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KR960000800B1 - 인버터 시스템 - Google Patents

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KR960000800B1
KR960000800B1 KR1019920004910A KR920004910A KR960000800B1 KR 960000800 B1 KR960000800 B1 KR 960000800B1 KR 1019920004910 A KR1019920004910 A KR 1019920004910A KR 920004910 A KR920004910 A KR 920004910A KR 960000800 B1 KR960000800 B1 KR 960000800B1
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가부시키가이샤 도시바
아오이 죠이찌
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Abstract

내용 없음.

Description

인버터 시스템
제1도는 종래의 제어시스템을 나타낸 블록도.
제2도는 본 발명에 의한 제어시스템을 나타낸 블록도.
제3a,3b 및 3c도는 제2도의 시스템중의 전압제어회로의 각종 구성의 예를 나타낸 블록도들.
제4a,4b 및 4c도는 제2도의 시스템중의 동기제어회로의 각종 구성의 예를 나타낸 블록도들.
본 발명은 병렬 운전되는 복수의 인버터를 갖는 인버터 시스템에 관한 것이며 더 구체적으로는 부하가 급변하는 경우에도 각 인버터간에 부하를 균등하게 부담시킬 수 있는 인버터 시스템에 관한 것이다.
소요용량의 부하를 단일 인버터로 부담할 수 없는 경우 또는 인버터를 사용한 전력공급시스템으로서 신뢰성의 개선이 요구될 경우에 복수의 인버터를 병렬로 운전하는 예들이 많다. 이런 경우에 병렬로 운전되는 인버터의 수에 상당하는 용량을 인버터 시스템이 갖기 위해서는 각 인버터에 균등한 부하가 분담되게 하는 것이 요구된다.
제1도를 참조하면 인버터들간에 부하를 균등하게 분담하게 구성된 종래의 제어회로의 구성예를 나타내고 있다.(일본국 특허공보 제46953호/1983 참조) 제1인버터(3a)는 제1인버터부(1a)에 포함되어 있고 제2인버터(3b)는 제2인버터부(1b)에 포함되어 있다.
이들 인버터들(1a,1b)의 각각은 직류전원(2)으로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하(20)로 공급한다. 이 명세서에서 서픽스“a”는 제1인버터부(1a)에 속한 부품을 나타내는 부호에 붙이고 서픽스“b”는 제2인버터부(1b)에 속한 부품을 나타내는 부호에 붙여 양 인버터부의 부품을 구분하고 있음을 주기해둔다. 직류전원(2)은 교류전원과 정류기로 되어 있거나 배터리로 되어 있다. 또한 이 직류전원(2)은 상술한 두가지 전원들을 적절히 조합하여 사용할 수도 있다. 또 직류전원은 인버터부들(1a,1b)의 각부에 별도로 공급할 수도 있다. 인버터들(3a,3b)의 출력단자들에 교류필터들(4a,4b)이 파형 개선을 위하여 각각 연결되어 있다. 그러나 인버터(3a)와 부하(20)간에 또 인버터(3b)와 부하(20)간에 변압기들이 각각 연결되어 있는 경우에는 각 변압기 자체의 임피던스를 리액터 대신에 이용할 수 있다.
인버터들(3a,3b)의 출력전류들(Ia,Ib)을 교류필터들(4a,4b)의 출력측에서 전류검출기들(11a,11b)로 각각 검출한다. 제1인버터부(1a)에 있어서는 전류편차(△Ia=Ia-Ib)는 감산기(12a)에 의해서 제공되고 마찬가지로 제2인버터부(1b)에 있어서는 전류편차(△Ib=Ib-Ia)가 감산기(12b)에 의해서 제공된다. 양 인버터부들(1a,1b)의 공통 출력전압(V)을 전압검출기들(13a,13b)에 의해서 검출한다.
이와같이 검출된 전압(V)과 전류편차들(△Ia,△Ib)에 준하여 유효전력검출기(9a)가 유효전력편차(△Pa=Vㆍ△Iaㆍcosθ)를 연산하고 유효전력검출기(9b)가 유효전력편차(△Pb=Vㆍ△Ibㆍcosθ)를 연산한다. 상기와 같은 검출치들에 준하여 무효전력 검출기(10a)가 무효전력편차(△Qa=Vㆍ△Iaㆍsinθ)를 연산하고 무효전력 검출기(10b)가 무효전력편차(△Qb=Vㆍ△Ibㆍsinθ)를 연산한다. 여기서 θ는 검출된 전압과 검출된 전류간의 위상차임을 주기한다. 주파수 기준발진기(OSC)(7a)와 동기제어기(PLL)(8a)로 된 동기제어회로의 출력은 유효전력편차(△Pa)에 준하여 제어된다. 마찬가지로 주파수 기준발진기(OSC)(7b)와 동기제어기(PLL)(8b)로 된 동기제어회로의 출력은 유효전력편차(△Pb)에 준하여 제어된다. 각 전력편차(△Pa,△Pb,△Qa,△Qb)는 대응하는 전력검출기의 변환계수를 곱하여 변환된 전압에 상당한 것이다. 주파수기준발진기들(7a,7b)은 동기제어기들(8a,8b)로 주파수기준치(fr)를 공급한다. 동기제어기들(8a,8b)은 PWM(펄스폭 변조)용점호제어펄스를 발생하기 위하여 설비된 게이트신호 발생기들(5a,5b)을 위한 주파수 제어신호들을 각각 발생한다. 또 전압제어기들(VC)(6a,6b)은 기본적으로 전압검출기들(13a,13b)에 의해서 검출된 전압을 전압기준(Vr)에 일치되게 한다. 이 예에서는 전압제어기들(6a,6b)은 각 인버터부의 출력전압의 진폭들을 각 무효전력편차(△Qa,△Qb)에 준하여 보정하여 두 인버터들(3a,3b)의 출력전류들(Ia,Ib)이 밸런스되게 보정하여 게이트신호 발생기들(5a,5b)로 전압진폭을 위한 제어신호들을 출력한다. 동기제어기들(8a,8b)과 전압제어기들(6a,6b)로부터 공급되는 제어신호들에 준하여 게이트신호 발생기들(5a,5b)은 인버터들(3a,3b)의 각각의 출력전압을 제어한다.
제1도의 인버터 시스템에서는 각 인버터부(1a,1b)가 균등하게 전력을 즉 유효전력편차들(△Pa,△Pb)와 무효전력편차(△Qa,△Qb)에 준하여 부하(20)로의 전류를 분담하게 제어가 행해진다.
각 유효전력검출기(9a,9b)는 유효전력편차(△Pa,△Pb)를 검출하고 무효전력검출기(10a,10b)는 무효전력편차(△Qa,△Qb)를 검출하고 그들의 각각은 전력의 순시치 대신에 전력의 평균치를 검출한다. 즉 이 제어시스템은 전력의 순시치 대신에 전력의 평균치의 검출치에 준하여 시스템을 제어하게 된다.
이 때문에 이 제어시스템은 평균치를 연산하는 시간을 요할 뿐만 아니라 전력검출 시스템내에 지연요소로서 작용하는 필터를 포함한다. 따라서 이 제어시스템으로는 검출지연이 증가될 것이다. 따라서 예를 들어 부하(20)가 급변할 경우에 각 인버터부들(Ia,Ib)의 언밸런스된 분담이 과도적으로 발생할 가능성이 있었다. 특히 극단적인 경우에는 부하를 더 많이 분담받은 인버터부는 과부하 상태로 되고 동작정지를 초래했다.
본 발명의 목적은 부하가 급변하는 과도상태에서도 각 인버터의 부하를 균등하게 유지하게 하여 더욱 안정되게 운전되게 하는 병렬로 연결된 복수의 인버터를 포함하는 인버터 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은; 대응하는 인버터의 출력전류를 검출하는 전류검출수단, 전압기준과 대응하는 인버터의 실제전압간의 편차에 대응하여 전압제어신호를 발생하는 전압제어수단, 주파수 기준치와 대응하는 인버터의 실제 주파수간의 편차에 대응하여 주파수 제어신호를 발생하는 주파수 제어수단, 전류검출수단에 의한 검출결과에 준하여 대응하는 인버터에 관한 전류편차 신호를 형성하는 전류편차 형성수단, 전류편차 형성수단에 의해서 형성된 전류편차를 d-q축 직교 좌표계의 신호로 변환하여 대응하는 인버터의 출력전압의 주파수에 관한 제1보정신호와 그 출력전압의 진폭에 관한 제2보정신호를 형성하는 d-q축 직교 좌표변환수단, 제1보정신호에 의해서 주파수 제어신호를 보정하는 제1보정수단, 제2보정신호에 의해서 전압제어신호를 보정하는 제2보정수단, 및 제1보정수단과 제2보정수단으로부터의 출력에 따라서 대응하는 인버터를 제어하는 수단을 포함하는 병렬로 연결된 복수의 인버터를 포함하는 인버터 시스템을 제공하고 있다.
제2도에 있어서 제1도와 동일소자에는 동일부호를 부여했다. 이 실시예에서는 d-축 좌표변환소자들(14a,14b)은 제1도의 전력검출기들(9a,9b)과 각각 대치되고 있고, q-축 좌표변환소자들(15a,15b)은 무효전력검출기들(10a,10b)과 각각 대치되어 있다. 전압제어기들(VC)(16a,16b)과 동기제어기들(PLL)(8a,8b)은 제3 및 4도를 참조하여 후술하겠다. d-축 좌표변환소자들(14a,14b)은 실제시간 베이스로 양 인버터부의 전류편차들(△Ia,△Ib)을 d-q좌표계의 d-축 방향으로 변환하고 또 이들 성분들에 변환계수를 곱하여 제1전압보정신호들(△Vda,△Vdb)로 변환하여 그들을 출력한다. 마찬가지로 q-축 좌표변환소자들(15a,15b)은 양 인버터부의 전류편차들(△Ia,△Ib)을 d-q좌표계의 d-축 방향으로 변환하고 또 이들 성분에 변환계수를 곱하여 제2전압보정신호들(△Vqa,△Vqb)로 변환한다. d-q좌표변환처리는 예를들면 B.K.Bose“POWER ELECTRONICS AND AC DRIVES”prentice-Hall Inc. 1986, §2.1에 개시되어 있음을 주기해둔다.
d-축 좌표변환소자들(14a,14b)에 의해서 제공된 제1전압보정신호들(△Vda,△db)은 양 인버터부의 전류들(Ia,Ib)간의 편차를 영으로 하기 위한 주파수 보정신호로서 동기제어기들(8a,8b)로 도입된다. 동기제어기들(8a,8b)의 각각은 페이스록크드루프(PLL)로 되어 있다.
전압제어기(16a)로 전압기준(Vr), 실제전압신호(V) 및 제2전압보정신호(△Vqa)가 도입된다. 마찬가지로 전압제어기(16b)로는 전압기준(Vr), 실제전압신호(V) 및 제2전압보정신호(△Vqb)가 도입된다.
d-축 좌표변환소자들(14a,14b)과 q-축 좌표변환소자들(15a,15b)은 실제시간 베이스로 전류편차신호의 순시치의 d-q좌표변환처리를 행하게 작용한다. 따라서 부하(20)가 급변하는 과도기상태에 있어서도 제어시스템은 충분히 고속으로 이에 대처할 수 있다.
따라서 인버터부들의 부하분담이 항시 만족스러운 밸런스된 상태를 유지할 수 있다.
제3a~3c도는 전압제어기들(16a,16b)을 상세히 나타내고 있다. 기본적으로 제3a~3c의 전압제어기들의 각각은 가산기(17)와 그 출력측에 연결된 PI(비례적분)연산제어기(18)를 포함하고 있다.
제3a도의 전압제어에 있어서는 전압기준치(Vr), 전압검출기들(13a,13b)에 의해서 검출된 실제전압신호(V) 및 q-축 좌표변환소자들(15a,15b)로부터 출력되는 제2보정신호들(△Vqa,△Vqb)(이들을 통상 전압보정신호(△Vq)라고 한다)이 가산기(17)로 도입된다. 즉 전압제어기는 전압기준치(Vf)와 실제전압(V)간의 편차 △V(=△f-V)를 영에 접근시키도록 연산하는 공지의 PI연산형 전압제어기에 있어서 상술한 편차(△V)가 전압보정신호(△Vq)에 의해서도 보정되는 것을 특징으로 한다. 이 제어회로로 전체 또는 합성전류제어성이 주 또는 메이저루프에 의해서 전압보정신호(△Vq)가 처리되기 때문에 우수하나 전류제어응답은 PI동작 제어기(18)를 거쳐서 전압보정신호(△Vq)가 처리되기 때문에 그다지 양호하지 않다.
또 제3b도의 전압제어기에 있어서, 전압기준(Vr)과 실제전압(V)이 가산기(17)로 도입된다. 가산기(19)는 제어기(18)의 출력측에 설비되어 있고 전압보정신호(△Vq)가 게인조정기(20)를 거쳐서 가산기(19)로 입력된다. 이 회로에 의해서도 제3a도의 제어결과와 같은 결과가 제공된다. 이 회로에 있어서는 전체 전류체어성은 전압보정신호(△Vq)가 마이너루프에 의해서 처리되기 때문에 반드시 양호하지는 않으나 전류제어응답은 전압보정신호(△Vq)가 PI연산제어기(18)를 거치지 않고 처리되기 때문에 우수하다.
또 제3c도의 전압제어기의 특징은 전압보정신호(△Vq)가 제어기(18)의 입력측에 있는 가산기(17)와 그 출력측에 있는 가산기(19)에 게인조정기(20)를 거쳐서 도입되는데 있다. 제3c도의 전압제어기는 제3a도의 전압제어기의 장점과 제3b도의 전압제어기의 장점을 공통으로 갖는 것이 특징이고 즉 제3c도의 전압제어기는 전체 전류 제어성과 전류제어응답이 모두 우수하다.
제4a~4c도의 동기제어기들(PLL)(8a,8b)을 각각 상세히 나타내고 있다. 기본적으로 제4a~4c도의 동기제어기들의 각각은 위상에러 검출기(PHD)(21), 로우패스필터(LPF)(23) 및 전압제어된 발긴기(VCO)(24)를 포함하고 있다.
제4a도의 동기제어기에서는 가산기(22)가 위상에러검출기(21)와 로우패스필터(23)와의 사이에 삽입되어 전압보정신호들(△Va,△Vb)(통상 둘다를 전압보정신호(△Vb)라함)이 가산기(22)로 도입된다.
위상에러검출기(21)는 실제전압신호(V)에 포함된 주파수 정보와 주파수 기준을 비교하여 그들간의 편차에 대응하는 주파수 편차신호를 출력한다. 이 편차신호는 가산기(22)를 거쳐서 전압보정시호(△Vd)에 의해서 보정된다. 이와같이 보정된 편차신호가 로우패스필터(23)을 거쳐서 전압제어발진기(24)로 공급된다. 이 로우패스필터(23)가 연산증폭기로 구성되어 있으면 고조파 성분을 제거할 뿐만 아니라 소망하는 증폭특성 즉 PI특성까지도 갖는다.
전압제어발진기(24)는 로우패스필터(23)의 출력에 비례하는 주파수 신호를 발생하여 게이트신호 발생기들(PWM(5a,5b)로 공급한다.
제4a도의 동기제어기에서는 제1전압보정신호(△Vd)가 로우패스필터(23)를 거쳐서 처리되므로 그 응답이 반드시 양호하지는 않다. 이를 해결하는데는 제4b도의 회로구성을 채용하는 것이 바람직하다.
제4b도의 동기제어기에서는 가산기(25)가 로우패스필터(23)와 전압제어된 발진기(24)와의 사이에 설비되어 있다. 전압보정신호(△Vd)에 의한 보정연산이 게인조정기(26)와 가산기(25)를 거쳐서 행해진다. 그와같은 구성을 채용함으로써 전압보정신호(△Vd)가 로우패스필터(23)를 거치지 않고 행해져서 제4a도에 있었던 결점이 제거된 결과를 나타낸다. 따라서 소망하는 응답이 제공될 수 있다.
제4c도의 동기제어기의 특징은 전압보정신호(△Vd)가 로우패스필터(23)의 입력측에 있는 가산기(22)와 그 출력측에 있는 가산기(25)에 게인조정기(26)를 거쳐서 도입되는데 있다. 제4c도의 동기제어기는 제4a도의 동기제어기의 장점과 제4b도의 동기제어기의 장점을 공통으로 갖는 것이 특징이다. 즉 제4c도의 동기제어기는 전체 전류제어성과 전류제어응답이 우수하다.
게이트신호 발생기들(PWM)(5a,5b)은 동기제어기들(8a,8b)로부터의 주파수제어신호들과 전압제어기들(5a,5b)의 전압제어신호들에 준하여 인버터들(3a,3b)을 제어한다.
한편 제2도의 시스템에 있어서는 전류편차신호들(△Ia,△Ib)은 식들(△Ia=Ia-Ib, △Ib=Ib-Ia)을 사용하여 2개의 인버터부(Ia,Ib)가 설비된 경우와 3개 이상의 인버터부가 설비된 경우에 대응하여 제공된다. 대응하는 인버터부의 전류(Ii)와 모든 인버터부의 전류의 평균치(Iav(1/n)∑Ii(i=a~n)간의 편차(△i=Ii-Iav)를 채용하면 충분한 것이다.
제2도의 시스템에 있어서 인버터부들의 출력전류가 교류필터들(4a,4b)의 출력측(B)에 배치된 전류검출기들(11a,11b)에 의해서 검출된다. 이 때문에 검출된 전류는 인버터들(4a,4b)의 출력전류들로부터 교류필터들(4a,4b)의 캐패시터들로 분류된 전류를 감하여 얻어진 전류로서 주어진다. 따라서 인버터들(4a,4b)의 출력전류를 더 정확하게 밸런스시키기 위해서는 교류필터들(4a,4b)의 입력측(즉 인버터들(4a,4b)의 출력단자)에 전류검출기들(11a,11b)을 배치하면 충분한 것임을 주기해둔다.
상술한 실시예에서 d-축 좌표변환소자들(14a,14b)은 전류편차들(△Ia,△Ib)의 d-축 방향의 성분들(△Ida,△Idb)을 결정하는데 사용된다. 그러나 d-q축 좌표 변형처리에 있어서 기준이 될 축방향을 설정하는 방법과도 독립적으로 d-축 방향의 성분들(△Ida,△Idb)이 인버터 출력전압의 위상과 주파수를 보정하는 신호들에 직접 상당되지 않는 경우와 q-축방향의 성분들(△Iqa,△Iqb)이 인버터 출력전압의 진폭을 보정하는 신호들에 직접 상당되지 않을 경우가 있다. 그와같은 경우에 d-축 방향의 성분과 q-축 방향의 성분을 분해/합성하여 소망하는 보정신호들을 제공하면 충분한 것이다.
제2도의 시스템의 각 성분에서의 연산은 마이크로 프로세서에 의해서 행해진다.

Claims (7)

  1. 대응하는 인버터의 출력전류를 검출하는 전류검출수단, 상기 대응하는 인버터의 실제전압과 전압기준간의 편차에 대응하는 전압제어신호를 발생하는 전압제어수단, 상기 대응하는 인버터의 실제 주파수와 주파수 기준간의 편차에 대응하는 주파수 제어신호를 발생하는 주파수 제어수단, 상기 전류검출수단의 검출결과에 준하여 상기 대응하는 인버터에 관한 전류편차신호를 형성하는 전류편차 형성수단, 상기 전류편차 검출수단에 의해서 형성된 전류편차신호를 d-q축 직각 좌표계의 신호로 변화하여 상기 대응하는 인버터의 출력전압의 주파수에 관한 제1보정신호를 형성하고 상기 출력전압의 진폭에 관한 제2보정신호를 형성하는 d-q축 직각 좌표변환수단, 상기 제1보정수단에 의해서 상기 주파수 제어신호를 보정하는 제1보정수단, 상기 제2보정신호에 의해서 상기 전압제어신호를 보정하는 제2보정수단, 상기 제1보정수단 및 상기 제2보정수단으로 부터의 출력들에 따라서 상기 대응하는 인버터를 제어하는 수단을 포함하여 병렬로 연결된 복수의 인버터들을 포함하는 인버터 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 제어수단이 페이스록크드루프(PLL)로된 인버터 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 페이스록크드루프가 위상에러검출기, 로우패스필터 및 전압제어된 발진기로된 인버터 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전압제어수단이 PI연산제어기로된 인버터 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 d-q축 직각 좌표변환수단이 d-축 좌표변환수단과 q-축 좌표변환수단으로되고 상기 d-축 좌표변환수단이 동작되어 그 d-축 성분으로서 상기 전류편차신호에 준하여 상기 인버터의 출력전압의 주파수에 관한 제1보정신호를 형성하고 상기 q-축 좌표변환수단이 동작되어 그 q-축 성분으로서 상기 전류편차신호에 준하여 상기 인버터의 출력전압의 진폭에 관한 제2보정신호를 형성하는 인버터 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 교류필터가 각 인버터의 출력측에 설비되고 상기 전류검출수단이 상기 교류필터의 출력측에 설비된 인버터 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 교류필터가 각 인버터의 출력측에 설비되고 상기 전류검출수단이 상기 교류필터의 입력측에 설비되어 있는 인버터 시스템.
KR1019920004910A 1991-03-27 1992-03-26 인버터 시스템 Expired - Fee Related KR960000800B1 (ko)

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JP3062318A JPH04299027A (ja) 1991-03-27 1991-03-27 インバータ装置
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