KR100290816B1 - 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류/교류 전력변환기에서 디지틀 전류제어시 연산시간의 지연으로 인한 고조파성분의 위상오차를 보상하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법에 관한 것으로, 3상변수의 입력전류를 동기좌표축상의 2상변수로 변환하고 변환된 2상변수의 전류에서 임의의 k차 고조파성분을 추출하며, 추출된 각각의 고조파성분을 가산하여 2상변수의 입력전류로부터 감산한다. 또한 추출된 각각의 고조파성분의 위상오차를 보상하고 위상오차가 보상된 각 고조파성분을 가산하여 이를 다시 2상변수의 입력전류에 가산한다.

Description

전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법

본 발명은 전력변환기에 있어서 고조파성분의 위상오차를 보상하는 방법에 관한 것으로, 특히 직류/교류 전력변환기에서 디지틀 전류제어시 연산시간의 지연으로 인한 고조파성분의 위상오차를 보상하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법에 관한 것이다.

전력변환기는 입력전력을 변환하여 출력하는 것으로서, 이러한 전력변환기의 디지틀 제어기는 마이크로프로세서를 이용하여 고조파성분을 포함하는 전류를 제어하여 입력전력을 변환하여 출력한다.

종래의 전력변환기의 디지틀 제어기에 있어서는 고조파성분을 포함한 전류제어시 위상오차 보상을 하지 않았다.

전력변환기의 디지털 전류제어에서 고조파성분의 연산시간 지연으로 인하여 위상오차가 발생하나 종래의 디지틀 제어기에서는 이를 보상하지 않음으로 해서 전류제어기 성능에 제약이 생기고 전력변환기의 기능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고조파성분의 위상오차를 효과적으로 보상함으로서 전력변환기의 성능을 증가시키는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에서 ABC축과 DQ축간의 관계도이다.

도 2는 본 발명에서 정지좌표축상의 5차 고조파 추출을 예시하는 블록도이다.

도 3은 본 발명에서 정지좌표축상의 7차 고조파 추출을 예시하는 블록도이다.

도 4는 본 발명에서 동기좌표축상의 5차 고주파 추출을 예시하는 블록도이다.

도 5는 본 발명에서 동기좌표축상의 7차 고조파 추출을 예시하는 블록도이다.

도 6은 본 발명에서 정지좌표축상의 고조파 위상오차 보상의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

도 7은 본 발명에서 정지좌표축상의 고조파 위상오차 보상을 나타내는 블록도이다.

도 8은 본 발명에서 정지좌표축상의 고조파 위상오차 보상을 나타내는 흐름도이다.

도 9는 본 발명에서 동기좌표축상의 고조파 위상오차 보상의 개념을 설명하는 개념도이다.

도 10은 본 발명에서 동기좌표축상의 고조파 위상오차 보상을 나타내는 블록도이다.

도 11은 본 발명에서 동기좌표축상의 고조파 위상오차 보상을 나타내는 흐름도이다.

도 12는 위상오차 보상을 적용하지 않은 일반적인 경우의 입출력 파형도로서, (a)는 부하전류를 (b)는 보상된 전원전류를 (c)는 전력변환기의 출력기준전류를 (d)는 출력변환기의 출력전류를 각각 나타낸 것이다.

도 13은 도 12에 대한 FFT결과를 나타낸 것이다.

도 14는 같은 부하전류에 대해 위상오차 보상을 적용한 경우의 입출력파형도로서 (a)는 보상된 전원전류를 (b)는 전력변환기의 출력기준전류를 그리고 (c)는 전력변환기의 출력전류를 나타낸 것이다.

제 15도에 도 14의 각각의 전류에 대한 FFT결과를 나타낸 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

61 ... 좌표변환기 62a,62b,62c,62d ... 고조파 추출기

63a,63b,63c,64a,64b,64c ... 제1가산기 65a,65b ... 감산기

66a,66b,66c,66d ... 위상보상기 67a,67b,67c,68a,68b,68c ... 제2가산기

69a,69b ... 제3가산기

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구체적인 수단으로 마이크로프로세서를 이용한 전력변환기의 디지틀 전류제어에서 고조파성분의 위상오차 보상방법은, 3상변수의 입력전류를 동기좌표축상의 2상변수로 변환하여 출력하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 임의의 k차 고조파 성분을 추출하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 추출된 각각의 고조파성분을 가산하는 제3단계와, 상기 제1단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 상기 제3단계에서 출력되는 각각의 고조파성분의 합을 감산하는 제4단계와, 상기 제2단계에서 추출된 각각의 고조파성분의 위상오차를 보상하는 제5단계와, 상기 제5단계에서 위상오차가 보상된 각 고조파성분을 가산하는 제6단계와, 상기 제4단계의 출력과 상기 제5단계의 출력을 가산하여 출력하는 제7단계를 구비한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 구체적인 수단으로 마이크로프로세서를 이용한 전력변환기의 디지틀 전류제어에서 고조파성분의 위상차를 보상하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법은, 3상변수의 입력전류를 동기좌표축상의 2상변수(q축,d축)로 변환하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 임의의 (6m±1)차 고조파성분을 쌍으로 추출하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 추출된 각각의 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축성분에 대하여 2Cm=2cos6mθ_e,2Sm=2sin6mθ_e의 계수를 계산하는 제3단계와, 상기 제2단계에서 추출된 각각의 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축 성분에 대하여 C'm=cos6mθ_e-cos6m(θ_e+θ₅), Sm=sin6mθ_e-sin6m(θ_e+θ₅) 의 계수를 계산하는 제4단계와, 상기 제3단계 및 상기 제4단계의 계산결과에 따라 상기 제1의 단계에서 추출된 각각의 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축 성분에 대하여

의 위상오차를 산출하는 제5단계와, 상기 제5단계에서 산출된 위상오차를 각 고조파의 q축성분과 각 고조파의 d축성분을 각각 가산하여 출력하는 제6단계와, 상기 제2단계의 q축과 d축의 출력성분에서 상기 제6단계의 q축과 d축의 출력성분을 각각 감산하여 출력하는 제7단계를 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 좌표축변환에 대하여 설명하면 도 1은 3상변수를 2상변수로의 좌표변환을 나타낸 것으로서, 각각 ABC변수를 120도의 변위를 갖는 축으로 표현하였을 경우 직교하는 DQ축과의 관계를 도시하고 있다. 이때 θ는 임의의 각이다. 이로부터 ABC의 임의의 3상변수를 수학식 1과 같이 DQ변수로 변환한다.

(여기서

이다)

DQ축이 전원 각주파수 ω_e(377rad/sec)로 회전할 때를 동기좌표축(Synchronous reference frame axis)라 말하며, 이때 Q축과 A축 사이의 각은 θ=θ_e(=ω_et)가 된다. 이를 수학식 1에 대입하면 수학식 2와 수학식 3과 같이 동기좌표축으로 변환된 DQ변수가 구해진다.

만일, Q축이 A축과 일치(θ=0)하는 경우를 정지좌표축(Stationary referene frame axis)이라 말하며, 변환된 DQ축상의 변수는 수학식 4 및 수학식 5와 같다.

f_q ^s=f_a

DQ축에서 Q축을 실수축으로, D축을 허수축으로 놓으면 DQ변수를 하나의 복소수로 표현된다. 이를 평면 직교 좌표상에 나타내면 공간벡터(Space Vector)에 의한 표현이 되고 수학식 6과 같이 정의된다.

(여기서 a=e^ir=cosγ+jsiny 이다.)

정지좌표축상의 공간벡터표현을 f^s, 동기좌표축상의 공간벡트표현을 f^e라하면 3상변수와 정지좌표축상의 변수와 그리고 동기좌표축상의 변수는 서로 다음과 같은 관계를 갖는다.

다음으로 전류의 기본파성분에 대한 DQ축상의 표현에 대하여 설명하면 다음과 같다. 우선 각 상의 기본파성분 전류를 수학식 9와 같이 정의한다.

i_a1= I₁cos(θ_e-ψ₁)

i_b1= I₁cos(θ_e-γ-ψ₁)

i_c1= I₁cos(θ_e+γ-ψ₁)

(여기서 I₁은 기본파성분 전류의 크기이고, φ₁은 기본파성분의 역율각이다.)

수학식 9를 정지좌표축상에 나타내면 수학식 10과 같고 이를 벡터로 표현하면 수학식 11과 같다.

I^s _q1= I₁cos(θ_e-ψ₁)

I^s _a1= -I₁sin(θ_e-ψ₁)

i^s ₁= I₁[cos(θ_e-ψ₁)+jsin(θ_e-ψ)]=I₁e^jψ1

또한, 수학식 9를 DQ동기좌표축으로 변환하면 수학식 12와 같고 이를 벡터로 표현하면 수학식 13과 같다.

I^e _q1= I₁cosψ₁

I^e _a1= I₁sinψ₁

i^e ₁= I₁[cosψ₁-jsinψ₁]=I₁e^-jψ1

다음으로 고조파성분에 대한 DQ축상의 표현을 설명하면 다음과 같다.

임의의 k차 고조파성분을 다음과 같이 적는다.

i_ak= I_mkcos(kθ_e-ψ_k)

i_bk= I_mkcos(k(θ_e-γ)-ψ_k)

i_ck= I_mkcos(k(θ_e+γ)-ψ_k)

(여기서 ψ_k는 고주파성분에 대한 역율각이다.)

고조파성분은 수학식 14에서 k=3m+1인 경우에는 3상변수가 수학식 15와 같이 정상분이 되고, k=3m-1인 경우에는 수학식 16과 같이 역상분으로 나타난다. 여기서 m은 정수이다.

i_ak= I_mkcos(kθ_e-ψ_k)

i_bk= I_mkcos(kθ_e-γ-ψ_k)

i_ck= I_mkcos(kθ_e+γ-ψ_k)

i_ak= I_mkcos(kθ_e-ψ_k)

i_bk= I_mkcos(kθ_e+γ-ψ_k)

i_ck= I_mkcos(kθ_e-γ-ψ_k)

수학식 15에 대한 DQ 정지좌표축상의 표현은 수학식 17과 같고, 동기좌표축상의 표현은 수학식 18과 같다.

I^s _qk= I_mkcos(kθ_e-ψ_k)

I^s _dk= -I_mksin(kθ_e-ψ_k)

I^s _qk= I_mk ^{e i(kθe-ψk)}

I^e _qk= I_mkcos(kθ_e-ψ_k)

I^e _dk= -I_mksin(kθ_e-ψ_k)

I^e _k= I_mk ^{e i[(k-1)θ-ψb]}

마찬가지로 수학식 16에 대해 나타내면, 수학식 19와 수학식 20과 같다.

I^s _qk= I_mkcos(kθ_e-ψ_k)

I^s _dk= -I_mksin(kθ_e-ψ_k)

I^s _qk= I_mk ^{e -j(kθe-ψk)}

I^s _qk= I_mkcos[(k+1)θ_e-ψ_k)

I^s _dk= -I_mksin[(k+1)θ_e-ψ_k)

I^s _qk= I_mk ^{e i[(k+1)θe-ψk]}

다음으로 특정고조파의 추출에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 정지좌표축상에서의 5차와 7차 고조파의 추출을 예를 들어 설명하면, 5차 고조파에 대한 정지좌표축상의 DQ변수의 표현은 수학식 21과 같다.

i^s ₅= I₅[cos(5θ_e-ψ₅)-jsin(5θ_e-ψ₅)]=I₅e^-j(5θe-ψ3)

수학식 21은 정지좌표축상에서 역상분으로 5θe로 회전하는 성분이다. 따라서, 정방향으로 5θe로 회전하는 성분을 곱해줌으로서 다른 차수의 고조파성분은 교류항으로 나타나고 5차 고조파성분만이 직류항으로 나타난다. 이를 평균함으로서 5차 고조파의 크기만을 얻어내게 된다. 수학식 22에 5차 고조파의 크기를 구하는 수학식을 나타냈고, 제2도에 이에 대한 블록도를 나타냈다, 제 2도에서 보듯이 다시 역방향으로 5θe로 회전을 시킴으로 위상과 크기를 갖는 정지좌표축상의 5차 고주파 성분만을 추출하게 된다,

i_a5 ^-5c= I₅[cos5θ_ecos(5θ_e-ψ₅)+sin5θ_esin(5θ_e-ψ₅)]=I₅cosψ₅

i_a5 ^-5c= I₅[-sin5θ_ecos(5θ_e-ψ₅)+cos5θ_esin(5θ_e-ψ₅)]=-I₅sinψ₅

i₅ ^-5e= I₅[cosψ₅+jsin-ψ₅]

i₅ ^-5e= e^j5θei₅ ^s=I₅ ^jψ5

다음으로 7차 고조파에 대해 정지좌표축상의 DQ변수로 표현하면 다음과 같다.

I₇ ^s= I₇[cos(cos7θ_e-ψ₇)+jsin5(7θ_e-ψ₇]=I_7e ^J97θe-ψ1)

7차에 대해서는 5차와 마찬가지로 회전방향이 정상분이므로 5차 고조파의 추출과 반대방향으로 7θ_e로 회전하는 성분을 곱하여 7차 고조파성분의 크기만을 추출한 후 다시 정방으로 7θ_e로 회전시킴으로 7차 고조파성분의 위상과 크기를 얻을 수 있다. 이에 대한 수학식을 수학식 24에 나타냈고, 제 3도에 추출 과정에 대한 블록도를 나타냈다. 제 3도에서 보듯이 다시 역방향으로 7θe로 회전을 시킴으로 위상과 크기를 갖는 정지좌표축상의 7차 고주파 성분만을 추출하게 된다,

i_a7 ^7c= I₇[cos7θ_ecos(7θ_e-ψ₇)+sin7θ_esin(7θ_e-ψ₇)]=-I₇cosψ₇

i_a7 ^7c= I₇[sin7θ_ecos(7θ_e-ψ₇)+cos7θ_esin(7θ_e-ψ₇)]=-I₇sinψ₇

i₇ ^7c= e^j76·i₇ ¹=I_7e ^jψ7

위의 과정을 통해 특정 고조파 차수 11차와 13차 그리고, 15차와 17차 고조파 등으로 그 이상의 고차수 고조파를 계속해서 검출할 수 있다. 여기서 3m+1에 해당되는 차수는 정상분으로 나타나며, 3m-1에 해당되어 차수는 역상분으로 나타난다.

또한 동기좌표축상에서의 5차와 7차 고조파의 추출을 예를 들어 설명하면, 동기좌표축상에서 5차와 7차 고조파를 DQ변수로 나타내면 다음과 같다.

i₅ ^c= I_s[cos(6θ_e-ψ₅)]-jsin(6θ_e-ψ₅)]=-I_5e ^-j(6θe-ψ5)

i₇ ^c= I₇[cos(6θ_e-ψ₇)]-jsin(6θ_e-ψ₇)]=-I_7e ^-j(6θe-ψ7)

수학식 25와 수학식 26에서 나타나듯이 동기좌표축상에서는 5차와 7차 고조파가 6θ_e로 회전하는 성분으로 나타나며 정지좌표축상의 표현과 마찬가지로 각기 정상분과 역상분으로 나타난다. 따라서, 정지좌표축상에서의 추출과 마찬가지의 과정으로 6θ_e로 회전하는 성분에 대해 연산할 수 있다. 먼저, 5차 고조파 추출을 수학식 27에 나타냈고, 7차 고조파의 추출은 수학식 28에 나타냈다. 추출 과정에 대해 제 4도에 5차 고조파 추출을, 제 5도에 7차 고조파추출을 블록도로 나타냈다.

i_a5 ^-5e= I₅[cos6θ_ecos(6θ_e-ψ₅)+sin6θ_esin(6θ_e-ψ₅)]=-I₅cosψ₅

i_a5 ^-5e= I₅[-sin6θ_ecos(6θ_e-ψ₅)+cos6θ_esin(6θ_e-ψ₅)]=-I₅sinψ₅

i₅ ^-5e= I₅[cosψ₅+jsinψ₅]

i₅ ^-5e= e^-j6θ·i₇ ^e= I_7e ^iψ5

i_a7 ^-7e= I₇[cos6θ_ecos(6θ_e-ψ₇)+sin6θ_esin(6θ_e-ψ₇)]=-I₇cosψ₇

i_a7 ^-7e= I₇[-sin6θ_ecos(6θ_e-ψ₅)-cos6θ_esin(6θ_e-ψ₅)]=-I₇sinψ₇

i₇ ^-7e= I₇[cosψ₇+jsinψ₇]

i₇ ^-7e= e^-j6θ·i₇ ^e= I_7e ^iψ7

동기좌표축상에서도 마찬가지로 특정 고조파를 이상의 방법과 같이 추출할 수 있다.

다음으로 위상오차의 두좌표축상에서의 보상법에 대하여 설명한다. 먼저, 정지좌표축상에서의 보상에 대하여 제 6도에 정지좌표축상의 고조파 위상오차 보상 개념도를 나타냈다. 한 주기 동안의 시간을 T_s라 하면 한 주기 동안의 전원의 위상각은 θ_e=ω_eT_e가 된다. 전력변환기의 궤환신호를 검출하는 시점을 k라 하고 다음 주기를 k+1이라 하던, k번째 궤환신호로부터 추출된 각 차수 고조각성분의 회전방향으로 한 주기 위상각만큼 회전하여 보상하여 준다. 제 6도의 개념을 예를 들면, k번째 추출된 5차와 7차 고조파에 대해 각각 5ω_eT_e만큼, 5차는 역상분이므로 역방향으로 회전시키고 7차는 정상분이므로 정방향으로 보상하여 한 주기 동안의 위상을 보상할 수 있다. 따라서, k번째 궤환신호로부터 연산된 기준전류에서 이때 검출한 고조파성분을 빼주고 보상된 고조파성분을 더하여 줌으로서 연산시간에 따른 고조파의 위상오차를 보상할 수 있다.

제 7도에 정지좌표계에서의 고조파 위상오차 보상 블록도를 나타낸 것으로, 여기에서 도시한 바와 같이 3상변수의 입력전류를 좌표축변환기(61)에서 정지좌표축상의 2상변수로 변환하고 좌표축변환기(61)에서 출력되는 2상변수의 전류에서 고조파 추출기(62a,62b,62c,62d)는 5,7,11,13차 고조파성분을 각각 추출한다. 고조파 추출기(62a,62b,62c,62d)에서 추출된 각 고조파성분은 제1가산기(63a,63b,63c,64a,64b,64c)에서 가산되고, 감산기(65a,65b)는 좌표축변환기(61)에서 출력되는 2상변수의 전류에서 제1 가산기(63a,63b,63c,64a,64b,64c)에서 출력되는 고조파성분의 합을 감산하는 감산한다. 고조파 추출기(62a,62b,62c,62d)에서 추출된 각 고조파성분은 위상오차 보상기(66a,66b,66c)에서 위상오차가 보상되고, 위상오차 보상기(66a,66b,66c)에서 위상오차가 보상된 각 고조파성분은 제2 가산기(67a,67b,67c,67a,67b,67c)에서 가산된다. 감산기(65a,65b)의 출력과 상기 제2가산기(67a,67b,67c,67a,67b,67c)의 출력은 제3 가산기(69a,69b)에서 가산되어 최종적으로 출력된다.

도 8은 본 발명에서 정지좌표축상의 고조파 위상오차 보상을 나타내는 흐름도이다. 여기에서 도시한 바와 같이 먼저 3상변수의 입력전류를 정지좌표축상의 2상변수로 변환한다(S81). S81의 단계에서 변환된 2상변수의 전류에서 5차 고조파를 추출하고 추출된 5차 고조파를 위상보상한다(S82). S81의 단계에서 변환된 2상변수의 전류에서 7차 고조파를 추출하고 추출된 7차 고조파를 위상보상한다(S83) S81의 단계에서 변환된 2상변수의 전류에서 11차 고조파를 추출하고 추출된 11차 고조파를 위상보상한다(S84). S81의 단계에서 변환된 2상변수의 전류에서 13차 고조파를 추출하고 추출된 13차 고조파를 위상보상한다(S85). S82,S83,S84,S85의 단계에서 추출된 각각의 고조파성분을 가산(이를 A라함)하고, S82,S83,S84,S85의 단계에서 위상보상된 고조파성분을 가산(이를 B라함)하여(S86), S81의 단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 A를 감산하고 B를 가산한다(S87). S87의 결과를 출력한다.

또한 동기좌표축상에서의 보상은, 제 9도의 동기좌표축상의 고조파 위상오차 보상 개념도에서 도시한 바와 같이 동기좌표축사에서도 마찬가지로 5차는 역상분이고, 7차는 정상분으로 6ω_eT_e만큼 각기 역방향과 정방향으로 보상하다. 동기좌표축상에서도 정지좌표축상에서와 마찬가지 형식이지만 다른 점은 5차와 7차 그리고 11차와 13차의 쌍으로 보상하여준다. 즉, 6m±1의 고조파를 하나의 묶음으로 보상하게 되는 것이다.

여기서 m 은 정수이고 m이 1일 때를 예로 하여 수학식 29와 같은 형태로 보상식을 쓸 수

있고, 이를 일반적인 형태로 확장한다.

Δi = -i₅ ^e+i₅ ^ee^-j6θ-i₇ ^e+-i₇ ^ee^-j6θ

5차와 7차 고조파의 크기를 앞서 설명한 방식과 같이 추출한 형태로 나타내면 수학식 30과 같고, 이를 풀어쓰면 수학식 31과 같다.

수학식 31을 Q축과 D축으로 분리하면 수학식 32와 같다.

여기서

C₁=cos6θ_e

S₁=sin6θ_e

다음으로, 수학식 29에 고조파 전류벡터 수학식 34를 대입하면 수학식 35와 같다.

i₅ ^e=i₅ ^-5ee^-j6θe

i₇ ^e=i₇ ^7ee^j6θe

Δi = -i₅ ^-5e(C₁-jS₁)-i₇ ^7e(Ci+jS₁)

여기서

Ci=cos6θ_e- cos6(θ_e+θ_s)

Si=sin6θ_e- sin6(θ_e+θ_s)

수학식 35를 D축 및 Q축으로 분리하면 다음과 같다.

Δi_q ^e= -Ci(i_5q ^-5e+i_7q ^-7e)+Si(i_5q ^-5e-i_7d ^-7e)

Δi_d ^e= -Si(-i_5q ^-5e+i_7q ^-7e)-Ci(i_5q ^-5e-i_7d ^7e)

위의 수학식에 수학식 32를 대입하면 5차와 7차의 Q축과 D 축의 보상식은 수학식 38과 같다.

위의 관계를 m이 1이상의 고조파로 확대하면 수학식 39와 같이 일반식으로 나타낼 수

있다.

여기서,

Cm=cos6mθ_e

Sm=sin6mθ_e

C'm=cos6mθ_e-cos6m(θ_e+θ₅)

Cm=cos6mθ_e-sin6m(θ_e+θ₅)

이상의 내용에 대한 등기좌표축상의 고조파 위상오차보상 방법을 제 10도에 블록도

로 나타내었다. 여기에서 도시한 바와 같이 3상변수의 입력전류가 좌표변환기(101)에 의하여 동기좌표축상의 2상변수(q축,d축)로 변환되고, 2상변수의 전류에서 (6m±1)차 고조파성분에 대하여 q축과 d축의 2Cm=2cos6mθ_e,2Sm=2sin6mθ_e의 계수와 C'm=cos6mθ_e-cos6m(θ_e+θ₅), Sm=sin6mθ_e-sin6m(θ_e+θ₅)의 계수를 계산하고, 계산된 2Cm ,2Sm의 계수와 C'm, Sm의 계수로부터 보상되는 보상량을 q축과 d축의 출력성분에 대하여 각각 가산기(102a-102d,102e-102h)가 가산하며 감산기(103a,103b)는 좌표변환기(101)의 q축과 d축의 출력성분에서 가산기(102a-102d,102e-102h)의 출력을 감산하여 최종적으로 출력한다.

도 11은 본 발명에서 동기좌표축상의 고조파 위상오차 보상을 나타내는 흐름도이다. 여기에 나나난 바와 같이 3상변수의 입력전류를 동기좌표축상의 2상변수(q축,d축)로 변환한다(S111). 상기 S111의 단계에서 변환되는 2상변수의 전류에서 (6m±1)차 고조파성분의 쌍에 대하여 각각의 q축과 d축성분의 2Cm=2cos6mθ_e,2Sm=2sin6mθ_e의 계수와 C'm=cos6mθ_e-cos6m(θ_e+θ₅), Sm=sin6mθ_e-sin6m(θ_e+θ₅) 의 계수를 계산하여, 계산결과에 따라 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축 성분에 대하여 위상오차의 보상량을 산출하고(S113,S114). S113과 S114의 단계에서 산출된 위상오차의 보상량을 q축과 d축의 입력성분으로부터 각각 감산하여(S115) 출력한다(S118).

본 발명에 대한 효과를 나타내기 위한 적용예로서 고조파성분을 포함한 연산을 대표적으로 나타내는 능동전력필터의 전류제어에 적용하여 그 효과를 나타냈다. 능동전력필터의 부하로 위상제어정류기를 사용하였다. 제 12에 위상오차 보상을 적용하지 않은 일반적인 경우를 나타낸 것으로 (a)는 부하전류를 (b)는 보상된 전원전류를 (c)는 전력변환기의 출력기준전류를 (d)는 출력변환기의 출력전류를 각각 나타낸 것이다. 제 13도에는 제 12도에 대한 FFT결과를 나타냈다. 일반적인 방식과 비교하는 파형으로 제 14도에 같은 부하전류에 대해 위상오차보상을 적용한 경우로 (a)는 보상된 전원전류를 (b)는 전력변환기의 출력기준전류를 그리고 (c)는 전력변환기의 출력전류를 나타냈고, 제 15도에 각각의 전류에 대한 FFT결과를 나타냈다. 두 경우에 대해 비교해 보면 본 발명인 위상오차보상에 의해 능동전력필터의 고조파 대상 차수가 거의 제거되었음을 보여준다. 따라서, 고조파를 포함하는 전류제어기에서 성능향상에 큰 효과를 보임을 입증한다.

본 발명은 전력변환기에서 디지틀 전류제어시 연산시간의 지연으로 인한 고조파성분의 위상오차를 효과적으로 보상함으로서 전력변환기의 성능을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 마이크로프로세서를 이용한 전력변환기의 디지틀 전류제어에서 고조파성분의 위상차를 보상하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상장치 및 방법에 있어서,

   3상변수의 입력전류를 정지좌표축상의 2상변수로 변환하여 출력하는 제1단계와,

   상기 제1단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 임의의 k차 고조파성분을 추출하는 제2단계와,

   상기 제2단계에서 추출된 각각의 고조파성분을 가산하는 제3단계와,

   상기 제1단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 상기 제3단계에서 출력되는 각각의 고조파성분의 합을 감산하는 제4단계와,

   상기 제2단계에서 추출된 각각의 고조파성분의 위상오차를 보상하는 제5단계와,

   상기 제5단계에서 위상오차가 보상된 각 고조파성분을 가산하는 제6단계와,

   상기 제4단계의 출력과 상기 제5단계의 출력을 가산하여 출력하는 제7단계를 포함

   하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법.
2. 제 1항에 있어서 상기 좌표축변환은,

   f_q ^s=f_a ,

   

   의 식에 의하여 ABC의 임의의 3상변수를 DQ 2상변수로 변환하는 것을 특징으로 하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법.
3. 마이크로프로세서를 이용한 전력변환기의 디지틀 전류제어에서 고조파성분의 위상차를 보상하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상장치에 있어서,

   3상변수의 입력전류를 동기좌표축상의 2상변수(q축,d축)로 변환하는 제1단계와,

   상기 제1단계에서 출력되는 2상변수의 전류에서 임의의 (6m±1)차 고조파성분을 쌍으로 추출하는 제2단계와,

   상기 제2단계에서 추출된 각각의 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축성분에 대하여 2Cm=2cos6mθ_e,2Sm=2sin6mθ_e의 계수를 계산하는 제3단계와,

   상기 제2단계에서 추출된 각각의 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축 성분에 대하여 C' m=cos6mθ_e-cos6m(θ_e+θ₅), S'm=sin6mθ_e-sin6m(θ_e+θ₅) 의 계수를 계산하는 제4단계와,

   상기 제3단계 및 상기 제4단계의 계산결과에 따라 상기 제1의 단계에서 추출된 각각의 (6m±1)차 고조파 쌍의 q축과 d축 성분에 대하여

   

   

   의 위상오차를 산출하는 제5단계와,

   상기 제5단계에서 산출된 위상오차를 각 고조파의 q축성분과 각 고조파의 d축성분을 각각 가산하여 출력하는 제6단계와,

   상기 제2단계의 q축과 d축의 출력성분에서 상기 제6단계의 q축과 d축의 출력성분을 각각 감산하여 출력하는 제7단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법.
4. 제 3항에 있어서 상기 동기좌표축변환은,

   

   ,

   

   의 식에 의하여 ABC의 임의의 3상변수를 DQ 2상변수로 변환하는 것을 특징으로 하는 전력변환기의 고조파성분 위상오차 보상방법.

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