KR100870669B1 - 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터용 전류 제어기에 있어서 측정한 계통 전원 전압과 실제 계통 전원 전압의 시간 지연을 보상함으로써 성능을 개선시킨 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치를 제공하려는 것으로서, 측정된 계통 전원 전압과 이 측정 계통 전원 전압을 소정 만큼 위상 천이시킨 전압을 기준으로 회전 동기좌표 변환하여 자속분 전압과 토크분 전압을 얻고, 상기 자속분 전압을 지령 자속분 전압으로부터 감산하여 차이 전압을 얻으며, 얻은 차이 전압을 비례 적분하여 주파수로 변환하고, 변환된 주파수에 지령 주파수를 가산하여 보상된 지령 주파수를 얻으며, 상기 보상된 지령 주파수를 적분하여 위상 각을 얻고, 얻은 위상 각에 샘플링 시간을 가산하여 보상 위상 각을 얻으며, 상기 보상 위상 각을 근거로 계통 전압과 위상이 같은 개선 지령전압을 출력하는 위상 고정 루프 제어 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

측정 계통 전원 전압, 실제 계통 전원 전압, 전류 제어기, 위상 고정 루프 제어기, 인버터

Description

계통 연계형 인버터용 전류 제어장치{A CURRENT CONTROLLER FOR GRID CONNECTED INVERTER}

도 1은 본 발명에 따라 계통 전원 전압의 위상과 같은 개선된 전압을 만드는 위상 고정 루프 회로의 블록 도이고,

도 2는 실제 계통 전원 전압과 측정 계통 전원 전압 간의 샘플링 시간 만큼의 위상 지연이 발생하는 것을 보여주는 파형 도이며,

도 3은 본 발명에 따라 실제 계통 전원 전압과 위상이 같게 개선된 지령전압을 이용하여 인버터를 제어하는 펄스 폭 변조 출력신호를 만들어내는 전류 제어기의 블록 도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

1: 위상 천이 부 2: 좌표변환기

3: 제 1 감산기 4: 제 1 비례 적분기

5: 가산기 6: 적분기

7: 제 2 가산기 8: 개선 지령 전압 발생 부

9: 위상 각/사인, 코사인 변환기 10: 제 2 감산기

11: 제 2 비례 적분기 12: 리미터(limiter)

13: 제 3 가산기 14: 이득변환기

15: 펄스 폭 변조기 A: 위상 고정 루프 제어기

B: 전류 제어기

본 발명은 계통 연계형 인버터용 전류 제어기에 관한 것으로, 특히 계통의 측정 전압과 실제 전압 간의 오차를 보상함으로써 성능을 개선시킨 계통 연계형 인버터용 전류 제어기에 관한 것이다.

계통 연계형 인버터는 독립 운전형 인버터와는 달리 계통 전원과 연계가 되어 있어 인버터 출력 전압이 계통 전원 전압과 동일한 크기와 위상을 가지게 되어 계통 연계형 인버터를 동작하기 위해서는 출력되는 전류를 제어하여야 한다.

종래에는 전류 제어를 하기 위하여 계통 전원 전류를 측정하여 기준이 되는 전류와 비교하여 비례 적분기를 거친 후 계통 전원 전압을 측정하여 측정된 계통 전원 전압을 상기 비례 적분기의 출력값에 가산하여 출력하는 방법을 이용하였다.

그러나 디지털 제어기에서는 계통 전원 전압을 측정하여 제어부가 읽어갈 때까지 샘플링 시간만큼의 시간이 지연되고 그에 따라 실제 계통 전원 전압과 인버터 출력 전압 사이에 오차가 발생한다. 이 오차를 상기 비례 적분기가 부담하게 되어 전류 제어기의 제어가 불안정하게 될 문제점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명은 종래기술이 가진 상기 문제점을 해소하는 것으로서, 전류 제어기에서 측정된 계통 전원 전압과 인버터에서 출력이 나갈 때의 계통 전원 전압 사이의 위상 차를 보상하여 비례 적분기의 부담을 줄이고 보다 안정적이고 효과적인 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 목적은, 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치에 있어서,

측정된 계통 전원 전압과 이 측정 계통 전원 전압을 소정 만큼 위상 천이시킨 전압을 기준으로 회전 동기좌표 변환하여 자속분 전압과 토크분 전압을 얻고, 상기 자속분 전압을 지령 자속분 전압으로부터 감산하여 차이 전압을 얻으며, 얻은 차이 전압을 비례 적분하여 주파수로 변환하고, 변환된 주파수에 지령 주파수를 가산하여 보상된 지령 주파수를 얻으며, 상기 보상된 지령 주파수를 적분하여 위상 각을 얻고, 얻은 위상 각에 샘플링 시간을 가산하여 보상 위상 각을 얻으며, 상기 보상 위상 각을 근거로 계통 전원 전압과 위상이 같은 개선 지령전압을 출력하는 위상 고정 루프 제어기; 및

지령 기준 전류로부터 측정 계통 전원 전류를 감산하여 얻는 차이전류를 비례적분하여 전압으로 변환하고, 변환된 전압에 상기 위상 고정 루프 제어기로부터의 개선 지령전압을 가산하여 계통 전압과 위상이 같은 지령 전압을 얻고, 상기 지령 전압을 기준 반송파와의 비교에 의해 펄스 폭 변조하여 출력하는 전류 제어기; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성과 작용 및 효과는 첨부 도면을 참조한 본 발명의 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따라 계통 전원 전압의 위상과 같은 개선된 전압을 만드는 위상 고정 루프 회로를 블록 도로서 나타낸 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 위상 고정 루프 회로(A)는, 측정된 계통 전원 전압(U_a)과 이 측정 계통 전원 전압(Ua)을 소정 만큼 위상 천이시킨 전압(U_b)을 기준으로 회전 동기좌표 변환하여 자속분 전압(U_de)과 토크분 전압(U_qe)을 얻고, 자속분 전압(U_de)을 지령 자속분 전압(U_{de *})으로부터 감산하여 차이 전압을 얻으며, 얻은 차이 전압을 비례 적분하여 주파수로 변환하고, 변환된 주파수(ω)에 측정한 계통 주파수(ω_ff)를 가산하여 보상된 지령 주파수(ω*)를 얻으며, 상기 보상된 지령 주파수(ω*)를 적분하여 위상 각(θ)을 얻고, 얻은 위상 각(θ)에 샘플링 시간(θ_TS)을 가산하여 보상 위상 각(θ*)을 얻으며, 상기 보상 위상 각(θ*)을 근거로 계통 전원 전압과 위상이 같은 개선 지령전압(U*)을 출력한다.

더욱 상세히, 본 발명에 따른 위상 고정 루프 회로(A)는, 위상 천이 부(1) 와, 좌표 변환부(2)와, 감산기(3)와, 비례 적분기(4)와, 제 1 가산기(5)와, 적분기(6)와, 제 2 가산기(7)와, 개선 지령 전압 발생 부(8)를 포함하여 구성된다.

상기 위상 천이 부(1)는 미 도시한 계통 전원 검출 수단, 예컨대 전위차 변환기(Potential Transformer)로부터 측정된 계통 전원 전압(U_a)을 미리 설정된 위상만큼 천이시켜 출력한다.

상기 좌표 변환부(2)는 위상 천이 부(1)에 접속되어, 상기 측정된 계통 전원 전압(U_a)과 위상 천이 부(1)가 제공하는 측정된 계통 전원 전압(U_a)의 위상 천이 전압(U_b)을 기준으로, 회전 동기좌표 변환하여 자속분 전압(U_de)과 토크분 전압(U_qe)을 출력한다.

감산기(3)는 좌표 변환부(2)에 접속되고, 좌표 변환부(2)로부터의 자속분 전압(U_de)을 지령 자속분 전압(U_{de *})으로부터 감산하여 출력한다. 여기서 지령 자속분 전압(U_de*)는 미 도시한 별도의 인버터 주 제어부로부터 제공될 수 있고, 일반적으로 이러한 지령 자속분 전압(U_{de *})은 상기 인버터 주 제어부로부터 인버터의 시동시부터 소정의 제어주기마다 전송된다.

상기 비례 적분기(4)는 감산기(3)에 접속되고, 감산기(3)로부터의 자속분 차이 전압(U_{de *} - U_de)을 비례 적분하여 주파수(ω)로 변환하여 출력한다.

제 1 가산기(5)는 비례 적분기(4)의 출력에 접속되어, 비례 적분기(4)가 출력하는 주파수(ω)를 측정한 계통 전원 주파수(ω_ff)에 가산하여 출력한다.

상기 적분기(6)는 제 1 가산기(5)의 출력에 접속되어, 제 1 가산기(5)가 출력하는 주파수를 적분하여 위상 각(θ)으로 변환하여 출력한다.

제 2 가산기(7)는 적분기(6)의 출력에 접속되어, 적분기(6)가 출력하는 위상 각(θ)에 미리 설정된 샘플링 시간(θ_TS)을 가산하여 상기 계통 전원 전압과 위상이 같은 위상 각(θ*)을 출력한다.

개선 지령 전압 발생 부(8)는 제 2 가산기(7)의 출력에 접속되어, 지령전압에 상기 제 2 가산기(7)가 출력하는 위상 각(θ*)을 반영하여 상기 계통 전원 전압과 위상이 같은 개선된 지령전압(U*)을 발생시켜 출력한다. 여기서, 상기 지령전압은 미 도시한 별도의 인버터 주 제어부로부터 제공될 수 있고, 일반적으로 이러한 지령 전압은 상기 인버터 주 제어부로부터 인버터의 시동시부터 소정의 제어주기마다 전송된다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 실제 계통 전원 전압과 측정 계통 전원 전압 은 샘플링 시간 만큼의 위상 지연이 발생하게 된다. 즉, 상기의 계통 전원 전압 측정수단이 측정한 계통 전원 전압을 인버터 제어부가 읽어가는 데 샘플링 시간 만큼이 지연되며 따라서 이러한 시간지연의 보상이 필요하게 된다.

본 발명에 따라 실제 계통 전원 전압과 위상이 같게 개선된 지령전압을 이용하여 인버터를 제어하는 펄스 폭 변조 출력신호를 만들어내는 전류 제어기를 블록 도로서 나타낸 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에 있어서, 전류 제어기(B)는 지령 기준 전류(

)로부터 측정 계통 전원 전류를 감산하여 얻는 차이전류를 비례적분하여 전압으로 변환하고, 변환된 전압에 상기 위상 고정 루프 제어기로부터의 개선 지령전압(U*)을 가산하여 계통 전압과 위상이 같은 지령 전압을 얻고, 상기 지령 전압을 기준 반송파와의 비교에 의해 펄스 폭 변조하여 출력한다.

더욱 구체적으로 전류 제어기(B)는 제 2 감산기(10)와, 제 2 비례 적분기(11)와, 리미터(12)와, 제 3 가산기(13)와, 이득변환기(14)와, 펄스 폭 변조기(15)를 포함하여 구성된다.

상기 제 2 감산기(10)는 지령 기준 전류(

)로부터 측정 계통 전원 전류를 감산하여 그 차이 전류를 출력한다.

여기서, 지령 기준 전류(

)는 미 도시한 인버터 주 제어부로부터 일정 제어주기마다 주어지는 지령 전류이다.

제 2 비례 적분기(11)는 상기 제 2 감산기(10)의 출력에 접속되어, 상기 제 2 감산기(10)가 출력하는 차이전류를 비례적분하여 전압으로 변환하여 출력한다.

리미터(12)는 제 2 비례 적분기(11)의 출력에 접속되어, 제 2 비례 적분기(11)가 출력하는 상기 차이전류의 전압 변환 값을 제한한다. 즉, 리미터(12)는 미리 설정된 최대값과 최소값을 가지고, 설정된 최대값 보다 상기 전압 변환 값이 크면 최대값으로 전압 변환 값을 결정하고, 설정된 최소값 보다 상기 전압 변화 값이 작으면 최소값으로 전압 변환 값을 결정하며, 상기 전압 변환 값이 상기 최대값 과 최소값 사이라면 상기 전압 변환 값을 변화없이 출력한다.

제 3 가산기(13)는 상기 리미터(12)의 출력과 위상 고정 루프 제어기(A)의 출력에 접속되어, 상기 위상 고정 루프 제어기(A)로부터의 개선 지령전압(U*)을 상기 리미터(12)의 출력 전압에 가산하여 출력한다.

이득변환기(14)는 상기 제 3 가산기(13)의 출력에 접속되어, 제 3 가산기(13)가 출력하는 보상된 지령전압에 비례상수 K를 곱하여 펄스 폭 변조기(15)가 입력할 수 있는 수준으로 비례 변환하여 출력한다.

펄스 폭 변조기(15)는 상기 이득변환기(14) 및 미 도시의 기준 반송파 발생기의 출력에 접속되어, 상기 이득변환기(14)의 출력전압과 상기 기준 반송파 발생기의 출력을 비교하여 비교출력(V_PWM)을 펄스 신호의 형태로 미 도시한 인버터의 반도체 스위치의 게이트 구동신호로서 출력하게 된다.

상술한 바와 같이 전류 제어기에서 측정된 계통 전원 전압을 읽어들일 때로부터 인버터에서 출력이 나갈 때까지는 샘플링 시간만큼의 위상지연이 발생하므로 계통 전원 전압의 측정시와 인터버 출력시 사이의 위상 차를 보상하여 비례 적분기의 부담을 줄이고 보다 안정적이고 효과적인 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치가 제공되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치에 있어서,

   측정된 계통 전원 전압과, 상기 측정 계통 전원 전압을 미리 설정된 위상만큼 위상 천이시킨 전압을 각각 회전 동기좌표 변환하여 자속분 전압과 토크분 전압을 얻고, 상기 자속분 전압을 지령 자속분 전압으로부터 감산하여 차이 전압을 얻으며, 얻은 차이 전압을 비례 적분하여 주파수로 변환하고, 변환된 주파수에 측정한 계통 주파수를 가산하여 보상된 지령 주파수를 얻으며, 상기 보상된 지령 주파수를 적분하여 위상 각을 얻고, 얻은 위상 각에 샘플링 시간을 가산하여 보상 위상 각을 얻으며, 상기 보상 위상 각을 근거로 계통 전원 전압과 위상이 같은 개선 지령전압을 출력하는 위상 고정 루프 제어기; 및

   지령 기준 전류로부터 측정 계통 전원 전류를 감산하여 얻는 차이전류를 비례적분하여 전압으로 변환하고, 변환된 전압에 상기 위상 고정 루프 제어기로부터의 개선 지령전압을 가산하여 계통 전압과 위상이 같은 지령 전압을 얻고, 상기 지령 전압을 기준 반송파와의 비교에 의해 펄스 폭 변조하여 출력하는 전류 제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 루프 제어기는,

   측정된 계통 전원 전압을 미리 설정된 위상만큼 천이시켜 출력하는 위상 천이 부;

   상기 위상 천이 부에 접속되어, 상기 측정된 계통 전원 전압과 상기 위상 천이 부가 제공하는 측정된 계통 전원 전압의 위상 천이 전압을 각각 회전 동기좌표 변환하여, 자속분 전압과 토크분 전압을 출력하는 좌표 변환부;

   상기 좌표 변환부에 접속되고, 지령 자속분 전압으로부터 상기 좌표 변환부로부터의 자속분 전압을 감산하여 출력하는 제 1 감산기;

   상기 감산기에 접속되고, 상기 감산기로부터의 자속분 차이 전압을 비례적분하여 주파수로 변환하여 출력하는 비례 적분기;

   상기 비례 적분기의 출력에 접속되어 상기 비례 적분기가 출력하는 주파수를 측정한 계통 전원 주파수에 가산하여 출력하는 가산기;

   상기 가산기의 출력에 접속되어 상기 가산기가 출력하는 주파수를 적분하여 위상 각으로 변환하여 출력하는 적분기;

   상기 적분기의 출력에 접속되어, 상기 적분기가 출력하는 위상 각에 미리 설정된 샘플링 시간을 가산하여 상기 계통 전원 전압과 위상이 같은 위상 각을 출력하는 제 2 가산기; 및

   상기 제 2 가산기의 출력에 접속되어, 지령전압에 상기 제 2 가산기가 출력하는 위상 각을 반영하여 상기 계통 전원 전압과 위상이 같은 개선된 지령전압을 발생시켜 출력하는 개선 지령 전압 발생 부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 인버터용 전류 제어장치.

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