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KR101474016B1 - 전력 변환기 - Google Patents

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KR101474016B1
KR101474016B1 KR1020080043585A KR20080043585A KR101474016B1 KR 101474016 B1 KR101474016 B1 KR 101474016B1 KR 1020080043585 A KR1020080043585 A KR 1020080043585A KR 20080043585 A KR20080043585 A KR 20080043585A KR 101474016 B1 KR101474016 B1 KR 101474016B1
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KR
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active rectifier
voltage
power
controller
Prior art date
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KR1020080043585A
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존스 로드니
뉴튼 크리스토퍼
Original Assignee
지이 에너지 파워 컨버션 테크놀로지 엘티디
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Publication date
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Application filed by 지이 에너지 파워 컨버션 테크놀로지 엘티디 filed Critical 지이 에너지 파워 컨버션 테크놀로지 엘티디
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Abstract

본 발명은 가변 주파수에 따른 가변 전압을 요구하는 모터(4)를 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크(버스)에 연결하여 이용할 수 있는 전력 변환기를 제안한다. 전력 변환기는 모터(4)의 고정자에 전기적으로 연결된 제1능동 정류기/인버터(10)와, 제2능동 정류기/인버터(14)를 포함한다. 상기 제1 및 제2능동 정류기/인버터는 모두 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함한다. 직류 링크(12)는 상기 제1능동 정류기/인버터와 제2능동 정류기/인버터 사이에 연결된다. 필터(16)는 상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 사이에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함한다. 상기 전력 변환기는 상기 제1능동 정류기/인버터를 위한 제1컨트롤러(18)를 포함하고, 상기 제2능동 정류기/인버터를 위한 제2컨트롤러(20)를 포함한다. 상기 제1컨트롤러(18)는 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)를 이용한다. 상기 제2컨트롤러(20)는 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터(14)의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해, 상기 제2능동 정류기/인버터(14)를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크(12)에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호(P*)와, 필터(16)의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호(VBUS*)를 이용한다. 상기 전 력 변환기는 모터(4)의 회전자가 프로펠러 장치(2)를 구동하는데 이용되는 선박용 추진 시스템에 사용될 수 있다.
Figure R1020080043585
전력 변환기, 추진 유닛, 반도체 전력 스위칭 장치.

Description

전력 변환기{POWER CONVERTERS}
본 발명은 전력 변환기들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정된 공칭 전압과 주파수를 공급하는 전력망이나 공급 네트워크에 가변 주파수에 따라 가변 전압에서 동작하는 모터를 연결하여 사용될 수 있게 한 전력 변환기들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 네트워크 장애와 과도상태의 조건 동안 전력 변환기가 상기 공급 네트워크에 연결된 상태를 유지하면서 제어를 유지하는 것을 가능하게 하는 특징을 포함한다. 상기 전력 변환기는 특히 선박용 추진 시스템에 이용되는 것이 적합하지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 해양 선박의 프로펠러 장치는 정방향과 역방향 모두에서 속도가 변하면서 회전한다. 또한, 해양 선박이 전력과 추진 시스템을 이용하는 경우에 프로펠러 장치를 구동하는 모터도 가변 주파수(즉, 프로펠러 장치가 모터의 회전자(rotor)에 의해 직접 구동되어 프로펠러 장치의 회전 속도에 거의 비례하는 주파수)와 가변 전압(주파수에 거의 비례하는 전압)에서 작동할 필요가 있게 될 것이다. 해양 선박의 전력 시스템은 고정된 공칭(nominally) 전압과 주파수를 갖게 될 것이고, 그에 따라 전력 변환기를 이용하여 상기 전력 시스템에 모터를 연결할 필 요가 있게 된다.
일반적으로 전력 변환기는 두 부분으로 구성된다: 즉, 전력 시스템으로부터 교류 전압을 고정된 공칭 직류 전압(직류 링크(dc link))으로 정류하는 네트워크 브리지(network bridge)와, 상기 직류 전압을 모터에 적합한 교류 전압으로 변환하는 모터 브리지(motor bridge)로 구성된다. 많은 해양 선박의 전력 시스템들은 전체 발전 용량이 전체 부하와 거의 일치하기 때문에 종종 “약하다(weak)”고 언급된다. 이것은 큰 부하가 전력 시스템과 추진 시스템에 연결되어 턴 온 될 때 현저한 과도현상(급강하(dip))이 발생된다는 것을 의미한다. 전력 시스템에서의 어떠한 급강하나 장애는 네트워크 브리지가 직류 전압을 공급하는 동작을 방해할 것이다. 그러므로 여러 구성요소들이 손상되는 것을 피하기 위해 전력 컨버터가 턴 오프 되는 것이 보통이다. 많은 선박용 응용장치들에서 이와 같이 전력 변환기를 턴 오프 시키고, 그에 따라 관련된 추진 장치에 전체 손실이 발생되는 것은 받아들일 수 없는 것으로 여겨진다.
그에 따라, 이와 같이 전력의 급강하나 장애가 발생된 경우에도 전력 시스템에 연결된 상태를 유지할 수 있게 한 개선된 전력 컨버터가 요구된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력 변환기는, 모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터; 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터; 상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크; 상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고 네트워크 단자들을 포함하는 필터; 상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및 상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
상기 제1컨트롤러는 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하여 상기 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록, 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하고;
상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하여, 상기 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하 는 레벨을 달성하도록, 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하며;
고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전력 변환기는 공급 네트워크가 정상적으로 작동하는 상황뿐만 아니라, 공급 네트워크에서의 장애나 과도상태로 인하여 공급 네트워크 전압이 변동하는 상황에서도 동작하도록 공급 네트워크에 모터를 연결하는데 이용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2컨트롤러가 상기 공급 네트워크 전압이 공칭 조건(nominal condition)으로부터 벗어날 때 상기 공급 네트워크를 유지하는 전압을 공급하도록 상기 제2능동 정류기/인버터를 제어할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따라 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 전력 변환기는:
모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
상기 제1컨트롤러는 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하고;
상기 제2컨트롤러는 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하도록 구성된다.
상기 전력 변환기는 공급 네트워크가 정상적으로 작동하는 상황뿐만 아니라, 상기 공급 네트워크에서의 장애나 과도상태로 인하여 공급 네트워크 전압이 변동하는 상황에서도 동작하도록 상기 공급 네트워크에 모터를 연결하는데 이용될 수 있다. 또한, 상기 제2컨트롤러는 상기 공급 네트워크 전압이 공칭 조건(nominal condition)으로부터 벗어날 때 상기 공급 네트워크를 유지하는 전압을 공급하도록 상기 제2능동 정류기/인버터를 제어할 수 있다.
상기 모터는 회전 모터나 선형 모터 등 적절한 타입으로 구성될 수 있다. 실시예에서는 유도식 모터나 동기식 모터(영구 자석이나 통상적인 또는 초전도성 권선들과 같은 적합한 수단들에 의해 여기되는)를 포함하여 구성된다. 회전 모터의 경우, 고정자는 과도상태나 장애 동안 순간전압보상(ride-through)이 요구되는 프로펠러 장치나 다른 기계적인 부하에 연결될 수 있다. 그러나, 상기 기계적인 부하는 공급 네트워크로부터 전력을 얻을 수 없는 동안에도 동작을 유지하기 위해서는 충분한 에너지(관성, 운동량 등의 형태로)가 정상적으로 유지되어야 한다. 선형 모터는 왕복운동이 필요한 응용장치들에 사용될 수 있다.
상기 모터가 유도식 모터인 경우에, 상기 제1컨트롤러는 상기 모터에서 요구하는 플럭스를 달성하기 위한 고정자의 전기량을 생산하도록, 상기 제1능동 정류기/제어기의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해 상기 모터에서 달성하고자 하는 플럭스의 원하는 레벨을 나타내는 플럭스 요구 신호를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 용어 “고정자 전기량”은 다상 모터(multi-phase motor)에서의 개개의 상전압 크기, 개개의 상전류 크기, 위상 및 주파수 중 어느 것 하나 그리고 모두를 나타내는 것으로 사용된다.
상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치의 동작은 통상적인 펄스 폭 변조(PWM) 방식에 따라 유도된 게이트 구동 제어 신호를 이용하여 제어될 수 있다.
상기 제1컨트롤러는 상기 모터에서 달성하고자 하는 토크의 원하는 레벨을 나타내는 토크 요구 신호를 결정하기 위해, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호와 직류 링크 전압 피드백 신호를 비교하는 것이 바람직하다. 상기 제1컨트롤러는 상기 모터에서 달성하기 원하는 고정자 전기량을 생산하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다. 이하에서 상세히 설명될 제어의 실행은 잘 알려지고 일반적으로 사용되는 기술인 벡터 제어에 기초하게 된다. 그러나, 다른 적합한 제어 실행 방법(예를 들어, DT-FOC(discrete time field oriented control)나 직접 토크 제어(direct torque control)와 같은)이 대신 이용될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 제1컨트롤러는 우세한 모터 조건에 따라 변하는 제어 신호를 상기 제2컨트롤러로 공급하는 것이 바람직하다. 이 제어 신호는 상기 제2컨트롤러에 의해 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 제한하기 위하여 이용될 수 있다. 따라서, 상기 모터가 그 물리적인 실행 한계에 도달할 때(즉, 예를 들어, 상기 모터가 이미 최대의 샤프트 속도나 최대의 가속도 비율로 동작할 때), 상기 제어 신호는 추가적인 전력이 상기 제2능동 정류기/인버터를 통해 상기 직류 링크로 입력되는 것을 방지한다.
상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호를 상기 공급 네트워크에서 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 상기 제2능동 정류기/인버터의 직교 축 전류 요구 신호(quadrature axis current demand signal)로 변환 한다. 상기 제2컨트롤러는 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성하기 위한 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록 상기 제2능동 정류기/제어기의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다. 여기서, 용어 “필터/공급 네트워크 전기량”은 다상 능동 정류기/인버터 시스템에서 개개의 상전압 크기, 개개의 상전류 크기, 위상 및 주파수 중 어느 것 하나 그리고 모두를 나타내는 것으로 사용된다. 용어 “다상”은 일반적으로 3상을 나타내지만, 다른 개수의 위상들을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치의 동작은 통상적인 펄스 폭 변조(PWM) 방식에 따라 유도되는 게이트 구동 제어 신호를 이용하여 제어될 수도 있다.
상기 전력 요구 신호는 상기 필터의 네트워크 단자에서의 전압으로부터 유도된 신호에 의해 상기 전력 요구 신호를 나눔으로써 직교 축 전류 요구 신호로 변환될 수 있다. 이 신호는 상기 필터의 네트워크 측에서 측정된 3상 전압으로부터 유도되는 교류 전압의 직교 축 성분인 것이 바람직하고, 선택적으로 필터링된 버전일 수 있다.
상기 제2컨트롤러는 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 다른 직류 링크 전압 요구 신호(a further dc link voltage demand signal)를 이용하고, 상기 공급 네트워크에서 상기 제2능동 정류기/인버터가 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 직교 축 전류 요구 신호를 결정하기 위해 상기 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 상기 직류 링크 전압 피드백 신호와 비교한다. 상기 제2컨트롤러는 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성하기 위한 필터/공급 네트워크 전기량을 생산 하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다. 이하에서 상세히 설명될 제어의 실행은 잘 알려지고 일반적으로 사용되는 기술인 벡터 제어에 기초하게 된다. 그러나, 다른 적합한 제어 실행 방법(예를 들어, DT-FOC(discrete time field oriented control)나 직접 토크 제어(direct torque control)와 같은)이 대신 이용될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호는 상기 제2컨트롤러로부터 상기 제1컨트롤러로 공급되는 것이 바람직하다. 상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호는 상기 제1컨트롤러에서 직류 링크 컨트롤러의 출력에 더해질 수 있고, 상기 모터에서 토크의 원하는 레벨을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 신호는 상기 제2능동 정류기/인버터를 통해 상기 직류 링크로 더 많거나 적은 전력이 입력될 것이라는 경고를 상기 제1컨트롤러에 효율적으로 미리 제공한다. 상기 제1컨트롤러는 입력되는 전력량의 변경이 상기 직류 링크 전압에서 그와 관련된 변경을 야기하기 전에, 상기 모터에서 원하는 레벨의 토크를 결정하기 시작할 수 있다. 이것은 과도상태의 원인으로서 중요하게 될 수 있다.
상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 위한 직접 축 전류 요구 신호(direct axis current demand signal)를 결정하기 위해, 상기 필터의 네트워크 단자에서 달성하고자 하는 전압의 레벨을 나타내는 전압 요구 신호와 상기 필터의 네트워크 단자에서 측정된 전압 피드백 신호를 비교하는 것이 바람직하다. 상기 제2컨트롤러는 상기 공급 네트워크에서 원하는 직접 축 전류를 달성하기 위한 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록, 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다.
상기 제2컨트롤러는 우세한 공급 네트워크 전압 조건에 따라 상기 직접 축 전류 요구 신호를 조정할 수 있다.
상기 전력 요구 신호는 전력 컨트롤러에 의해 공급될 수 있다.
상기 전력 변환기는 상기 모터의 이동부(즉, 회전 모터의 경우에는 회전자이고, 선형 모터의 경우에는 병진기(translator))의 속도를 나타내는 속도 신호를 유도하기 위한 속도 센서를 더 포함한다. 그러나, 몇몇 경우에 상기 속도 센서는 상기 제1능동 정류기/인버터의 내부 신호를 이용하여 속도 신호를 유도하는 속도 관측 시스템으로 대체될 수도 있다. 상기 전력 컨트롤러는 어떤 적합한 방법을 이용하여 전력 요구 신호를 유도하기 위해 속도 신호(상기 속도 센서나 속도 관측 시스템으로부터 유도된)를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 속도 신호는 전력 요구 신호와 속도의 룩업 테이블(look-up table)의 지침으로서 이용될 수 있다. 상기 속도 신호는 가능하다면 하나 또는 그 이상의 필터 기능에 의해 어떤 샤프트를 완화시키거나 트레인 진동(train resonance)을 구동하도록 수정될 수 있다.
상기 전력 변환기는 선박용 제어 시스템(동적인 위치 시스템과 선택적으로 통합될 수 있는)으로부터 전력 요구 신호와 속도 요구 신호 중 어느 하나 또는 두 신호 모두를 수신하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전력 요구 신호 및/또는 속도 요구 신호는 해양 선박과 같은 것의 제어 레버들로부터 직접 공급될 수도 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 복수 개의 전력 변환기들이 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크의 공통 공급 버스에 연결되 고, 각 전력 변환기의 필터 네트워크 단자에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호가 전력 관리 시스템으로부터 각 전력 변환기의 제2컨트롤러로 공급되는 전력 변환기의 배치를 제공하는 것을 포함하여 구성된다.
각 개개의 전력 변환기는 연결된 필터와 상기 공통 공급 버스 사이에 전기적으로 연결된 강압형 변압기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전력 변환기는 해양 선박에 이용되는 추진 유닛에서의 이용에 특히 적합하다. 그러므로 본 발명은 고정자와 회전자가 구비된 모터, 상기 모터의 회전자에 의해 회전하는 적어도 하나의 날개를 포함하는 프로펠러 장치, 및 상술한 전력 변환기를 포함하는 추진 유닛도 제공한다. 상기 프로펠러 장치는 상기 모터의 회전자와 함께 완전체를 이룰 수 있다. 이와 달리, 상기 프로펠러 장치는 회전 가능한 샤프트에 설치되고, 상기 모터의 로터는 기어박스를 통해 직접 또는 간접적으로 상기 회전 가능한 샤프트에 결합된다.
복수개의 추진 유닛은 해양 선박에서 사용될 수 있다. 그러므로 본 발명은 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하고 공통 공급 버스가 구비된 공급 네트워크, 및 상술한 복수개의 추진 유닛을 포함하는 해양 선박도 제공한다. 상기 복수개의 추진 유닛의 각 전력 변환기는 상기 공통 공급 버스에 연결되고, 각 전력 변환기의 필터 네트워크 단자에서 달성하고자 하는 전압을 나타내는 전압 요구 신호는 전력 관리 시스템에 의해 공급된다.
본 발명은 가변 주파수에 따른 가변 전압을 요구하는 모터를 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 연결하여 사용할 수 있는 전 력 변환기의 구동 방법을 제공하며, 이때, 상기 전력 변환기는:
모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
이러한 변환기를 구동하는 방법은:
상기 제1컨트롤러가 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하는 단계; 및
상기 제2컨트롤러가 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이 용하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 방법은 이하에서 설명되는 단계들을 더 포함할 수 있다.
상기 제1컨트롤러가 상기 모터에서 원하는 플럭스를 달성할 수 있는 고정자 전기량을 생산하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해, 상기 모터에서 달성하기 원하는 플럭스의 레벨을 나타내는 플럭스 요구 신호를 이용할 수 있다.
상기 제1컨트롤러가 상기 모터에서 달성하기 원하는 토크의 레벨을 나타내는 토크 요구 신호를 결정하기 위해, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호와 직류 링크 전압 피드백 신호를 비교하고, 상기 모터에서 원하는 토크를 달성할 수 있는 고정자 전기량을 생산하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다.
상기 제1컨트롤러가 우세한(prevailing) 모터의 조건에 따라 변화하는 제어신호를 상기 제2컨트롤러로 공급할 수 있다. 상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 통해 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 제한하기 위해 상기 제어 신호를 이용할 수 있다.
상기 제2컨트롤러가 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호를 상기 제2능동 정류기/인버터가 상기 공급 네트워크에서 달성되어야 할 원하는 직교 축 전류를 나타내는 직교 축 전류 요구 신호로 변환하고, 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다. 상기 필터의 네트워크 단자들의 전압으로부터 유도되는 신호에 의해 전력 요구 신호를 나눔으로써, 상기 전력 요구 신호가 직교 축 전류 요구 신호로 변환될 수 있다.
상기 제2컨트롤러가 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하고, 동작하기 시작하는 조건(start-up condition) 동안에 상기 공급 네트워크에서 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 상기 제2능동 정류기/인버터의 직교 축 전류 요구 신호를 결정하기 위해, 상기 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 상기 직류 링크 전압 피드백 신호와 비교할 수 있다. 상기 제2컨트롤러가 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록, 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다.
상기 제2컨트롤러는 상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호를 상기 제1컨트롤러로 공급할 수 있다. 상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호가 상기 제1컨트롤러에서의 직류 링크 컨트롤러의 출력에 더해지고, 상기 모터에서 원하는 토크의 레벨을 결정하는데 이용될 수 있다.
상기 제2컨트롤러가 상기 제2능동 정류기/인버터를 위한 직류 축 전류 요구 신호를 결정하기 위하여, 상기 필터의 네트워크 단자에서 달성하려는 전압의 레벨을 나타내는 전압 요구 신호를 상기 필터의 네트워크 단자에서 측정된 전압 피드백 신호와 비교하고, 공급 네트워크 전압이 급강하하는 상황 동안에 상기 공급 네트워크에서 원하는 직류 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산 하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어할 수 있다.
공급 네트워크 급강하 상황과 관련한 설명에서의 용어 “급강하(dip)”의 이용은, 대칭적이거나 비대칭적인 네트워크 장애 조건, 또는 상기 공급 네트워크에 연결된 큰 유도성 요소(예를 들어, 변압기나 고조파 필터와 같은)의 단순한 스위칭에 의한 결과로서, 상기 공급 네트워크 전압이 정상적인 값 아래로 감소되는 것을 나타낸다.
상기 제2컨트롤러가 공급 네트워크 전압이 급강하하는 상황 동안, 우세한 공급 네트워크 전압 조건에 따라 상기 직류 축 전류 요구 신호를 수정할 수 있다.
상기 전력 요구 신호가 전력 컨트롤러에 의해 공급될 수 있다.
상기 모터의 이동부의 속도를 나타내는 속도 신호가 유도되고, 상기 전력 컨트롤러가 상기 전력 요구 신호를 유도하기 위해 상기 속도 신호를 이용할 수 있다. 상기 속도 신호가 적절한 방법을 이용하여 유도될 수 있고, 어떤 샤프트를 완화시키거나 트레인 진동(train resonance)을 구동함에도 이용되는 등, 하나 또는 그 이상의 필터 기능들에 의해 조절될 수 있게 된다.
본 발명은 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크의 공통 공급 버스에 연결된 상술한 바와 같은 복수 개의 전력변환기의 구동 방법을 제공하며, 그 방법은 각 전력 변환기의 필터 네트워크 단자에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호가 전력 관리 시스템으로부터 각 전력 변환기의 제2컨트롤러로 공급되는 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명은 고정자와 회전자가 구비되고 가변 주파수에 따라 가변 전압 을 요구하는 모터와, 상기 모터의 회전자에 의해 회전하는 적어도 하나의 날개를 포함하는 프로펠러 장치와, 상기 모터를 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 연결하는 전력 변환기를 포함하는 추진 유닛에서, 상기 전력 변환기는:
모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
상기 추진 유닛에서의 원하는 추진력 변경에 대응하여 추진 유닛을 구동할 때:
상기 직류 링크 전압을 원하는 레벨로 변경시켜 상기 직류 링크로 입력되는 전력의 레벨을 변경시키도록 상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하고;
상기 제1능동 정류기/인버터를 통해 상기 직류 링크에서 모터로 충분한 전류를 배출하여 상기 직류 링크 전압을 원하는 레벨로 복원하며, 원하는 추진력을 달성할 수 있도록 상기 제1능동 정류기/제어기를 제어하는 추진 유닛의 구동 방법을 제공한다.
전력 변환기 토폴로지( topology )
전력 변환기의 기본 토폴로지는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 비록 이하에서 상기 전력 변환기는 전기 선박용 추진 시스템의 측면에서 설명되지만, 다른 용도로도 적용될 수 있음은 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 전력 변환기는 펌프, 송풍기, 압축기, 또는 다른 산업용 부하들의 구동 시스템의 일부로서 사용될 수 있다.
전기 선박용 추진 시스템의 프로펠러 장치(2)는 교류 유도 모터(4)의 회전자(미도시)에 의해 가변 속도로 구동된다. 상기 프로펠러 장치(2)는 일반적으로 고정된 피치를 갖고 회전축에 설치된 다수개의 날개(blades)로 구성된다. 상기 회전축은 상기 모터(4)의 회전자에 직접적으로 연결되거나, 축의 속도를 조정하는데 사용되는 변속장치(미도시)를 통하여 간접적으로 연결될 수 있다. 상기 프로펠러 장치(2)가 회전해야 하는 속도는 해양 선박의 속도와 추진을 위해 요구되는 추진력의 레벨과 방향에 의존하게 될 것이다. 그러나, 회전의 속도가 변하기 때문에, 상기 모터(4)의 단자들에 인가되는 전압과 주파수도 또한 변경되어야 한다.
상기 모터(4)의 단자들은 직류 링크(12)로부터 상기 모터에 전력을 공급하기 위해 일반적인 동작 중 인버터로서 작동하는 3상 모터 브리지(10)의 교류 단자들에 연결되어 있다. 상기 모터 브리지(10)는 펄스 폭 변조(PWM) 방식을 이용하여 충분히 제어되고 조절되는 일련의 반도체 전력 스위칭 장치가 구비된 통상적인 3상 2레 벨 토폴로지(three-phase two-level topology)를 갖는다. 그러나, 실제로 상기 모터 브리지(10)는 3레벨 중성점 제한형 토폴로지(three-level neutral point clamped topology)나 멀티레벨 토폴로지처럼 적합한 토폴로지를 구비할 수 있다. 상기 모터 브리지(10)의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는데 사용되는 게이트 구동 명령신호의 유도는 아래에서 보다 상세히 설명된다.
해양 선박의 공급 네트워크(도 2)는 고정된 공칭 주파수에서 동작하고, 교류 발전기(28)로부터 전력을 공급받는 공통 교류 공급 버스(common ac supply bus)(“버스”로 도시됨)를 포함한다. 전력은 강압형 변압기(6)를 경유하여 공급 버스로부터 네트워크 브리지(14)의 교류 단자로 공급되고, 인덕터(16)(및 다른 가능한 필터들)에 의해 필터링된다. 상기 공급 버스에 신뢰할 만한 연결을 제공하고, 여러 가지 동작 조건과 비동작 조건에 대하여 공급 네트워크로부터 추진시스템을 분리시키기 위해 보호 개폐기(protective switchgear)(미도시)가 포함될 수 있다.
상기 네트워크 브리지(14)는 일반 동작 상태에서 상기 공급 버스에서 직류 링크(12)로 전력을 공급하기 위한 능동 정류기로서 동작한다. 상기 네트워크 브리지(14)는 모터 브리지(10)와 유사하게 펄스 폭 변조(PWM) 방식을 이용하여 충분히 제어되고 조절되는 일련의 반도체 전력 스위칭 장치가 구비된 3상 2레벨 토폴로지를 갖는다. 그러나, 실제로 상기 네트워크 브리지(14)는 상기 모터 브리지(10)에서 상술한 바와 같이 다른 적합한 토폴로지를 구비할 수 있다. 상기 모터 브리지(10)의 직류 입력 전압에 대한 주된 제어는 모터 브리지를 제어함으로써 달성된다. 상기 네트워크 브리지(14)는 두 개의 주된 목적, 즉, 능동 전력과 네트워크 전압을 달성하기 위해 제어된다. 이러한 제어가 어떻게 이루어지는가에 대한 상세한 설명은 이하에서 상술한다.
또한, 상기 네트워크 브리지(14)의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해 이용되는 게이트 구동 명령 신호의 유도도 이하에서 상세히 설명한다.
여기서 설명하는 바와 같이, 능동 정류(active rectification)(네트워크 브리지(14)의 주된 동작 모드임)는 3상 네트워크 브리지의 교류 단자에서 직류 링크로의 에너지의 변환이고, 반전(inversion)(모터 브리지(10)의 주된 동작 모드임)은 3상 모터 브리지의 직류 링크에서 그것의 교류 단자로의 에너지의 변환이다. 그러나, 상기 모터 브리지(10)가 능동 정류기로서 동작하고 상기 네트워크 브리지(14)가 인버터로서 동작할 필요가 있거나 그와 같이 동작하는 것이 바람직할 경우에는 시간이 필요하다는 것을 쉽게 알게 될 것이다. 예를 들어, 해양 선박이 제동(braking)하는 경우에는 추진 시스템은 재생(regeneration)을 지원하기 위해 변경될 것이다. 이 경우 상기 모터(4)는 능동 정류기로서 동작하는 상기 모터 브리지(10)를 통하여 공급 네트워크(또는 덤프 레지스터(dump resistor))에 역으로 전력을 공급하기 위한 발전 모드에서 동작하게 될 것이고, 상기 네트워크 브리지(14)는 인버터로서 동작하게 될 것이다.
공급 네트워크 전압의 급강하가 발생되는 경우에, 상기 네트워크 브리지(14)는 전압 급강하의 원인을 방해하기 위해 공급 네트워크로 리액티브 전류(reactive current)를 공급하기 위한 요청에 따라 능동 정류기 모드나 인버터 모드 중 어느 하나로서 동작하게 될 것이다.
선박용 추진 시스템 토폴로지
위에서 간략하게 설명한 바와 같이, 다수 개의 전력 변환기들은 선박용 추진 시스템을 정의하기 위하여 고정된 공칭 주파수를 공급하는 네트워크의 공통 교류 공급 버스에 연결될 수 있다. 이것은 도 2에서 개략적으로 도시되어 있다. 각 전력 컨버터(1a 내지 1d)는 연결된 필터(16a 내지 16d)와 강압형 변압기(6a 내지 6d)를 포함한다.
통상적인 선박용 추진 시스템에서, 원하는 공급 네트워크 전압은 일반적으로 전력 관리 시스템(26)에 의해 설정되고, 각 발전기(28)의 자동 전압 조정기(AVR)로 공급된다. 또한, 도 2에 도시된 배치에서, 상기 전력 관리 시스템(26)은 상기 각 전력 변환기(1a 내지 1d)에 전압 요구 신호(VBUS*)를 공급한다. 상기 전압 요구 신호(VBUS*)는 전력 변환기의 정상적인 동작 동안에 각 필터(16a 내지 16d)의 네트워크 단자에서 도달하기 원하는 전압을 나타낸다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 변압기(32)를 형성하는 큰 유도성 구성요소는 상기 공통 공급 버스에 연결된다.
모터 브리지 제어
모터 브리지 컨트롤러(18)는 상기 모터(4)의 단자들에 인가되는 특정 전압의 결과로서 상기 반도체 전력 스위칭 장치의 스위칭이 온 오프되는 것을 야기하는 게이트 구동 명령 신호를 상기 모터 브리지(10)에 공급한다. 상기 모터 브리지 컨트 롤러(18)는 상기 모터(4)에서 달성하고자 하는 플럭스의 원하는 레벨을 나타내는 플럭스 요구 신호(Φ*)와, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)와, 현재의 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 피드백 신호(VDC_FB)와, 상기 모터의 상전류(IU, IV, 및 IW)를 측정하여 유도되는 하나 또는 그 이상의 피드백 신호들, 및 공급 네트워크 전력의 지시값을 나타내는 전력 피드포워드 신호(POWER_FF)를 기반으로 적용될 전압을 선택할 것이다. 상기 플럭스 요구 신호(Φ*)와 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)는 일반적으로 특정 구동 환경 동안에는 상수로 설정될 것이다. 상기 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)와 직류 링크 전압 피드백 신호(VDC_FB) 간의 차이는 상기 모터(4)를 위한 토크 요구 신호를 공급하는데 사용된다. 벡터 제어 기술과 같은 적절한 제어의 구현은 유도된 토크 요구 신호와 플럭스 요구 신호(Φ*)를 사용하여 상기 모터 브리지(10)의 반도체 전력 스위칭 장치를 위한 적절한 스위칭 패턴을 생성할 수 있게 된다.
만약 상기 교류 모터(4)가 동기식 전기 장치라면, 상기 플럭스 요구 신호(Φ*)가 생략될 수 있음은 쉽게 알 수 있을 것이다. 이 경우에, 상기 모터 브리지(10)의 반도체 전력 스위칭 장치를 위한 스위칭 패턴은 단지 상기 유도된 토크 요구 신호에 기초하여서만 생성될 것이다.
네트워크 브리지 제어
상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)는 상기 필터 단자들에 인가되는 특정 전압의 결과로서 상기 반도체 전력 스위칭 장치의 스위칭이 온 오프 되는 것을 야기 하는 게이트 구동 명령 신호를 네트워크 브리지(14)에 공급한다. 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)는 발전기 네트워크 브리지(14)를 통하여 공통 공급 버스로부터 직류 링크(12)로 전달되는 전력의 레벨을 나타내며 속도/전력 컨트롤러(24)에 의해 공급되는 전력 요구 신호(P*)와, 필터(16)의 네트워크 단자에서 달성하기 원하는 전압을 나타내며 전력 관리 시스템(26)에 의해 공급되는 전압 요구 신호(VBUS*)와, 전압 측정값(VR, VY, 및 VB)(즉, 공통 공급 버스로부터 네트워크 브리지(14)에 전력을 공급하는 소위 레드(R), 옐로우(Y), 및 블루(B) 라고 불리는 출력라인들을 통하여 취해진 3상 전압 측정값)과 상기 네트워크 브리지 상전류(IR, IY, 및 IB)의 전류 측정값으로부터 유도된 하나 또는 그 이상의 피드백 신호들(V_NET 및 I_NET), 및 공통 공급 버스로부터 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 한정하기 위해 사용되는 제어신호(IDC_LIM)를 기반으로 적용될 전압을 선택할 것이다. 상기 전력 요구 신호(P*)는 직교 축 전류 요구 신호(quadrature axis current demand signal)(즉, 실제 전류 요구 신호)를 얻기 위해 우세한 직교 축 네트워크 전압(prevailing quadrature axis network voltage)(VQ_NET)에 의해 나누어진다. 또한, 상기 전력 요구 신호(P*)는 리액티브 전류 요구 신호를 유도하기 위해 상기 전압 요구 신호(VBUS*)와 비교된다. 벡터 제어 기술과 같은 적절한 제어의 구현은 유도된 실제 전류 요구 신호와 리액티브 전류 요구 신호를 사용하여 상기 네트워크 브리지(14)의 반도체 전력 스위칭 장치를 위한 적절한 스위칭 패턴을 생성할 수 있게 한다.
선박용 추진 시스템의 동작
상기 선박용 추진 토폴로지의 가능한 동작 구현은 다음과 같다. 구동 초기(at start-up)에 샤프트의 속도는 제로이고, 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)에 공급되는 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_NET*)는 950볼트로 설정된다. 상기 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_NET*)는 단지 움직이기 시작할 동안에만 사용되고, 일반적으로 특정한 구동 환경동안에는 상수로 유지될 것이다. 상기 네트워크 브리지(14)에 있는 반도체 전력 스위칭 장치는 활성화되고, 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)의 제어하에서 상기 직류 링크 전압(VDC)을 950볼트에 이르게 한다.
동시에 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)에 인가되는 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)는 1000볼트로 설정된다.
상기 선박용 추진 시스템이 해양 선박을 추진하기 위한 추진력의 공급을 요청하면, 상기 모터 브리지(10)에 구비된 반도체 전력 스위칭 장치들은 활성화되고, 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)는 상기 모터(4)에 필요한 플럭스(flux)를 달성하도록 직류 축 전류(direct axis current)를 제어할 것이다.
상기 직류 링크 전압이 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)보다 작을 동안에는 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)에 구비된 직류 링크 컨트롤러(미도시)가 상기 모터(4)에 음의 직교 축 전류를 요청할 것이지만(전력을 상기 직류 링크(12)로 되돌리기 위해), 상기 프로펠러 장치(2)의 샤프트(shaft)가 회전하지 않고 이용할 수 있는 샤프트 전력이 없기 때문에 이러한 요청은 막혀질 것이다.
상기 선박 추진 시스템에 추진력이 요청될 때, 이러한 요청은 전력 기준(즉 전력 요구 신호(P*))로서 또는 속도 기준(즉, 속도 요구 신호(N*)) 중 어느 하나로 서 직접 공급될 것이다. 상기 전력 기준과 속도 기준은 상기 해양 선박의 브리지에 있는 조절레버로부터 또는 선박 제어 시스템으로부터 상기 속도 및 전력 컨트롤러(24)로 직접 공급될 수 있으며, 이는 도 1에서 선박 제어 명령으로 도시되어 있다. 속도 요구 신호(N*)는 속도 센서(22)에 의해 감지된 상기 모터(4)의 실제 속도(N)를 기준으로 하는 속도 제어 루프의 일부로서 상기 속도/전력 컨트롤러(24)에 의해 전력 요구 신호(P*)로 변환 될 것이다. 상기 전력 요구 신호(P*)를 네트워크 브리지 컨트롤러(20)에 인가하면 상기 직류 링크 전압이 증가할 것이다. 일단 상기 직류 링크 전압이 상기 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)에 의해 설정된 레벨에 도달하면, 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)의 직류 링크 컨트롤러는 원하는 설정 레벨에 상기 직류 링크 전압을 제한시키려는 시도하에 양의 직교 축 전류를 요청하기 시작할 것이고, 상기 프로펠러 장치(2)의 샤프트를 가속하기 시작할 것이다.
상기 직류 링크 전압이 상기 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_NET*)보다 더 클 동안에는 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)에서 전압 제어가 불활성화된다.
상기 네트워크 브리지(14)를 통하여 전달되는 전력의 크기는 상기 전력 요구 신호(P*)로부터 유도된 신호에 의해 제한된다.
일단 초기 정상 상태에 도달하게 되면, 상기 전력 변환기는 변경되는 추진력 요청에 적응하기 위해 동적인 방식(dynamic manner)으로 동작한다. 예를 들어, 추진력 증가 요청일 경우(즉, 전력 요구 신호(P*)가 증가될 경우)에 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)는 상기 네트워크 브리지(14)가 상기 공급 네트워크로부터 더 많은 전력을 상기 직류 링크(12)로 입력시키게 한다. 상기 직류 링크(12)로 입력되 는 전력의 양이 증가하면서 상기 직류 링크 전압이 증가된다. 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)는 상기 직류 링크 전압의 이러한 증가에 응답하여 상기 모터 브리지(10)가 상기 직류 링크(120)로부터 더 많은 전력을 이끌어내게 하고, 새로운 정상 상태에 도달할 때까지(즉, 상기 공급 네트워크에서 상기 직류 링크(12)로 공급되는 전력의 양이 상기 직류 링크로부터 모터(4)로 공급되는 전력의 양과 같아질 때까지) 그 전력은 상기 모터(4)로 전달된다. 이러한 정상 상태에서 상기 직류 링크 전압은 상기 직류 링크 전압 요구 신호(VDC_MOT*)와 정합(match)하게 된다. 추진력 감소 요청일 경우에는 반대의 제어 동작이 발생하게 된다.
도 2에 도시된 공급 네트워크는 전체 발전 용량이 전체 부하와 거의 일치하기 때문에 “약한 네트워크(weak network)”이다. 공급 네트워크 전압이 급강하(예를 들어, 변압기(32)를 턴 온 시키는 것에 의해 야기됨)하는 경우, 상기 전력 변환기는 3상 전압 측정값(VR, VY, VB)으로부터 유도된 피드백 신호(V_NET)의 변경으로 알 수 있는 이러한 전압의 감소를 감지할 것이고, 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)는 리액티브 전류를 상기 공통 공급 버스로 다시 공급하기 위한 적절한 리액티브 전류 요구 신호를 설정할 것이다. 이것은 상기 변압기(32)에 의해 당겨지는 전류를 보상하고, 상기 공급 네트워크에 전압을 복원하는 것을 도울 것이다.
공급 네트워크 전압이 심하게 감소되는 것을 야기하는 상기 공통 공급 버스 어딘가 에서의 심각한 장애가 발생한 경우, 상기 전력 변환기는 상기 전력 요구 신호(P*)를 제로로 설정할 것이고, 상기 공급 네트워크 전압이 회복될 때까지 리액티브 전류를 상기 공통 공급 버스에 다시 공급할 것이다.(실제로, 이것은 장애가 지 속되는 동안 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)가 상기 속도/전력 컨트롤러(24)에 의해 공급되는 과도한 전력 요구 신호(P*)를 효과적으로 오버라이딩(overriding) 하는 것에 의해 달성될 수 있다.) 이 시간 동안 상기 직류 링크 전압은 상기 모터 브리지(10)와 상기 프로펠러 장치(2)의 움직임과 상기 해양 선박의 추진력(momentum) 모두에서의 운동에너지에 의해 유지된다.
상기 전력 변환기의 과도상태 응답을 향상시키기 위하여, 상기 모터 브리지 컨트롤러와 네트워크 브리지 컨트롤러 간에 두 개의 제어신호가 전달된다. 보다 상세하게는, 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)는 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)에 상기 네트워크 브리지(14)를 통하여 상기 직류 링크(12)로 전달되어야 하는 전력의 양을 나타내는 전력 피드포워드 신호(POWER_FF)를 공급한다. 그러므로, 상기 전력 피드포워드 신호(POWER_FF)는 상기 직류 링크 전압이 실제적으로 증가하거나 감소하는 것을 시작하기 전에 전력 흐름의 정도가 변경되는 것을 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)에 미리 알려주게 될 것이다. 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)는 직류 링크 전류의 한계를 지시하는 제어신호(IDC_LIM)를 공급한다. 이 제어신호는 상기 모터(4)의 샤프트 속도와 가속도의 한계에 의한 전류에 기반하여, 상기 모터 브리지(18)가 얼마나 많은 추가적인 전류를 받아들일 수 있는가에 관한 한계를 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)에 공급한다.
선박용 추진 토폴로지의 실제적인 구현
상기 선박용 추진 토폴로지 설치는 다음과 같이 구현될 수 있다. 상기 모터 브리지(18)와 네트워크 브리지(14)는 각각 적합한 전력 평가(power rating)를 갖는 MV3000 수냉식 DELTA 인버터 모듈을 이용하여 구현될 수 있다. 이것은 690 볼트까지의 교류 전압에서 동작하기에 적합한 IGBT-기반 전압원 인버터 모듈이다. 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)와 네트워크 브리지 컨트롤러(20)는 각각 PEC 컨트롤러를 이용하여 구현될 수 있다. 이것은 필요한 모든 제어 기능과 전력 변환기를 구현하기 위해 요구되는 파이어링 패턴(firing pattern)의 생성을 제공할 수 있는 마이크로프로세서 기반의 프로그램이 가능한 전자식 컨트롤러이다. 상기 전력 관리 시스템은 AMC 컨트롤러로 구현될 수 있다. 이것은 분산된 제어 시스템에서 사용하도록 설계된 마이크로프로세서 기반의 전자식 컨트롤러이다. 이러한 제품들은 모두 본 출원인인 컨버팀 엘티디(Converteam Ltd.)에 의해 제공된다.
컨트롤러의 설치는 상기 모터 브리지 컨트롤러(18)로부터 상기 네트워크 브리지 컨트롤러(20)로 전송되거나, 그 반대로 전송되는 제어 신호에 의해 공동으로 작용할 수 있는 두 개의 독립적인 컨트롤러가 제안된다. 물리적인 하나의 컨트롤러에 상기 컨트롤러들의 기능을 통합하는 것도 마찬가지로 적합하다. 이와 유사하게, 전력 변환기의 실제적인 구현이 편리하다면, 상기 기능들이 두 개 이상의 컨트롤러들에 걸쳐서 분산될 수도 있다.
제안된 전력 변환기는 해양 선박의 주된 추진력 구동부나 쓰러스터(thruster) 구동부와 공급 네트워크에 연결될 수 있다. 어느 경우이든지, 상기 전력 기준과 속도 기준은 선박용 제어 시스템에 의해 상기 속도/전력 컨트롤러(24)로 제공될 수 있다. 몇몇 경우, 상기 선박용 제어 시스템은 해양 선박의 방향과 위 치를 제어하기 위해 여러 추진 유닛들에 기준을 제공할 수 있는 동적인 위치 시스템(dynamic positioning system)을 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 본 발명에 따라 전력 변환기가 모터와 고정된 주파수를 공급하는 네트워크의 공급 버스 간에 연결된 것을 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 다수 개의 전력 변환기가 선박용 추진 시스템의 일부로서 공급 버스에 연결된 것을 나타내는 개략도.

Claims (38)

  1. 모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
    복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
    상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
    상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
    상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
    상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
    상기 제1컨트롤러는 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하고;
    상기 제2컨트롤러는 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하며;
    상기 제1컨트롤러는 우세한(prevailing) 모터의 조건에 따라 변화하는 제어신호를 상기 제2컨트롤러로 공급하고, 상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 통해 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 제한하기 위해 상기 제어신호를 이용하는;
    고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 전력 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1컨트롤러는 상기 모터에서 원하는 플럭스를 달성할 수 있는 고정자(stator) 전기량을 생산하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해, 상기 모터에서 달성하기 원하는 플럭스의 레벨을 나타내는 플럭스 요구 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1컨트롤러는 상기 모터에서 달성하기 원하는 토크의 레벨을 나타내는 토크 요구 신호를 결정하기 위해, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호와 직류 링크 전압 피드백 신호를 비교하고, 상기 모터에서 원하는 토크를 달성할 수 있는 고정자 전기량을 생산하도록, 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  4. 삭제
  5. 모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
    복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
    상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
    상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
    상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
    상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
    상기 제1컨트롤러는 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하고;
    상기 제2컨트롤러는 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하며;
    상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호를 상기 제2능동 정류기/인버터가 상기 공급 네트워크에서 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 직교 축 전류 요구 신호로 변환하고, 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는;
    고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 전력 변환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력 요구 신호는 상기 필터의 네트워크 단자들의 전압으로부터 유도되는 신호에 의해 상기 전력 요구 신호를 나눔으로써 직교 축 전류 요구 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러는 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하고, 상기 제2능동 정류기/인버터가 상기 공급 네트워크에서 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 직교 축 전류 요구 신호를 결정하기 위해 상기 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 상기 직류 링크 전압 피드백 신호와 비교하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러는 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록, 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호는 상기 제2컨트롤러에서 상기 제1컨트롤러로 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호는 상기 제1컨트롤러에서의 직류 링크 컨트롤러의 출력에 더해지고, 상기 모터에서 원하는 토크의 레벨을 결정하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러는 상기 제2능동 정류기/인버터를 위한 직류 축 전류 요구 신호를 결정하기 위하여, 상기 필터의 네트워크 단자에서 달성하려는 전압의 레벨을 나타내는 전압 요구 신호를 상기 필터의 네트워크 단자에서 측정된 전압 피드백 신호와 비교하고, 상기 공급 네트워크에서 원하는 직류 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러는 우세한 공급 네트워크 전압 조건에 따라 상기 직류 축 전류 요구 신호를 조정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전력 요구 신호는 전력 컨트롤러에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모터의 이동부의 속도를 나타내는 속도 신호를 유도하기 위한 속도 센서나 속도 관측기가 더 포함되어 구성되고, 상기 전력 컨트롤러는 상기 전력 요구 신호를 유도하기 위해 상기 속도 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는 선박 제어 시스템으로부터 전력 요구 신호와 속도 요구 신호 중 하나 또는 두 신호 모두를 수신하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는 선박 제어 시스템으로부터 전력 요구 신호와 속도 요구 신호 중 하나 또는 두 신호 모두를 수신하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  17. 제1항에 따른 복수개의 전력 변환기들이 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크의 공통 공급 버스에 연결되고, 각 전력 변환기의 필터 네트워크 단자에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호가 전력 관리 시스템으로부터 각 전력 변환기의 제2컨트롤러로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 배치.
  18. 제17항에 있어서,
    개개의 각 전력 변환기는 연결된 필터와 공통 공급 버스 사이에 전기적으로 연결된 강압형 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 배치.
  19. 고정자와 회전자가 구비된 모터;
    상기 모터의 회전자에 의해 회전하는 적어도 하나의 날개를 포함하는 프로펠러 장치; 및
    제1항의 전력 변환기를 포함하는 추진 유닛.
  20. 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하고 공통 공급 버스가 구비된 공급 네트워크;
    제19항에 의한 복수개의 추진 유닛;
    상기 복수개의 추진 유닛의 각 전력 변환기는 상기 공통 공급 버스에 연결되고, 각 전력 변환기의 필터 네트워크 단자에서 달성하고자 하는 전압을 나타내는 전압 요구 신호는 전력 관리 시스템에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 해양 선박.
  21. 모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
    복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
    상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
    상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
    상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
    상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하는 전력 변환기를 구동할 때:
    상기 제1컨트롤러가 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하는 단계;
    상기 제2컨트롤러가 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하는 단계; 및
    상기 제1컨트롤러가 우세한 모터의 조건에 따라 변화하는 제어신호를 상기 제2컨트롤러로 공급하고, 상기 제2컨트롤러가 상기 제2능동 정류기/인버터를 통해 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 제한하기 위해 상기 제어신호를 이용하는 단계를 포함하는;
    고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 전력 변환기의 구동 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1컨트롤러가 상기 모터에서 원하는 플럭스를 달성할 수 있는 고정자 전기량을 생산하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 모터에서 달성하기 원하는 플럭스의 레벨을 나타내는 플럭스 요구 신호를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1컨트롤러가 상기 모터에서 달성하기 원하는 토크의 레벨을 나타내는 토크 요구 신호를 결정하기 위해, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호와 직류 링크 전압 피드백 신호를 비교하고, 상기 모터에서 원하는 토크를 달성할 수 있는 고정자 전기량을 생산하도록, 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  24. 삭제
  25. 모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
    복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
    상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
    상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
    상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
    상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하는 전력 변환기를 구동할 때:
    상기 제1컨트롤러가 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하는 단계;
    상기 제2컨트롤러가 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하는 단계; 및
    상기 제2컨트롤러가 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호를 상기 제2능동 정류기/인버터가 상기 공급 네트워크에서 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 직교 축 전류 요구 신호로 변환하고, 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 단계를 포함하는;
    고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 전력 변환기의 구동 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 필터의 네트워크 단자들의 전압으로부터 유도되는 신호에 의해 상기 전력 요구 신호를 나눔으로써, 상기 전력 요구 신호가 직교 축 전류 요구 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러가 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하고, 동작하기 시작하는 조건(start-up condition) 동안에 상기 제2능동 정류기/인버터가 상기 공급 네트워크에서 달성하기 원하는 직교 축 전류를 나타내는 직교 축 전류 요구 신호를 결정하기 위해 상기 다른 직류 링크 전압 요구 신호를 상기 직류 링크 전압 피드백 신호와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러가 상기 공급 네트워크에서 원하는 직교 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록, 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호가 상기 제2컨트롤러에서 상기 제1컨트롤러로 공급되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 공급 네트워크 전력을 나타내는 신호가 상기 제1컨트롤러에서의 직류 링크 컨트롤러의 출력에 더해지고, 상기 모터에서 원하는 토크의 레벨을 결정하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  31. 모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
    복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
    상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
    상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
    상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
    상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하는 전력 변환기를 구동할 때:
    상기 제1컨트롤러가 직류 링크 전압 요구 신호에 대응하는 직류 링크 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제1능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 원하는 직류 링크 전압을 나타내는 직류 링크 전압 요구 신호를 이용하는 단계;
    상기 제2컨트롤러가 전력 요구 신호와 전압 요구 신호에 대응하는 전력과 전압의 원하는 레벨을 달성하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하기 위하여, 상기 제2능동 정류기/인버터를 통하여 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크에 전달되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 요구 신호와, 상기 필터의 네트워크 단자들에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호를 이용하는 단계; 및
    상기 제2컨트롤러가 상기 제2능동 정류기/인버터를 위한 직류 축 전류 요구 신호를 결정하기 위하여, 상기 필터의 네트워크 단자에서 달성하려는 전압의 레벨을 나타내는 전압 요구 신호를 상기 필터의 네트워크 단자에서 측정된 전압 피드백 신호와 비교하고, 공급 네트워크 전압이 급강하하는 상황 동안에 상기 공급 네트워크에서 원하는 직류 축 전류를 달성할 수 있는 필터/공급 네트워크 전기량을 생산하도록 상기 제2능동 정류기/인버터의 반도체 전력 스위칭 장치를 제어하는 단계를 포함하는;
    고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 가변 주파수에서의 가변 전압을 요구하는 모터를 연결하여 사용할 수 있게 한 전력 변환기의 구동 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제2컨트롤러가 공급 네트워크 전압이 급강하하는 상황 동안, 우세한 공급 네트워크 전압 조건에 따라 상기 직류 축 전류 요구 신호를 조정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  33. 제21항에 있어서,
    상기 전력 요구 신호가 전력 컨트롤러에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 모터의 이동부의 속도를 나타내는 속도 신호를 유도하고, 상기 전력 컨트롤러가 상기 전력 요구 신호를 유도하기 위해 상기 속도 신호를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  35. 제33항에 있어서
    상기 전력 컨트롤러가 선박 제어 시스템으로부터 전력 요구 신호와 속도 요구 신호 중 하나 또는 두 신호 모두를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  36. 제34항에 있어서
    상기 전력 컨트롤러가 선박 제어 시스템으로부터 전력 요구 신호와 속도 요구 신호 중 하나 또는 두 신호 모두를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  37. 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크의 공통 공급 버스에 연결된 제1항에 따른 복수개의 전력 변환기들을 구동할 때, 각 전력 변환기의 필터 네트워크 단자에서 달성하려는 전압을 나타내는 전압 요구 신호가 전력 관리 시스템으로부터 각 전력 변환기의 제2컨트롤러로 공급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 구동 방법.
  38. 고정자와 회전자가 구비되고 가변 주파수에 따라 가변 전압을 요구하는 모터와, 상기 모터의 회전자에 의해 회전하는 적어도 하나의 날개를 포함하는 프로펠러 장치와, 고정된 공칭 전압과 고정된 공칭 주파수를 공급하는 공급 네트워크에 상기 모터를 연결하는 전력 변환기를 포함하는 추진 유닛에서, 상기 전력 변환기는:
    모터의 고정자에 전기적으로 연결되고, 복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제1능동 정류기/인버터;
    복수개의 반도체 전력 스위칭 장치를 포함하는 제2능동 정류기/인버터;
    상기 제1능동 정류기/인버터와 상기 제2능동 정류기/인버터 간에 연결된 직류 링크;
    상기 제2능동 정류기/인버터와 공급 네트워크 간에 연결되고, 네트워크 단자들을 포함하는 필터;
    상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 제1컨트롤러; 및
    상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 제2컨트롤러를 포함하며;
    상기 추진 유닛에서의 원하는 추진력 변경에 대응하여 추진 유닛을 구동할 때:
    상기 직류 링크 전압을 원하는 레벨로부터 변경시켜 상기 직류 링크로 입력되는 전력의 레벨을 변경시키도록 상기 제2능동 정류기/인버터를 제어하는 단계;
    상기 제1컨트롤러가 우세한 모터의 조건에 따라 변화하는 제어신호를 상기 제2컨트롤러로 공급하고, 상기 제2컨트롤러가 상기 제2능동 정류기/인버터를 통해 상기 공급 네트워크로부터 상기 직류 링크로 전달되는 전력의 레벨을 제한하기 위해 상기 제어신호를 이용하는 단계; 및
    상기 직류 링크 전압을 원하는 레벨로 복원하며, 원하는 추진력을 달성하기 위해, 상기 제1능동 정류기/인버터를 통해 상기 직류 링크에서 모터로 충분한 전류를 배출하도록 상기 제1능동 정류기/인버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 유닛의 구동 방법.
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