을 보인 예시도로서, 도 9를 참조하면, 계통 정상조건에서 부하 전력의 변동이 발생하여 산출된 직류링크 전압 지령값에 따른 인버터 출력전압은 과도 구간에서도 시스템의 통합 효율 성능 저하없이 안정적임을 알 수 있다.FIG. 9 is an exemplary diagram showing the inverter output voltage according to the DC link voltage command value corrected based on the change in load power occurring under the normal condition of the system. Referring to FIG. 9, the change in load power occurs under normal system conditions. It can be seen that the inverter output voltage according to the calculated DC link voltage command value is stable even in the transient section without deteriorating the integrated efficiency performance of the system.

일 실시 예에 의거, 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00092
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00093
와 컨버터(150)의 배터리 전원
Figure 112020043065778-pat00094
를 포함하는 효율 데이터를 수집한 다음 수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00095
을 추정하고 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00096
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00097
을 보정하고 보정된 직류링크 전압 지령값으로 계통 정상 시 정류기(110) 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 정류기(110)로 전달하고, 계통 이상 시 컨버터(150)의 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 컨버터(150)로 전달함에 따라, 계통 전원의 이상 또는 정상 시 시스템의 통합 효율 성능을 향상시킬 수 있고, 계통 정상 시 부하 전력의 변동하는 과도 구간에서도 시스템의 통합 효율 성능을 향상시킬 수 있다. According to one embodiment, grid power
Figure 112020043065778-pat00092
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00093
And the battery power of the converter 150
Figure 112020043065778-pat00094
After collecting the efficiency data including the DC link voltage command value by performing learning on the collected efficiency data
Figure 112020043065778-pat00095
And the estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00096
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00097
When the system is normal, the duty command value of each switching signal of the rectifier 110 is generated with the corrected DC link voltage command value and transmitted to the rectifier 110, and the duty of each switching signal of the converter 150 when the system is abnormal By generating the command value and transmitting it to the converter 150, it is possible to improve the integrated efficiency performance of the system when the system power is abnormal or normal, and also improve the integrated efficiency performance of the system even in the transient section where the load power fluctuates when the system is normal. I can.

도 10은 도 1에 도시된 무정전전원시스템의 제어 과정을 보인 전체 흐름도로서, 도 10을 참조하면, 일 실시예의 다른 양태에 의거 무정전전원시스템의 제어 방법은, 효율 데이터 수집단계(S11), 학습단계(S12), 보정단계(S14) 및 운전단계(S15) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 10 is an overall flowchart showing the control process of the uninterruptible power supply system shown in FIG. 1, and referring to FIG. 10, the control method of the uninterruptible power supply system according to another aspect of an embodiment includes an efficiency data collection step (S11), learning It may include at least one of the step (S12), the correction step (S14), and the driving step (S15).

도 10을 참조하면, 우선 일 실시예의 무정전전원시스템의 제어장치(200)는 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00098
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00099
와 컨버터(150)의 출력 전원
Figure 112020043065778-pat00100
를 포함하는 효율 데이터를 수집한 다음 수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00101
을 추정할 수 있다(S11, S12).Referring to FIG. 10, first, the control device 200 of the uninterruptible power supply system according to an embodiment is
Figure 112020043065778-pat00098
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00099
And the output power of the converter 150
Figure 112020043065778-pat00100
After collecting the efficiency data including the DC link voltage command value by performing learning on the collected efficiency data
Figure 112020043065778-pat00101
Can be estimated (S11, S12).

그리고, 일 실시예의 무정전전원시스템의 제어장치(200)는 추정된 직류링크 전압 지령값

Figure 112020043065778-pat00102
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00103
을 보정하고 보정된 직류링크 전압 지령값으로 계통 정상 시 정류기(110) 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 정류기(110)로 전달하고, 계통 이상 시 컨버터(150)의 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 컨버터(150)로 전달한다(S14, S15).In addition, the control device 200 of the uninterruptible power supply system according to an embodiment is the estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00102
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00103
When the system is normal, the duty command value of each switching signal of the rectifier 110 is generated with the corrected DC link voltage command value and transmitted to the rectifier 110, and the duty of each switching signal of the converter 150 when the system is abnormal The command value is generated and transmitted to the converter 150 (S14, S15).

이에 계통 전원

Figure 112020043065778-pat00104
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020043065778-pat00105
와 컨버터(150)의 배터리 전원
Figure 112020043065778-pat00106
를 포함하는 효율 데이터를 수집한 다음 수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00107
을 추정하고 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00108
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00109
을 보정하고 보정된 직류링크 전압 지령값으로 계통 정상 시 정류기(110) 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 정류기(110)로 전달하고, 계통 이상 시 컨버터(150)의 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 컨버터(150)로 전달함에 따라, 계통 전원의 이상 또는 정상 시 시스템의 통합 효율 성능을 향상시킬 수 있고, 계통 정상 시 부하 전력의 변동하는 과도 구간에서도 시스템의 통합 효율 성능을 향상시킬 수 있다. Grid power
Figure 112020043065778-pat00104
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020043065778-pat00105
And the battery power of the converter 150
Figure 112020043065778-pat00106
After collecting the efficiency data including the DC link voltage command value by performing learning on the collected efficiency data
Figure 112020043065778-pat00107
And the estimated DC link voltage command value
Figure 112020043065778-pat00108
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00109
When the system is normal, the duty command value of each switching signal of the rectifier 110 is generated with the corrected DC link voltage command value and transmitted to the rectifier 110, and the duty of each switching signal of the converter 150 when the system is abnormal By generating the command value and transmitting it to the converter 150, it is possible to improve the integrated efficiency performance of the system when the system power is abnormal or normal, and also improve the integrated efficiency performance of the system even in the transient section where the load power fluctuates when the system is normal. I can.

이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and should be determined by all changes or modifications derived from the claims and the concept of equality as well as the claims to be described later.

200 : 제어장치
효율200: control device
efficiency

Claims (6)

계통 정상 시 계통 전원을 수신하여 정류기의 직류링크 전압으로 변환한 다음 인버터를 경유하여 부하로 전달하고, 계통 이상 시 배터리 전원을 컨버터 및 인버터를 경유하여 부하로 전달하는 무정전전원시스템의 제어장치에 있어서,
상기 제어장치는,
계통 전원
Figure 112020099483953-pat00110
와 정류기의 직류링크 전압
Figure 112020099483953-pat00111
와 컨버터의 배터리 전원
Figure 112020099483953-pat00112
를 포함하는 효율 데이터를 수집한 다음 수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 직류링크 전압 지령값
Figure 112020099483953-pat00113
을 추정하는 학습부; 및
계통 정상 시 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020099483953-pat00114
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020099483953-pat00115
을 보정하며, 보정된 직류링크 전압 지령값으로 소정의 듀티를 가지는 스위칭 신호를 생성하여 정류기로 전달하는 정류기 제어부를 포함하되,
상기 학습부는,
다수의 입력층으로 구비되고 계통 전원
Figure 112020099483953-pat00144
와 정류기의 직류링크 전압
Figure 112020099483953-pat00145
와 컨버터의 배터리 전원
Figure 112020099483953-pat00146
를 포함하는 효율 데이터 및 기 저장된 가중차를 입력값으로 제공받은 입력 계층;
다수의 은닉층으로 구비되고, 제공받은 입력값에 대해 기 정해진 비선형 활성 함수를 이용하여 입력값에 대한 연산을 수행하여 임의의 은닉층의 출력값을 도출하고, 임의의 은닉층 출력값과 임의의 은닉층과 연결된 다음 은닉층 사이에 존재하는 가중치와의 컨볼루션하여 다음 은닉층으로 순차적으로 전달하는 은닉 계층;
다수의 출력층으로 구비되고, 상기 은닉 계층의 다수의 출력값을 직류링크 전압 지령값으로 출력하는 출력 계층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원시스템의 제어장치.In the control device of the uninterruptible power system that receives the grid power when the grid is normal, converts it to the DC link voltage of the rectifier, and then transfers it to the load via the inverter, and transmits the battery power to the load via the converter and inverter in the event of a grid failure. ,
The control device,
Grid power
Figure 112020099483953-pat00110
And DC link voltage of rectifier
Figure 112020099483953-pat00111
And converter battery power
Figure 112020099483953-pat00112
After collecting the efficiency data including the DC link voltage command value by performing learning on the collected efficiency data
Figure 112020099483953-pat00113
A learning unit that estimates; And
DC link voltage command value estimated when the system is normal
Figure 112020099483953-pat00114
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020099483953-pat00115
Compensating, and comprising a rectifier control unit for generating a switching signal having a predetermined duty as the corrected DC link voltage command value and transmitted to the rectifier,
The learning unit,
Equipped with multiple input layers and power system
Figure 112020099483953-pat00144
And DC link voltage of rectifier
Figure 112020099483953-pat00145
And converter battery power
Figure 112020099483953-pat00146
An input layer receiving efficiency data and a pre-stored weight difference as input values;
The next hidden layer is provided with a plurality of hidden layers, and an output value of an arbitrary hidden layer is derived by performing an operation on the input value using a predetermined nonlinear activation function for the provided input value, and connected to an arbitrary hidden layer output value and an arbitrary hidden layer. A hidden layer sequentially transferring to a next hidden layer by convolving with weights existing therebetween;
And an output layer configured as a plurality of output layers and outputting a plurality of output values of the hidden layer as DC link voltage command values. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는,
계통 이상 시 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00116
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00117
을 보정하며, 보정된 직류링크 전압 지령값으로 소정의 듀티를 가지는 스위칭 신호를 생성하여 컨버터로 전달하는 컨버터 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원시스템의 제어장치.The method of claim 1, wherein the control device,
DC link voltage command value estimated in case of system error
Figure 112020043065778-pat00116
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020043065778-pat00117
And a converter control unit for correcting and transmitting a switching signal having a predetermined duty as the corrected DC link voltage command value to the converter. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어장치는,
기 정해진 주파수 대역의 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020043065778-pat00118
을 통과시키는 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원시스템의 제어장치.The method of claim 1 or 2, wherein the control device,
Estimated DC link voltage command value in a predetermined frequency band
Figure 112020043065778-pat00118
The control device of the uninterruptible power system, characterized in that it further comprises a low-pass filter passing through. 삭제delete 계통 정상 시 계통 전원을 수신하여 정류기의 직류링크 전압으로 변환한 다음 인버터를 경유하여 부하로 전달하고, 계통 이상 시 배터리 전원을 컨버터 및 인버터를 경유하여 부하로 전달하는 무정전전원시스템의 제어방법에 있어서,
계통 전원
Figure 112020099483953-pat00122
와 정류기(110)의 직류링크 전압
Figure 112020099483953-pat00123
와 컨버터(150)의 배터리 전원
Figure 112020099483953-pat00124
를 포함하는 효율 데이터를 수집하는 효율 데이터 수집단계;
수집된 효율 데이터에 대해 학습을 수행하여 학습결과를 토대로 직류링크 전압 지령값
Figure 112020099483953-pat00125
을 추정하는 학습단계;
추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020099483953-pat00126
에 대해 전압 및 전류 제어를 순차적으로 수행하여 추정된 직류링크 전압 지령값
Figure 112020099483953-pat00127
을 보정하는 보정단계; 및
계통 정상 시 보정된 직류링크 전압 지령값으로 정류기 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 정류기로 전달하는 운전단계를 포함하고,
상기 학습단계는,
다수의 입력층의 입력 계층에서 계통 전원
Figure 112020099483953-pat00147
와 정류기의 직류링크 전압
Figure 112020099483953-pat00148
와 컨버터의 배터리 전원
Figure 112020099483953-pat00149
를 포함하는 효율 데이터 및 기 저장된 가중차를 입력값으로 제공받은 단계;
다수의 은닉층의 은닉 계층에서 제공받은 입력값에 대해 기 정해진 비선형 활성 함수를 이용하여 입력값에 대한 연산을 수행하여 임의의 은닉층의 출력값을 도출하고, 임의의 은닉층 출력값과 임의의 은닉층과 연결된 다음 은닉층 사이에 존재하는 가중치와의 컨볼루션하여 다음 은닉층으로 순차적으로 전달하는 단계; 및
다수의 출력층의 출력 계층에서, 상기 은닉 계층의 다수의 출력값을 직류링크 전압 지령값으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원시스템의 제어방법.In the control method of the uninterruptible power system, which receives the grid power when the grid is normal, converts it to the DC link voltage of the rectifier, and transfers it to the load via the inverter, and transfers the battery power to the load via the converter and inverter when the grid is abnormal. ,
Grid power
Figure 112020099483953-pat00122
And DC link voltage of the rectifier 110
Figure 112020099483953-pat00123
And the battery power of the converter 150
Figure 112020099483953-pat00124
Efficiency data collection step of collecting efficiency data including;
DC link voltage command value based on the learning result by learning the collected efficiency data
Figure 112020099483953-pat00125
A learning step of estimating;
Estimated DC link voltage command value
Figure 112020099483953-pat00126
DC link voltage command value estimated by sequentially performing voltage and current control for
Figure 112020099483953-pat00127
A correction step of correcting; And
Including an operation step of generating the duty command value of each switching signal of the rectifier with the corrected DC link voltage command value when the system is normal and transferring it to the rectifier,
The learning step,
Grid power at the input layer of multiple input layers
Figure 112020099483953-pat00147
And DC link voltage of rectifier
Figure 112020099483953-pat00148
And converter battery power
Figure 112020099483953-pat00149
Receiving efficiency data and a previously stored weight difference as an input value;
The next hidden layer is connected to an arbitrary hidden layer output value and a random hidden layer by performing an operation on the input value using a predetermined nonlinear activation function on the input value provided from the hidden layer of the multiple hidden layers. Convoluting weights existing therebetween and sequentially transferring them to the next hidden layer; And
And outputting a plurality of output values of the hidden layer as DC link voltage command values in an output layer of a plurality of output layers. 제5항에 있어서, 상기 운전단계는,
계통 이상 시 컨버터의 각각의 스위칭 신호의 듀티 지령치를 생성하여 컨버터(150)로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전전원시스템의 제어방법.The method of claim 5, wherein the driving step,
The method of controlling an uninterruptible power supply system, further comprising the step of generating a duty command value of each switching signal of the converter in case of a system failure and transmitting it to the converter 150.
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