KR0125892Y1 - Controller of current inverter for a fuel cell - Google Patents

Controller of current inverter for a fuel cell

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KR0125892Y1
KR0125892Y1 KR2019930030918U KR930030918U KR0125892Y1 KR 0125892 Y1 KR0125892 Y1 KR 0125892Y1 KR 2019930030918 U KR2019930030918 U KR 2019930030918U KR 930030918 U KR930030918 U KR 930030918U KR 0125892 Y1 KR0125892 Y1 KR 0125892Y1
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Abstract

본 고안은 연료전지용 인버터 전류를 제어하는 것에 관한 것으로, 종래 연료전지용 인버터 전류제어기는 비례적분제어기에서 교류 비례적분을 할시 전류연산부의 전류값과 인버터의 출력전류가 모두 교류이므로 비례적분한 결과가 증가하여 1 주기가 되어도 0 이 되지 않고 일정한 값을 갖게되는 정상상태 에러가 발생되므로 정확한 전류제어가 곤란한 문제점이 있었다.The present invention relates to controlling an inverter current for a fuel cell. In the conventional fuel cell inverter current controller, when the AC proportional integration is performed in the proportional integral controller, both the current value of the current calculating unit and the output current of the inverter are alternating, resulting in proportional integral. Therefore, there is a problem that accurate current control is difficult because a steady state error occurs that does not become 0 and has a constant value even in one cycle.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연계운전시 유효전력지령치와 무효전력지령치에 의한 전류연산값을 직류전류값으로 변환하고, 인버터의 출력전류도 직류값으로 변환하여 전류의 크기와 위상을 직류 비례적분함으로써 정상상태에러 발생을 방지토록 하는 연료전지용 인버터 전류제어기를 안출한 것이다.In order to solve this problem, the present invention converts the current operation value by the effective power command value and the reactive power command value to the DC current value in the linked operation, and converts the output current of the inverter into the DC value by converting the magnitude and phase of the current into DC. By integrating, it is possible to devise an inverter current controller for a fuel cell to prevent the occurrence of steady state errors.

Description

연료전지용 인버터 전류제어기Inverter Current Controller for Fuel Cell

제1도는 종래의 연료전지용 인버터 전류제어기 블록도.1 is a block diagram of a conventional inverter current controller for a fuel cell.

제2도는 본 고안의 연료전지용 인버터 전류제어기 블록도.2 is a block diagram of an inverter current controller for a fuel cell of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

21:연료전지 22:인버터21: fuel cell 22: inverter

23:전원 24:부하23: power supply 24: load

25:위상추적부 26:전류연산부25: phase tracking unit 26: current operation unit

27,29:직류변환부 28,33:3상/2상 변환부27,29: DC converter 28,33: 3-phase / 2-phase converter

30,30',34,34':합산부 31,31':비례적분 제어부30,30 ', 34,34': Total 31,31 ': proportional integral control

32:크기 및 위상변환부 35:2상/3상 변환부32: size and phase shifter 35: 2 phase / 3 phase shifter

36:비교부 37:구동회로36: comparison part 37: drive circuit

본 고안은 연료전지용 인버터 전류를 제어하는 것에 관한 것으로, 특히 인버터의 전류의 크기와 위상을 제어하여 정상상태에 대한 에러를 방지토록 하는 연료전지용 인버터 전류제어기에 관한 것이다.The present invention relates to controlling an inverter current for a fuel cell, and more particularly, to an inverter current controller for a fuel cell which controls an magnitude and a phase of an inverter to prevent an error in a steady state.

제1도는 종래의 연료전지용 인버터 전류제어기 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 연료전지(1)에 의해 인버팅하는 인버터(2)와, 상기 인버터(2)의 출력전류를 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 통해 입력받고 전원(3)을 코일(L2)을 통해 입력받아 동작하는 부하(4)와, 상기 전원(3)과 캐패시터(C1)의 전압을 각기 정류하는 정류부(5)(6)와, 상기 정류부(5)(6)의 출력차를 합산하는 합산부(7)의 출력신호를 비례적분하는 비례적분제어부(8)와, 상기 비례적분제어부(8)의 출력신호를 증폭하는 증폭부(9)와, 유효전력지령치(P*)와 무효전력지령치(Q*)를 입력받아 전류값을 연산하는 전류연산부(10)와, 상기 전류연산부(10)와 상기 인버터(2)의 출력전류차를 합산하는 합산부(11)의 출력신호를 비례적분하는 비례적분제어부(12)와, 상기 비례적분제어부(12)와 상기 증폭부(9)의 출력신호를 합산하는 합산부(13)와, 상기 합산부(13)와, 캐리어(Carrier)를 비교하는 비교부(14)와, 상기 비교부(14)의 출력신호를 입력받아 구동하여 상기 인버터(2)를 제어하는 구동회로(15)로 구성되는 것으로, 이의 동작 및 문제점을 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a block diagram of a conventional inverter current controller for a fuel cell. As shown therein, an inverter 2 inverted by the fuel cell 1 and an output current of the inverter 2 are converted into a coil L1 and a capacitor. A load 4 that is input through C1 and receives power 3 through a coil L2, and a rectifier 5 and 6 for rectifying the voltage of the power source 3 and the capacitor C1, respectively. ) And a proportional integral controller 8 for proportionally integrating the output signals of the adder 7 summing the output differences of the rectifiers 5 and 6, and amplifying the output signal of the proportional integral controller 8; Amplifying section 9, a current calculating section 10 for inputting an active power command value P * and a reactive power command value Q * , and calculating a current value, the current calculating section 10 of the inverter 2 A proportional integral controller 12 for proportionally integrating the output signals of the adder 11 for summing output current differences, and output signals of the proportional integral controller 12 and the amplifier 9; A summing unit 13 for summing up, a summing unit 13, a comparator 14 for comparing a carrier, and an output signal from the comparator 14 to be driven to drive the inverter 2 It is composed of a driving circuit 15 for controlling the), the operation and problems thereof will be described as follows.

연료전지(1)의 전압에 의해 인버터(2)가 인버팅을 하면 부하(2)는 상기 인버터(2)의 출력전류를 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 통해 입력받거나 전원(3)을 코일(L2)을 통해 입력받아 구동하게 된다.When the inverter 2 inverts by the voltage of the fuel cell 1, the load 2 receives the output current of the inverter 2 through the coil L1 and the capacitor C1 or receives the power source 3. It is driven by being input through the coil (L2).

이때 정류부(5)(6)가 상기 전원(3)과 캐패시터(C1)의 전압을 각각 정류하면, 합산부(7)는 상기 두 정류부(5)(6)의 전압을 합산하여 두 전압차를 구하고, 비례적분제어부(9)는 그 전압차를 직류 비례적분하며, 증폭부(9)는 상기 비례적분제어부(9)에서 직류 비례적분한 전압값에 60Hz의 대형파를 곱하여 출력한다.At this time, when the rectifiers 5 and 6 rectify the voltages of the power source 3 and the capacitor C1, the summation unit 7 adds the voltages of the two rectifiers 5 and 6 to obtain two voltage differences. The proportional integral controller 9 multiplies the voltage difference by DC, and the amplifier 9 multiplies the DC value by the proportional integral controller 9 by the large wave of 60 Hz.

한편, 전류연산부(10)가 유효전류지령치(P*)와 .무효전류지령치(Q*)를 입력받아 전류를 연산하면, 이 전류연산값은 상기 인버터(2)의 전류와 함께 합산부(11)에서 더해지고, 이 값은 비례적분제어부(12)에서 교류 비례적분되어져 실제 상기 인버터(2) 전류의 전압값이 구해진다.On the other hand, when the current operation unit 10 receives the active current command value (P * ) and the reactive current command value (Q * ) to calculate the current, this current operation value is added to the adder 11 together with the current of the inverter (2). In addition, the value is added to the AC proportional integral in the proportional integral control unit 12 to obtain the actual voltage value of the inverter 2 current.

이 값이 상기 증폭부(9)의 증폭값과 함께 합산부(13)에서 합산되어 전압지령치가 되고, 비교부(14)는 이 전압지령치와 캐리어(Carrier)를 비교하여 제어신호를 만들어 구동회로(15)를 구동하면 그 구동회로(15)에 의해 상기 인버터(2)가 제어된다.This value is summed by the adder 13 together with the amplified value of the amplifier 9 to become a voltage command value, and the comparator 14 compares the voltage command value with a carrier to generate a control signal to generate a drive circuit. When the drive (15) is driven, the inverter 2 is controlled by the drive circuit 15.

그러나, 상기한 종래 연료전지용 인버터 전류제어기는 비례적분제어부(12)에서 교류 비례적분을 할시 전류연산부(10)의 전류값과 인버터의 출력전류가 모두 교류이므로 비례적분한 결과가 증가하여 1 주기가 되어도 0 이 되지 않고 일정한 값을 갖게되는 정상상태 에러가 발생되므로 정확한 전류제어가 곤란한 문제점이 있었다.However, in the conventional fuel cell inverter current controller, when the AC proportional integration is performed in the proportional integral controller 12, both the current value of the current operation unit 10 and the output current of the inverter are alternating, so that the proportional integral result is increased so that one cycle is obtained. Even if a steady state error occurs that does not become 0 and has a constant value, accurate current control is difficult.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연계운전시 유효 전력지령치와 무효전력지령치에 의한 전류연산값을 직류전류값으로 변환하고, 인버터의 출력전류도 직류값으로 변환하여 전류의 크기와 위상을 직류 비례적분함으로써 정상상태에러 발생을 방지토록 하는 연료전지용 인버터 전류제어기를 안출한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In order to solve this problem, the present invention converts the current operation value by the effective power command value and the reactive power command value into the DC current value in the linked operation, and converts the output current of the inverter into the DC value by converting the magnitude and phase of the current into the DC proportionality. Integrating a current controller for a fuel cell to prevent the occurrence of a steady state error by integrating, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 고안의 연료전지용 인버터 전류제어기 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 연료전지(21)에 의해 인버팅하는 인버터(22)와, 상기 인버터(22)의 출력전류를 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 통해 입력받고 전원(23)을 코일(L2)을 통해 입력받아 동작하는 부하(24)와, 상기 전원(23)의 위상을 추적하는 위상추적부(25)와, 상기 위상추적부(25)의 출력신호와 유효전력지령치(P*) 및 무효전력지령치(Q*)를 입력받아 전원과 동위상의 전류값을 연산하는 전류연산부(26)와, 상기 전류연산부(26)의 전류크기와 위상을 직류로 변환하는 직류변환부(27)와, 상기 인버터(22)의 출력전류를 2상신호로 변환하는 3상/2상변환부(28)와, 상기 3상/2상변환부(28)의 출력신호를 직류 전류로 변환하는 직류변환부(29)와, 상기 직류변환부(27)(29)에서 각기 출력되는 전류의 크기와 위상을 합산하는 합산부(30)(30')의 출력신호를 비례적분하는 비례적분제어부(31)(31')와, 상기 비례적분제어부(31)(31')에서 출력되는 전류의 크기와 위상을 변환하는 크기및위상변환부(32)와, 상기 캐패시터(C1)의 전압을 2상신호로 변환하는 3상/2상변환부(33)와, 상기 크기및위상변환부(32)와 3상/2상변환부(33)에서 출력되는 전류의 크기와 위상을 합산하는 합산기(34)(34')의 출력신호를 3상신호로 변환하는 2상/3상변환부(35)와, 상기 2상/3상변환부(35)의 출력신호)와 캐리어(Carrier)를 비교하는 비교부(36)와, 상기 비교부(36)의 출력신호를 입력받아 구동하여 상기 인버터(22)를 제어하는 구동회로(37)로 구성한 것으로, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.2 is a block diagram of an inverter current controller for a fuel cell according to the present invention. As shown therein, an inverter 22 inverted by the fuel cell 21 and an output current of the inverter 22 are converted into a coil L1. A load 24 that is input through the capacitor C1 and operates by receiving the power source 23 through the coil L2, a phase tracking unit 25 for tracking the phase of the power source 23, and the phase tracking A current calculation unit 26 that receives the output signal of the unit 25, the active power command value P * and the reactive power command value Q * , and calculates a current value in phase with the power source; and the current of the current operation unit 26 DC conversion unit 27 for converting magnitude and phase into DC, three-phase / 2-phase conversion unit 28 for converting the output current of the inverter 22 into a two-phase signal, and the three-phase / two-phase conversion unit ( A DC converter 29 for converting the output signal of the circuit 28 into a DC current, and the magnitude and phase of the currents respectively output from the DC converters 27 and 29 are summed. Converts the magnitude and phase of the current output from the proportional integral controller 31 (31 ') and the proportional integral controller (31) (31'). A phase and phase converter 32, a three-phase and two-phase converter 33 for converting the voltage of the capacitor C1 into a two-phase signal, and the magnitude and phase converter 32 and three-phase / 2. A two-phase / three-phase converter 35 for converting an output signal of the summers 34, 34 'that adds the magnitude and phase of the current output from the phase-converter 33 into a three-phase signal, and the two-phase / A comparator 36 for comparing the output signal of the three-phase converter 35) and a carrier, and a driving circuit for controlling the inverter 22 by receiving and driving the output signal of the comparator 36 ( 37), which will be described in detail as follows.

연료전지(21)의 전압에 의해 인버터(22)가 인버팅을 하면 부하(24)는 상기 인버터(22)의 출력전류를 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 통해 입력받거나 전원(23)을 코일(L2)을 통해 입력받아 구동하게 된다.When the inverter 22 inverts by the voltage of the fuel cell 21, the load 24 receives the output current of the inverter 22 through the coil L1 and the capacitor C1 or receives the power source 23. It is driven by being input through the coil (L2).

이때, 위상추적부(25)는 상기 전원(23)의 크기와 위상을 추적하여 그 결과치를 유효전류지령치(P*)와 무효전력지령치(Q*)를 입력받는 전류연산부(26)로 출력하면, 그 전류연산부(26)는 유효전력지령치(P*)와 무효전류지령치(Q*)로 전류를 연산하여 전원(23)과 동위상의 전류지령치를 만들고, 이 전류지령치는 직류변환부(27)에 의해 직류로 변환된다.At this time, the phase tracking unit 25 tracks the magnitude and phase of the power source 23 and outputs the result value to the current operation unit 26 that receives the active current command value P * and the reactive power command value Q * . The current operation unit 26 calculates a current using the active power command value P * and the reactive current command value Q * to generate a current command value in phase with the power supply 23, and the current command value is a DC converter 27. To DC.

또한 상기 인버터(22)의 출력전류는 3상/2상변환부(28)에 의해 2상신호로 변환되며, 이 2상신호는 직류변환부(29)에 의해 직류로 변환된다.In addition, the output current of the inverter 22 is converted into a two-phase signal by the three-phase / two-phase converter 28, and the two-phase signal is converted into a direct current by the DC converter 29.

그러면, 합산부(30)는 상기 직류변환부(27)(29)에서 출력되는 전류의 크기를 더하고 합산부(30')는 전류의 위상을 더하여 그 전류의 크기와 위상차를 비례적분제어부(31)(31')로 인가한다.Then, the adder 30 adds the magnitude of the current output from the DC converters 27 and 29, and the adder 30 'adds the phase of the current to add the magnitude and phase difference of the current to the proportional integral controller 31. (31 ').

이에따라, 상기 비례적분제어부(31)(31')는 각각 직류 비례적분을 행하여 전류의 크기와 위상을 제어하게 되고, 비례적분된 전류의 크기와 위상은 크기및위상변환부(32)로 입력되어 크기와 위상이 변화되어 진다.Accordingly, the proportional integral controllers 31 and 31 ′ respectively control the magnitude and phase of the current by performing DC proportional integration, and the magnitude and phase of the proportionally integrated current are input to the magnitude and phase converter 32. The magnitude and phase change.

한편, 상기 캐패시터(C1)의 전압은 3상/2상변환부(23)를 통해 2상신호로 변환된후 합산부(34)(34')에 의해 상기 크기및위상변환부(32)의 출력신호와 더해지고, 더해진 신호는 2상/3상변환부(35)를 통해 다시 2상신호로 변환되어 비교부(26)의 비반전단자(+)로 입력된다.On the other hand, the voltage of the capacitor (C1) is converted into a two-phase signal through the three-phase / two-phase conversion unit 23, and then output by the sum unit 34, 34 'of the magnitude and phase conversion unit 32 The added signal is added to the non-inverting terminal (+) of the comparator 26 by being converted into a two-phase signal through the two-phase / 3-phase converter 35.

이에따라 상기 비교부(36)는 이 신호와 반전단자(-)로 입력되는 캐리어(Carrier)를 비교하여 제어신호를 만들고, 이 제어신호에 의해 구동회로(37)가 구동하여 상기 인버터(22)를 제어한다.Accordingly, the comparison unit 36 compares this signal with a carrier input to the inverting terminal (-) to generate a control signal, and the driving circuit 37 drives the inverter 22 by the control signal. To control.

상기에서 설명한 바와같이 본 고안은 전류연산값을 직류전류값으로 변환하고, 인버터의 출력전류도 직류값으로 변환하여 전류의 크기와 위상을 직류 비레적분함으로써 인버터전류의 정상상태에러발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention converts the current operation value into a DC current value, and converts the output current of the inverter into a DC value to prevent the steady state error of the inverter current by integrating the magnitude and phase of the current. It has an effect.

Claims (1)

연료전지(21)에 의해 인버팅하는 인버터(22)와, 상기 인버터(22)의 출력전류를 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 통해 입력받고 전원(23)을 코일(L2)을 통해 입력받아 동작하는 부하(24)와, 상기 전원(23)의 위상을 추적하는 위상추적부(25)와, 상기 위상추적부(25)의 출력신호와 유효전력지령치(P*) 및 무효전력지령치(Q*)를 입력받아 전원과 동위상의 전류값을 연산하는 전류연산부(26)와, 상기 전류연산부(26)의 전류크기와 위상을 직류로 변환하는 직류변환부(27)와, 상기 인버터(22)의 출력전류를 2상신호로 변환하는 3상/2상변환부(28)와, 상기 3상/2상변환부(28)의 출력신호를 직류 전류로 변환하는 직류변환부(29)와, 상기 직류변환부(27)(29)에서 각기 출력되는 전류의 크기와 위상을 합산하는 합산부(30)(30')의 출력신호를 직류비례적분하는 비례적분제어부(31)(31')와, 상기 비례적분제어부(31)(31')에서 출력되는 전류의 크기와 위상을 변환하는 크기및위상변환부(32)와, 상기 캐패시터(C1)의 전압을 2상신호로 변환하는 3상/2상변환부(33)와, 상기 크기및위상변환부(32)와 3상/2상변환부(33)에서 출력되는 전류의 크기와 위상을 합산하는 합산부(34)(34')의 출력신호를 3상신호로 변환하는 2상/3상변환부(35)와, 상기 2상/3상변환부(35)의 출력신호와 캐리어(Carrier)를 비교하는 비교부(36)와, 상기 비교부(36)의 출력신호를 입력받아 구동하여 상기 인버터(22)를 제어하는 구동회로(37)로 구성한 것을 특징으로 하는 연료전지용 인버터 전류제어기.The inverter 22 inverted by the fuel cell 21 and the output current of the inverter 22 are input through the coil L1 and the capacitor C1, and the power source 23 is input through the coil L2. A load 24 that operates in response to operation, a phase tracking unit 25 for tracking the phase of the power source 23, an output signal of the phase tracking unit 25, an active power command value P * and a reactive power command value ( A current calculator 26 for inputting Q * ) and calculating a current value in phase with the power supply, a DC converter 27 for converting the current magnitude and phase of the current calculator 26 into direct current, and the inverter 22 A three-phase / two-phase converter 28 for converting the output current of the signal into a two-phase signal, a DC-converter 29 for converting the output signal of the three-phase / two-phase converter 28 to a direct current; A proportional integral control unit 31 (31 ') for proportionally integrating the output signal of the summation unit (30) (30'), which sums the magnitudes and phases of currents respectively output from the DC conversion units (27) (29); remind A magnitude and phase converter 32 for converting the magnitude and phase of the current output from the integrating controller 31 and 31 ', and a three-phase and two-phase valve for converting the voltage of the capacitor C1 into a two-phase signal. The output signal of the summation section 34, 34 'that sums the magnitudes and phases of the ring section 33 and the current output from the magnitude and phase converter 32 and the three-phase / two-phase converter 33 A two-phase / three-phase converter 35 for converting into a phase signal, a comparison unit 36 for comparing the output signal of the two-phase / three-phase converter 35 with a carrier, and the comparison unit 36 Inverter current controller for a fuel cell, characterized in that consisting of a drive circuit 37 for controlling the inverter 22 by receiving and driving the output signal.
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