KR102641585B1 - Dc distribution power system and bidirectional converter - Google Patents
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Abstract
일 실시예는, N(N은 자연수)개의 에너지저장장치; 직류전압이 형성되는 DC버스; 및 상기 DC버스와 상기 에너지저장장치 사이에 배치되는 N개의 양방향컨버터를 포함하고, 상기 양방향컨버터는, 기동시 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이의 연결을 해제하고, 상기 출력캐패시터의 전압이 상기 DC버스의 전압에 일정 범위 이내로 근접하면 상기 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이를 연결시키는 전원시스템을 제공한다.In one embodiment, N (N is a natural number) energy storage devices; DC bus where direct current voltage is formed; And N bi-directional converters disposed between the DC bus and the energy storage device, wherein the bi-directional converter disconnects the output capacitor from the DC bus when starting, and the voltage of the output capacitor is connected to the DC bus. When the voltage approaches within a certain range, a power system is provided that connects the output capacitor and the DC bus.
Description
본 실시예는 직류배전을 가지는 전원시스템에 관한 것이다. This embodiment relates to a power system with direct current distribution.
일반적으로 태양광발전기는 AC/DC컨버터를 통해 계통과 연계된다.Generally, solar power generators are connected to the grid through AC/DC converters.
한편, 태양광발전기에서 생산되는 전력을 일시적으로 저장했다가 계통으로 송전하고자 하는 경우, 배터리를 포함하는 에너지저장장치가 더 사용될 수 있다. 이때, 종래의 시스템은, 태양광발전기와 에너지저장장치가 AC버스 혹은 계통을 경유하여 전력을 송수전하도록 하고 있다.Meanwhile, when it is desired to temporarily store power produced by a solar power generator and then transmit it to the grid, an energy storage device including a battery may be used. At this time, the conventional system allows solar power generators and energy storage devices to transmit and receive power via an AC bus or system.
예를 들어, 발전시간대에서는, 태양광발전기가 일 AC/DC컨버터를 통해 AC버스로 전력을 공급하고, 에너지저장장치가 다른 일 AC/DC컨버터를 통해 AC버스로부터 전력을 공급받았다. 그리고, 전력피크시간대에서는, 에너지저장장치가 상기 다른 일 AC/DC컨버터를 통해 계통으로 전력을 공급하였다.For example, during the power generation period, the solar power generator supplied power to the AC bus through one AC/DC converter, and the energy storage device received power from the AC bus through another AC/DC converter. And, during peak power hours, the energy storage device supplied power to the grid through the AC/DC converter.
이러한 종래 시스템은, 두 번의 AC/DC전력변환을 거쳐야하기 때문에 에너지를 저장하는 효율이 좋지 않았다. 그리고, 송수전 경로에 AC버스 혹은 계통이 포함되어 있기 때문에 수급이 맞지 않는 경우, 계통에 교란을 일으키는 문제가 있었다. 예를 들어, 태양광발전기의 발전량이 에너지저장장치의 충전량보다 큰 경우, 그 차이만큼이 원하지 않게 계통으로 흘러가게 되었다. 그리고, 에너지저장장치의 충전량이 태양광발전기의 발전량보다 큰 경우, 그 차이만큼이 원하지 않게 계통으로부터 수전되게 되었다.This conventional system had poor energy storage efficiency because it had to undergo two AC/DC power conversions. Additionally, since the transmission/reception path includes an AC bus or grid, there was a problem of causing disturbance in the grid when supply and demand did not match. For example, when the power generation of a solar power generator is greater than the charging amount of an energy storage device, the difference is undesirably transferred to the system. And, when the charge amount of the energy storage device is greater than the power generation amount of the solar power generator, the difference is undesirably received from the grid.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, DC버스를 통해 전력장치들을 연계시키는 기술을 제공하는 것이다.Against this background, the purpose of this embodiment is to provide a technology for linking power devices through a DC bus.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, N(N은 자연수)개의 에너지저장장치; 직류전압이 형성되는 DC버스; 및 상기 DC버스와 상기 에너지저장장치 사이에 배치되는 N개의 양방향컨버터를 포함하고, 상기 양방향컨버터는, 기동시 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이의 연결을 해제하고, 상기 출력캐패시터의 전압이 상기 DC버스의 전압에 일정 범위 이내로 근접하면 상기 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이를 연결시키는 전원시스템을 제공한다. In order to achieve the above-described object, one embodiment includes N (N is a natural number) energy storage devices; DC bus where direct current voltage is formed; And N bi-directional converters disposed between the DC bus and the energy storage device, wherein the bi-directional converter disconnects the output capacitor from the DC bus when starting, and the voltage of the output capacitor is connected to the DC bus. When the voltage approaches within a certain range, a power system is provided that connects the output capacitor and the DC bus.
상기 양방향컨버터는, 동기식으로 제어되는 제1전력반도체와 제2전력반도체를 포함하고, 기동 후 일정 조건이 충족될 때까지, 상기 제1전력반도체의 듀티를 일정 범위 이내로 제한할 수 있다.The bidirectional converter includes a first power semiconductor and a second power semiconductor that are controlled synchronously, and may limit the duty of the first power semiconductor within a certain range until certain conditions are met after startup.
상기 양방향컨버터는, 일측으로의 전력흐름에 대해 벅컨버터로 동작하고 상기 일측과 반대되는 전력흐름에 대해 부스트컨버터로 동작할 수 있다.The bidirectional converter may operate as a buck converter for power flow to one side and as a boost converter for power flow opposite to the one side.
상기 제1전력반도체는 상기 에너지저장장치의 출력단과 인덕터 사이에 배치되고, 상기 제2전력반도체는 상기 인덕터와 접지 사이에 배치될 수 있다.The first power semiconductor may be disposed between the output terminal of the energy storage device and the inductor, and the second power semiconductor may be disposed between the inductor and ground.
다른 실시예는, 인덕터전류를 챠핑(chopping)하는 제1전력반도체; 상기 제1전력반도체와 상보적으로(complementary) 제어되는 제2전력반도체; 상기 제1전력반도체 및 상기 제2전력반도체의 온오프에 따라 형성되는 전력의 출력단에 배치되는 출력캐패시터; 상기 출력캐패시터와 DC버스 사이의 연결을 제어하는 출력스위치; 기동시 상기 출력스위치를 오프시키고, 상기 출력캐패시터의 전압이 상기 DC버스의 전압에 일정 범위 이내로 근접하면 상기 출력스위치를 온시키는 제어기를 포함하는 양방향컨버터를 제공한다. Another embodiment includes a first power semiconductor for chopping an inductor current; a second power semiconductor controlled complementary to the first power semiconductor; an output capacitor disposed at an output terminal of power generated according to on/off of the first power semiconductor and the second power semiconductor; An output switch that controls the connection between the output capacitor and the DC bus; A two-way converter is provided that includes a controller that turns off the output switch during startup and turns on the output switch when the voltage of the output capacitor approaches the voltage of the DC bus within a certain range.
상기 제어기는, 전압제어기와 전류제어기를 포함하고, 상기 전류제어기는, 전압제어기에서 출력되는 전류레퍼런스와 상기 인덕터전류를 비교하여 상기 제1전력반도체에 대한 온오프신호를 생성할 수 있다.The controller may include a voltage controller and a current controller, and the current controller may generate an on-off signal for the first power semiconductor by comparing the inductor current with a current reference output from the voltage controller.
상기 제어기는, 기동 후 일정 조건이 충족될 때까지, 상기 전류레퍼런스를 제1범위 이내로 제한시킬 수 있다.The controller may limit the current reference to within a first range until a certain condition is met after startup.
상기 제어기는, 기동 후 일정 시간까지 상기 전류레퍼런스를 서서히 증가시킬 수 있다.The controller may gradually increase the current reference until a certain period of time after startup.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, DC버스를 통해 전력장치들을 연계시킬 수 있고, 이를 통해, 전력변환의 효율을 높이고, 발전과 충방전의 밸런스를 유지시킬 수 있게 된다.As described above, according to this embodiment, power devices can be connected through a DC bus, thereby increasing the efficiency of power conversion and maintaining the balance between power generation and charging and discharging.
도 1은 일 실시예에 따른 직류배전 전원시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 양방향컨버터의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 양방향컨버터의 제어기 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전압보상기의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전압보상기가 전류레퍼런스를 제한하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 제1전력반도체의 듀티에 제한이 걸린 상황에서의 주요 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 양방향컨버터의 제어방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전압보상기의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a direct current distribution power system according to an embodiment.
Figure 2 is a configuration diagram of a bidirectional converter according to an embodiment.
Figure 3 is a diagram illustrating the configuration of a controller of a bidirectional converter according to an embodiment.
Figure 4 is a configuration diagram of a voltage compensator according to one embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a voltage compensator limiting a current reference according to an embodiment.
Figure 6 is a diagram showing main waveforms in a situation where the duty of the first power semiconductor is limited.
Figure 7 is a flowchart of a control method of a bidirectional converter according to an embodiment.
Figure 8 is a configuration diagram of a voltage compensator according to another embodiment.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, when describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that elements may be “connected,” “combined,” or “connected.”
도 1은 일 실시예에 따른 직류배전 전원시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a direct current distribution power system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 직류배전 전원시스템(100, 이하 '전원시스템'이라 함)은 복수의 DC/DC컨버터(110a~110d), 복수의 전력장치(10a~10d), DC버스(130) 및 AC/DC컨버터(120) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the DC distribution power system 100 (hereinafter referred to as 'power system') includes a plurality of DC/DC converters (110a to 110d), a plurality of power devices (10a to 10d), a
복수의 전력장치(10a~10d)는 예를 들어, 태양광발전기, 연료전지발전기, 에너지저장장치 등일 수 있다.The plurality of
복수의 전력장치(10a~10d) 중 적어도 하나는 에너지저장장치일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1전력장치(10a)가 에너지저장장치인 실시예를 중심으로 설명한다.At least one of the plurality of
복수의 DC/DC컨버터(110a~110d)는 단방향컨버터일 수 있고, 양방향컨버터일 수 있다. 태양광발전기, 연료전지발전기와 같이 일 방향으로만 전력흐름이 발생하는 경우, 이에 대응되는 DC/DC컨버터는 단방향컨버터일 수 있다.The plurality of DC/
복수의 DC/DC컨버터(110a~110d) 중 에너지저장장치와 DC버스(130) 사이에 배치되는 DC/DC컨버터는 양방향컨버터일 수 있다. 양방향컨버터는 에너지저장장치에서 DC버스(130) 방향으로 전력흐름을 형성시킬 수 있고, DC버스(130)에서 에너지저장장치 방향으로 전력흐름을 형성시킬 수 있다.Among the plurality of DC/
복수의 DC/DC컨버터(110a~110d) 중 일부는 단방향컨버터이고 나머지는 양방향컨버터일 수 있으나, 표준화를 위해 전체가 양방향컨버터로 구성될 수 있다.Some of the plurality of DC/DC converters (110a ~ 110d) may be one-way converters and others may be two-way converters, but for standardization, all may be composed of two-way converters.
이하에서는 설명의 편의를 위해 제1DC/DC컨버터(110a)가 양방향컨버터인 실시예를 중심으로 설명한다.Hereinafter, for convenience of explanation, the description will focus on an embodiment in which the first DC/
DC버스(130)에는 직류전압이 형성될 수 있다. 복수의 DC/DC컨버터(110a~110d) 중 하나가 정전압제어를 통해 DC버스(130)의 전압을 일정 전압으로 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 에너지저장장치와 연계되는 제1DC/DC컨버터(110a)가 정전압제어를 통해 DC버스(130)의 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이때, DC버스(130)의 전압이 증가하면 제1DC/DC컨버터(110a)는 충전모드를 통해 DC버스(130)의 전압을 낮출 수 있고, DC버스(130)의 전압이 감소하면 제1DC/DC컨버터(110a)는 방전모드를 통해 DC버스(130)의 전압을 높일 수 있다.A direct current voltage may be formed on the
AC/DC컨버터(120)는 계통과 DC버스(130) 사이의 송수전을 담당할 수 있다. 예를 들어, AC/DC컨버터(120)는 DC버스(130)에 형성되는 DC전력을 AC전력으로 변환하여 계통으로 송전할 수 있고, 계통으로부터 AC전력을 공급받아 DC전력으로 변환한 후 DC버스(130)로 공급할 수 있다.The AC/
전원시스템(100)은 상위제어기(140)를 더 포함할 수 있다.The
상위제어기(140)는 전원시스템(100)을 구성하는 각 장치로부터 상태정보를 수신하거나 상태를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상위제어기(140)는 DC버스(130)의 전압을 센싱할 수 있다. 그리고, 상위제어기(140)는 에너지저장장치의 SOC(state-of-charge), SOH(state-of-health), 온도 등의 상태정보를 수신할 수 있다. 그리고, 상위제어기(140)는 태양광발전기, 연료전지발전기 등의 발전량을 센싱하거나 발전량정보를 수신할 수 있다.The
AC/DC컨버터(120) 및 복수의 DC/DC컨버터(110a~110d)에는 제어회로-예를 들어, DSP(digital signal processor)-가 포함될 수 있는데, 상위제어기(140)는 이러한 제어회로와의 통신을 통해 각 컨버터의 상태를 모니터링하거나 각 컨버터로 제어명령을 송신할 수 있다.The AC/
상위제어기(140)와, AC/DC컨버터(120) 및 복수의 DC/DC컨버터(110a~110d)는 TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol) 통신으로 연결되거나 CAN(controller area network) 통신을 통해 연결될 수 있다.The
도 2는 일 실시예에 따른 양방향컨버터의 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of a bidirectional converter according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 양방향컨버터(210)는 인덕터(L1), 출력캐패시터(Co), 제1전력반도체(PS1), 제2전력반도체(PS2), 제어기(212) 및 출력스위치(SW1) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
양방향컨버터(210)는 제1전력반도체(PS1) 및 제2전력반도체(PS2)를 이용하여 인덕터(L1)에 형성되는 전류(이하, '인덕터전류'라 함)를 챠핑(chopping)하여 전력을 변환할 수 있다. 예를 들어, 양방향컨버터(210)는 일정한 스위칭주기(SP : switching period)마다 제1전력반도체(PS1)에 대한 온오프를 반복하면서 인덕터전류(iL)를 챠핑할 수 있다.The two-
양방향컨버터(210)는 동기식으로 제어될 수 있는데, 예를 들어, 제1전력반도체(PS1)가 온(ON)되면, 제2전력반도체(PS2)는 오프(OFF)되고, 제1전력반도체(PS1)가 오프(OFF)되면, 제2전력반도체(PS2)는 온(ON)될 수 있다. 다른 표현으로, 제1전력반도체(PS1)와 제2전력반도체(PS2)는 상보적으로(complementary) 제어될 수 있다.The
양방향컨버터(210)는 일측으로의 전력흐름에 대해 벅컨버터로 동작하고 일측과 반대되는 전력흐름에 대해 부스트컨버터로 동작할 수 있다.The
예를 들어, 전력장치(10)와 연결되는 노드를 제1노드(N1), DC버스(130)와 연결되는 노드를 제2노드(N2)라고 할 때, 제1노드(N1)에서 제2노드(N2)로 전력흐름이 발생할 때, 양방향컨버터(210)는 벅컨버터로 동작할 수 있고, 제2노드(N2)에서 제1노드(N1)로 전력흐름이 발생할 때, 양방향컨버터(210)는 부스트컨버터로 동작할 수 있다.For example, when the node connected to the
이러한 예시에 따른 양방향컨버터(210)의 각 구성의 배치관계를 살펴보면, 인덕터(L1)에서 전력장치(10)측으로 제3노드(N3)가 형성되고, DC버스(130)측으로 제4노드(N4)가 형성될 수 있다. 제1전력반도체(PS1)는 전력장치(10)와 인덕터(L1) 사이에 배치될 수 있는데, 노드를 중심으로 살펴보면, 제1노드(N1)와 제3노드(N3) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제2전력반도체(PS2)는 인덕터(L1)와 저전압부-예를 들어, 그라운드- 사이에 배치될 수 있는데, 노드를 중심으로 살펴보면, 제3노드(N3)와 저전압부 사이에 배치될 수 있다.Looking at the arrangement relationship of each component of the
DC버스(130) 방향의 출력노드(N4)에는 출력캐패시터(Co)가 배치될 수 있다. 출력캐패시터(Co)는 인덕터전류(iL)를 일시적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 전력장치(10) 방향의 입력노드(N1)에도 입력캐패시터(미도시)가 배치될 수 있다. 양방향컨버터(210)는 전력흐름이 양방향으로 일어나기 때문에 입력단(N1)과 출력단(N4)에 모두 캐패시터가 배치될 수 있다.An output capacitor (Co) may be disposed at the output node (N4) in the direction of the
양방향컨버터(210)는 출력노드(N4)와 DC버스(130) 사이의 연결을 제어하는 출력스위치(SW1)를 포함할 수 있다.The
출력스위치(SW1)가 오프(OFF)되면 출력노드(N4)와 DC버스(130) 사이의 연결이 해제되고 온(ON)되면 출력노드(N4)와 DC버스(130)가 연결될 수 있다.When the output switch (SW1) is turned off, the connection between the output node (N4) and the
제어기(212)는 제1전력반도체(PS1)로 제1온오프신호(PWM1)를 공급하여 제1전력반도체(PS1)의 온오프를 제어할 수 있고, 제2전력반도체(PS2)로 제2온오프신호(PWM2)를 공급하여 제2전력반도체(PS2)의 온오프를 제어할 수 있다.The
제어기(212)는 인덕터전류(iL)와 출력노드(N4)의 전압(Vo)을 센싱할 수 있고, 인덕터전류(iL)와 출력전압(Vo)을 이용하여 제1온오프신호(PWM1)와 제2온오프신호(PWM2)를 생성할 수 있다.The
기동시에 제어기(212)는 출력스위치(SW1)를 오프시켜 출력노드(N4)와 DC버스(130) 사이의 연결을 해제하고, 출력캐패시터의 전압(Vo)이 DC버스의 전압(Vb)에 일정 범위 이내로 근접하면 출력스위치(SW1)를 온시킬 수 있다.At startup, the
도 3은 일 실시예에 따른 양방향컨버터의 제어기 구성도이다.Figure 3 is a diagram illustrating the configuration of a controller of a bidirectional converter according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 제어기(212)는 전압제어기(310) 및 전류제어기(320) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
전압제어기(310)는 전압비교기(312)와 전압보상기(314)를 포함할 수 있다. 전압비교기(312)는 출력전압(Vo)과 전압레퍼런스(Vref)를 비교하고 비교결과를 전압보상기(314)로 전달할 수 있다. 여기서, 비교결과는 출력전압(Vo)과 전압레퍼런스(Vref)와의 차이값일 수 있다. 전압보상기(314)는 비교결과를 보상처리하여 전류레퍼런스(iref)를 생성할 수 있다. 출력전압(Vo)은 스케일된 전압일 수 있고, 스케일량에 따라 전압레퍼런스(Vref)도 스케일되어 있을 수 있다.The
전압보상기(314)는 PID(propotional-integral-differential)제어기를 포함할 수 있고, PID제어기는 값이 누적되는 스테이트변수를 포함할 수 있다. 예를 들어, PID제어기가 적분기를 포함할 수 있는데, 적분기에는 스테이트변수가 포함될 수 있다.The
전압제어기(310)에서 생성된 전류레퍼런스(iref)는 전류제어기(320)로 전달될 수 있다.The current reference (iref) generated by the
전류제어기(320)는 전류비교기(322) 및 전류보상기(324)를 포함할 수 있다. 전류비교기(322)는 인덕터전류(iL)와 전류레퍼런스(iref)를 비교하고 비교결과를 전류보상기(324)로 전달할 수 있다. 여기서, 비교결과는 인덕터전류(iL)와 전류레퍼런스(iref)와의 차이값일 수 있다. 전류보상기(324)는 비교결과를 보상처리하여 전력반도체에 대한 온오프신호(PWM:pulse width modulation)를 생성할 수 있다.The
한편, 전술한 스테이트변수에는 출력전압(Vo)과 전압레퍼런스(Vref)의 차이가 누적될 수 있는데, 이러한 스테이트변수는 기동시에 전류레퍼런스(iref)가 급격하게 증가하게 하는 원인이 될 수 있다. 예를 들어, 스테이트변수의 초기값이 정상상태값과 차이가 많이 나는 경우, 전압보상기(314)는 정상상태로의 빠른 이행을 위해 전류레퍼런스(iref)를 급격하게 증가시킬 수 있다. 그런데, 이러한 전류레퍼런스(iref)의 급격한 증가는 제1전력반도체의 온시간 혹은 듀티(듀티 : 스위칭주기에 대한 온시간의 비율)의 급격한 증가를 만들게 되고, 결국에는 인덕터의 포화를 일으키거나 제1전력반도체로의 과전류를 유도할 수 있다.Meanwhile, the difference between the output voltage (Vo) and the voltage reference (Vref) may be accumulated in the above-mentioned state variable, and this state variable may cause the current reference (iref) to increase rapidly during startup. For example, if the initial value of the state variable is significantly different from the normal state value, the
이러한 문제를 개선하기 위해 제어기(212)는 기동 후 일정 조건이 충족될 때까지 제1전력반도체의 듀티를 일정 듀티범위 이내로 제한하거나 전류레퍼런스를 일정 전류범위로 제한할 수 있다. 이러한 제한의 한 기법으로 제어기(212)는 기동 후 일정 시간까지 전류레퍼런스(iref)를 서서히 증가시킬 수 있다.To improve this problem, the
도 4는 일 실시예에 따른 전압보상기의 구성도이다.Figure 4 is a configuration diagram of a voltage compensator according to one embodiment.
도 4를 참조하면, 보상회로(410), 제한회로(420) 및 먹스회로(430) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, it may include a
보상회로(410)는 전압레퍼런스와 출력전압의 차이를 보상처리-예를 들어, PID보상처리-하여 제1전류레퍼런스(iref1)를 생성할 수 있다. 제한이 적용되지 않는 경우, 제1전류레퍼런스(iref1)와 전류레퍼런스(iref)는 같은 값일 수 있다.The
제한회로(420)는 기동 후 일정 시간까지 값이 서서히 증가하는 제2전류레퍼런스(iref2)를 생성할 수 있다.The limiting
그리고, 먹스회로(430)는 제1전류레퍼런스(iref1) 및 제2전류레퍼런스(iref2) 중 하나를 선택하여 전류레퍼런스(iref)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 먹스회로(430)는 제1전류레퍼런스(iref1) 및 제2전류레퍼런스(iref2) 중 작은 값을 선택하여 전류레퍼런스(iref)로 출력할 수 있고, 기동 후 일정 시간까지는 제1전류레퍼런스(iref1) 및 제2전류레퍼런스(iref2) 중 제2전류레퍼런스(iref2)를 선택하고 이후에는 제1전류레퍼런스(iref1)를 선택하여 출력할 수 있다.Also, the
도 5는 일 실시예에 따른 전압보상기가 전류레퍼런스를 제한하는 것을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a voltage compensator limiting a current reference according to an embodiment.
도 5에서, 제1전류레퍼런스(iref1)는 기동 시에 출력전압과 전압레퍼런스의 차이로 인해 급격하게 증가할 수 있다. 이에 반해, 제2전류레퍼런스(iref2)는 미리 정해진 시간함수에 따라 일정 시간까지는 값이 서서히 증가하고 이후에는 일정한 값을 유지할 수 있다.In Figure 5, the first current reference (iref1) may rapidly increase due to the difference between the output voltage and the voltage reference during startup. On the other hand, the value of the second current reference (iref2) gradually increases up to a certain time according to a predetermined time function and can maintain a constant value thereafter.
전류레퍼런스(iref)는 제1전류레퍼런스(iref1) 및 제2전류레퍼런스(iref2) 중 작은 값으로 이루어질 수 있는데, 이에 의하면, 초기에는 제2전류레퍼런스(iref2)를 따르다가 이후에는 제1전류레퍼런스(iref1)를 따를 수 있다. 일정 시간이 경과한 후에는 전압보상기가 정상상태에 도달하기 때문에 제1전류레퍼런스(iref1)가 제2전류레퍼런스(iref2)보다 낮아질 수 있다.The current reference (iref) may be composed of the smaller value of the first current reference (iref1) and the second current reference (iref2). According to this, it initially follows the second current reference (iref2) and then follows the first current reference (iref2). You can follow (iref1). After a certain period of time has elapsed, the first current reference (iref1) may become lower than the second current reference (iref2) because the voltage compensator reaches a steady state.
한편, 이러한 제어에 의하면, 기동 후 일정 시간 내에서 제1전력반도체의 과도한 듀티 증가를 방지할 수 있으나, 양방향컨버터에서 제1전력반도체와 상보적으로 제어되는 제2전력반도체는 초기 구간-예를 들어, 기동 후 제1시간(T1)까지의 구간-에서 과전류로 인해 소손될 수도 있다. 이러한 소손의 이유는 도 6을 참조하면서 후술한다.On the other hand, according to this control, excessive increase in duty of the first power semiconductor can be prevented within a certain time after startup, but the second power semiconductor, which is controlled complementary to the first power semiconductor in the two-way converter, is controlled in the initial period - for example. For example, it may be damaged due to overcurrent in the period from start to the first time (T1). The reason for such damage will be described later with reference to FIG. 6.
이러한 제2전력반도체의 소손을 방지하기 위해 제어기는 기동 후 일정 조건이 만족될 때까지 출력캐패시터와 DC버스 사이의 연결을 해제하고, 출력캐패시터의 전압이 DC버스의 전압에 일정 범위로 근접하면-예를 들어, 제2시간(T2)-, 출력캐패시터와 DC버스 사이를 연결시킬 수 있다.To prevent damage to the second power semiconductor, the controller disconnects the output capacitor and the DC bus after startup until certain conditions are met, and when the voltage of the output capacitor approaches the voltage of the DC bus within a certain range - For example, at the second time (T2), the output capacitor and the DC bus can be connected.
도 6은 제1전력반도체의 듀티에 제한이 걸린 상황에서의 주요 파형을 나타내는 도면이다.Figure 6 is a diagram showing main waveforms in a situation where the duty of the first power semiconductor is limited.
도 6을 참조하면, 기동 후 일정 조건이 만족될 때까지 제1전력반도체의 온오프신호(PWM1)의 듀티(DT1)는 일정듀티(LV)이하로 제한될 수 있다.Referring to FIG. 6, the duty DT1 of the on-off signal PWM1 of the first power semiconductor may be limited to a certain duty LV or less until a certain condition is satisfied after startup.
이때, 제1전력반도체와 상보적으로 제어되는 제2전력반도체의 온오프신호(PWM2)의 듀티(DT2)는 상대적으로 길게 형성될 수 있다.At this time, the duty DT2 of the on-off signal PWM2 of the second power semiconductor, which is controlled complementary to the first power semiconductor, may be relatively long.
제1전력반도체의 온구간에서 인덕터전류(iL)는 증가했다가 제2전력반도체의 온구간에서 인덕터전류(iL)는 감소할 수 있다. 실시예에 따라서는 그 반대로 제1전력반도체의 온구간에서 인덕터전류(iL)는 감소했다가 제2전력반도체의 온구간에서 인덕터전류(iL)는 증가할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전자의 예시에 대해 설명한다.In the on-section of the first power semiconductor, the inductor current (iL) may increase, and then in the on-section of the second power semiconductor, the inductor current (iL) may decrease. Depending on the embodiment, on the contrary, the inductor current (iL) may decrease in the on-section of the first power semiconductor and then increase in the inductor current (iL) in the on-section of the second power semiconductor. Below, the former example will be described for convenience of explanation.
한편, 기동시 제1전력반도체의 온오프신호(PWM1)의 듀티(DT1)가 일정듀티(LV)이하로 제한되기 때문에 제2전력반도체의 듀티(DT2)가 상대적으로 길게 형성되고 이에 따라 인덕터전류(iL)는 증가분보다 감소분이 더 커지게 된다. 그리고, 이러한 현상이 스위칭주기(SP1~SP3)마다 누적되면 인덕터전류(iL)는 제2전력반도체로 과도하게 큰 전류를 발생시키고 제2전력반도체를 소손시킬 수 있다.Meanwhile, since the duty (DT1) of the on-off signal (PWM1) of the first power semiconductor is limited to a certain duty (LV) or less during startup, the duty (DT2) of the second power semiconductor is formed to be relatively long, and thus the inductor current For (iL), the decrease becomes larger than the increase. And, if this phenomenon accumulates every switching cycle (SP1 to SP3), the inductor current (iL) may generate an excessively large current in the second power semiconductor and damage the second power semiconductor.
이러한 소손을 방지하기 위해 제어기는 기동 후 일정 조건이 만족될 때까지 출력캐패시터와 DC버스 사이의 연결을 해제하고, 출력캐패시터의 전압이 DC버스의 전압에 일정 범위로 근접하면-예를 들어, 제2시간(T2)-, 출력캐패시터와 DC버스 사이를 연결시킬 수 있다.To prevent such burnout, the controller releases the connection between the output capacitor and the DC bus after startup until a certain condition is satisfied, and when the voltage of the output capacitor approaches the voltage of the DC bus within a certain range - for example, 2 hours (T2)-, can be connected between the output capacitor and the DC bus.
도 7은 일 실시예에 따른 양방향컨버터의 제어방법에 대한 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart of a control method of a bidirectional converter according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 양방향컨버터는 제1전력반도체의 온오프신호(PWM1)의 듀티를 제한하면서 기동할 수 있다(S702).Referring to FIG. 7, the bidirectional converter can be started while limiting the duty of the on-off signal (PWM1) of the first power semiconductor (S702).
그리고, 양방향컨버터는 기동시에 출력단과 DC버스 사이의 연결을 제어하는 출력스위치를 오프상태(개방상태)로 만들 수 있다(S704).Also, when the bidirectional converter is started, the output switch that controls the connection between the output terminal and the DC bus can be turned off (open) (S704).
그리고, 양방향컨버터는 무부하상태에서 출력캐패시터로 인덕터전류를 공급함으로써 출력캐패시터의 전압(출력전압)을 미리 설정된 전압으로 제어할 수 있다.In addition, the bidirectional converter can control the voltage (output voltage) of the output capacitor to a preset voltage by supplying inductor current to the output capacitor in a no-load state.
그리고, 양방향컨버터는 출력전압과 DC버스의 전압(버스전압)을 비교하고(S708), 출력전압이 버스전압에 일정 범위 이내로 근접하면(S708에서 YES), 출력스위치를 온시켜서 출력단과 DC버스를 연결시킬 수 있고, 그렇지 않다면(S708에서 NO), 출력스위치를 오프상태로 유지시켜서 출력전압이 버스전압에 근접할 때까지 추가적으로 전력변환을 수행할 수 있다.And, the two-way converter compares the output voltage and the voltage of the DC bus (bus voltage) (S708), and when the output voltage approaches the bus voltage within a certain range (YES in S708), it turns on the output switch to connect the output terminal and the DC bus. It can be connected, or if not (NO in S708), additional power conversion can be performed by keeping the output switch in the off state until the output voltage approaches the bus voltage.
도 8은 다른 실시예에 따른 전압보상기의 구성도이다.Figure 8 is a configuration diagram of a voltage compensator according to another embodiment.
도 8을 참조하면, 전압보상기(810)는 보상회로(810), 소프트스타트캐패시터(Css) 및 소프트스타트스위치(SWss) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the
전압레퍼런스와 출력전압의 비교결과는 보상회로(810)로 전달될 수 있다. 그리고, 보상회로(810)는 비교결과에 대한 보상처리-예를 들어, PID처리-에 따라 전류레퍼런스(iref)를 생성할 수 있다.The comparison result between the voltage reference and the output voltage may be transmitted to the
이때, 보상회로(810)는 기동시에 소프트스타트스위치(SWss)를 온시켜 소프트스타트캐패시터(Css)를 내부의 적분캐패시터에 병렬연결시켜줄 수 있다. 이러한 연결에 따라 적분게인이 증가하고 전류레퍼런스(iref)의 증가율이 제한될 수 있다.At this time, the
그리고, 보상회로(810)는 일정 조건이 만족된 후에 소프트스타트스위치(SWss)를 오프시킬 수 있다.And, the
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, DC버스를 통해 전력장치들을 연계시킬 수 있고, 이를 통해, 전력변환의 효율을 높이고, 발전과 충방전의 밸런스를 유지시킬 수 있게 된다.As described above, according to this embodiment, power devices can be connected through a DC bus, thereby increasing the efficiency of power conversion and maintaining the balance between power generation and charging and discharging.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as “include,” “comprise,” or “have,” as used above, mean that the corresponding component may be included, unless specifically stated to the contrary, and do not exclude other components. It should be interpreted that it may further include other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.
Claims (8)
직류전압이 형성되는 DC버스; 및
상기 DC버스와 상기 에너지저장장치 사이에 배치되는 N개의 양방향컨버터를 포함하고,
상기 양방향컨버터는,
인덕터전류를 챠핑(chopping)하는 제1전력반도체, 상기 제1전력반도체와 상보적으로(complementary) 제어되는 제2전력반도체, 상기 제1전력반도체 및 상기 제2전력반도체의 온오프에 따라 형성되는 전력의 출력단에 배치되는 출력캐패시터, 상기 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이에 배치되고, 상기 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이의 연결을 제어하는 출력스위치, 및 기동시 상기 출력스위치를 오프시키고, 상기 출력캐패시터의 전압이 상기 DC버스의 전압에 일정 범위 이내로 근접하면 상기 출력스위치를 온시켜 상기 출력캐패시터와 상기 DC버스 사이의 연결을 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
전압제어기와 전류제어기를 포함하고,
상기 전류제어기는,
전압제어기에서 출력되는 전류레퍼런스와 상기 인덕터전류를 비교하여 상기 제1전력반도체에 대한 온오프신호를 생성하고,
상기 제어기는,
기동 후 일정 조건이 충족될 때까지, 상기 전류레퍼런스를 제1범위 이내로 제한시키고,
상기 제어기는,
기동 후 일정 시간까지 상기 전류레퍼런스를 서서히 증가시키는,
전원시스템.N (N is a natural number) energy storage devices;
DC bus where direct current voltage is formed; and
It includes N two-way converters disposed between the DC bus and the energy storage device,
The two-way converter is,
A first power semiconductor for chopping the inductor current, a second power semiconductor controlled complementary to the first power semiconductor, and formed according to the on/off of the first power semiconductor and the second power semiconductor. An output capacitor disposed at the output terminal of the power, an output switch disposed between the output capacitor and the DC bus and controlling the connection between the output capacitor and the DC bus, and turning off the output switch when starting, and the output capacitor When the voltage approaches the voltage of the DC bus within a certain range, it includes a controller that turns on the output switch to control the connection between the output capacitor and the DC bus,
The controller is,
Includes a voltage controller and a current controller,
The current controller is,
Generating an on-off signal for the first power semiconductor by comparing the current reference output from the voltage controller with the inductor current,
The controller is,
After starting, limit the current reference to within a first range until certain conditions are met,
The controller is,
Gradually increasing the current reference until a certain period of time after startup,
Power system.
상기 양방향컨버터는,
기동 후 일정 조건이 충족될 때까지, 상기 제1전력반도체의 듀티를 일정 범위 이내로 제한하는 전원시스템.According to paragraph 1,
The two-way converter is,
A power system that limits the duty of the first power semiconductor within a certain range after startup until certain conditions are met.
상기 양방향컨버터는,
일측으로의 전력흐름에 대해 벅컨버터로 동작하고 상기 일측과 반대되는 전력흐름에 대해 부스트컨버터로 동작하는 전원시스템.According to paragraph 2,
The two-way converter is,
A power system that operates as a buck converter for power flow to one side and as a boost converter for power flow opposite to the one side.
상기 제1전력반도체는 상기 에너지저장장치의 출력단과 인덕터 사이에 배치되고,
상기 제2전력반도체는 상기 인덕터와 접지 사이에 배치되는 전원시스템.According to paragraph 2,
The first power semiconductor is disposed between the output terminal of the energy storage device and the inductor,
A power system in which the second power semiconductor is disposed between the inductor and ground.
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