KR102625127B1 - Voltage compensation system using magnetic flux superposition method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템에 관한 것으로, 특히, 계통전압에서 새그(sag)나 스웰(swell) 또는 정전 등이 발생하더라도 부하에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a voltage compensation system using the magnetic flux superimposition method. In particular, the voltage compensation system using the magnetic flux superimposition method can stably supply power to the load even if a sag, swell, or power outage occurs in the grid voltage. It's about the reward system.
계통 전압의 변동을 보상하는 대표적인 장비로 무정전전원장치(UPS. Uninterruptible Power Supply)와 능동형 전압 보상 장치(DVR. Dynamic Voltage Restorer)가 존재하며, 능동형 전압 보상 장치에는 온라인(ON-Line) 방식과 오프라인(OFF-Line) 방식이 존재하고, 실제 산업 현장에서는 두 가지 방식이 모두 사용되고 있다.Representative equipment that compensates for fluctuations in grid voltage include an uninterruptible power supply (UPS) and an active voltage compensation device (DVR. Dynamic Voltage Restorer). There are two types of active voltage compensation devices: ON-Line and offline. (OFF-Line) method exists, and both methods are used in actual industrial sites.
새그(sag) 또는 스웰(swell)등의 현상으로 인해 계통 전압이 변화되는 경우, 온라인 방식은 계통 전압을 입력으로 계속 연결해 둔 상태에서 출력 전압을 일정하게 유지하는 방식이며, 오프라인 방식은 계통을 분리하여 보상기에 충전된 전기에너지를 활용하여 출력 전압을 유지하는 방식이다. 이러한 온라인 방식과 오프라인 방식은 각각의 장단점을 가지고 있다.When the grid voltage changes due to phenomena such as sag or swell, the online method keeps the output voltage constant while keeping the grid voltage connected to the input, while the offline method disconnects the grid. This is a method of maintaining the output voltage by utilizing the electrical energy charged in the compensator. These online and offline methods each have their own pros and cons.
온라인 보상 방식은 연속적으로 발생하는 새그나 스웰에 대하여 실시간으로 연속 보상이 가능할 뿐만 아니라, 설정해 높은 정격 전압으로 안정적 전압 유지가 가능하다는 장점이 존재한다. 하지만, 계통 전압이 끊어지거나 심각하게 낮은 전압으로 입력되는 경우, 부하 전압을 일정하게 유지할 수 없는 단점을 가지고 있다.The online compensation method has the advantage of not only being able to continuously compensate for sag or swell that occurs continuously in real time, but also maintaining a stable voltage at a high rated voltage by setting it. However, when the grid voltage is cut off or input at a seriously low voltage, it has the disadvantage of not being able to keep the load voltage constant.
또, 오프라인 방식은 계통 전압의 새그나 스웰 뿐만 아니라 정전 현상이 발생하더라도 부하 전압을 일정하게 공급할 수 있는 장점이 존재하지만, 에너지 저장 장치에 저장되고 있는 에너지의 용량에 따라 보상 시간에 제한이 있으며, 연속 보상이 제한적이다는 문제점이 존재한다. 또한, 새그 및 스웰에 대한 설정값을 지정해야하며, 그 사이에서 발생하는 전압 변동에 대해서는 보상이 불가능하다는 문제점이 존재한다. In addition, the offline method has the advantage of providing a constant load voltage even when a power outage occurs as well as a sag or swell in the grid voltage, but there is a limit to the compensation time depending on the capacity of energy stored in the energy storage device. There is a problem that continuous compensation is limited. In addition, there is a problem that setting values for sag and swell must be specified, and compensation for voltage fluctuations that occur between them is impossible.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 온라인 방식과 오프라인 방식의 단점을 모두 보완하여 전압 보상 기능과 함께 정전 시에도 부하에 정격 전압을 공급할 수 있는 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템을 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an embodiment of the present invention compensates for the shortcomings of both the online method and the offline method and provides a magnetic flux superposition method that can supply the rated voltage to the load even during a power outage along with a voltage compensation function. We would like to provide a voltage compensation system using
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템이 제공된다. 상기 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템은, 계통 전압을 획득하며, 상기 계통 전압의 변동에 따라 전압 변동 보상 기능을 수행하여 부하에 전압을 공급하는 3권선 변압기; 상기 계통 전압을 공급받고, 공급받은 상기 계통 전압을 기 설정된 조건에 따라 상기 3권선 변압기로 전달하는 계통 분기 스위칭부; 및 상기 계통 전압의 변동에 따라 상기 전압 변동을 위한 에너지를 포함하는 보상 전압을 상기 3권선 변압기로 공급하는 에너지 저장부;를 포함하며, 상기 계통 전압은, 정상 전압 상태, 새그 전압 상태, 스웰 전압 상태 및 정전 상태 중 어느 하나의 상태로 입력되고, 상기 정상 전압 상태인 경우 상기 계통 전압이 상기 제3권선 변압기로 공급되며, 상기 새그 전압 상태인 경우 상기 계통 전압 및 상기 보상 전압이 상기 3권선 변압기로 공급되고, 상기 스웰 전압 상태인 경우, 상기 3선권 변압기로 상기 계통 전압이 공급되며 잉여 전압은 상기 3권선 변압기에서 상기 에너지 저장부를 통해 상기 계통 전압으로 회수되고, 상기 정전 상태인 경우 상기 보상 전압이 상기 3권선 변압기로 공급된다.According to one aspect of the present invention for solving the above problems, a voltage compensation system using a magnetic flux overlap method is provided. The voltage compensation system using the magnetic flux superimposition method includes a three-winding transformer that obtains a grid voltage and performs a voltage change compensation function according to changes in the grid voltage to supply voltage to the load; a grid branch switching unit that receives the grid voltage and transfers the supplied grid voltage to the three-winding transformer according to preset conditions; And an energy storage unit that supplies a compensation voltage containing energy for the voltage change according to the change in the grid voltage to the three-winding transformer, wherein the grid voltage is in a normal voltage state, a sag voltage state, and a swell voltage. is input in any one of the normal voltage state and the power failure state, and in the normal voltage state, the grid voltage is supplied to the third winding transformer, and in the sag voltage state, the grid voltage and the compensation voltage are supplied to the third winding transformer. is supplied to, and in the case of the swell voltage state, the grid voltage is supplied to the three-winding transformer and the surplus voltage is recovered as the grid voltage from the three-winding transformer through the energy storage unit, and in the case of the power failure state, the compensation voltage This is supplied to the above three-winding transformer.
상기 제3권선 변압기는, 3권선 철심 구조로 형성되고 임의의 철심 중 하나에 부하 연결 코일이 구비되며, 일 측의 철심에는 계통 전압 연결 코일이 구비되고, 타 측의 철심에는 에너지 보상 연결 코일이 구비될 수 있다.The third winding transformer is formed in a three-winding iron core structure and has a load connection coil on one of the iron cores, a system voltage connection coil on one iron core, and an energy compensation connection coil on the other iron core. It can be provided.
상기 계통 전압 연결 코일은 상기 계통 분기 스위칭부와 연결되어 상기 계통 전압을 획득하며, 상기 에너지 보상 연결 코일은 상기 에너지 저장부와 연결되어 상기 보상 전압을 획득할 수 있다.The grid voltage connection coil may be connected to the grid branch switching unit to obtain the grid voltage, and the energy compensation connection coil may be connected to the energy storage unit to obtain the compensation voltage.
상기 계통 분기 스위칭부는, 상기 계통 전압 연결 코일로 상기 계통 전압을 전달하며, 상기 계통 전압 연결 코일은 제1 계통 회선 및 제2 계통 회선으로 형성되는 계통 회선과 연결될 수 있다.The grid branch switching unit transmits the grid voltage to the grid voltage connecting coil, and the grid voltage connecting coil may be connected to a grid line formed by a first grid line and a second grid line.
상기 제1 계통 회선 및 상기 제2 계통 회선에는 각각 제1 계통 연결 스위치 및 제2 계통 연결 스위치가 구비되며, 상기 제1 계통 회선 및 상기 제2 계통 회선을 연결하기 위한 바이패스 스위치가 더 구비될 수 있다.The first system line and the second system line are each provided with a first system connection switch and a second system connection switch, and a bypass switch for connecting the first system line and the second system line may be further provided. You can.
상기 바이패스 스위치는 상기 제1 계통 연결 스위치 및 상기 제2 계통 연결 스위치와 상기 계통 전압 연결 코일 사이에 구비될 수 있다.The bypass switch may be provided between the first grid connection switch, the second grid connection switch, and the grid voltage connection coil.
상기 정상 전압 상태인 경우, 상기 에너지 저장부에 정류 전압이 저장되는 충전 모드가 동작하며, 상기 새그 전압 상태인 경우, 기 설정된 새그 기준에 따라 상기 보상 전압이 상기 3권선 변압기로 공급되는 방전 모드가 동작할 수 있다.In the normal voltage state, a charging mode in which a rectified voltage is stored in the energy storage unit operates, and in the sag voltage state, a discharge mode in which the compensation voltage is supplied to the three-winding transformer according to a preset sag standard operates. It can work.
본 발명의 일 실시예에 따른 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템은, 계통 전압의 변동과 정전 모두에 대비할 수 있어 부하 전압을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다. The voltage compensation system using the magnetic flux superimposition method according to an embodiment of the present invention has the effect of stably supplying the load voltage by preparing for both fluctuations in grid voltage and power outages.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템은, 자속 중첩 방식을 사용하여 계통 전압에서 새그나 스웰이 발생하는 경우에는 온라인 방식으로 전압을 보상하고, 정전이 발생하는 경우에는 오프라인 방식으로 전압을 보상하여 부하의 오동작과 정지를 방지하여 사회적, 경제적 손실을 예방할 수 있는 효과가 있다.In addition, the voltage compensation system using the magnetic flux overlap method according to an embodiment of the present invention uses the magnetic flux overlap method to compensate for the voltage in an online manner when a sag or swell occurs in the grid voltage and when a power outage occurs. It has the effect of preventing social and economic losses by compensating the voltage in an offline manner to prevent malfunction and stoppage of the load.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 회로도이다.
도 3은 도 1의 3권선 변압기의 구조이다.
도 4는 도 1의 계통 분기 스위치의 구조이다.
도 5는 도 1의 에너지 저장부의 구조이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 정상 전압 상태일 때 충전 모드에서의 전력 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 (a) 새그 전압 상태 및 (b) 방전 모드에서의 전력 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 스웰 전압 상태에서의 전력 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 정전 상태일때의 전력 흐름도이다.Figure 1 is a block diagram of a voltage compensation system using a magnetic flux superposition method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a circuit diagram of Figure 1.
Figure 3 is the structure of the three-winding transformer of Figure 1.
FIG. 4 shows the structure of the system branch switch of FIG. 1.
Figure 5 is a structure of the energy storage unit of Figure 1.
6 is a power flow diagram in charging mode in a normal voltage state in one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a power flow diagram in (a) sag voltage state and (b) discharge mode in one embodiment of the present invention.
Figure 8 is a power flow diagram in a swell voltage state in one embodiment of the present invention.
Figure 9 is a power flow diagram during a power outage in one embodiment of the present invention.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to illustrative drawings. In adding reference numerals to components in each drawing, the same components may have the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present technical idea, the detailed description may be omitted. When “comprises,” “has,” “consists of,” etc. mentioned in the specification are used, other parts may be added unless “only” is used. When a component is expressed in the singular, it can also include the plural, unless specifically stated otherwise.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. Additionally, in describing the components of the present disclosure, 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, order, or number of the components are not limited by the term.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다. In the description of the positional relationship of components, when two or more components are described as being “connected,” “coupled,” or “connected,” the two or more components are directly “connected,” “coupled,” or “connected.” ", but it should be understood that two or more components and other components may be further "interposed" and "connected," "combined," or "connected." Here, other components may be included in one or more of two or more components that are “connected,” “coupled,” or “connected” to each other.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the description of temporal flow relationships related to components, operation methods, production methods, etc., for example, temporal precedence relationships such as “after”, “after”, “after”, “before”, etc. Or, when a sequential relationship is described, non-continuous cases may be included unless “immediately” or “directly” is used.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.On the other hand, when a numerical value or corresponding information (e.g., level, etc.) for a component is mentioned, even if there is no separate explicit description, the numerical value or corresponding information is related to various factors (e.g., process factors, internal or external shocks, It can be interpreted as including the error range that may occur due to noise, etc.).
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1의 회로도이며, 도 3은 도 1의 3권선 변압기의 구조이고, 도 4는 도 1의 계통 분기 스위치의 구조이며, 도 5는 도 1의 에너지 저장부의 구조이다. FIG. 1 is a block diagram of a voltage compensation system using a magnetic flux superimposition method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of FIG. 1, FIG. 3 is a structure of the three-winding transformer of FIG. 1, and FIG. 4 is a circuit diagram of FIG. 1. This is the structure of the system branch switch, and FIG. 5 is the structure of the energy storage unit of FIG. 1.
이하에서는 도1 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템(이하, 설명의 편의상 보상 시스템이라 함)에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a voltage compensation system using a magnetic flux superposition method according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a compensation system for convenience of explanation) will be described in detail using FIGS. 1 to 4.
본 발명의 일 실시예에 따른 보상 시스템(1)은, 계통 전압(10)으로부터 입력되는 전압의 상태에 대응하여 부하(20)에 일정한 전압을 공급하도록 형성된다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 시스템(1)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 3권선 변압기(11), 계통 분기 스위칭부(13) 및 에너지 저장부(15)를 포함하도록 형성된다.The compensation system 1 according to an embodiment of the present invention is configured to supply a constant voltage to the load 20 in response to the state of the voltage input from the grid voltage 10. To this end, the compensation system 1 according to an embodiment of the present invention includes a three-winding transformer 11, a system branch switching unit 13, and an energy storage unit 15, as shown in FIGS. 1 and 2. is formed
3권선 변압기(11)는 계통 전압을 획득하며, 계통 전압의 변동에 따라 자속 중첩을 통해 전압 변동 보상 기능을 수행하고, 이를 통해 부하(20)에 일정한 전압을 공급하도록 형성된다. 이를 위해 3권선 변압기(11)는 후술되는 계통 분기 스위칭부(13) 및 에너지 저장부(15)와 연결되어 계통 분기 스위칭부(13)를 통해 계통 전압을 획득하고, 에너지 저장부(15)를 통해 보상 전압을 획득하거나, 잉여 전압을 에너지 저장부(15)로 전달하도록 형성될 수 있다.The three-winding transformer 11 acquires the grid voltage, performs a voltage change compensation function through magnetic flux overlap according to the change in the grid voltage, and is formed to supply a constant voltage to the load 20 through this. For this purpose, the three-winding transformer 11 is connected to the system branch switching unit 13 and the energy storage unit 15, which will be described later, to obtain the grid voltage through the system branch switching unit 13 and the energy storage unit 15. It may be formed to obtain a compensation voltage or to transfer the surplus voltage to the energy storage unit 15.
본 발명의 일 실시예에 따른 3권선 변압기(11)는 도 3에 도시된 바와 같이 3권선 철심(111)이 형성되며, 각 권선에 코일(113a 내지 113c)이 포함되도록 형성될 수 있다. 보다 상세하게는 본 발명의 일 실시예에 따른 3권선 변압기(11)는 중앙 철심에 부하 연결 코일(113b)이 구비되어 자속 중첩 방식을 통해 부하(20)에 전압을 공급하도록 형성될 수 있다. 또, 일 측의 철심에는 계통 전압 연결 코일(113a)이 구비되어 계통 분기 스위칭부(13)를 통해 계통 전압이 입력되어 자속을 생성하도록 형성될 수 있으며, 나머지 철심에는 에너지 보상 연결 코일(113c)이 구비되어 에너지 저장부(15)로부터 보상 전압이 입력되거나 에너지 저장부(15)로 잉여 전압을 출력하도록 형성될 수 있다.The three-winding transformer 11 according to an embodiment of the present invention has a three-winding iron core 111 as shown in FIG. 3, and each winding may be formed to include coils 113a to 113c. More specifically, the three-winding transformer 11 according to an embodiment of the present invention is provided with a load connection coil 113b at the central iron core and may be formed to supply voltage to the load 20 through a magnetic flux overlap method. In addition, the iron core on one side is provided with a grid voltage connection coil 113a so that the grid voltage is input through the system branch switching unit 13 to generate magnetic flux, and the remaining iron core is provided with an energy compensation connection coil 113c. It may be provided so that a compensation voltage is input from the energy storage unit 15 or a surplus voltage is output to the energy storage unit 15.
본 발명의 일 실시예에 따른 3권선 변압기(11)는 3개의 코일(113a 내지 113c)에서 각각 발생하는 자속들의 중첩을 이용하여 부하(20)에 전압을 공급하거나 잉여 전압을 출력하도록 형성될 수 있다. 보다 상세한 3권선 변압기(11)의 전압 처리와 관련된 내용은 후술하도록 한다.The three-winding transformer 11 according to an embodiment of the present invention can be formed to supply voltage to the load 20 or output surplus voltage by using the overlap of magnetic fluxes generated from each of the three coils 113a to 113c. there is. More detailed information related to voltage processing of the three-winding transformer 11 will be described later.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 분기 스위칭부(13)는 계통 전압을 공급받고, 공급받은 계통 전압을 기 설정된 조건에 따라 3권선 변압기로 전달하도록 형성된다. 계통 분기 스위칭부(13)는 도 2에 도시된 바와 같이 계통 전압(10)과 연결되고, 계통 전압을 전달받고, 3권선 변압기(11)의 계통 전압 연결 코일(113a)로 계통 전압을 전달하도록 형성된다. Meanwhile, the grid branch switching unit 13 according to an embodiment of the present invention is configured to receive grid voltage and transfer the supplied grid voltage to a three-winding transformer according to preset conditions. As shown in FIG. 2, the grid branch switching unit 13 is connected to the grid voltage 10, receives the grid voltage, and transmits the grid voltage to the grid voltage connection coil 113a of the three-winding transformer 11. is formed
이를 위해 본 발명의 계통 분기 스위칭부(13)는 도 4에 도시된 바와 같이 계통 회선(131) 및 스위치(133, 135)를 포함하도록 형성될 수 있으며, 계통 전압 연결 코일(113a)과 계통 회선(131)이 서로 연결되도록 형성될 수 있다. To this end, the grid branch switching unit 13 of the present invention may be formed to include a grid line 131 and switches 133 and 135, as shown in FIG. 4, and a grid voltage connecting coil 113a and the grid line (131) may be formed to be connected to each other.
계통 회선은 제1 계통 회선(131a) 및 제2 계통 회선(131b)으로 형성되며, 제1 계통 회선(131a)에는 제1 계통 연결 스위치(133a)가 구비되고 제2 계통 회선(131b)에는 제2 계통 연결 스위치(133b)가 구비될 수 있다. 이때, 제1 계통 회선(131a)과 제2 계통 회선(131b)은 바이패스 스위치(135)를 이용하여 서로 필요에 따라 연결되도록 형성될 수 있다.The system line is formed of a first system line 131a and a second system line 131b. The first system line 131a is provided with a first system connection switch 133a, and the second system line 131b is provided with a first system connection switch 133a. 2 A grid connection switch 133b may be provided. At this time, the first system line 131a and the second system line 131b may be connected to each other as needed using the bypass switch 135.
본 발명의 일 실시예에서, 계통 분기 스위칭부(13)는 바람직하게는 바이패스 스위치(135)가 제1 계통 연결 스위치(133a) 및 제2 계통 연결 스위치(133b)와 계통 전압 연결 코일(113a) 사이에 구비되도록 형성될 수 있다. 또, 제1 계통 연결 스위치(133a) 및 제2 계통 연결 스위치(133b)는 바람직하게는 같은 상태로 연결 또는 해제되도록 설정되며, 바이패스 스위치(135)는 제1 계통 연결 스위치(133a) 및 제2 계통 연결 스위치(133b)와 반대 상태로 연결 또는 해제되도록 설정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the grid branch switching unit 13 preferably has a bypass switch 135 connected to the first grid connection switch 133a, the second grid connection switch 133b, and the grid voltage connection coil 113a. ) can be formed to be provided between. In addition, the first grid connection switch 133a and the second grid connection switch 133b are preferably set to be connected or disconnected in the same state, and the bypass switch 135 is connected to the first grid connection switch 133a and the second grid connection switch 133b. 2 It can be set to be connected or disconnected in the opposite state to the grid connection switch 133b.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장부(15)는, 계통 전압의 변동에 따라 전압 변동을 위한 에너지를 포함하는 보상 전압을 3권선 변압기(11)로 공급하도록 형성된다. 보다 상세하게는 도 5를 참고하면, 본 발명의 에너지 저장부(15)는 정류기(151), 에너지 저장 모듈(153) 및 보상기 인버터(155)를 포함하도록 형성된다. 정류기(151)는 계통 전압(10)과 전기적으로 연결되어 계통 전압(10)을 입력 받아 계통 전압의 정류를 수행하여 정류 전압을 생성하도록 형성된다.Meanwhile, the energy storage unit 15 according to an embodiment of the present invention is formed to supply a compensation voltage containing energy for voltage fluctuations to the three-winding transformer 11 according to fluctuations in grid voltage. In more detail, referring to FIG. 5, the energy storage unit 15 of the present invention is formed to include a rectifier 151, an energy storage module 153, and a compensator inverter 155. The rectifier 151 is electrically connected to the grid voltage 10 to receive the grid voltage 10 and rectify the grid voltage to generate a rectified voltage.
에너지 저장 모듈(153)은 정류 전압을 획득하여 기 설정된 용량만큼 저장하도록 형성된다.The energy storage module 153 is configured to obtain a rectified voltage and store it as a preset capacity.
보상기 인버터(155)는 정류 전압을 보상 전압으로 변경하여 3권선 변압기(11)로 공급하도록 형성된다. 여기서, 보상기 인버터(155)는 에너지 저장 모듈(153)에 저장된 정류 전압을 보상 전압으로 변경하여 3권선 변압기(11)로 공급하도록 형성될 수도 있지만, 정류기(151)를 통과한 정류 전압을 곧바로 보상 전압으로 변경하여 3권선 변압기(11)로 공급하도록 형성될 수도 있다.The compensator inverter 155 is configured to change the rectified voltage into a compensation voltage and supply it to the three-winding transformer 11. Here, the compensator inverter 155 may be formed to change the rectified voltage stored in the energy storage module 153 into a compensation voltage and supply it to the three-winding transformer 11, but it may directly compensate for the rectified voltage that passed through the rectifier 151. It may be configured to change the voltage and supply it to the three-winding transformer (11).
한편, 계통 전압(10)은 다양한 상태로 부하(20)로 공급될 수 있다. 본 발명에서는 계통 전압(10)이 1) 정상 전압 상태, 2) 새그(sag) 전압 상태, 3) 스웰(swell) 전압 상태 및 4) 정전 상태 중 어느 하나의 상태로 공급된다고 정의한다. 여기서, 새그(sag) 전압 상태는 순간 전압 강하 상태일 수 있고, 스웰(swell) 전압 상태는 순간 과전압 상태일 수 있다.Meanwhile, the grid voltage 10 may be supplied to the load 20 in various states. In the present invention, it is defined that the grid voltage 10 is supplied in one of the following states: 1) normal voltage state, 2) sag voltage state, 3) swell voltage state, and 4) power outage state. Here, the sag voltage state may be an instantaneous voltage drop state, and the swell voltage state may be an instantaneous overvoltage state.
이러한 계통 전압(10)의 다양한 상태에 대해 본 보상 시스템(1)이 동작하는 전력 흐름도가 도 6 내지 도 9에 도시되고 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 정상 전압 상태일 때 충전 모드에서의 전력 흐름도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 (a) 새그 전압 상태 및 (b) 방전 모드에서의 전력 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에서 스웰 전압 상태에서의 전력 흐름도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에서 정전 상태일때의 전력 흐름도이다.Power flow diagrams of how the compensation system 1 operates for various states of the grid voltage 10 are shown in FIGS. 6 to 9. FIG. 6 is a power flow diagram in charging mode in a normal voltage state in an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a power flow diagram in (a) a sag voltage state and (b) a discharging mode in an embodiment of the present invention. , FIG. 8 is a power flow diagram in a swell voltage state in an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a power flow diagram in a power outage state in an embodiment of the present invention.
이하에서는 계통 전압의 상태에 따라 에너지 보상 연결 코일(113c)에서 요구되는 기자력에 대한 설명도 함께 하도록 한다. 이하에서, 계통 전압 연결 코일(113a)의 자속은 φi, 부하 연결 코일(113b)의 자속은 φo 및 에너지 보상 연결 코일(113c)의 자속은 φc라고 정의하고, R은 자기저항이고, N은 권선의 턴수, Fi, Fo, Fc는 각 권선의 기자력으로 정의하고, 자속 중첩으로 발생하는 기자력은 Fn으로 정의하도록 한다.Hereinafter, a description will be given of the magnetomotive force required for the energy compensation connection coil 113c depending on the state of the grid voltage. Hereinafter, the magnetic flux of the grid voltage connection coil 113a is defined as ϕi, the magnetic flux of the load connection coil 113b is defined as ϕo, and the magnetic flux of the energy compensation connection coil 113c is defined as ϕc, R is the magnetoresistance, and N is the winding The number of turns, Fi, Fo, and Fc, are defined as the magnetomotive force of each winding, and the magnetomotive force generated by magnetic flux overlap is defined as Fn.
이 경우, φi*R=Fi-Fn, φo*R=Fo-Fn, φc*R=Fc-Fn, φi+φo+φc=0으로 표현될 수 있다. 또, 각 권선의 기자력은, Fi=N*Ii, Fo=N*Io, Fc=N*Ic로 표현될 수 있다. 여기서 I는 각 권선에 흐르는 전류의 크기이다.In this case, it can be expressed as ϕi*R=Fi-Fn, ϕo*R=Fo-Fn, ϕc*R=Fc-Fn, and ϕi+ϕo+ϕc=0. Additionally, the magnetomotive force of each winding can be expressed as Fi=N*Ii, Fo=N*Io, and Fc=N*Ic. Here, I is the magnitude of the current flowing in each winding.
1) 정상 전압 상태1) Normal voltage condition
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 계통 전압으로 정상 전압이 공급되는 상태, 다시 말해 전압이 안정적으로 공급되는 상태인 경우, 공급되는 계통 전압은 계통 분기 스위칭부(13)를 거쳐 3권선 변압기(11)로 입력되고, 입력된 계통 전압은 계통 전압 연결 코일(113a)을 통과하면서 계통 자속을 생성하게 된다. 생성되는 계통 자속은 중앙에 구비되는 부하 연결 코일(113b)에 전자기 유도를 발생시키고, 이를 통해 본 발명의 3권선 변압기(11)는 부하(20)에 전압을 안정적으로 공급할 수 있다.Referring to FIG. 6, in an embodiment of the present invention, when a normal voltage is supplied as the grid voltage, that is, when the voltage is stably supplied, the supplied grid voltage passes through the grid branch switching unit 13 to 3 It is input to the winding transformer 11, and the input grid voltage generates grid magnetic flux as it passes through the grid voltage connection coil 113a. The generated system magnetic flux generates electromagnetic induction in the load connection coil 113b provided in the center, and through this, the three-winding transformer 11 of the present invention can stably supply voltage to the load 20.
한편, 정상 전압 상태에서 계통 전압은 에너지 저장부(15)로도 유입될 수 있다. 이때, 에너지 저장부(15)에서는 상술한 바와 같이 정류기(151)에서 유입되는 계통 전압을 정류하게 되고, 정류된 전압인 정류 전압은 에너지 저장 모듈(153)에 저장될 수 있다. 에너지 저장 모듈(153)은 일 예로, 배터리, 울트라 커패시터, 플라이 휠 및 압축 공기 에너지 저장 시스템(CAES) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, in a normal voltage state, grid voltage may also flow into the energy storage unit 15. At this time, the energy storage unit 15 rectifies the grid voltage flowing from the rectifier 151 as described above, and the rectified voltage may be stored in the energy storage module 153. The energy storage module 153 may include, for example, at least one of a battery, an ultra capacitor, a flywheel, and a compressed air energy storage system (CAES).
즉, 본 발명의 보상 시스템(1)은 정상 전압 상태인 경우에는 계통 전압을 입력하여 부하(20)에 전원을 공급하도록 형성될 뿐만 아니라, 에너지 저장 모듈(153)에 계통 전압의 에너지를 저장함으로써(충전 모드) 필요시 저장된 에너지를 이용하여 부하(20)에 일정한 전원을 공급할 수 있도록 형성될 수 있다.That is, the compensation system 1 of the present invention is not only configured to supply power to the load 20 by inputting the grid voltage when in a normal voltage state, but also by storing the energy of the grid voltage in the energy storage module 153. (Charging mode) It can be configured to supply constant power to the load 20 using stored energy when necessary.
상술한 설명은, 다음과 같은 조건을 의미한다. 계통 전압이 정격 전압인 경우 보상이 필요없기 때문에 φi=φN, φo=-φN의 조건을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 보상 시스템(1)은 에너지 저장부(15)에서 보상 전압을 출력할 필요가 없기 때문에 에너지 저장부(15)의 출력 전압을 0으로 제어하여 에너지 보상 연결 코일(113c)의 자속을 0으로 제어하게 된다(φc=0).The above description means the following conditions. If the grid voltage is the rated voltage, compensation is not required, so the conditions ϕi=ϕN and ϕo=-ϕN can be obtained. Therefore, since the compensation system 1 of the present invention does not need to output a compensation voltage from the energy storage unit 15, the output voltage of the energy storage unit 15 is controlled to 0 to increase the magnetic flux of the energy compensation connection coil 113c. is controlled to 0 (ϕc=0).
보상기 인버터(155)에서는 자속을 0으로 제어하기 위해 다음과 같은 기자력을 도출하여야 하며, 보다 자세히는 하기 수학식 1과 같은 전류를 공급하도록 제어될 수 있다.In the compensator inverter 155, the following magnetomotive force must be derived to control the magnetic flux to 0, and in more detail, it can be controlled to supply a current as shown in Equation 1 below.
2) 새그(sag) 전압 상태2) Sag voltage condition
도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 계통 전압이 새그(sag) 상태인 경우, 다시 말해 순간 전압 강하가 발생하여 입력되는 계통 전압이 부족한 상태인 경우는 도 7a 또는 도 7b로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 7, in an embodiment of the present invention, when the grid voltage is in a sag state, that is, when an instantaneous voltage drop occurs and the input grid voltage is insufficient, it can be divided into FIG. 7A or FIG. 7B. You can.
도 7a는 정류기(151)의 용량을 초과하지 않는 수준의 전압 강하가 발생한 경우에 대한 전력 흐름도이고, 도 7b는 정류기(151)의 용량을 초과하는 수준의 전압 강하가 발생한 경우에 대한 전력 흐름도이다.FIG. 7A is a power flow diagram for a case where a voltage drop occurs at a level that does not exceed the capacity of the rectifier 151, and FIG. 7B is a power flow chart for a case where a voltage drop occurs at a level that exceeds the capacity of the rectifier 151. .
본 발명의 일 실시예에 따른 보상 시스템(1)은 새그가 발생하는 경우, 최종적으로 부하(20)와 연결된 부하 연결 코일(113b)에 유입되는 자속을 일정하게 유지하기 위해 에너지 저장부(15)를 이용하도록 형성된다. 에너지 저장부(15)는 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이 계통 분기 스위칭부(13)와 병렬로 연결되어 계통 전압을 입력 받도록 형성된다. 즉, 계통 전압(10)은 강하 현상이 없이 동일한 크기로 계통 분기 스위칭부(13) 및 에너지 저장부(15)로 전달되게 된다. The compensation system 1 according to an embodiment of the present invention includes an energy storage unit 15 to maintain the magnetic flux flowing into the load connection coil 113b finally connected to the load 20 constant when a sag occurs. It is formed to use. As shown in FIGS. 2 to 9, the energy storage unit 15 is connected in parallel with the grid branch switching unit 13 to receive grid voltage. That is, the grid voltage 10 is transmitted to the grid branch switching unit 13 and the energy storage unit 15 at the same level without a drop phenomenon.
본 발명의 보상 시스템(1)은 전압 강하 정도가 정류기(151)의 용량을 초과하지 않는 경우에는 정류기(151)를 통해 유입되는 계통 전압을 보상기 인버터(155)를 통해 보상 전압으로 변경하여 3권선 변압기(11)의 에너지 보상 연결 코일(113c)로 전달할 수 있다. 3권선 변압기(11)는 새그가 발생한 계통 전압을 계통 전압 연결 코일(113a)로부터 획득하게 되고, 전압 강하 정도만큼의 보상 전압을 에너지 보상 연결 코일(113c)로부터 획득하게 된다. 두 코일(113a, 113c)은 각각 자속을 생성하게 되고, 생성된 자속은 두 코일(113a, 113c) 사이에 위치한 부하 연결 코일(113b)에서 서로 중첩되어 중첩 자속이 부하 연결 코일(113b)에 전자기 유도를 발생시키고, 이를 통해 부하(20)에는 정격 전압(정상 상태의 계통 전압)이 입력된 것과 동일한 효과를 발생시킬 수 있다.The compensation system (1) of the present invention changes the grid voltage flowing through the rectifier (151) into a compensation voltage through the compensator inverter (155) when the voltage drop does not exceed the capacity of the rectifier (151), thereby providing three windings. It can be transmitted to the energy compensation connection coil 113c of the transformer 11. The three-winding transformer 11 obtains the grid voltage in which the sag occurs from the grid voltage connection coil 113a, and obtains a compensation voltage equal to the voltage drop from the energy compensation connection coil 113c. The two coils (113a, 113c) each generate magnetic flux, and the generated magnetic flux overlaps each other in the load connection coil (113b) located between the two coils (113a, 113c), so that the overlapped magnetic flux is electromagnetic in the load connection coil (113b). Induction is generated, and through this, the same effect as when the rated voltage (normal grid voltage) is input to the load 20 can be generated.
한편, 도 7b와 같이 정류기(151)의 용량을 초과하는 수준의 전압 강하가 발생한 경우에는, 본 발명의 보상 시스템(1)은 정상 상태로 입력되던 계통 전압을 기 저장해 놓은 에너지 저장 모듈(153)로부터 에너지(전압)를 획득하여 정류기(151)의 용량을 초과하는 정도의 전압 강하량을 더하여 보상 전압을 생성(방전 모드)하고, 생성된 보상 전압을 이용하여 3권선 변압기(11)에서 부하(20)로 정격 전압을 입력하도록 형성될 수 있다.On the other hand, when a voltage drop exceeds the capacity of the rectifier 151 as shown in FIG. 7b, the compensation system 1 of the present invention uses an energy storage module 153 that stores the grid voltage input in a normal state. Energy (voltage) is obtained from the rectifier 151 to generate a compensation voltage (discharge mode) by adding a voltage drop exceeding the capacity of the rectifier 151, and the generated compensation voltage is used to generate a compensation voltage from the three-winding transformer 11 to the load 20. ) can be configured to input the rated voltage.
즉, 본 발명의 보상 시스템(1)은 기본적으로는 충전된 에너지를 바로바로 사용하는 것이 아니라, 정류기(151)의 용량을 초과하는 경우에만 에너지 저장 모듈(153)에 저장된 에너지를 초과하는 정도만큼만 사용하여 보상 전압을 생성하도록 형성되며, 이는 에너지 저장 모듈(153)의 효율을 증가시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.That is, the compensation system 1 of the present invention does not basically use the charged energy immediately, but only to the extent of exceeding the energy stored in the energy storage module 153 only when the capacity of the rectifier 151 is exceeded. It is formed to generate a compensation voltage, which can be expected to have the effect of increasing the efficiency of the energy storage module 153.
상술한 설명은, 다음과 같은 조건을 의미한다. 계통 전압이 정격 전압보다 작은 경우 보상이 필요하다. 따라서, φi=φN-△φ, φo=-φN의 조건을 가진다. 본 발명의 보상 시스템(1)은 에너지 저장부(15)에서 출력 전압을 제어하여 에너지 보상 연결 코일(113c)의 자속을 φc=△φ로 제어하게 된다.The above description means the following conditions. If the grid voltage is less than the rated voltage, compensation is required. Therefore, it has the conditions ϕi=ϕN-△ϕ, ϕo=-ϕN. The compensation system 1 of the present invention controls the output voltage from the energy storage unit 15 to control the magnetic flux of the energy compensation connection coil 113c to ϕc=△ϕ.
즉, 계통 전압이 정격 전압보다 작은 경우, 자속 φi가 정격 전압보다 작기 때문에 △φ의 자속을 공급하여 부하 연결 코일(113b)에 일정 자속(φN)이 형성되도록 해야 하며, 이는 실시간으로 계통 전압을 측정하고, 이로부터 부족 전압을 연산하여 부족 자속(△φ)을 공급하여야 하는 것을 의미한다. That is, when the grid voltage is less than the rated voltage, the magnetic flux ϕi is smaller than the rated voltage, so a magnetic flux of △ϕ must be supplied to ensure that a constant magnetic flux (ϕN) is formed in the load connection coil 113b, which changes the grid voltage in real time. This means that the insufficient magnetic flux (△ϕ) must be supplied by measuring and calculating the insufficient voltage from this.
보상기 인버터(155)에서는 부족 자속(△φ)을 공급하기 위해 다음과 같은 기자력을 도출하여야 하며, 하기 수학식 2와 같은 전류를 공급하도록 제어될 수 있다.The compensator inverter 155 must derive the following magnetomotive force to supply the insufficient magnetic flux (△ϕ), and can be controlled to supply a current as shown in Equation 2 below.
3) 스웰(swell) 전압 상태3) Swell voltage state
도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 계통 전압에 스웰이 발생한 상태, 다시 말해 입력되는 계통 전압에 과전압이 발생된 상태인 경우, 공급되는 계통 전압은 부하(20)의 정격 전압을 초과하여 입력되게 된다. 이 경우, 부하(20)에 과전압이 발생된 계통 전압이 그대로 공급되는 경우 부하(20)와 연결된 장치의 고장을 유발할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보상 시스템(1)은 부하 연결 코일(113b)에 전자기 유도를 유발하는 자속을 감소시키기 위해서 보상기 인버터(155)를 이용할 수 있다. 본 발명의 보상기 인버터(155)는 정격 전압 이상의 계통 전압이 계통 분기 스위칭부(13)를 통해 입력되면, 에너지 보상 연결 코일(113c)에 여분의 전압(계통 전압-정격 전압)을 반대 위상으로 공급하고, 이를 통해 반대 자속을 발생시키도록 형성될 수 있다. Referring to FIG. 8, in an embodiment of the present invention, when swell occurs in the grid voltage, that is, when overvoltage occurs in the input grid voltage, the supplied grid voltage exceeds the rated voltage of the load 20. It is entered. In this case, if the system voltage with an overvoltage is supplied to the load 20 as is, it may cause a failure of the device connected to the load 20. Therefore, the compensation system 1 of the present invention can use the compensator inverter 155 to reduce the magnetic flux that causes electromagnetic induction in the load connection coil 113b. When a grid voltage higher than the rated voltage is input through the grid branch switching unit 13, the compensator inverter 155 of the present invention supplies extra voltage (system voltage - rated voltage) in an opposite phase to the energy compensation connection coil 113c. And, through this, it can be formed to generate an opposing magnetic flux.
이때, 계통 전압 연결 코일(113a)에서 과전압으로 인해 정격 전압보다 초과되는 자속이 발생하더라도, 반대 상의 보상 자속이 존재하기 때문에, 자속 중첩을 통해 중첩된 자속은 부하 연결 코일(113b)에서 정격 전압을 유도할 수 있는 크기의 자속으로 결정될 수 있으며, 이러한 자속 중첩 방식을 통해 부하(20)에는 지속적으로 정격 전압이 공급될 수 있다.At this time, even if a magnetic flux exceeding the rated voltage occurs due to overvoltage in the grid voltage connection coil 113a, since a compensation magnetic flux of the opposite phase exists, the magnetic flux overlapped through magnetic flux overlap increases the rated voltage in the load connection coil 113b. It can be determined by the magnetic flux of a magnitude that can be induced, and the rated voltage can be continuously supplied to the load 20 through this magnetic flux superposition method.
또, 보상 자속을 생성하게 되는 여분의 전압은 계통 전압(10)으로 반환될 수도 있다.Additionally, the extra voltage that generates the compensating magnetic flux may be returned to the grid voltage (10).
상술한 설명은, 상기 수학식 2로 표현되는 새그와 위상의 차이만 있을 뿐 동일한 조건을 의미하기 때문에 상기 수학식 2와 같은 전류를 공급하도록 보상기 인버터(155)가 정류를 제어할 수 있다.Since the above description means the same conditions with only a difference in sag and phase expressed in Equation 2, the compensator inverter 155 can control rectification to supply the same current as Equation 2.
4) 정전 상태4) Power outage condition
상술한 도 6 내지 도 8은 모두 계통 전압(10)에서 전압이 공급되지만, 그 크기가 다른 경우에 대한 예시이다. 이 경우, 계통 전압(10)에서 공급되는 계통 전압이 존재하기 때문에, 본 발명의 일 실시예의 계통 분기 스위칭부(13)는 제1 계통 연결 스위치(133a) 및 제2 계통 연결 스위치(133b)가 연결되고, 바이패스 스위치(135)가 해제되어 바이패스가 이루어지지 않는 회로 형태로 동작하게 된다.6 to 8 described above are examples of cases in which voltage is supplied from the grid voltage 10, but the magnitudes are different. In this case, since there is a grid voltage supplied from the grid voltage 10, the grid branch switching unit 13 of an embodiment of the present invention has a first grid connection switch 133a and a second grid connection switch 133b. When connected, the bypass switch 135 is released and operates as a circuit in which bypass is not performed.
하지만, 계통 전압(10)이 전혀 입력되지 않는 경우, 다시 말해 정전 상태인 경우, 전력 공급이 복구될 때 불안정한 전압이 공급될 수 있다. 이러한 상황에서 계통 전압 연결 코일(113a)과 계통 전압(10) 사이를 연결하는 계통 회선의 연결이 유지되고 있는 경우, 계통 전압 연결 코일(113a)로 불안정한 전압이 공급되게 되고, 이를 통해 부하(20) 역시 불안정한 전압을 공급받아 고장이 발생할 가능성이 존재하게 된다.However, if the grid voltage 10 is not input at all, that is, in a power outage, an unstable voltage may be supplied when the power supply is restored. In this situation, if the connection of the grid line connecting the grid voltage connection coil 113a and the grid voltage 10 is maintained, an unstable voltage is supplied to the grid voltage connection coil 113a, and through this the load 20 ) There is also a possibility of malfunction due to unstable voltage supply.
따라서, 본 발명의 보상 시스템(1)은 이러한 상황을 방지하기 위해 계통 전압이 공급되지 않는 경우에는 계통 분기 스위칭부(13)에서 제1 계통 연결 스위치(133a) 및 제2 계통 연결 스위치(133b)의 연결을 해제하고, 바이패스 스위치(135)의 연결을 수행함으로써 계통 전압(10)과 3권선 변압기(11) 사이의 전기적 연결을 차단하도록 형성될 수 있다.Therefore, in order to prevent this situation, the compensation system 1 of the present invention uses the first grid connection switch 133a and the second grid connection switch 133b in the grid branch switching unit 13 when the grid voltage is not supplied. It can be formed to block the electrical connection between the grid voltage 10 and the three-winding transformer 11 by disconnecting and connecting the bypass switch 135.
계통 분기 스위칭부(13)의 바이패스 스위치(135)의 연결을 통해 계통 전압(10)과 3권선 변압기(11) 사이의 연결이 해제되면, 본 발명의 보상 시스템(1)은 부하(20)에 정격 전압을 공급하기 위해 에너지 저장 모듈(153)에 저장된 에너지를 이용하여 보상기 인버터(155)에서 보상 전압을 생성하고, 생성된 보상 전압을 3권선 변압기(11)의 에너지 보상 연결 코일(113c)로 전달하여 자속을 생성하도록 할 수 있다. 보상 전압을 이용하여 생성되는 자속은 부하 연결 코일(113b)에서 전자기 유도를 발생시키고, 이를 통해 본 발명의 3권선 변압기(11)는 부하(20)에 전압을 안정적으로 공급할 수 있다.When the connection between the grid voltage 10 and the three-winding transformer 11 is disconnected through the connection of the bypass switch 135 of the grid branch switching unit 13, the compensation system 1 of the present invention is connected to the load 20. In order to supply the rated voltage, a compensation voltage is generated in the compensator inverter 155 using the energy stored in the energy storage module 153, and the generated compensation voltage is connected to the energy compensation connection coil 113c of the three-winding transformer 11. It can be transmitted to generate magnetic flux. The magnetic flux generated using the compensation voltage generates electromagnetic induction in the load connection coil 113b, through which the three-winding transformer 11 of the present invention can stably supply voltage to the load 20.
정전 상태가 종료되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 시스템(1)은 상술한 1) 내지 3)의 동작을 다시 계속하여 수행하기 위해 계통 분기 스위칭부(13)의 연결 상태를 기존 상태로 변경할 수 있다(바이패스 스위치 해제).When the power outage state ends, the compensation system 1 according to an embodiment of the present invention returns the connection state of the system branch switching unit 13 to the existing state in order to continue performing the operations 1) to 3) described above. This can be changed (bypass switch off).
상술한 설명은, 다음과 같은 조건을 의미한다. 계통 전압이 입력되지 않는 경우, 다시 말해 정전 상태인 경우, 부하(20)에 입력되는 정격 전압을 형성하기 위한 모든 자속은 보상기 인버터(155)를 통해 생성되어야 한다. 따라서, 보상기 인버터(155)의 전압 제어를 통해 부하(20)에 입력되어야 하는 정격 전압을 생성할 수 있는 자속을 만들게 되는데, 이를 위한 조건은 φi=0, φo=-φN으로 표현될 수 있다. 따라서, 보상기 인버터(155)는 φc=φN의 제어가 수행되어야 하며, 본 발명의 보상 시스템(1)은 에너지 저장부(15)에 저장된 에너지를 보상기 인버터(155)에서 부하(20)가 요구하는 자속으로 변경하여야 한다. The above description means the following conditions. When the grid voltage is not input, that is, in a power outage, all magnetic flux to form the rated voltage input to the load 20 must be generated through the compensator inverter 155. Therefore, magnetic flux that can generate the rated voltage that must be input to the load 20 is created through voltage control of the compensator inverter 155, and the conditions for this can be expressed as ϕi=0 and ϕo=-ϕN. Therefore, the compensator inverter 155 must perform control of ϕc=ϕN, and the compensation system 1 of the present invention uses the energy stored in the energy storage unit 15 to meet the load 20 required by the compensator inverter 155. It must be changed to magnetic flux.
보상기 인버터(155)에서는 자속(φc)을 공급하기 위해 다음과 같은 기자력을 도출하여야 하며, 하기 수학식 3과 같은 전류를 공급하도록 제어될 수 있다.The compensator inverter 155 must derive the following magnetomotive force to supply the magnetic flux (ϕc), and can be controlled to supply a current as shown in Equation 3 below.
한편, 상기 수학식 3을 통해 보상기 인버터(155)에서 생성되는 자속(φc)은 부하 연결 코일(113b)로만 제공되어야 하며, 계통 전압 연결 코일(113a)에서의 자속 손실이 발생하지 않아야 한다. 즉, 계통 전압 연결 코일(113a)을 통해 생성되는 자속(φi)은 0이어야 하며, 이를 위해 계통 전압이 0값을 유지하여야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 계통 분기 스위칭부(13)는 바이패스 스위치(135)를 연결하고, 제1 계통 연결 스위치(133a) 및 제2 계통 연결 스위치(133b)의 연결을 해제함으로써 계통 전압과의 전기적 단절 상태를 생성할 수 있다.Meanwhile, through Equation 3 above, the magnetic flux (ϕc) generated in the compensator inverter 155 must be provided only to the load connection coil 113b, and magnetic flux loss must not occur in the system voltage connection coil 113a. That is, the magnetic flux (ϕi) generated through the grid voltage connection coil 113a must be 0, and for this, the grid voltage must maintain a value of 0. Therefore, as described above, the grid branch switching unit 13 of the present invention connects the bypass switch 135 and disconnects the first grid connection switch 133a and the second grid connection switch 133b, thereby A state of electrical disconnection from voltage can be created.
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 기술사상의 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.
1: 자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템
11: 3권선 변압기
13: 계통 분기 스위칭부
15: 에너지 저장부
20: 부하
111: 3권선 철심
113a: 계통 전압 연결 코일
113b: 부하 연결 코일
113c: 에너지 보상 연결 코일
131a: 제1 계통 회선
131b: 제2 계통 회선
133a: 제1 계통 연결 스위치
133b: 제2 계통 연결 스위치
135: 바이패스 스위치
151: 정류기
153: 에너지 저장 모듈
155: 보상기 인버터1: Voltage compensation system using magnetic flux superposition method
11: Three-winding transformer
13: System branch switching unit
15: Energy storage unit
20: load
111: 3-winding iron core
113a: Grid voltage connection coil
113b: load connection coil
113c: Energy compensation connection coil
131a: first grid line
131b: Second grid line
133a: First grid connection switch
133b: Second grid connection switch
135: bypass switch
151: rectifier
153: Energy storage module
155: Compensator inverter
Claims (7)
상기 계통 전압을 공급받고, 공급받은 상기 계통 전압을 기 설정된 조건에 따라 상기 3권선 변압기로 전달하는 계통 분기 스위칭부; 및
상기 계통 전압의 변동에 따라 상기 전압 변동을 위한 에너지를 포함하는 보상 전압을 상기 3권선 변압기로 공급하는 에너지 저장부;를 포함하며,
상기 계통 전압은,
정상 전압 상태, 새그 전압 상태, 스웰 전압 상태 및 정전 상태 중 어느 하나의 상태로 입력되고,
상기 정상 전압 상태인 경우 상기 계통 전압이 상기 3권선 변압기로 공급되며,
상기 새그 전압 상태인 경우 상기 계통 전압 및 상기 보상 전압이 상기 3권선 변압기로 공급되고,
상기 스웰 전압 상태인 경우, 상기 3권선 변압기로 상기 계통 전압이 공급되며 잉여 전압은 상기 3권선 변압기에서 상기 에너지 저장부를 통해 상기 계통 전압으로 회수되고,
상기 정전 상태인 경우 상기 보상 전압이 상기 3권선 변압기로 공급되며,
상기 3권선 변압기는,
3권선 철심 구조로 형성되되 중앙 철심에는 부하 연결 코일이 구비되며, 일 측의 철심에는 계통 전압 연결 코일이 구비되고, 타 측의 철심에는 에너지 보상 연결 코일이 구비되며,
상기 계통 분기 스위칭부는,
상기 계통 전압 연결 코일로 상기 계통 전압을 전달하며, 상기 계통 전압 연결 코일은 제1 계통 회선 및 제2 계통 회선으로 형성되는 계통 회선과 연결되고,
상기 제1 계통 회선 및 상기 제2 계통 회선에는 각각 제1 계통 연결 스위치 및 제2 계통 연결 스위치가 구비되며,
상기 제1 계통 회선 및 상기 제2 계통 회선을 연결하기 위한 바이패스 스위치가 더 구비되고,
상기 바이패스 스위치는 상기 제1 계통 연결 스위치 및 상기 제2 계통 연결 스위치와 상기 계통 전압 연결 코일 사이에 구비되는,
자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템.A three-winding transformer that obtains a grid voltage and performs a voltage change compensation function according to changes in the grid voltage to supply voltage to the load;
a grid branch switching unit that receives the grid voltage and transfers the supplied grid voltage to the three-winding transformer according to preset conditions; and
It includes an energy storage unit that supplies a compensation voltage containing energy for the voltage change to the three-winding transformer according to the change in the grid voltage,
The grid voltage is,
It is input as one of the normal voltage state, sag voltage state, swell voltage state, and power outage state,
In the normal voltage state, the grid voltage is supplied to the three-winding transformer,
When in the sag voltage state, the grid voltage and the compensation voltage are supplied to the three-winding transformer,
In the swell voltage state, the grid voltage is supplied to the three-winding transformer, and the surplus voltage is recovered from the three-winding transformer through the energy storage unit as the grid voltage,
In the case of the power failure, the compensation voltage is supplied to the three-winding transformer,
The three-winding transformer,
It is formed in a three-winding iron core structure, with the central core having a load connection coil, one side of the core having a system voltage connection coil, and the other side having an energy compensation connection coil.
The system branch switching unit,
The grid voltage is transmitted to the grid voltage connection coil, and the grid voltage connection coil is connected to a grid line formed by a first grid line and a second grid line,
The first system line and the second system line are each provided with a first system connection switch and a second system connection switch,
A bypass switch is further provided for connecting the first system line and the second system line,
The bypass switch is provided between the first grid connection switch, the second grid connection switch, and the grid voltage connection coil,
Voltage compensation system using magnetic flux superposition method.
상기 계통 전압 연결 코일은 상기 계통 분기 스위칭부와 연결되어 상기 계통 전압을 획득하며, 상기 에너지 보상 연결 코일은 상기 에너지 저장부와 연결되어 상기 보상 전압을 획득하는,
자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템.According to clause 1,
The grid voltage connection coil is connected to the grid branch switching unit to obtain the grid voltage, and the energy compensation connection coil is connected to the energy storage unit to obtain the compensation voltage.
Voltage compensation system using magnetic flux superposition method.
상기 제1 계통 연결 스위치 및 상기 제2 계통 연결 스위치의 연결을 해제하되 상기 바이패스 스위치의 연결을 수행하여, 상기 3권선 변압기에 공급되는 계통 전압을 차단하는,
자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템.According to clause 1,
Disconnecting the first grid connection switch and the second grid connection switch and connecting the bypass switch to block the grid voltage supplied to the three-winding transformer,
Voltage compensation system using magnetic flux superposition method.
상기 바이패스 스위치의 연결이 수행되면, 상기 에너지 저장부에서 생성된 보상 전압이 상기 에너지 보상 연결 코일을 통해 상기 3권선 변압기에 공급되는,
자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템.According to clause 5,
When the bypass switch is connected, the compensation voltage generated in the energy storage unit is supplied to the three-winding transformer through the energy compensation connection coil.
Voltage compensation system using magnetic flux superposition method.
상기 정상 전압 상태인 경우,
상기 에너지 저장부에 정류 전압이 저장되는 충전 모드가 동작하며,
상기 새그 전압 상태인 경우,
기 설정된 새그 기준에 따라 상기 보상 전압이 상기 3권선 변압기로 공급되는 방전 모드가 동작하는,
자속 중첩 방식을 이용한 전압 보상 시스템.According to clause 3,
In the case of the above normal voltage state,
A charging mode in which a rectified voltage is stored in the energy storage unit operates,
In the case of the sag voltage state,
A discharge mode is operated in which the compensation voltage is supplied to the three-winding transformer according to a preset sag standard,
Voltage compensation system using magnetic flux superposition method.
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|---|---|---|---|
| KR1020230104766A KR102625127B1 (en) | 2023-08-10 | 2023-08-10 | Voltage compensation system using magnetic flux superposition method |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6153711A (en) * | 1984-08-23 | 1986-03-17 | Nishimu Denshi Kogyo Kk | Three winding transformer with magnetic shunt alternating current for no-break power unit |
| US20040017110A1 (en) * | 2002-07-24 | 2004-01-29 | Yim Mau Shin Frank | Uninterruptible switching power supply device and method for uninterruptibly switching voltage |
| KR100995128B1 (en) | 2008-04-11 | 2010-11-18 | 유양산전 주식회사 | Coil Nested Insulation Transformer |
| KR20150078529A (en) * | 2013-12-31 | 2015-07-08 | 주식회사 포스코아이씨티 | Battery Energy Storage System and Method for Controlling Battery Energy Storage System |
| CN106300646A (en) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 湖南大学 | A kind of island powers line-interactive UPS system disturbance rejection suppressing method |
-
2023
- 2023-08-10 KR KR1020230104766A patent/KR102625127B1/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6153711A (en) * | 1984-08-23 | 1986-03-17 | Nishimu Denshi Kogyo Kk | Three winding transformer with magnetic shunt alternating current for no-break power unit |
| US20040017110A1 (en) * | 2002-07-24 | 2004-01-29 | Yim Mau Shin Frank | Uninterruptible switching power supply device and method for uninterruptibly switching voltage |
| KR100995128B1 (en) | 2008-04-11 | 2010-11-18 | 유양산전 주식회사 | Coil Nested Insulation Transformer |
| KR20150078529A (en) * | 2013-12-31 | 2015-07-08 | 주식회사 포스코아이씨티 | Battery Energy Storage System and Method for Controlling Battery Energy Storage System |
| CN106300646A (en) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 湖南大学 | A kind of island powers line-interactive UPS system disturbance rejection suppressing method |
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