회생 드라이브의 기본 원리 – 파트 2

회생 구동 작동에 대한 간략한 개요를 제공한 이전 기사에 이어 여기에서는 재생 작동 시 고려해야 할 몇 가지 특수 요소를 살펴봅니다.

전력망(AC 전력망)에 미치는 영향

규정

이것은 임베디드 발전이 전력 공급의 안전이나 신뢰성을 방해하지 않도록 하기 위해 전력 회사에서 부과하는 규정입니다. 이 섹션의 나머지 부분에서는 규정에 의해 통제되는 가장 중요한 주제를 다룹니다. 재생 시스템을 의도적 발전기로 사용하려면 사용 장소에서 시행 중인 규정을 준수해야 합니다. 그렇지 않은 경우, 회생 시스템의 현재 정격이 지역 전력 시스템 정격의 상당한 부분을 차지할 때마다 다루는 주제를 계속 고려하여 오류 또는 오작동 발생 시 연결된 다른 장비에 손상이 발생하지 않도록 해야 합니다. .

단락 전류

로컬 발전기는 전류를 전기 결함(단락)으로 만들고 전기 스위치기어의 안전 또는 필수 정격에 영향을 줄 수 있습니다. 제안된 모든 발전기 설치에서 추가된 고장 전류를 계산해야 합니다. 그러나 Regen 인버터는 전자 과전류 보호가 회로 차단기나 퓨즈가 작동할 수 있는 것보다 훨씬 더 빠르게 과전류를 차단하기 때문에 무시할 수 있는 영향을 미칩니다. 현재 세대의 CT 인버터에 대한 최대 단락 전류는 정격 전류의 260%이며 인버터가 트립되면 전류는 4ms 미만(교류 초크 값에 따라 다름)으로 0으로 감소합니다. 보호 등급에 대한 피크 전류는 공급 주파수의 최소 1/2 주기에 걸쳐 취합니다. 이러한 요소들이 함께 고장 전류 기여도를 무시할 수 있게 합니다.

섬 운영

발전기가 작동하는 설비에서 전력망이 분리되면 지역 발전이 의도하지 않게 지역 부하에 전원을 공급하는 전력 "섬"이 발생할 가능성이 있습니다. 주파수를 조절하기 위해 특별히 설계된 거버너 없이는 수요와 공급의 균형을 보장할 수 없기 때문에 이것은 가능성이 거의 없습니다. 일반적으로 주파수가 작업 범위를 빠르게 벗어나 시스템이 트립됩니다. 또한 전압이나 무효 전력의 제어가 없습니다. 그러나 섬이 발생하면 전력 작업자에게 안전 위험이 있고 전압이나 주파수가 안전 범위를 벗어나면 섬의 로컬 장비가 손상될 위험이 있습니다.

Regen 시스템에 에너지원(예:엔진, 배터리 또는 기타 에너지 저장소)이 있어 섬 운영이 가능한 경우 섬이 손상되는 경우 발생하는 손상에 대한 보호가 제공되어야 합니다. 회생 드라이브의 주파수 범위는 파라미터 설정에서 안전한 범위로 제한되어야 하며, 전압이 과도할 경우 인버터를 트립시키기 위해 과전압 릴레이를 통합해야 합니다.

의도적 발전기의 경우 단독운전 보호 표준이 있습니다("주전원 손실" 보호(LOM)이라고도 함). 이 중 일부는 인버터가 단독운전 상태를 감지하기 위해 특수 알고리즘을 작동해야 하며, 이는 표준 설비로 사용할 수 있습니다. Unidrive M 드라이브. 그 중 일부는 독립적으로 승인된 보호 계전기가 필요합니다.

의도적 섬, 백업 생성

재생 인버터는 독립형 발전기로 사용할 수 없습니다(예:주전원 공급 손실 시 예비 공급). 자체 동기화하는 기존 공급 장치와 함께만 사용할 수 있습니다.

승차

전력망 교란 중에 의도적인 발전기가 계속 작동해야 할 수 있습니다. 가장 일반적인 상황은 전원 네트워크의 어딘가에서 오류(단락)가 발생하여 발전기 단자에서 갑작스러운 전압 강하가 발생하는 것입니다. 이것은 세 단계 사이에서 균형을 이루거나 불균형할 수 있습니다. 주행 중 전압이 너무 낮으면 정격 전력을 계속 생성할 수 없지만 전압을 지원하고 자동 보호 장치에 의해 결함이 있는 회로가 차단되면 계통이 제어를 복구하는 데 무효 전류가 필요합니다.

간단한 AFE는 그 작동이 주 전압 파형과 인버터 내부에서 생성된 파형 간의 정확한 균형에 의존하기 때문에 전압 교란에 매우 민감합니다. 라이드 스루 기능이 없으면 단순한 정류기보다 성가신 트립을 일으키는 경향이 있습니다. Unidrive M에는 MV 네트워크에 연결된 발전기에 대한 BDEW 지침과 같은 주요 국가 표준 요구 사항을 충족하는 선택 가능한 승차 기능이 있습니다.

정상적인 재생 작동에서 Regen 인버터는 DC 버스 전압을 원하는 값으로 조절하기 위해 AC 전원 시스템에 대한 전력 출력을 조정한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 전압 교란 중에는 더 이상 최대 정격 전력을 생성할 수 없으므로 DC 전압을 계속 조절하지 못할 수 있습니다. 그러면 전원이 이 역할을 인수해야 합니다. 이렇게 하지 않으면 들어오는 전력이 나가는 전력을 초과하면 과전압 트립이 발생할 수 있습니다. 또는 제동 저항을 연결하여 초과 전력을 흡수할 수 있습니다.

전력 및 주파수 조절

AC 전력망의 수요와 공급의 균형은 주파수를 조절하여 달성됩니다. 외부 전원 명령에 응답하여 이를 돕거나 주파수에 대한 전력 제어 기능을 구현하려면 의도적인 발전기가 필요할 수 있습니다. 이것은 드라이브에서 애플리케이션으로 프로그래밍할 수 있습니다.

고조파 및 상호고조파

첫 번째 재생 블로그에서 논의한 바와 같이 재생 인버터는 무시할 수 있는 수준의 실제 고조파 전류, 즉 AC 공급 주파수의 정수배를 생성합니다. 공급 장치의 기존 고조파와 상호 작용하고 PWM 변조 제품도 생성합니다. 이는 수년 동안 일반적으로 차수 40에서 끝나는 것으로 간주되는 고조파 범위를 넘어서는 것으로 간주되는 고주파수입니다. 그러나 최근의 기술 표준 및 기기에서는 차수 100까지 고조파를 고려하기 시작했습니다.

예를 들어, 60Hz의 공칭 라인 주파수와 3kHz의 스위칭 주파수에서 작동하는 시스템을 가정합니다. 주요 스위칭 관련 주파수는 2880Hz 및 3120Hz입니다. 이는 공급 주파수의 48배 및 52배입니다. 그러나 두 주파수는 측정 가능한 양이 아니므로 위상이 고정되어 있지 않습니다. 라인 주파수가 60.1Hz인 경우 등가 제품 주파수는 2879.8Hz 및 3120.2Hz입니다. 고조파 분석 기기가 이러한 시스템에 연결되면 표준 5Hz 대역폭이 있는 경우 이를 48번째 및 52번째 고조파로 표시하거나 데이터를 동기화할 수 없음을 나타낼 수 있습니다.

스위칭 주파수가 4kHz인 경우 존재하는 주 주파수는 고조파 주파수가 아닌 3880Hz 및 4120Hz입니다. 이들은 상호 고조파 기능이 있는 분석기에 의해 "상호 고조파"로 표시되거나 일반 5Hz 대역폭을 사용하는 기본 고조파 분석기에 의해 무시될 수 있습니다.

위에서 논의한 고조파 및 상호 고조파는 모두 포지티브 또는 네거티브 위상 시퀀스가 ​​있는 3상 세트입니다. 이는 고주파 공통 모드 "잡음" 전압과 달리 변압기를 통과하고 현장 공급 변압기를 넘어 간섭을 일으킬 수 있음을 의미합니다. 스위칭 주파수 필터는 크기를 허용 가능한 값으로 줄이기 위해 필요합니다.

DC 전원/싱크와의 상호 작용 – 전압 제어

재생 시스템이 DC 소스 또는 부하에 연결될 때 DC 전압 제어를 고려해야 합니다. 회생 드라이브 시스템에서 기계 드라이브는 효과적으로 정전원이 되고 회생 인버터는 원하는 DC 전압에서 들어오는 전력의 균형을 맞추기 위해 전력 내보내기를 조정합니다. 다른 시스템은 상당히 다른 특성을 가질 수 있습니다. 예를 들어, PV 인버터에서 DC 전압과 전류는 주어진 일사량 및 온도에 대한 PV 어레이 전압/전류 곡선에 의해 제어됩니다. 인버터는 어떤 전압을 선택해야 하는지 "알지" 못하므로 재생 인버터 DC 전압 레퍼런스는 최적의 전력점을 찾기 위해 MPPT 알고리즘에 의해 조정되어야 합니다.

DC 공급 공통 모드 전압

재생 시스템의 DC 공급 장치에는 극과 접지 사이의 평균 전압인 비정상적인 공통 모드 전압이 있습니다. 전체 전압 파형 분석은 매우 복잡하지만 첫 번째 블로그의 그림 1에 있는 단순화된 회로도를 참조하면 입력 인버터 트랜지스터 쌍 중 하나가 상태를 변경할 때 DC 버스 회로의 전압에 대한 경향이 있음을 추론할 수 있습니다. 접지에 대해 V_DC와 같은 단계로 변경합니다. 실제로 이 단계는 입력 초크 주변의 전압 분배에 의해 1/3 V_DC로 제한됩니다. 이 단계는 위상이 전환될 때마다 발생합니다. 즉, 각 PWM 전환 주기에서 6번 발생합니다.

이는 AC 전원이 접지에 연결된 중성선이 있는 기존의 주전원 LV 전원일 때 DC 버스가 넓은 주파수 스펙트럼을 포함하는 빠르게 상승하는 에지가 있는 복잡한 PWM 패턴인 높은 공통 모드 전압을 전달한다는 것을 의미합니다. 이것의 효과 중 일부는 다음 목록에 나와 있습니다.

1. DC 버스에 연결된 드라이브나 Regen 인버터 자체에는 내부 EMC 필터 커패시터가 있어야 합니다. 이러한 커패시터는 공통 모드 전압에 의해 과부하가 걸릴 수 있고 높은 순환 접지 전류를 유발하여 결과적으로 인버터 오작동 중.
2. 1과 같은 이유로 DC 버스에 RFI 필터를 연결해서는 안 됩니다.
3. DC 버스는 "노이즈"하므로 차폐되지 않은 도체를 통해 분산되면 주변 신호 회로에 간섭을 일으킬 수 있습니다. DC 전원이 상당한 거리에 걸쳐 분배되어야 하는 경우 차폐 케이블에 있어야 합니다. 그러나 케이블이 길면 표유 커패시턴스의 고주파 접지 전류로 인해 Regen 초크에서 추가 전력 손실이 발생합니다.
4. 공통 모드 전압을 견딜 수 있는지 확인되지 않는 한 다른 장비를 DC 버스에 연결할 수 없습니다. (예를 들어, DC 전원에서 작동하도록 설계된 장비에는 공통 모드 전압을 허용할 수 없는 자체 RFI 필터가 있을 수 있습니다. 그러나 대부분의 전류 및 전압 변환기는 공통 모드 전압을 허용하도록 설계되었습니다.)

이러한 효과가 허용되지 않는 특수 애플리케이션의 경우 한 가지 솔루션은 입력에서 절연 변압기를 사용하여 AC 전원이 접지에서 절연되도록 하는 것입니다. 그런 다음 접지에 직접 연결된 DC 버스의 한 극으로 작동할 수 있으므로 공통 모드 전압이 없습니다. 또는 필요에 따라 커패시터를 통해 접지 또는 RFI 필터에 연결하여 간섭을 일으킬 가능성이 가장 높은 고주파 공통 모드 노이즈를 줄일 수 있습니다. 이것은 예를 들어 태양광 인버터와 DC 전력이 여러 부하에 분배되어야 하는 시스템에서 사용됩니다.

필터, 공급 임피던스, 전류 제어

스위칭 주파수 필터는 동일한 공급 회로에 연결된 다른 장비에 대한 간섭을 방지하는 것과 관련하여 위에서 논의되었습니다. 필터는 인버터 제어 시스템에 미치는 영향 측면에서도 고려해야 합니다.

3kHz 인버터에서 필터 회전 주파수는 약 800Hz이므로 2900Hz에서 유용한 감쇠를 제공합니다. 회전율은 이러한 비정상적인 주파수에 대해 알려지지 않은 공급 임피던스에 의해 다소 영향을 받습니다. 이것은 인버터의 전류 루프 이득을 너무 높게 설정해서는 안 된다는 것을 의미합니다. 그렇지 않으면 800Hz 주변의 안정성이 한계가 되고 시스템이 외란에 민감해지고 오작동을 일으키기 쉽습니다. 재생 시스템이 산업용 LV 배전 네트워크의 많은 부하 중 하나인 대부분의 기존 드라이브 애플리케이션의 경우 특별한 요구 사항이 발생하지 않는 충분한 자연 감쇠가 있습니다. 일반적으로 기본값이 유효합니다.

하나 이상의 재생 시스템이 전용 전원에서 공급되고 다른 것은 거의 연결되지 않은 경우 전류 루프가 감쇠될 수 있습니다. 이것은 오실로스코프를 사용하여 라인 전류 파형을 보면 쉽게 식별할 수 있습니다. 발진 버스트("링잉")가 약 800Hz의 주기로 발생하기 때문에 종종 각 전원 주기의 6개 지점에서 발생합니다. 이 상황에서 전류 제어 루프에서 P 항을 줄임으로써 안정성을 회복할 수 있습니다. 느린 전류 루프로 인한 과소감쇠된 전압 제어를 피하기 위해 전압 루프 이득을 줄여야 할 수도 있습니다. 애플리케이션이 매우 동적이어서 이러한 낮은 이득을 허용할 수 없는 경우 댐핑을 개선하기 위한 대체 방법이 필요합니다. 두 가지 옵션이 있습니다.

1. 필터 커패시터를 더 추가합니다. 이것은 전류 제어 루프의 위상 지연이 적고 능동 감쇠에 기여할 수 있는 값으로 필터 회전율을 낮춥니다.
2. 댐핑 필터를 사용합니다. 이것은 댐핑을 제공하기 위해 몇 가지 추가 커패시터와 작은 저항을 사용합니다. 자세한 내용은 CT 기술 지원에서 확인할 수 있습니다.

두 옵션 모두 효과적으로 사용되었습니다. 옵션 1의 단점은 여러 개의 커패시터가 필요할 수 있고, 공간을 점유하고 또한 높은 고정 무효 전류를 유발하여 인버터 무효 전류 제어 기능에 의해 상쇄되어야 한다는 것입니다. 옵션 2의 단점은 저항이 약간의 상시 전력 손실을 유발하고 공급 장치에 비정상적인 고조파가 발생하는 경우 과부하로부터 보호해야 하므로 옵션이 다소 복잡하다는 것입니다.